Clase Autores: Ings. Roberto Flores Pablo Giordano y Ricardo Barletta

Transcripción

1 Clase 5 Geotecnia Autores: Ings. Roberto Flores Pablo Giordano y Ricardo Barletta

2 Introducción a la Ingeniería Civil e Hidráulica Objetivos Esta asignatura se propone acercar a los alumnos de primerañoalos Departamentos de Construcciones e Hidráulica, e interiorizarlos de las actividades relacionadas con el alcance del título, la actividad profesional y las tareas que se desarrollan en las distintas áreas de conocimiento (Geotecnia) de las carreras de Ingeniería Hidráulica e Ingeniería Civil.

3 GEOTECNIA: INTRODUCCIÓN «La Ingeniería geotécnica es la rama de la Ingeniería civil que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas, hidráulicas e ingenieriles de los materiales provenientes de la Tierra. Los ingenieros geotécnicos investigan los suelos y las rocas por debajo de la superficie para determinar sus propiedades y diseñar las cimentaciones para estructuras tales como edificios, puentes, centrales hidroeléctricas, estabilizar taludes, construir túneles y carreteras, etc.» (Wikipedia). Se estudian al suelo y las rocas desde d el punto de vista de su interacción ió con las obras que construye el hombre (fundación de estructura, túnel, muro de contención, presa de materiales sueltos, terraplenes de caminos, presas, tierra armada, etc.). El ejercicio de la Ingeniería Geotécnica está asociado a la Geología, no resultando en muchos casos muy claro el límite de aplicación de ambas disciplinas.

4 GEOTECNIA: Algunos temas a tratar Estructura de la Tierra. Geología. Minerales. Suelos y Rocas. Investigaciones geotécnicas. Resistencia e Hidráulica de los suelos y las rocas. Distribución ib ió de Presiones. Consolidación ió de suelos. Compactación de suelos. Empujes y Estructuras de Contención. Muros, tablestacas y anclajes Estabilidad de Taludes en suelos y rocas. Fundaciones directas (zapatas) e indirectas (pilotes) en suelos y rocas. Túneles Suelos Especiales. Uso de Geosintéticos. Presas

5 GEOTECNIA: INTRODUCCIÓN El ingeniero civil evalúa los siguientes aspectos: 1) Si la obra a construir resiste, presentando un adecuado margen de seguridad en relación a la rotura. Factor de seguridad = Fuerzas resistentes/fuerzas solicitantes 2) Que la estructura se deforme, pero que no supere un valor admisible, según el requerimiento de cada obra. 3) Sistematizar adecuadamente el manejo del agua durante la vida útil de la obra. 4) Finalmente, cómo lo realizará? El ingeniero detalla una 4) Finalmente, cómo lo realizará? El ingeniero detalla una metodología constructiva adecuada con la última tecnología y al menor precio.

6 Rango de precisión de las estimaciones igual al costo estimado dividido por el costo final asumiendo el valor constante de la moneda Precisión del costo de las ofertas dentro de +/ 10% Todas los costos de las ofertas recibidas dentro de +/ 5% Costo o final Construcción Estudio de factibilidad, precisión de costos dentro de +/ 15 a 25% Estudio de prefactibilidad, precisión de costos dentro de +/ 40 a 50% Tiempo Estimaciones de costos durante la evolución de un hidroproyecto desde d las investigaciones i inicialesi i hasta la finalización de la construcción

7 Estructura de la Tierra: En la figura se muestra esquemáticamente la estructura en capas. Corteza, Manto y Núcleo

8 GEOLOGÍA - TEORÍA DE LAS PLACAS La Corteza Terrestre se encuentra dividida en PLACAS que sufren movimientos de reacomodamiento

9 Generación y Propagación de SISMOS TEORÍA DE LAS PLACAS - Cinturones Móviles Cinturones Móviles: Cinturones Móviles: zonas en las que se concentra la actividad sísmica y volcánica.

10 Relevamientos Geológicos de Superficie El curso de agua escurre en forma divagante. La forma zigzagueante responde a la necesidad de buscar un perfil de equilibrio del agua compatible con la pendiente general del valle.

11 Los Relevamientos Geológicos de Superficie - DESLIZAMIENTOS En la fotografía inferior se ve la posición del camino que se ve obstruido en cada reactivación del deslizamiento ya que se encuentra en el canal a de descarga. A la izquierda se observa dicho canal de descarga que se inicia bajo el nivel de base del deslizamiento.

12 Los Relevamientos Geológicos de Superficie - DESLIZAMIENTOS Presa sobre el río La Leona El embalse se conecta hacia aguas abajo a través de un paleocauce en el que existe una capa de gravas continua de unos 5 m de espesor. Ese manto se encuentra cubierto aguas abajo por un deslizamiento. Presa

13 Investigaciones geotécnicas- Equipos- Laboratorio

14 Investigaciones geotécnicas- Equipos- Laboratorio Determinación de la resistencia y deformación Perforación en suelo Muestras de suelo

15 Minerales y Clasificación de Suelos

16 Investigaciones geotécnicas: Una vez realizadas las investigaciones se realiza un perfil geotécnico que permite definir las características de los suelos a lo largo de toda la zona de obra. Muestras de suelo

17 Tipos de Rocas - Cuadro Resumen

18 Clasificación Macizos Rocosos: en las figuras se aprecian las distintas calidades de las rocas de menor a mayor calidad RQD, es un índice de calidad de roca Caja Nº1: Carreras 0m a 5m Mala calidad Caja Nº2: Carreras 5 a 8.30m Mediana calidad Caja Nº3: Carreras 8.30 a 12.80m Buena calidad

19 Clasificación geomecánica - Rock Mass Rating (RMR) (Bieniawski Bieniawski) RMR (Bieniawski 1989) Categorías de la clasificación R.M.R. Suma de los puntajes obtenidos de las tablas anteriores Descripción del macizo rocoso Clase Muy bueno I Bueno II Medio III Malo IV 0-20 Muy malo V Características resistentes del macizo rocoso Clase ( R.M.R.) c [ Kpa] t sin soporte I ( ) > 400 > años, luz de 15m II (61-80) año, luz de 10m III (41-60) semana, luz 5 m IV (21-40) hs., luz 2.50 m V (0-20) < 100 < min, luz 1m

20 Clasificación Macizos Rocosos: permiten adoptar el tipo de sostenimiento de los túneles

21 Estabilidad de Taludes: deslizamientos producidos que pueden afectar a una ciudad o una ruta Deslizamiento 1992 Deslizamiento 1995 Vista aérea del Cerro Chenque Faldeo Vista Sur Fig. hacia aérea 1: Vista Comodoro del Cerro aérea Chenque del Rivadavia Cerro Chenque y Faldeo Sur Faldeo Este y Este hacia Sur RN N 3

22 Perfil transversal 5: el perfilado del talud permite mejorar la seguridad de la obra

23 Estabilidad de Taludes: deslizamientos producidos que pueden afectar a una ciudad o una ruta Zona de deslizamiento 2/1995 RN N 3 Foto antecedente: Ing F. Garcia DNV y Agrim. J. Durán DNV

24 Zona de deslizamiento 2/1995 Detalle entre RN N 3 y costa Foto antecedente: Ing F. Garcia DNV y Agrim. J. Durán DNV

25 Zona de deslizamiento 2/1995. Daños provocados Fotos antecedentes: Ing F. Garcia DNV y Agrim. J. Durán DNV

26 G F E D C B Fig. 19: Perfil transversal E A Perfil transversal E: el perfilado del talud permite mejorar la seguridad de la obra Perfil E RN Nº 3 Altura máxima 180m

27 Las obras deben ser seguras y tener un cómputo y presupuesto Faldeo Sur Longitud aprox. 1400m Cómputos principales: Faldeo Este Cómputos estimado Excavación arcilitas m 3 Longitud aprox. 500m : Excavación areniscas Excavación arcilitas m m 3 Cobertura Granular Excavación areniscas Terraplén de protección m m 3 Cobertura Granular Terraplén de Revegetación protección m m 3 H ºProyectado Revegetación 1.100m 100m m 000m 2 Anclajes Sistema de Desagües sobre cobertura 6.900ml granular. Sistema de Desagües sobre cobertura granular.

28 Recomendaciones: Proyectar el faldeo Este del Cerro Chenque. Actualización de datos de precipitaciones incorporando el nuevo evento climático. Sistematización de desagües pluviales sobre la cobertura granular del Cerro Chenque.

29 R.P.Nº23 Nqn Análisis de Estabilidad de tld taludes.

30 RNº52 Jujuy: Análisis de Estabilidad de taludes.

31 ESTABILIDAD DE TÚNELES INFLUENCIA DE LAS DISCONTINUIDADES

32 LA ESTABILIDAD EN UNA EXCAVACIÓN SUBTERRÁNEA SE ANALIZA TENIENDO EN CUENTA LAS DISCONTINUIDADES DE LA ROCA. EL MATERIAL INESTABLE CRECE AL CUADRADO DE EL MATERIAL INESTABLE CRECE AL CUADRADO DE LA DIMENSIÓN DEL TÚNEL

33 Construcción con tunelera o con Máquinas TBM Tunelera: realiza la excavación del suelo y permite el armado en la parte posterior del equipo de un sistema de revestimiento, constituido por dovelas de hormigón armado, posteriormente inyectadas con mortero de cemento en su parte posterior en el espacio dejado entre la excavación y las dovelas.

34 Ejemplo: Planimetría General de la Capital Cuenca del Aº Maldonado y de los Túneles 1 (corto 5km) y 2 (largo 10km)

35 Planta Perfil geotécnico túnel corto Interferencias Arenas limosas Tuneladora Arenas F. Puelchense Subte D Río Subterráneo

36 Tuneladoras TBM Fotos

37 Empujes de suelos sobre las estructuras, se ven en las figuras los distinto tipos de empujes posibles (activo y pasivo)

38 EXCAVACIONES ENTIBADAS SISTEMAS DE ENTIBAMIENTO

39 MUROS DE CONTENCIÓN FLEXIBLES Los esquemas de la figura muestran distintos tipos estructurales que pueden ser considerados flexibles frente a la deformabilidad de los suelos. Fuente: Curso Aplicado de Cimentaciones. J.M. Rodríguez Ortiz, J.Serra Gesta; C. Oteo Mazo

40 MUROS DE CONTENCIÓN Las fotografías corresponden a la construcción de estaciones de la línea H de Subterráneos. En este caso se utilizan pilotes separados 2 diámetros entre ejes que a su vez cumplen la función de transmitir las cargas de la losa superior.

41 Muros Plan de Terminación de Yacyretá. Ejemplo de Muros

42 ELEMENTOS DE CONTENCIÓN C EJECUCIÓN MUROS COLADOS SU EJECUCIÓN PERMITEN LUEGO EXCAVAR POR DETRÁS DEL MURO E SU EJECUCIÓN PERMITEN LUEGO EXCAVAR POR DETRÁS DEL MURO E IMPERMEABILIZARLO

43 ELEMENTOS DE CONTENCIÓN C EJECUCIÓN MURO COLADO CIRCULAR Aspect de la paroi du puits terrassé Hydrofraise Evolution 2

44 La fundación directa mediante zapatas permite apoyar en forma superficial la obra a construir

45 La fundación indirecta mediante pilotes permite apoyar en profundidad la obra a construir

46 Pilotes hincados o perforados, formas constructivas

47 Anclajes, permiten mejorar la estabilidad de la obra

48 Anclajes, permiten mejorar la estabilidad de la obra Submuración, permite mejorar la estabilidad de la obra

49 Catedral de la ciudad de La Plata. Refuerzo de Fundaciones con micropilotes

50 SUELOS ESPECIALES - DISPERSIVOS

51 SUELOS ESPECIALES -EXPANSIVOS SUELOS ESPECIALES - COLAPSABLES

52 DISTINTOS TIPOS DE OBRAS GEOTÉCNICAS CON GEOSINTETICOS Tipo Definición Función principal Geotextil Geomallas o geogrillas Geomembranas Geodren Productos planos y permeables. Origen textil. Utilizados en obras de Ingeniería, geotecnia en particular. Formadas por una red regular de elementos conectados, con aberturas que permiten intertrabado con materiales Membrana de baja permeabilidad usada como barrera de líquido o vapor, controla la migración de ellos Por su forma facilita el drenaje en el plano de líquidos y gases. Separación Filtración/Drenaje Refuerzo Impermeabilización Drenaje planar Geoceldas Conforma una matriz ti de celdas huecas aptas para confinar suelo, piedra, hormigón u otros materiales. Geomantas Conformado de fibras sintéticas o naturales biodegradables, simple y compuesta, plana, función principal es protección contra la erosión Facilitando la vegetación como fijación del suelo. Se conocen también como "biomantas". Confinamiento Control contra la erosión

53 TIERRA ARMADA DISTINTAS ETAPAS CONSTRUCTIVAS TIERRA ARMADA DISTINTAS ETAPAS CONSTRUCTIVAS PARA CONFORMAR LA OBRA

54 Tierra Armada Fundación deficiente: se aprecia una inaceptable deformación en las losetas de hormigón a causa de una fundación quepresenta suelos blandos

55 MURO DE CONTENCIÓN EN SUELO REFORZADO CON DIVERSAS FALLAS (ver grietas y significativas deformaciones en la obra)

56 Algunas fallas de Muros

57 TALUDES REFORZADOS CON GEOSINTÉTICOS ADOPTADOS EN DIVERSAS OBRAS

58 VERIFICACIÓN EXTERNA Y GLOBAL PARA MUROS DE CONTENCIÓN EN SUELO REFORZADO PARA ASEGURAR LA ESTABILIDAD DE LA OBRA Verificación al deslizamiento. Verificación al vuelco. Verificación de las tensiones en el suelo de fundación. Verificación contra rotura global.

59 ANALISIS A REALIZAR A Y DIMENSIONES QUE DEBEN ADOPTARSE PARA ASEGURAR LA ESTABILIDAD DE LA OBRA

60 Programas de aplicación geotécnica Desplazamientos Totales permiten evaluar los desplazamientos en la obra y su fundación

61 Programas de aplicación geotécnica Escurrimiento Permiten evaluar el escurrimiento del agua a través de loa materiales de la presa y su fundación

62 OBRA: Tratamiento Costero Yacyretá Materiales locales permitieron construir la obra donde se utilizaron piedra basáltica para pedraplén o Rip Rap, Lateritas (suelo colorado), arena de refulado del río Paraná y geotetil.

63 Túneles Detalle de revestimiento con geosintético Proceso de soldadura de los paños de membrana Galería de hastial donde se coloca membrana impermeable Aplicaciones en Túneles Línea E

64 Aplicaciones en obras Ferroviarias

65 Programas de modelación geotécnica Aplicaciones en FFCC

66 Presas Hidroeléctricas: son las obras de ingeniería civil más completas ya que intervienen distintas especialidades (topografía, geología, geotecnia, hidráulica, estructuras, electromecánica, etc.)

67 Bibliografía: Base de información tomada de los apuntes disponibles en las Cátedras de Geotecnia 1, 2 y 3. Ver pagina web: