PROBLEMAS PRESENTADOS POR LOS SUELOS A LAS OBRAS DE INGENIERÍA

Presentación del tema: "PROBLEMAS PRESENTADOS POR LOS SUELOS A LAS OBRAS DE INGENIERÍA"— Transcripción de la presentación:

1 PROBLEMAS PRESENTADOS POR LOS SUELOS A LAS OBRAS DE INGENIERÍA

2 INTRODUCCION En la Ingeniería Geotécnica nos encontramos con diferentes clases de suelos, muchos de los cuales poseen características especiales, planteando serios problemas y retos a la ingeniería El estudio de estos suelos se ha iniciado en la mayoría de casos, luego que éstos han generado alguna falla o el colapso de las estructuras. La manifestación del comportamiento anómalo de los suelos está generalmente relacionada con algún fenómeno natural o con la actividad del hombre.

3 EFECTOS LOCALES DE SITIO
SUELOS PROBLEMATICOS SUELOS EXPANSIVOS SUELOS COLAPSABLES SUELOS DISPERSIVOS SUELOS ORGANICOS RELLENOS SANITARIOS EFECTOS LOCALES DE SITIO FENOMENO DE LICUACION DE SUELOS DENSIFICACION DE SUELOS AMPLIFICACION SISMICA DESLIZAMIENTOS INDUCIDOS POR SISMOS

4 SUELOS EXPANSIVOS Definición: Son suelos que tienen la propiedad de contraerse o expandirse debido a cambios en su contenido de humedad. Este proceso involucra grandes cambios volumétricos generando esfuerzos considerables. Características de estos suelos: Son arcillas altamente plásticas y con alto contenido de montmorillonita en su composición.

5 a) Movimientos estacionales del terreno descubierto
diferenciales Interior Esquinas a) Movimientos estacionales del terreno descubierto b) Movimiento estacionales debajo de un edificio, a partir de su construcción.

6 DISTRIBUCION DE LOS SUELOS EXPANSIVOS EN EL PERU
Región Norte y Nororiente. Piura. Paita. Talara. Chiclayo. Iquitos. Bagua. Región Sur. Moquegua.

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8 DAÑOS OCASIONADOS POR LOS SUELOS EXPANSIVOS

9 Daños en Construcciones livianas

10 Agrietamientos Producidos por Levantamiento
de la Cimentación

11 Fallas Características por Expansión de Suelos

12 Fallas por Expansión de Suelos en el Centro de Salud de San Antonio - Moquegua

13 Fallas por Expansión de Suelos en el Centro de Salud de San Antonio - Moquegua

14 Fallas por Expansión de Suelos en el Centro de Salud de San Antonio - Moquegua

15 Conjunto Habitacional López Albújar - San Antonio Moquegua

16 Conjunto Habitacional López Albújar - San Antonio Moquegua

17 METODOS DE IDENTIFICACION
En el campo Características del terrón de suelo. Características del terreno. Clima. Mineralogía Ensayos de Laboratorio Ensayos de Expansión Libre Ensayos de Expansión Controlada

18 Tallado de la Muestra para el Ensayo de Expansión

19 Montaje y Saturación de la Muestra en el Consolidómetro

20 Toma de Datos Durante el Ensayo de Expansión

21 Etapa de Carga para el Ensayo de Consolidación

22 ENSAYO DE EXPANSION CALICATA : -- PROYECTO : SUELOS EXPANSIVOS TALARA
MUESTRA : V-1 PROFUNDIDAD: -- PROYECTO : SUELOS EXPANSIVOS TALARA UBICACIÓN : UBB. LOS VENCEDORES FECHA : 1 100 0.1 10000 10 1000 4.26 10.65 2.13 6.39 8.52 EXPANSION (%) TIEMPO (MIN) CARGA= 1 (Kg/cm2)

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24 CENTRO PERUANO JAPONES DE INVESTIGACIONES
SISMICAS Y MITIGACION DE DESASTRES FIC - UNI

25 ALTERNATIVAS DE SOLUCION
Reemplazo de suelo. Cimentación flotante. Pilotes excavados. Prehumedecimiento. Barreras de humedad verticales. Cortinas de inyección de una mezcla de limos y cenizas volátiles.

26 ALTERNATIVAS DE SOLUCION
Geomenbranas. Estabilización Química. Con cemento. Con cal. Con cenizas volátiles Componentes orgánicos (resinas).

27 a) Exterior seco. El interior conserva o aumenta la humedad.
(b) Distribución irregular de las presiones bajo el cimiento, debido a las arcillas arcillas expansivas. a) Exterior seco. El interior conserva o aumenta la humedad. b) Exterior más húmedo que el área protegida por el edificio. Soleras sobre terreno expansivo. a) Solución de bovedillas encontradas en varias demoliciones. b) Versión moderna del mismo principio. (Jiménez Salas y Marsal, 1964).

28 Cimentación tipo palafito.
(2) (1) Espacio libre para expansión Movimiento del suelo Correcto Incorrecto Estable Cimentación tipo palafito. Solución de cierre del espacio de expansión, para mejor suaspecto y limpieza Aquí Vemos un ejemplo de una forma errónea y correcta para el diseño de una estructura adaptable a suelos expansivos.

29 Vigas de Plataforma Losa Planta Vigas de concreto reforzado Puntos de suspensión Elevación Esta es otra forma para diseñar una estructura adecuándola a suelos expansivos. Esta casa es construida sobre una plataforma rígida que se inclina cuando el suelo se expande.

30 SUELOS COLAPSABLES UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
Facultad de Ingeniería Civil SUELOS COLAPSABLES CARACTERISTICAS Y ALTERNATIVAS DE SOLUCIONES

31 SUELOS COLAPSABLES Definición: Generalmente son suelos de origen eólico, cuya estructura está ligeramente cementada por sales acarreadas por la brisa marina, con lo cual adquieren una resistencia aparente. Son suelos en estado metaestable, que generalmente se presentan en áreas desérticas En la actualidad se incluyen en este grupo de suelos a aquellos fuertemente cementados por sales solubles, que sufren grandes asentamientos por la lixiviación de dichos materiales.

32 SUELOS COLAPSABLES Características de estos suelos: al contacto con el agua sufren cambios bruscos en su volumen por efecto del lavado de sus cementantes (sales), debido al reacomodo de sus partículas. Cuando el material cementante constituye gran parte de la matriz del suelo, el proceso de lixiviación también genera grandes reducciones de su volumen.

33 LOCALIZACION DE LOS SUELOS COLAPSABLES
Estos se encuentran en las regiones áridas y semiáridas. Los depósitos eólicos, coluviales, residuales, tufos volcánicos pueden ser colapsables. En Lima, se han encontrado estos tipos de suelos en la ciudadela Antonia Moreno de Cáceres. En otros departamentos a nivel Nacional: Arequipa, Majes, Moquegua.

34 EVALUACION DEL POTENCIAL DE COLAPSO
En Campo: Ensayo de Carga Directa con Saturación En el Laboratorio: Ensayo de Colapso

35 VISTA DE UN MATERIAL GRAVOSO COLAPSABLE EN LA JOYA (FERNANDEZ, E. 1996)

36 DESLIZAMIENTO PRODUCIDO POR EL COLAPSO DEL MATERIAL GRAVOSO EN LA JOYA (FERNANDEZ, E. 1996)

37 CANAL DE IRRIGACION LA CANO, CRUZA SUELOS COLAPSABLES PROTEGIDO CON GEOSINTETICOS (FERNANDEZ, E. 1996)

38 ENSAYO DE COLAPSO

39 EVALUACION DEL COLAPSO IN-SITU CON PRUEBA DE CARGA SATURADA

40 ENSAYO ESTATICO DE CARGA DIRECTA
UBICACIÓN: ANTONIA MORENO DE CACERES DIAMETRO PLACA : CM FECHA : AREA PLACA : 707 CM2 LUGAR : C.E.I. N° 7 PROFUNDIDAD : M. 18 16 14 12 6 20 CARGA UNITARIA (KG/CM2) 4 2 8 10 ASENTMIENTO (MM)

41 ALTERNATIVAS DE SOLUCION
Generación del Colapso por Saturación Impermeabilización de suelos. Evitar la construcción de jardines, diseñando jardineras. Estabilización del terreno mediante procesos físicos o químicos.

42 ALTERNATIVAS DE SOLUCION
Compactación Dinámica. Técnicas de vibrosustitución con gravas. Inyecciones de impregnación, de compactación, etc. Técnicas de vibración por explosivos.

43 SUELOS ORGANICOS Y TURBAS
Definición: Son suelos que debido a su gran compresibidad y bajo esfuerzo cortarte conduce a serios problemas de inestabilidad y asentamientos. Características: Altos contenidos de humedad. Alta relación de vacíos. Contenido de materia orgánica.

44 METODOS DE IDENTIFICACION
Visual: Color negruzco. Alta plasticidad al tacto. Olor fétido Laboratorio: Contenido de humedad Límites de consistencia. Cantidad de materia orgánica. Ensayos de consolidación.

45 Muestra de Suelo Orgánico

46 Ensayo de Consolidación de una Muestra de Suelo Orgánico

47 Cambio de Volumen de la Muestra de Suelo Orgánico

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49 ALTERNATIVAS DE SOLUCION
Mezcla de suelos orgánicos con limos: incrementa el esfuerzo cortante y reduce las deformaciones volumétricas.

50 SUELOS DISPERSIVOS UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
Facultad de Ingeniería Civil SUELOS DISPERSIVOS CARACTERISTICAS Y METODOS DE IDENTIFICACION

51 SUELOS DISPERSIVOS Definición: Las arcillas dispersivas son aquellas que por la naturaleza de su mineralogía y la química del agua en los suelos, son susceptibles a la separación de las partículas individuales y a la posterior erosión a través de grietas en el suelo bajo la filtración de flujos.

52 Características Estas arcillas erosionan rápidamente en presencia del agua cuando las fuerzas repulsivas que actúan entre las partículas de arcilla exceden a las fuerzas de atracción (Van der Waals) de tal forma que las partículas son progresivamente separadas desde la superficie entrando a una suspensión coloidal. Por esta razón estas arcillas son llamados arcillas “defloculadas”, “dispersivas” o “erodibles”. Son suelos altamente erosivos a bajos gradientes hidráulicos del flujo del agua, e incluso en algunos casos en agua en reposo.

53 Métodos de Identificación
Los suelos dispersivos no pueden ser identificados con una clasificación visual del suelo o con un índice de normas de laboratorio. Identificación “in situ”: Fallas por tubificación en pequeñas presas. Las grietas en carreteras por acción de la erosión. La erosión tipo túnel a lo largo de las quebradas o las arcillas unidas en roca. La presencia de agua nublada en presas pequeñas y charcos de agua luego de precipitaciones.

54 Se aprecia la erosión causada por las arcillas dispersivas
Se aprecia la erosión causada por las arcillas dispersivas. La zona se encuentra cerca a una laguna en Orlando. (Florida - USA)

55 Ejemplo de falla por tubificación en una Presa debido a la presencia de Suelos Dispersivos (Soil Conservation Service of NSW).

56 Erosión Profunda de tubificación en Suelos Dispersivos (Soil Conservation Service of NSW).

57 En esta foto la función de los árboles es interceptar el paso del agua a la superficie que ocasiona la tubificación y el derrumbamiento de la pared.

58 ENSAYOS Crumb Test (USBR 5400-89)
Químicos: Proporción de Absorción de Sodio (SAR), y el Porcentaje Intercambiable de Sodio (ESP). Determinados por el análisis químico del agua de poros del suelo. Crumb Test (USBR ) Doble Hidrómetro (ASTM D , USBR ) Pinhole Test (ASTM D , USBR )

59 Ensayo de Crumb El ensayo de Emerson Crumb (Emerson,1967) fue desarrollado como un procedimiento simple para identificar el comportamiento dispersivo en campo. El ensayo consiste en colocar un terrón de suelo en agua y la dispersión es observada como el grado de turbidez del agua, con el siguiente parámetro: Grado 1:Ninguna reacción Grado 2:Reacción Ligera Grado 3:Reacción Moderada Grado 4:Reacción Fuerte

60 Obsérvese los flóculos formados en la superficie del agua
Obsérvese los flóculos formados en la superficie del agua. Esto es típico en un suelo dispersivo. El resultado del ensayo es un indicio de las características dispersivas del suelo.

61 Tipos grados de dispersión, el suelo de la derecha es ligeramente dispersivo (Grado 3) y el de la izquierda es no dispersivo (Grado 1).

62 Obsérvese los diferentes resultados en el Ensayo de Crumb.

63 Ensayo del Doble Hidrómetro
Este ensayo consiste en realizar dos ensayos de Hidrómetro utilizando en uno de ellos dispersante y en el otro no. La interpretación del porcentaje de dispersión es el siguiente: Menor de 30 es no dispersivo Entre 30 a 50 es intermedio Mayor que 50 es dispersivo

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65 Ensayo del Doble Hidrómetro, equipo utilizado en este Ensayo.

66 Ensayo del Doble Hidrómetro; los recipientes del lado derecho son los ensayados sin el defloculante y sin agitación mecánica.

67 Ensayo de Pinhole Fue desarrollado por Sherard (1976), con el propósito de tener una medida directa de la erodibilidad. Es así como un orificio de 1.0 mm de diámetro es perforado en el suelo a ser ensayado y a través del cual se pasa agua bajo diferentes cargas y tiempos, simulando una fisura en el terraplén de una presa.

68 Piezas del molde donde es colocado el espécimen para realizar el ensayo.

69 Ensayo de Pinhole, cilindro ensamblado y pisón de compactación listo para empezar el ensayo.

70 Equipo de Pinhole.

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72 Ensayo de Pinhole, obsérvese el especimen compactado
Ensayo de Pinhole, obsérvese el especimen compactado. Luego de transcurridas 24 y 48 horas se iniciará el ensayo.

73 Ensayo de Pinhole, compactación del especimen en el cilindro del equipo de Pinhole en 05 capas y con 16 golpes por capa.

74 Preparación del orificio a través del especimen de suelo con la aguja del equipo de Pinhole.

75 Ensayo de Pinhole, aplicación de la primera carga.

76 Ensayo de Pinhole, obsérvese el color del efluente a través de los cilindros y la carga a la cual está sometida; esto es típico en un suelo ligeramente dispersivo.

77 Ensayo de Pinhole, aplicación de la última carga.

78 Ensayo de Pinhole, resultado de algunos de los especímenes ensayados.

79 Ensayo de Pinhole, obsérvese la diferencia en los resultados de un especímen de suelo dispersivo (lado izq.) y otro no dispersivo (lado der.).

80 Algunos Casos Vistos: Presa Tinajones
Ubicada en el distrito de Chongoyape. Es una presa de tierra zonificada que provee el cierre principal a las aguas embalsadas. Construída entre los años de 1965 y La presa ha presentado varias fisuras en diferentes años, realizándose varias reparaciones. El material investigado fue de la corona de la presa principal en la progresiva Km

81 Deslizamiento producido en el talud aguas arriba
de la Presa Tinajones

82 Grieta producida en el talud aguas arriba de la Presa Tinajones

83 Grieta producida en el núcleo de la Presa Tinajones

84 FENOMENO DE LICUACIÓN DE SUELOS
Zenón Aguilar Bardales, Dr. Eng.

85 PERDIDA DE CAPACIDAD PORTANTE
Estado Inicial Nivel Freático Flujo de agua hacia arriba Estado Final

86 Manifestaciones de la Licuación en Superficie

87 Licuación de Suelos en Nigata, Japón Sismo de 1964

88 Licuación de Suelos en Venezuela, Sismo de 1969

89 Licuación de Suelos en Kobe, Japón Sismo de 1995

90 Licuación de Suelos en Kobe, Japón Sismo de 1995

91 Licuación de Suelos en Chimbote, Perú. Sismo de 1970

92 Licuación de Suelos en Chimbote, Perú. Sismo de 1970

93 Licuación de Suelos en Chimbote, Perú. Sismo de 1970

94 Licuación de Suelos en Chimbote, Perú. Sismo de 1970

95 Licuación de Suelos en Tahuishco, Moyobamba
Sismo de 1990

96 Licuación de Suelos en Asungue, Moyobamba
Sismo de 1990.

97 EFECTOS LOCALES DE SITIO - TERREMOTO DE MEXICO (1985).
Caleta de Campos Epicentro 2200 m (aprox.) UNAM Teacalco SCT Nivel del Mar 332 Km. (aprox.) 379 Km. (aprox.) 400 Km. (aprox.) PLACA DE COCOS 10 seg. -170 170 Aceleración cm/seg/seg

98 ESPECTRO DE RESPUESTAS DE VELOCIDADES
CIUDAD DE MÉXICO - ESTACIÓN SCT (1985) 200 400 600 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Mexico City SCT EW (1985) El Centro NS (1940) Hachinohe NS (1968) Kawasaki NS (1985) Espectro de Respuesta de Velocidades (h=0.02) Período (seg) Velocidades (cm/seg)