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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE VALPARAISOPONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE VALPARAISOESCUELA DE INGENIERIA EN CONSTRUCCIÓNESCUELA DE INGENIERIA EN CONSTRUCCIÓN

GRUPO DE GEOTECNIAGRUPO DE GEOTECNIA

CICLO DE CONFERENCIAS CICLO DE CONFERENCIAS –– GRUPO DE GEOTECNIAGRUPO DE GEOTECNIA

TECNICAS ESPECIALES APLICADAS A OBRAS TECNICAS ESPECIALES APLICADAS A OBRAS SINGULARES EN ESPAÑASINGULARES EN ESPAÑA

ALVARO PEÑA FRITZALVARO PEÑA FRITZDr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos

Master de Mecánica de Suelos e Ingeniería de CimentacionesIngeniero Constructor

Académico PUCV

Valparaíso, 22 de Abril de 2005

“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C NI A C O N I N S T I T U C I O N E S E X T R A N J E R A S “

I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A


ANTECEDENTES PRELIMINARES

El terreno de cimentación presenta unas condiciones geotécnicas desfavorables, caracterizadas por la presencia de estratos de suelos arcillosos y limosos de gran espesor con muy baja compacidad y susceptibles por tanto de generar grandes asientos, desarrollados en un largo periodo de tiempo.

El nivel freático se encuentra en la actualidad a muy poca profundidad y en las épocas de grandes lluvias, en las que el río que discurre por el perímetro del solar puede presentar grandes crecidas, suele resultar inundado.

La combinación de un terreno de cimentación tan desfavorable conestructuras sensibles a los asientos, como son todas las instalaciones que contengan agua y especialmente las conexiones de las tuberías de salida con los edificios, plantea un problema de cimentación delicado, que en el anteproyecto de adjudicación se resolvió con una solución de precarga del terreno esperando el tiempo suficiente para que se pueda suponer que la mayor parte de los asientos de consolidación se hayan producido antes de la construcción de las instalaciones.



ANTECEDENTES PRELIMINARES

PROYECTO



TERRAPLEN DE PRUEBATERRAPLEN DE PRUEBA



TERRAPLEN DE PRUEBATERRAPLEN DE PRUEBA

Terraplén de prueba

01020304050607080

10-3-

0417

-3-04

24-3-

0431

-3-04

7-4-04

14-4-

0421

-4-04

28-4-

045-5

-0412

-5-04

19-5-

0426

-5-04

2-6-04

MEDICION DE ASENTAMIENTOS DE LA PRECARGA

Terraplén de prueba

01020304050607080

10-3-

0417

-3-04

24-3-

0431

-3-04

7-4-04

14-4-

0421

-4-04

28-4-

045-5

-0412

-5-04

19-5-

0426

-5-04

2-6-04

MEDICION DE ASENTAMIENTOS DE LA PRECARGA



Consiste fundamentalmente en la introducción de una sonda (cono), a velocidad constante (≈2 cm/s), unida a un sistema de varillas que se van añadiendo según se avanza en profundidad, con ayuda de un equipo de empuje movido por un motor. Durante la penetración se registran simultáneamente, mediante un sistema de sensores, 3 parámetros del suelo:

Resistencia por punta (qc): representa la reacción que opone el suelo a la penetración del cono. Varia en función de la consistencia / compacidad del suelo. Resistencia por fuste (fs): representa el rozamiento de un manguito ubicado por encima del cono. Es una expresión de la presión horizontal que aumenta durante la penetración del cono y varia en función del tipo del suelo y su grado de sobreconsolidación. Presión intersticial (u): representa la presión de poro que se genera durante la hinca. Este parámetro es la esencia fundamental del CPTU. Mientras el ensayo CPT solo determina los 2 primeros parámetros (qc y fs).

En cada cambio de material o intervalos prefijados se realizan ensayos de disipación de las presiones intersticiales generadas. Este ensayo consiste en detener la penetración, donde la presión intersticial tiende a disiparse, más o menos rápidamente según el tipo de suelo hasta alcanzar la presión hidrostática de equilibrio, obteniendo así informaciones de permeabilidad y de características de consolidación.

CPT/CPTUCPT/CPTU



VENTAJAS RESPECTOS A ENSAYOS CONVENCIONALES

El ensayo CPT/CPTU presenta numerosas ventajas respecto a las investigaciones“in situ” tradicionales. Entre estas ventajas destacamos:

– Distinguir entre penetración drenada, parcialmente drenada o no drenada. – Detección de capas delgadas con una precisión muy superior a la de los sondeos

convencionales.– Clasificación automática del suelo. – Evaluación de parámetros geotécnicos. – Métodos directos de calculo de capacidad portante y asientos de cimentaciones. – Visualización en tiempo real de todas las variables medidas y sus combinaciones, además

de la inclinación del cono. Los datos pueden ser interpretados e impresos en el campo.



ANALISIS DE LOS ENSAYOSANALISIS DE LOS ENSAYOS



ANALISIS DE LOS ENSAYOSANALISIS DE LOS ENSAYOS

– El terreno de cimentación presenta una gran heterogeneidad en su distribución en planta.

– Existe una fuerte pendiente con que buza la roca del fondo hacia uno de los extremos del terreno.

– Existen estratos muy compresibles, de resistencia y permeabilidad bajas con intercalaciones de estratos granulares o poco plásticos (arenas limosas o limos con gran presencia de arena).



SONDEO 1SONDEO 1

0.000

10.000

20.000

30.000Relleno (espesor 2,3 m)

Terreno Vegetal

Estrato 2 (Arcillas con limos)

Estrato 3 (Limos con arenas)Estrato 4 (Limos grises y arenas finas)

Estrato 5 (Arena y gravas con limos)

Estrato 7 (Esquistos meteorizados)

Nivel Freático (-0,45 m)

Estrato 2γ = 1,9 t/m3

E = 250 t/m2

ν = 0,3φ = 24ºC = 2 t/m2

K = 8,300E-10 m/s


E = 1000 t/m2

ν = 0,3φ = 29ºC = 0 t/m2

K = 1,000E-05 m/s


E = 240 t/m2

ν = 0,3φ = 28ºC = 1 t/m2

K = 2,400E-10 m/s


E = 1200 t/m2

ν = 0,3φ = 28ºC = 1 t/m2

K = 1,000E-05 m/s

Rellenoγ = 1,8 t/m3

E = 2500 t/m2

ν = 0,3φ = 33ºC = 1 t/m2

K = 1,000E-07 m/s

Terreno Vegetalγ = 1,8 t/m3

E = 1000 t/m2

ν = 0,3φ = 27ºC = 0 t/m2

K = 1,000E-06 m/s


E = 10.000 t/m2

ν = 0,3φ = 35ºC = 5 t/m2

K = 1,000E-07 m/s



SONDEO 2SONDEO 2

0.000

10.000

20.000

30.000

Relleno (espesor 3,3 m)

Terreno Vegetal

Estrato 2 (Limos areno-arcillosos)

Estrato 3 (Arenas con gravillas)

Estrato 4 (Limo areno-arcillosos)

Estrato 5 (Arena gruesa con limos)

Estrato 6 (Limo areno-arcillosos)




E = 650 t/m2

ν = 0,3φ = 24ºC = 2 t/m2

K = 1,000E-09 m/s


E = 1650 t/m2

ν = 0,3φ = 30ºC = 1 t/m2

K = 1,000E-05 m/s


E = 450 t/m2

ν = 0,3φ = 29,5ºC = 1 t/m2

K = 9,700E-10 m/s


E = 2000 t/m2

ν = 0,3φ = 33ºC = 1 t/m2

K = 1,000E-05 m/s


E = 450 t/m2

ν = 0,3φ = 29,5ºC = 1 t/m2

K = 9,700E-10 m/s


E = 2500 t/m2

ν = 0,3φ = 33ºC = 1 t/m2

K = 1,000E-07 m/s


E = 1000 t/m2

ν = 0,3φ = 27ºC = 0 t/m2

K = 1,000E-06 m/s


E = 10.000 t/m2

ν = 0,3φ = 35ºC = 5 t/m2

K = 1,000E-07 m/s



0.000

10.000

20.000

30.000Relleno (espesor 2,8 m)

Terreno Vegetal

Estrato 2 (Limos areno-arcillosos)

Estrato 3 (Arenas con gravillas)

Estrato 4 (Limos grises y arenas finas)

Estrato 5 (Arena gruesa con limos)




E = 480 t/m2

ν = 0,3φ = 24ºC = 2 t/m2

K = 2,500E-08 m/s


E = 1500 t/m2

ν = 0,3φ = 33ºC = 0 t/m2

K = 1,000E-05 m/s


E = 240 t/m2

ν = 0,3φ = 28ºC = 1 t/m2

K = 5,300E-9 m/s


E = 1500 t/m2

ν = 0,3φ = 33ºC = 2 t/m2

K = 1,000E-05 m/s


E = 2500 t/m2

ν = 0,3φ = 33ºC = 1 t/m2

K = 1,000E-07 m/s


E = 1000 t/m2

ν = 0,3φ = 27ºC = 0 t/m2

K = 1,000E-06 m/s


E = 10.000 t/m2

ν = 0,3φ = 35ºC = 5 t/m2

K = 1,000E-07 m/s

SONDEO 3SONDEO 3



PROYECTOPROYECTO

Con los estudios realizados el tiempo de espera previsto para que cuando se comenzasen las excavaciones estuviesen desarrollados los asientos en su mayor parte, podría ser relativamente grande, por lo que se ha considerado necesario estudiar una nueva solución a base de forzar la velocidad de producción de los asientos suplementando de forma provisional la altura de los terraplenes.



PROYECTOPROYECTOMedición de los asientos instantáneos producidos en los estratos granulares y permeables (15,89 mm).



PROYECTOPROYECTOMedición de los asientos debido al proceso de consolidación para 1 mes (Asiento zona sondeo Nº 2: 57,51 mm y asiento zona sondeo Nº 3: 51,05 mm).



PROYECTOPROYECTOMedición de los asientos debido al proceso de consolidación para 3 meses (69,81 mm zona sondeo Nº 2 y 61,78 mm zona sondeo Nº 3).



PROYECTOPROYECTOMedición de los asientos debido al proceso de consolidación para 1 año (111,17 mm zona sondeo Nº 2 y 108,62 mm zona sondeo Nº 3).



PROYECTOPROYECTO

Medición de los asientos debido al proceso de consolidación para tiempo infinito o el 100 % de la consolidación (174,30 mm zona sondeo Nº 2 y 189,57 mm zona sondeo Nº 3).



PROYECTOPROYECTO

Cuando en el terreno, existen estratos muy plásticos, con coeficientes de consolidación Cv muy bajos, que determinarán el comportamiento global de los estratos frente al proceso de consolidación, es necesario que la precarga deba permanecer tiempos excesivamente largos e incompatibles con los plazos previstos para la construcción de una obra civil.

Para acelerar dicho proceso de consolidación, y así reducir el tiempo de permanencia de la precarga, puede resultar comparativamente adecuado y económico, realizar tratamientos adicionales que mejoren el drenaje del terreno, reduciendo el camino del agua a zonas más permeables y modificando las direcciones de flujo.



PROYECTO DE PRECARGA CON MECHAS DRENANTESPROYECTO DE PRECARGA CON MECHAS DRENANTES




)1)(1(1 vrt UUU −−=−

El análisis del proceso de consolidación para este caso, se basa en la Teoría de la consolidación unidimensional de Terzaghi (1925) y en la formulación para un drenaje radial puro según Barron (1948).Si adoptamos la expresión de Castillo (1942), de donde:

Siendo:Ut : Grado de consolidación total para un tiempo tUr : Grado de consolidación radial para un tiempo tUv : Grado de consolidación vertical para un tiempo t

Para determinar Ut, se debe determinar el factor tiempo Tv, que es el porcentaje del tiempo total que se ha consumido para lograr el asiento con solo drenaje vertical, siendo adimensional.




2HtC

T vv

⋅=

2e

rr D

tCT ⋅=

Siendo:Cv : Coeficiente de consolidación verticalt : Tiempo al que se quiere medir el asientoH : Distancia máxima que tiene que recorrer el agua

Con el valor de Tv, se obtiene el grado de consolidación vertical Uv, si sustituimos el valor de Uv, podemos obtener el grado de consolidación radial Ur, con el que podemos obtener el factor tiempo Tr para el caso del drenaje radial, a través de la siguiente expresión.

Siendo:Cr : Coeficiente de consolidación radal.De : Diámetro del drén.



La distribución en planta más eficaz y económica de los drenes verticales es la triangular o al tresbolillo, diseñada por Barron (1948), aunque es también utilizada por razones constructivas la distribución en cuadrícula

Distribución triangular o al tresbolillo:Distribución en cuadrícula:Area de influencia Diámetro de influencia

A = S2

: SSDe ⋅≅⋅= 128,14

π

Area de influencia Diámetro de influencia

2

23 SA ⋅= SSDe ⋅≅⋅= 05,132

π


DistribuciDistribucióón de drenes en planta.n de drenes en planta.I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A



Proyecto

Observaciones

Propiedades de los drenes

2.0.08

Distribución: (T)riangular (C)uadrada T

2.1026.252.52

51.5

4.13952642

Propiedades del terreno

Estrato Nº 6

Cv (cm 2/s) 3.50E-03Cr (cm 2/s) 3.33E-03

H (cm) 600

Asiento (%) 100

Diámetro (m)

Kh/KrsFs (n)

CONSOLIDACIÓN MEDIANTE DE PRECARGA EN TERRENOS BLANDOS CON DRENES VERTICALES

Diámetro equivalente (m)nF (n)

Separación (m)

DRENES MECHA - ESPESOR TERRENO BLANDO 6 m

Asiento vertical para una distribución Triangular de mechas Asiento vertical para una distribución Triangular de mechas de 2,00 m de separación.de 2,00 m de separación.

Asiento a 1 mes…………… 172 mm (~56 % del asiento total)Asiento a 1 mes…………… 172 mm (~56 % del asiento total)Asiento a los 2 meses……..255 mm (~77 % del asiento total)Asiento a los 2 meses……..255 mm (~77 % del asiento total)




CONSOLIDACIÓN M EDIANTE ELEM ENTOS DRENANTES VERTICALES (CARRILLO, 1942)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 30 60 90 120 150

Tiempo (días)

Gra

do d

e co

nsol

idac

ión

(%)

Cons. vertical

Cons. radial

Cons. total




FASES CONSTRUCTIVAS.

1.- Preparación de la explanada retirando el terreno superficial más degradado.




2.- Instalación de las placas de asiento para poder ir midiendo la evolución de los asientos desde los primeros momentos de la construcción de los terraplenes.




3.- Instalación en el terreno de mechas drenantes en malla triangular de 2,00 m de lado.




4.- Disposición de una capa de material drenante de unos 30 cm y los correspondientes sistemas de recogida y conducción del agua excedente del proceso de consolidación a un foso de bombeo y su vertido posterior al río.




5.- Posteriormente se procederá a la construcción de los terraplenes de la urbanización hasta las cotas y grados de compactación definidas en el proyecto, es decir con una altura aproximada de 3,3 metros en la vertical del sondeo 2 y de 2,8 metros en la del sondeo 3, comenzando por las zonas más alejadas de las edificaciones próximas al solar (zonas A y B), para evaluar la influencia de los asientos en dichas edificaciones.




6.- Realización de la segunda fase de instrumentación, consistente en la instalación de piezómetros los cuales nos permitirán seguir la evolución de las presiones intersticiales del agua en los estratos más impermeables. Dada la gran heterogeneidad del terreno esta información es la que permitiría determinar con más precisión el grado de consolidación alcanzado en cada instante en el estrato de estudio, evaluando el incremento de presión neutra que resta todavía hasta el final de la consolidación, cuando se vuelva a alcanzar la presión hidrostática en cada punto, que se puede fijar con bastante precisión debido a la uniformidad del nivel freático.



Asientos Placas 01 a 11

0,000

0,020

0,040

0,060

0,080

0,100

0,120

0,140

0,160

0,180

0,200

11-08

-04

21-08

-04

31-08

-04

10-09

-04

20-09

-04

30-09

-04

10-10

-04

20-10

-04

30-10

-04

09-11

-04

Fecha

Asi

ento

(m)

Placa 1 Placa 2 Placa 3 Placa 4 Placa 5 Placa 6

Placa 7 Placa 8 Placa 9 Placa 10 Placa 11

RESUILTADOS DE LA INSTRUMENTACIONRESUILTADOS DE LA INSTRUMENTACION





0,0000,0150,0300,0450,0600,0750,0900,1050,1200,1350,1500,1650,1800,1950,2100,2250,240

11-08-04

21-08-04

31-08-04

10-09-04

20-09-04

30-09-04

10-10-04

20-10-04

30-10-04

09-11-04

Fecha

Asi

ento

(m)


Placa 18 Placa 19 Placa 20 Placa 21 Placa 22





-0,0050,0100,0250,0400,0550,0700,0850,1000,1150,1300,1450,1600,1750,1900,2050,2200,2350,250

11-08

-04

21-08

-04

31-08

-04

10-09

-04

20-09

-04

30-09

-04

10-10

-04

20-10

-04

30-10

-04

09-11

-04

Fecha

Asi

ento

(m)


Placa 29 Placa 30 Placa 31 Placa 32



Penetrómetro P5`

-7,0

-6,0

-5,0

-4,0

-3,0

-2,0

-1,0

0,00 20 40 60 80 100 120

Nº Gól pe s

Prof

undi

dad

(m)

Penetrómetro P5

-20,0

-18,0

-16,0

-14,0

-12,0

-10,0

-8,0

-6,0

-4,0

-2,0

0,00 20 40 60 80 100 120

Nº Golpeos

Prof

undi

dad

(m)

CIMENTACION ZONA EXISTENTECIMENTACION ZONA EXISTENTE



Penetrómetro 7`

-12,0

-10,0

-8,0

-6,0

-4,0

-2,0

0,00 20 40 60 80 100 120

Nº Golpeo

Prof

undi

dad

(m)

Penetrómetro 24

-9,0

-8,0

-7,0

-6,0

-5,0

-4,0

-3,0

-2,0

-1,0

0,00 20 40 60 80 100 120

Nº Golpeo

Prof

undi

dad

(m)



PENETROMETRO 30 GOLPES RECHAZO

P5´ -5.0 -6.5

P6´ -1.0 -2.0

P7´ -5.0 -6.0

P8´ -5.0 -6.0

P9´ -12.0 -13.0

P10´ -10.0 -10.0

P5 -17.0 -18.0

P6 -7.5 -8.0

P7 -11.0 -11.5

P16 -17.0 -22.0

P17 -5.0 -6.0

P18 -6.0 -6.5

P19 -9.0 -10.3

P20 -4.0 -5.0

P21 -2.0 -3.5

P22 -2.0 -3.5

P23 -11.0 -12.0

P23 -11.0 -12.0

P24 -8.0 -8.5

P25 -5.0 -5.5

P26 -4.5 -4.5

P27 -1.0 -2.0

P28 -2.0 -3.0

P29 -1.5 -1.5

P30 -5.0 -6.0

P31 -4.0 -5.0

P32 -6.0 -6.0

P32´ -8.0 -8.0

P33 -10.0 -12.0

P34 -2.0 -3.0

P35 -7.0 -8.0

P36 -12.0 -13.0

P37 -2.0 -3.0

P38 -1.0 -1.0

RESUMEN GOLPEOS PENETROMETROS DINAMICOSRESUMEN GOLPEOS PENETROMETROS DINAMICOS

PENETROMETRO 30 GOLPES RECHAZO




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