CURSO
CIMENTACIONES
Profesor
Dr. Ing. Arnaldo Carrillo Gil
CURSO : CIMENTACIONES PROFESOR: Dr. Ing. Arnaldo Carrillo Gil Código Área Académica Créditos
: IC0804 : Geotecnia : 03
OBJETIVO El estudio de las cimentaciones apoyadas en los suelos del Perú y la aplicación de los conceptos teóricos de la Mecánica de Suelos llevados en los cursos básicos, hacen de este curso de especialidad indispensable para la formación integral del ingeniero civil en el diseño y construcción de las cimentaciones en las diferentes regiones del país donde se presentan condiciones especiales de comportamiento estático y dinámico, deformaciones por infiltración de agua en suelos granulares y cohesivos, así como estabilidad de taludes y mejoramiento del terreno con sistemas de aplicación moderna.
PARÁMETROS DEL CURSO CONTROL DEL APREDIZAJE El Examen Parcial de tipo convencional consiste en diez preguntas de tipo conceptual (10 puntos)y un problema práctico sobre la cimentación de una obra de ingeniería sobre los suelos especiales del Perú (10 puntos). El Examen Final es la entrega del Informe Final del Trabajo de Investigación desarrollado durante el semestre, al que se suman las evaluaciones personales durante las exposiciones y avances de la investigación, traducción de trabajos técnicos y reportes de visitas al campo y asistencia a conferencias especializadas. Se tomarán un mínimo de cinco prácticas escritas, dejando la posibilidad de que el estudiante pueda faltar o anular una, por lo que el promedio final de prácticas se efectuará sobre cuatro notas válidas. Durante el semestre se desarrollarán trabajos individuales o en grupo, considerándose en todos los casos la evaluación individual de cada estudiante.
PRESENTACIÓN DE INFORMES El texto traducido al español del contenido completo de la lectura asignada a cada alumno, deberá ser entregado incluyendo los diagramas, gráficos, tablas y dibujos que contenga el texto, todo en español debidamente ordenado. Así mismo entregará la copia de la información proporcionada, anotaciones y borradores elaborados de su traducción, así como una versión digital en CD o disquete que contenga todo lo indicado. Este disquete o CD deberá ser revisado por un software antivirus reciente previamente a su entrega. El formato del texto en español deberá ser presentado con el tipo de letra ARIAL 12, teniendo como márgenes de pagina: superior 3.50, inferior 2.00, izquierdo 3.00 y derecho 2.00. No es necesario colocar encabezado al texto. Para la numeración de las páginas deberá ser centrado al pie de página, sin afectar al margen inferior señalado. Las entregas se efectuaran de acuerdo al calendario acordado en clase en cada semestre.
TALLER DE CIMENTACIONES Se desarrollará el tema de la investigación propuesta para el semestre, que comprende la recolección de información en Internet, en las instituciones involucradas y bibliotecas especializadas de universidades o instituciones académicas. Para ello los alumnos deberán visitar los Portales WEB de acuerdo al tema tratado en cada Semestre, haciendo uso del sistema de cómputo de la universidad. Adicionalmente los estudiantes desarrollarán por etapas, el manejo de Programas de Cómputo especializados y el modelaje geotécnico para su aplicación al cálculo correspondiente. Toda la información obtenida deberá ser revisada y procesada, para presentar el Informe Final, las paginas de este informe tendrán el mismo formato de texto antes indicado, así como una versión digital del mismo en disquete o CD para ser entregado el día programado para el Examen Final, ya que no se considerará otra fecha adicional. Todas las copias, programas relacionados al tema, CD, videos, borradores, bibliografía obtenida en la elaboración del Trabajo Final deben ser obligatoriamente anexados al Informe Final por calificar, tomando en cuenta que el trabajo grupal será evaluado individualmente de acuerdo a su participación en el grupo.
OTRAS CONSIDERACIONES El Profesor entregará un CD, sin costo alguno, durante la Clase Inaugural para ser copiado libremente por cada uno de los alumnos del curso. Este CD contiene en versión digital los textos de todas las clases a impartirse por el Sistema Multimedia, separatas con lecturas obligatorias de temas escogidos sobre cada tópico tratado en las clases, así como una versión digital gratuita de su último libro: “GEOTECNIA DE LOS SUELOS PERUANOS” que es el libro de consulta del curso junto con sus libros anteriores “COMPORTAMIENTO DE LOS SUELOS DEL PERU”, “CIMENTACIONES SOBRE ARCILLAS EXPANSIVAS” y “COMPORTAMIENTO DE LOS PAVIMENTOS” y cuyas versiones escritas en papel se encuentran a disposición de los estudiantes en la Biblioteca Central de la universidad.
CRITERIOS Y PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE La asistencia a clase es obligatoria Evaluaciones: Examen Parcial
: (EP)
1
Examen Final
: (EF)
1
Examen Sustitutorio
: (ES)
1
Promedio Prácticas
: (PP)
1
Fórmula Promedio Final:
EP + EF + (PCA1 + PCA2 + PCA3 + PCA4 + PCA5) / 4 PF = 3 Donde el PF debe ser mayor o igual a 10.5 para aprobar el curso, y la calificación del (ES) sólo reemplaza la calificación del EP o EF.
ARNALDO CARRILLO GIL - Doctor en Ingeniería, UNFV, Lima, Perú - Master en Ciencias de la Ingeniería, graduado en la Universidad Nacional Autónoma de México.. - Estudios de Post-Grado en Francia, España, U.S.A., México, Colombia, Perú. - Profesor Emérito Universidad Nacional de Ingeniería. - Profesor de Ingeniería Civil de La Universidad Ricardo Palma. - Profesor Honorario de la Universidad Pedro Ruiz Gallo. - Ex Director de la Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil de la Universidad Ricardo Palma. - Miembro de la Asamblea General de la Universidad Ricardo Palma - Presidente del Instituto Peruano de Ingeniería Geotécnica y Geoambiental - Ex Miembro del Consejo Directivo de la Escuela de Post Grado de la Universidad Ricardo Palma. - Presidente del Directorio de A. Carrillo Gil S.A., Ingenieros Consultores. - Presidente del Directorio de AC Ingenieros Consultores S.A.C. - Pergamino de Plata por sus Importantes Contribuciones a la Ingeniería Geotécnica de América, Viña Del Mar, Chile. - Presidente de la Sociedad Peruana de Geotecnia, en dos oportunidades - Fellow de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles de los Estados Unidos de América (ASCE). - Presidente del VI Congreso Panamericano de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Cimentaciones. - Presidente del II, III, IV y VIII Congresos Nacionales de Mecánica de Suelos é Ingeniería de Cimentaciones. - Conferencista internacional en más de 28 paises. - Autor de más de 190 trabajos de Investigación publicados en el país y en el extranjero. Ha publicado cuatro Libros sobre Mecánica de Suelos y Pavimentos. - Ha representado al Perú en numerosas Conferencias Internacionales como Presidente, Relator General, Miembro del Panel y Conferencista Invitado en más de 22 paises. -Consultor de estudios de suelos, cimentaciones y control del medio ambiente en el Perú y en otros paises sudamericanos. -Asesor de Empresas Internacionales sobre Ingeniería Geoténica y Ambiental.
DISTINCION INSTITUCIONAL DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA AL PROFESOR EMERITO ARNALDO CARRILLO GIL, COMO “MAESTRO DE MAESTROS” OTORGADA EN SETIEMBRE DEL 2000
CLASE INAUGURAL
LA INGENIERÍA GEOTÉCNICA DEL FUTURO
CURSO DE CIMENTACIONES
Dr. Ing. Arnaldo Carrillo Gil Universidad Ricardo Palma Lima, Perú
La geotécnica lidia con los problemas de ingeniería asociados a suelos y rocas que, a su vez, intervienen en toda obra de ingeniería civil, sea como formaciones geológicas que rodean o sirven de soporte a estas obras, o como materiales de construcción de las mismas
El hecho de que la geotecnia moderna se haya acreditado tan rápidamente se debió a dos atributos distintivos con respecto a otras disciplinas de la ingeniería mas antiguas: el cariz innovador que le permitió avanzar muy rápidamente y el afán de objetividad utilizando un marco geológico adecuado, observaciones y mediciones rigurosas con experimentación completa.
A pesar de tal omnipresencia en la ingeniería civil, la geotecnia es una disciplina que se formuló sobre bases científicas apenas entre la segunda y la cuarta décadas del siglo XX, y cuyos métodos y logros se consiguen durante la posguerra, impulsados por el auge que tuvo el apoyo social a la ciencia y la técnica.
En la actualidad, en lo que se refiere a la elaboración de teorías y modelos, la geotecnia, ha sufrido una transformación derivada de la explosión informática en que estamos inmersos. Se ha dado una importancia central al desarrollo de los métodos numéricos, entre los que ocupa un lugar privilegiado el método de elementos finitos.
En el caso de la cuantificación de las propiedades mecánicas de los materiales, se ha avanzado en la automatización de los laboratorios de suelos al incorporar sistemas automáticos de adquisición de datos, al tiempo que se ha aprovechado el desarrollo de diferentes transductores para convertir señales analógicas en señales digitales.Avances significativos también se han alcanzdo para los ensayos de campo.
A diferencia de otros materiales con los que trabaja el ingeniero civil; el suelo es uno de los materiales de construcción mas antiguo formado por proceso geológicos diversos que como un producto natural sus propiedades pueden variar de un punto a otro.
La mecánica de suelos creada por Terzaghi, se convierte en Geotecnia para cubrir los campos propios de la mecánica de suelos así también la mecánica de rocas y la geología aplicada a la ingeniería entre otras especialidades,como la ingeniería geoambiental. Esto indica en resumen, que comenzamos siendo responsables del subsuelo y terminamos involucrados con las descargas de agua servida y las emanaciones gaseosas que afectan el ambiente.
No existe proyecto en que el ingeniero geotécnico pueda prescindir del análisis cualitativo y/o cuantitativo del comportamiento futuro de una estructura. Los problemas pueden ser simples o complicados, pero el ingeniero geotécnico siempre estará envuelto en el futuro de su obra, consciente o inconscientemente.
Así, a lo largo de Centurias, el hombre ha desarrollado el concepto de refuerzo del suelo: la idea ha sido colocar algunas “inclusiones” dentro del suelo, lo que mejora sus características mecánicas de resistencia y deformación.
Los romanos utilizaron diversos tipos de suelos reforzados. Se menciona la colocación de maderos entramados para sostener al suelo sobre su cara exterior, empleándose como estructuras de retención desde la 1ra Centuria antes de Cristo. Es el mismo principio de la Tierra Armada actual.
La facultad cognoscitiva permite al ingeniero captar información, pero no es suficiente, ya que requiere de otras facultades para descubrir, predecir, ingeniar, razonar, juzgar y finalmente tomar decisiones. Siempre decimos que ingeniería viene de ingenio y en realidad hay muchos ejemplos de ello:
Hace 3,000 años los Babilonios utilizaron hojas de palmera para reforzar sus “ziggurats”. El Templo Agar-Quf Ziggurat, en Irak, fue construido con ladrillos de arcilla reforzados con mantas tejidas colocadas horizontalmente sobre capas de arena y grava distanciadas entre 0.50 m a 2.00 m. La estructura tuvo una altura original de 80.00 m.
La Gran Muralla China, construida hace más de 2,000 años, contiene algunas secciones donde la arcilla y la grava se encuentran reforzadas con ramas de pino.
En América del Sur el adobe o construcción con tierra aparece hace 3,800 años en su forma más primitiva dentro de las diversas culturas pre-hispánicas. Muros trapezoidales con intercalaciones de paja, caña y piedrecillas colocados en capas dentro de ellos a diferentes niveles, fueron estudiados para establecer un modelo prototipo,equivalente al de los planos de corte si el adobe fuera punzonado por la carga.
Nosotros los peruanos tenemos evidencias de trabajos de
mejoramiento y refuerzo de suelos ejecutados por nuestros
antepasados prehispánicos en los muros construidos con suelo y adobe, que tienen miles de años y aun se encuentran en pié.
Muros pre-hispánicos prototipo para el estudio del refuerzo interior
Luego de la remediación
IMPACTO
La ingeniería geotecnica resuelve estos problemas aplicando procedimientos tecnológicos que permiten lograr mayor estabilidad al mismo tiempo que economía, lo que hace que se restablezcan las condiciones reales que tenía el talud antes de efectuar las obras de ingeniería que han alterado el medio ambiente.
Muros pre-hispánicos prototipo para el estudio del refuerzo interior
Diseño de taludes y drenaje eficiente CONDICION NATURAL
Reparación del daño al medio ambiente
TIEMPO
MEDIO AMBIENTE
EXCAVACION
antes
CAMBIO DE PENDIENTE SUPERFICIAL
TALUD DESLIZAMIENTO
DRENAJE SUB-SUPERFICIAL
RELLENO
BANQUETAS
MURO DE PIE
BIOPROTECCION
INSTRUMENTACION GEOTECNICA
CONTROL MONITOREO GEOTECNICO
después
Otro tema interesante que reclama la atención de la geotecnia del futuro es la ingeniería geoambiental, considerándose tres temas fundamentales: el saneamiento de suelos contaminados, la disposición de residuos y la protección de suelos contra la contaminación producida por las actividades productivas y por los depósitos de residuos.
Es pues importante que nos preocupemos por este problema que tiene que ver con la sobrevivencia del ser humano como especie y que reclama de nuestra participación responsable, ya que diversas empresas están atacando el problema de saneamiento del subsuelo con un enfoque exclusivamente químico y biológico, dejando de lado la participación del especialista en geotecnia.
LA INGENIERIA GEOTECNICA DEL FUTURO
Suelos No-saturados y efectos de succión
LA INGENIERIA GEOTECNICA DEL FUTURO
Suelos No-saturados Ingeniería Geoambiental
La Geotecnología del futuro, en la cual la ingeniería geotécnica es la parte vital, ha llegado a ser una rama muy extensa que abarca muchas disciplinas. Estas disciplinas incluyen, en adicción a Ingeniería Geotécnica: la Geología e Ingeniería Geológica, la Geofísica, Geoquímica, Computación Científica, Sismología, Geohidrología, Ingeniería Civil, Ingeniería Petrolera y Minería e Ingeniería Mineral.
LA INGENIERIA GEOTECNICA DEL FUTURO
Suelos No-saturados Ingeniería Geoambiental Interacción Suelo-Estructura
LA INGENIERIA GEOTECNICA DEL FUTURO
Suelos No-saturados Ingeniería Geoambiental Interacción Suelo-Estructura Uso de métodos numéricos y elementos finitos
LA INGENIERIA GEOTECNICA DEL FUTURO
Suelos No-saturados Ingeniería Geoambiental Interacción Suelo-Estructura Uso de métodos numéricos y elementos finitos Dinámica de suelos
Condición Actual Sección A – A Análisis Dinámico
LA INGENIERIA GEOTECNICA DEL FUTURO
Suelos No-saturados Ingeniería Geoambiental Interacción Suelo-Estructura Uso de métodos numéricos y elementos finitos Dinámica de suelos Nuevos materiales para el mejoramiento del suelo
LA INGENIERIA GEOTECNICA DEL FUTURO
Suelos No-saturados Ingeniería Geoambiental Interacción Suelo-Estructura Uso de métodos numéricos y elementos finitos Dinámica de suelos Nuevos materiales para el mejoramiento del suelo Ensayos no-destructivos
LA INGENIERIA GEOTECNICA DEL FUTURO
Suelos No-saturados Ingeniería Geoambiental Interacción Suelo-Estructura Uso de métodos numéricos y elementos finitos Dinámica de suelos Nuevos materiales para el mejoramiento del suelo Ensayos no-destructivos Instrumentación
LA INGENIERIA GEOTECNICA DEL FUTURO
Suelos No-saturados Ingeniería Geoambiental Interacción Suelo-Estructura Uso de métodos numéricos y elementos finitos Dinámica de suelos Nuevos materiales para el mejoramiento del suelo Ensayos no-destructivos Instrumentación Geomecánica de Taludes
LA INGENIERIA GEOTECNICA DEL FUTURO
Suelos No-saturados Ingeniería Geoambiental Interacción Suelo-Estructura Uso de métodos numéricos y elementos finitos Dinámica de suelos Nuevos materiales para el mejoramiento del suelo Ensayos no-destructivos Instrumentación Geomecánica de Taludes Investigación de peligros naturales
El sano juicio de la ingeniería continuará siendo la mejor llave para lograr el éxito en nuestra especialidad, dado que todo problema geotécnico esta caracterizado por ser único, en consecuencia, el criterio y la experiencia del diseñador geotécnico siempre será la mejor herramienta para solucionar las graves incógnitas que se nos presentarán en el futuro.
Dr. ARNALDO CARRILLO GIL
[email protected]
UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD RICARDO PALMA PALMA RICARDO FACULTAD DE DE FACULTAD INGENIERIA INGENIERIA
CIMENTACIONES Definiciones conceptuales y Geotecnia
Dr. Ing. ARNALDO CARRILLO GIL
La Geotecnia lidia con los problemas de ingeniería asociados a suelos y rocas. Suelos y rocas, a su vez, intervienen en toda obra de ingeniería civil, sea como formaciones geológicas que rodean o sirven de soporte a dichas obras, o como materiales de construcción de las mismas.
El rápido desarrollo de la Geotecnia se debió en gran medida a que se abandonaron las idealizaciones de la mecánica del medio continuo clásica, o en otras palabras, se combinaron selectivamente dichas soluciones con una conceptualización realista del marco geológico general y sus detalles significativos.
A pesar de tal omnipresencia en la ingeniería civil, la geotecnia es una disciplina que se formuló sobre bases científicas apenas entre la segunda y la cuarta decádas del siglo pasado, y cuyos métodos y logros se consolidaron durante la postguerra, impulsados por el auge que en esos años tuvo el apoyo social a la ciencia y la técnica.
La complejidad mecánica y geométrica de los problemas de la geotecnia exige una gran cantidad de datos para caracterizar un problema, y en su solución intervienen un número de variables mayor que en los problemas de otras disciplinas de la ingeniería civil.
Método Científico o Experimental 2. HIPOTESIS
Procesos básicos de la Geotecnia y en genaral de la ciencia: 1.Datos
interpretación
(inferencia de situaciones a partir de datos)
2.interpretación 1. OBSERVACION
3. EXPERIMENTO
a) El método es un proceso cerrado con trayectoria 1-2-3-1 b) Si la hipótesis se confirma, el ciclo se cierra exitosamente c) Si la hipótesis no se confirma, el ciclo no se cierra con ella, pero puede repetirse con otras hipótesis hasta que eventualmente culmina satisfactoriamente en 1
diagnóstico
(inferencia de fallas del sistema a partir de observaciones validadas)
3.diagnóstico
predicción
(inferencia de probables consecuencias de ciertas situaciones)
Resultados esenciales de la ingeniería: •Diseño •Proyecto •Monitoreo •Control
El Método de la Ingeniería La formulación de hipótesis es indespensable en todos los procesos de la ciencia y de la ingeniería. La geotecnia debe inferir un modelo del sitio con todos los rasgos geométricos y mecánicos relevantes, así como hacer supuestos plausibles sobre la evolución futura de las variables independientes que intervienen.
Lo que distingue a la ingeniería de la ciencia no es método, sino las situaciones a las que se enfrenta. En el método científico, definido como el trabajo orientado a generar conocimiento cada problema que se estudia puede y debe acotarse o reducirse en su alcance, tomando de la realidad sólo una porción que no contenga variables extrañas y que tenga fronteras nítidas y con condiciones contraladas.
Koen (1985) lo define como:”la estrategia que produce el mejor resultado, o uno suficientemente satisfactorio, con los recursos disponibles en una situación incierta o insuficientemente definida” El ingenierio no siempre optimiza, sino que a veces sólo satisface. La definición es compatible con la necesidad del conocimiento procedimental, personal y no necesariamente codificado.
En el método de la ingeniería, definido como la aplicación del conocimiento a resolver problemas, el número de variables que intervienen es mucho mayor, algunas de ellas no controlables y pertenecientes a dominios distintos de los propiamente técnicos, tecnológicos o científicos. En ingeniería puede presentarse desconocimiento o incertidumbre significativa sobre el valor de algunas variables y sobre la interrelación entre ellas
El método de la ingeniería es la reiteración del método científico. Así pues, cuando parece que la ingeniería usa un método distinto al de la ciencia, lo que sucede es que la ciencia y la ingeniería se enfrentan a situaciones diferentes, y que tal diferencia se origina en que la ciencia es, por cuanto al plantemiento de sus problemas, un asunto de científicos, mientras que la ingeniería es, en el mismo sentido, un asunto de ingenieros.
EVOLUCION DE LAS CIMENTACIONES Período antiguo
ORIGENES DEL HOMBRE AMERICANO
La mayoría de los indios americanos descenderían de un reducido grupo de asiáticos que atravesó hace 15,000 o 30,000 años el estrecho de Bering.
Los descendientes de ese pequeño grupo representan el 95 por ciento de los indios del Nuevo Mundo, incluidos los creadores de grandes civilizaciones como los Mayas y los Incas, afirmo Douglas Wallace, de la universidad de Emory, en Atlanta - Estados Unidos.
CARAL
Wallace intenta establecer ahora cuando se produjo aquella primera migración a través del estrecho de Bering: se cree que pudo ser hace 30,000 o 15,000 años, cuando se derritieron los glaciares que unían a modo de puente los extremos de Asia y América.
CIMENTACIONES Y CONSTRUCCIONES EN ROCA Y SUELO El hombre llegado de Asia avanzo en América a razón de unos 15 kilómetros por año, llegando a Chile 1000 años más tarde. Fueron los Sinodontes del noreste de Asia los que cruzaron el estrecho de Bering.
Las obras civiles prehispánicas con su inusual variedad y tamaño son el legado de estos antiguos ingenieros, que conocieron sus proyectos y realizaron sus construcciones utilizando la roca y el suelo.
La falta tanto del sistema formal de lógica matemática así como de escritura impidió un mayor desarrollo de la tecnología prehispánica.
Sin embargo a pesar de todas estas circunstancias , los ingeniosos antepasados peruanos resolvieron una serie de problemas ingenieriles que han permitido que sus obras, aparecidas en la costa Perú alrededor de 2,500 A.C. tengan estabilidad natural y se encuentran aun de pie, pese a la inclemencia del tiempo, clima y de los movimientos sísmicos severos que han ocurrido en el área.
Cimentaciones en Roca Las principales obras en roca construidas por los antiguos prehispánicas peruanos se encuentran emplazadas cerca de la ciudad del Cuzco, especialmente en la milenaria ciudadela de Machu Picchu.
Construida en el flanco oriental de los andes en una zona cruzada por fallas geológicas que han existido siempre y de las que los antiguos peruanos tenían conocimiento, tomándolas en cuenta cuando edificaron sus obras distribuyendo la ciudadela en varias secciones o partes, para flexibilizarla y evitar cualquier efecto sísmico sobre las obras en roca.
Tenían un adecuado sistema de drenaje superficial y profundo, lo que a permitido que las cimentaciones en su mayoría permanezcan estables después de milenios a la intemperie, clima y efectos sísmicos severos.
El apoyo de las cimentaciones encontradas en estas áreas generalmente eran sobre rocas , sin embargo también existieron obras apoyadas directamente en suelo o sobre gravas y arena.
Encontrándose en algunos casos la particularidad de que estas estaban dispuestas en zig zag o endentadas desde el apoyo, lográndose engrampar perfectamente con el suelo o roca y evitar efectos de cargas horizontales debido a los movimientos sísmicos.
La roca variaba según los aparejos en que estaban emplazados, y estos por lo general tenían relación con la función dada en las construcciones.
Los palacios usaban piedra relativamente pequeña, en comparación a las utilizadas en los refugios o fortalezas que tenían bloques gigantescos de diorita, pórfido o granito.
Cimentaciones en suelo Tan igual que la piedra , la tierra es el mas antiguo de los materiales de construcción que el hombre ha utilizado a través de épocas.
Desde que el hombre deja de ser nómade, y recurre a la tierra para cultivarla, descubre que también puede modelarla secarla al sol, otorgándole una sencilla solución constructiva
Aun en nuestra era, encontramos testimonios impresionantes de edificaciones prehispánicos en tierras, tales como Pachacamac, Pacatmamu, Moche, Cajamarquilla, Paramonga, Chan Chan (considerada la ciudad de barro mas grande del mundo antiguo), entre otros.
Hemos llegado a establecer que el material predominante de los andes peruanos ha sido la piedra, sin embargo, esto no excluye la presencia del adobe y el tapial en la sierra.
De igual forma, el uso de estos últimos como material preferencial en la costa, no limita la presencia de bases de piedra en los muros costeños.
Los muros y murallas de adobe en el Perú antiguo, son por lo general de gran espesor adaptándose a la topografía del terreno existente.
Las cimentaciones de los monumentos eran usualmente simples. Algunas apreciaciones de origen prehispánico acerca de los muros de albañilería, indican que los mismos eran colocados sobre una áspera mampostería al nivel superficial del terreno.
Las zanjas para tal cometido contenían tierra compactada con piedras de regular tamaño. El ancho y profundidad de las zanjas, no es sin embargo, más grande que el espesor del muro en su parte baja.
Las partes inferiores de los muros eran construidos con un ancho mayor que el siguiente nivel en forma trapezoidal, de este modo se transmitía menores esfuerzos al suelo de apoyo, en todos los casos, demostraron conocer la calidad del suelo de cimentación para mejor o peor apoyo de las obras.
Muros de adobe que presentan a diferentes niveles intercalaciones de paja, caña, piedrecillas y piedra que logran distribuir mejor la carga que llega al nivel de la cimentación.
DIMENSIONES PROMEDIO DEL PROTOTIPO DE MURO
EVALUACION CUASI-ESTATICA DEL MODELO MATEMATICO DEL MURO PRE-HISPANICO
ENSAMBLAJE DEL MODELO GEOTECNICO EXPERIMENTAL
El mortero utilizado para asentar los adobitos fue del mismo barro con que estuvo elaborado el adobe, y la caña utilizada como refuerzo horizontal tuvo aproximadamente 1” de diámetro, la cual se coloco partida y chancada entre las juntas del mortero.
EVOLUCION DE LAS CIMENTACIONES Período moderno
CASOS HISTORICOS •Torre Latinoamericana •Torre de Pisa •Catedral de México
En los tiempos modernos las cimentaciones deben ser proyectadas,construidas y conservadas a lo largo de su vida útil para que cumplan los requisitos mínimos de: •Resistencia a las solicitaciones, con seguridad suficiente. •Deformaciones por debajo de los límites impuestos por condiciones de funcionalidad y estética.
El proceso tradicional que conduce a una buena cimentación tal y como está recogido en las normas y manuales de buena práctica, termina definiendo la seguridad y funcionalidad de la cimentación en términos de una presión admisible o de trabajo que no debe ser superado por las solicitaciones transmitidas por la estructura.
La Geotecnia dispone de procedimientos para esta verificación, efectuando cálculos justificativos basados en modelos fisico-matemáticos, aunque cabe el empleo de los denominados “métodos observacionales” que realizan el proyecto basándose en el comportamiento de la obra.
Sea cualquiera el procedimiento que se utilice, existe una demanda cada vez mayor de la comunidad geotecnica en lograr una mejor cuantificación del factor de seguridad o de confiabilidad apoyada en la probabilidad de falla de la cimentación a la cual no se puede sustraer el ingeniero proyectista.
c) Considerar los verdaderos estados de cargas que solicitan la cimentación, usualmente representadas por combinaciones de acciones externas. d) Los coeficientes de seguridad o confiabilidad, que vienen a representar una medida de la probabilidad de falla de la obra según el modo analizado.
Estos modelos geotécnicos incluyen tanto la configuración geométrica del problema (tipos de suelo, estratigrafía, profundidad de apoyo, posición del nivel del agua, delimitación de zonas débiles, etc.) como las condiciones de los materiales geotécnicos (parámetros de cálculo, riesgo geotécnico, riesgo sísmico y geológico, etc).
Criterios PARA UNA ADECUADA verificación : a) Cumplir con los requisitos mínimos de investigación geotécnica,en función de las características de la obra y del suelo subyacente. b) Evalaución de los modelos de cálculo analítico o numérico para la determinación de la resistencia y deformación del materail geotécnico de soporte.
Avances en el diseño conceptual De la interpretación de los resultados de la investigación geotécnica, el proyectista debe elaborar las situaciones de proyecto, que permiten representar la realidad física con aproximación suficiente.
Cómo es lógico, no hay una solución única para la determinación de la resistencia y deformabilidad de un suelo y, dependiendo de su experiencia y capacidad, diferentes proyectistas llegarán a diferentes estimaciones del modelo geotécnico para un mismo problema, y por lo tanto los resultados también serán diferentes.
En todos los casos, los resultados del cálculo deben ser analizados a la luz de la experiencia y sentido común antes de tomar la decisión sobre el tipo y dimensionamiento de la cimentación. En algunos casos, la solución final puede diferir largamente de los resultados obtenidos por complicados métodos o sofisticados paquetes de computadora.
ANÁLISIS DE CASOS Lo que no debe hacerse en Cimentaciones
ANÁLISIS DE CASOS Cimentación sobre rellenos
CURSO: CIMENTACIONES CAPACIDAD PORTANTE Y DISEÑO GEOTECNICO Dr. Ing. ARNALDO CARRILLO GIL PROFESOR
Método de los Esfuerzos Admisibles Consiste en asegurar que los esfuerzos inducidas por las solicitaciones o cargas de servicio son inferiores a la presión admisible. En este caso, los valores del coeficiente de seguridad provienen de la experiencia acumulada en el uso de métodos similares de proyecto con estructuras similares y en condiciones geotécnicas análogas.
Existen formulaciones de la presión admisible o deformabilidad del terreno que se basan en correlaciones empíricas a partir de ensayos de campo como SPT, ya que hay mucha experiencia geotécnica contenida en tales correlaciones empíricas. Aunque todas las filosofías de proyecto asumen que se debe asegurar un nivel aceptable de seguridad en la cimentación que es el riesgo tolerable.
Para el problema de rotura por hundimiento de cimentaciones se utiliza un valor único del Factor de Seguridad comprendido entre 2 y 3, en el que se concentran todas las incertidumbres y situaciones de proyecto. Aunque el concepto es simple, no deja de suponer una cierta ambigüedad si no se le acompaña de una definición de los procedimientos prescritos para evaluar las solicitaciones, la resistencia y deformabilidad del suelo y los modelos de cálculo correspondientes.
(b) P
(a)
P
P
R
R
R
P
P.R.
R P.R.
El gráfico representa el caso en el que ambas están bien definidas y controladas, por lo que la probabilidad de falla es baja tal como indica la relativamente pequeña área de solape entre ambas curvas.
La figura corresponde a la situación más frecuente en el proyecto de cimentaciones en la que las solicitaciones son razonablemente bien conocidas, pero la resistencia geotécnica no.
P
(c)
P
R
R
P.R.
En este caso, tanto las cargas como las resistencias no están bien definidas ni controladas, tal como muestran las relativamente amplias curvas de distribución.
El concepto de Esfuerzo Admisible dificulta la diferenciación explícita entre lo que es comportamiento de la cimentación en condiciones últimas o condiciones límites de funcionalidad. En casos muy típicos, el coeficiente de seguridad global utilizado tradicionalmente está fijado por la experiencia para limitar los asientos hasta niveles aceptables, por lo que su valor no toma en cuenta la consideración separada de la falla del suelo por carga de hundimiento.
El Método de los Estados Límites Los estados límites se definen como las situaciones en las que una cimentación deja de cumplir las funciones para las que ha sido proyectada. Se entiende que una obra tiene seguridad suficiente cuando la probabilidad sea baja durante su vida útil.
El método del esfuerzo admisible es básicamente determinista, por lo que no permite una evaluación probabilista del nivel de seguridad. La probabilidad de falla de la cimentación provendrá, de la experiencia acumulada por el uso, de esta formulación por parte de la comunidad geotécnica, aunque no pueda ser cuantificada en cada proyecto concreto.
Sin embargo, y a pesar de todas sus limitaciones, el método basado en la presión admisible para la verificación de una cimentación ha sido extensamente utilizado, constituyendo el procedimiento tradicional de proyecto en los últimos 100 años, por lo que resulta imposible ignorar la experiencia acumulada, que debe ser tenida en cuenta en comparación a cualquier otro método moderno.
En este método, cada estado límite potencial es verificado separadamente y su ocurrencia debe ser, o eliminada por imposible o comprobado que se satisface el nivel de seguridad prescrito.
Estados límites últimos Son las situaciones que conllevan a la ruina total o parcial de la estructura. En la figura siguiente se enumeran algunos estados límites, que, por su implicancia con la seguridad de la obra,deben ser proyectados para una baja probabilidad de ocurrencia.
CONSIDERACIONES SOBRE LA TEORIA DE LA CONFIABILIDAD E INCERTIDUMBRE DEL PROYECTO
Algunas de las anteriores incertidumbres pueden ser cuantitativas en términos probabilísticos. La variabilidad natural del terreno y la evaluación de los parámetros geotécnicos en la mayoría de los casos suelen presentar el mayor grado de incertidumbre debido a la dificultad de tener en cuenta los complejos procesos geológicos implicados en las propiedades geomecánicas de un emplazamiento o macizo rocoso.
Todas las filosofías de proyecto asumen que se debe asegurar un nivel aceptable de seguridad en la cimentación. El riesgo tolerable se refiere a la disposición de convivir con ciertos riesgos a cambio de ciertos beneficios, en la confianza de que los riesgos están adecuadamente controlados. Tolerar un riesgo no significa ignorarlo o que se considere despreciable, sino que la sociedad debe estar dispuesta a asumirlo.
a) Incertidumbres en la estimación de las solicitaciones. b) Incertidumbres en la variabilidad de las condiciones del terreno. c) Incertidumbres en la evaluación de las propiedades geotécnicas de los materiales, principalmente parámetros de estado (densidad y humedad), resistencia y deformabilidad. d) Incertidumbre asociada con la representatividad del modelo (analítico o numérico) a la hora de reproducir el comportamiento real de la cimentación.
Evidentemente no hay nivel de seguridad admisible en términos económicos para hacer frente a las situaciones de proyecto en las que las condiciones geotécnicas del emplazamiento o los parámetros resistentes del terreno hayan sido malinterpretados, por lo que los cálculos del proyecto no reflejan adecuadamente la situación real.
Con el fin de hacer predicciones sobre la seguridad de las obras existen distintas filosofías de proyecto que se han ido desarrollando a lo largo del tiempo. Una de ellas es la teoría de la confiabilidad.
Los ingenieros sabemos que el riesgo
inducido en una obra tiene que ser limitado. No es posible proyectar obras exentas de riesgo. Siempre existe la posibilidad teórica de mal funcionamiento. El riesgo es un concepto que incluye no sólo la posibilidad de falla, sino también el costo y en alguna medida las consecuencias producidas por la falla.
COSTO EN $
1m
0 10
10 m
100 m
1b
-2 10
TALUDES
-3 10
Las obras de ingeniería presentan
BUQUES MERCANTES
PERFORACION MOVIL ACEPTADO
CIMENTACIONES PERFORACION FIJA
-4 10
PRESAS OTROS ESTUDIOS
PROBABILIDAD ANUAL DE "FALLA"
TAJO ABIERTO
-5 10
-6 10
VIDAS PERDIDAS
AVIACION COMERCIAL 1
10
PRESAS US ESTIMADAS
100
1000
contiene no sólo riesgo admisible por pérdida de vidas humanas, sino también respecto a montos inducidos por cierto tipo de obras importantes. La percepción básica del riesgo de muerte debe estar basada en un sentimiento humano, adaptado a la escala de los tiempos que vivimos. El riesgo de muerte estadísticamente pasa por un mínimo de 10-3/año.
10 b
MARGINALMENTE "ACEPTADO" -1 10
Whitman preparó información que
10000
CONSECUENCIAS DE LAS FALLAS Figura 1. Riesgo en proyectos de ingeniería (Tomando de Whitman, 1984)
ARNALDO CARRILLO GIL
[email protected]
confiabilidad variable con el tiempo, ya que el período de rotura varía con la edad. En presas es mayor al inicio de su operación, hasta que el embalse se haya estabilizado; es menor durante la vida útil de los primeros decenios y finalmente presenta problemas de envejecimiento que las hace mas peligrosas.
Eficiencia Diseño Diseño conceptual conceptual de de Cimentaciones Cimentaciones Curso Curso de de Cimentaciones Cimentaciones Profesor Profesor Dr. Ing. Arnaldo Dr. Ing. Arnaldo Carrillo Carrillo Gil Gil
Consideraciones conceptuales para Diseño • Diseño Conceptual – Cargas estructurales – Condiciones de Cimentación – Posibilidades de exploración de campo – Evaluación constructiva – Consideraciones económicas – Disponibilidad de equipamiento • Diseño detallado.
Consideraciones de diseño • Las cimentaciones deben diseñarse tanto geotécnica como estructuralmente • Deben ser seguras para cargas de compresión,tensión y corte, además de momentos • Deben ser eficientes estructuralmente • Eficientes desde el punto de vista geotécnico • La estructura debe tolerar movimientos del suelo sin dañarse.
1300 kN
8
750 φ Pilote vaceado
1300 kN
450 φ Pilote vaceado
Arcilla firme
Arcilla firme
9
20m
33.3m
Asentamiento tolerable Asentamiento sensible por la estructura
8
9
Arcilla rígida
Arcilla rígida
Asentamiento tolerable Asentamiento sensible por la estructura
Arcilla rígida
Arena densa
9
2.5m
Loose Sand Densificación Arena densa
9
Stiff Clay
Compresión
Asentamiento tolerable Asentamiento sensible`por la estructura
Arcilla
9
8
Arcilla rígida
Arcilla rígida
Arena media
8
10m
Arcilla Arena media Densa
9
Arcilla
Arcilla
Compresión
Asentamiento tolerable Asentamiento no sensible por la estrucra
9
8
Arcilla rígida
Arcilla rígida
8 9
Pilote vaceado
Arcilla rígida
8
5m
9
Arcilla rígida
Roca
Compresión
Arcilla
Pilote hincado
Roca
Compresión
Arcilla
9 Arena densa
Pilote vaciado
Arcilla rígida Roca
9
Pilote hincado
Arcilla rígida Roca
8
Tensión / Compresión
Tensión Barra cementada
8
?
Suelo o roca
9
Suelo
Tensión
Pilote hincado
8
Arcilla blanda
Cargas laterales
Pilote hincado
9
Cargas laterales
Tensión 1000 kN
1000 kN
8
Arcilla rígida
20m
9
?
Suelo
Arcilla rígida
Arena muy densa
275 x 275 Pilote hincado
Roca dura
Roca dura
750 φ Pilote vaciado
Arcilla rígida
9
275 x 275 Pilote hincado
20m
8
?
20m
Arcilla
Arcilla
Roca
Cargas laterales
Construción en arena
?
?
Arena suelta
Arcilla
?
20m
Arcilla
9
Arena suelta 2.5m
20m
Pilote vaceado ? Bentonita
Casing
9
Arena densa
Arena densa Stiff Clay
Construcción en arena
98
Diseño Diseño conceptual conceptual
Arena suelta
Arena suelta
10m
Construcción Construcción
•CFA •Atlas •Omega
Arena densa
9
Arena densa
Zapatas superficiales
Arena suelta 2.5m
8 9
Arena densa Stiff Clay
?
Diseño Diseño Conceptual Conceptual Arcilla rígida
Arena densa
Errores Errores conceptuales conceptuales en en el el diseño, diseño, construcción construcción yy operación operación de de cimentaciones cimentaciones en en suelos suelos especiales especiales
10m
Colapso de Edificio en Shangai Alrededor de las 5:30 a.m. del 27 de Junio del 2009, un edificio desocupado aun en construcción en Minhang, distrito de Shangai, se volcó, falleciendo un trabajador. De acuerdo a la información una sección de 70 m del muro de prevención de inundaciones del rio Dianpu cercano ha tenido que ver con este colapso.
(1)
Se excavó un estacionamiento subterráneo en el lado Sur, a una profundidad de 4.6 m.
(2)
El suelo excavado fue apilado en el lado Norte, alcanzando una altura de 10 m.
(3)
El edificio experimento una descompensación de las cargas laterales en dirección Sur y Norte.
(4)
Esto resultó en una presión lateral de 3,000 toneladas, la cual fue mayor que la soportada por los pilotes. Por tanto, el edificio se volcó en dirección Sur.
Primero, el edificio de departamentos es construido
Entonces, el plano indicaba que fuera excavado un estacionamiento subterráneo El suelo excavado fue apilado al otro lado del edificio
Precipitaciones fuertes resultaron en filtraciones de agua dentro del suelo
El edificio empieza a moverse y los pilotes de concreto se desprenden debido a la descompensación de presiones laterales
El edificio empieza a inclinarse
Y así se obtiene la Octava Maravilla del Mundo
Consideraciones financieras Pilotes • Equipamiento de Planta • Relación horaria (reemplazo, vida útil, intereses, mantenimiento) • Movilización/ desmovilización . • Relación de producción
• • • •
Personal Materiales Pagos Costo de alternativas
Factibilidad de pilotaje en el Perú • El pilotaje es costoso y sólo es necesario en determinados lugares del país. En muchos casos es posible cimentar con vigas contínuas o plateas de cimentación • Los suelos del Perú no presentan condiciones de cimentación críticas que requieran cimentaciones especiales y muy costosas
Conclusiones • Cargas estructurales • Condiciones de cimentación • Exploración de suelos adecuada • Facilidades de construcción • Consideraciones económicas • Disponibilidad de equipo • Diseño detallado.
Diseño conceptual
FI UDI GEOTECNIA DE TERREMOTOS (1a Parte) (Cimentaciones) Profesor: Dr. ARNALDO CARRILLO GIL
CONTENIDO a) Introducción b) Aspectos sísmicos c) Propagación onda sísmica d) Mecanismo de licuación e) Análisis de casos f) Potencial de licuación g) Mitigación del fenómeno h) Conclusiones finales
A. INTRODUCCIÓN
Terremoto 1970 Ancash Cementerio de Yungay Mas de 30,000 muertos
Anchorage - Alaska 1964
Anchorage - Alaska 1964
Anchorage - Alaska 1964
Daños recientes en el Sismo Ica 2007
Daños recientes en el Sismo Ica 2007
Daños recientes en el Sismo Ica 2007
Daños recientes en el Sismo Ica 2007
Daños recientes en el Sismo Ica 2007
Daños recientes en el Sismo Ica 2007
80% de las edificaciones fallaron en Pisco
Daños recientes en el Sismo Ica 2007
Daños recientes en el Sismo Ica 2007
Daños en la Carretera Panamericana Sur Grietas y deslizamientos en la plataforma
Daños recientes en el Sismo Ica 2007
Derrumbes Sismo Pisco 2007
Efectos de caídas de rocas en la Costa Verde durante el movimiento sísmico
Daños recientes en el Sismo Ica 2007
Sismo - Agosto 2007 Derrumbes en la carretera a Huarochirí
Daños recientes en el Sismo Ica 2007
Sismo - Agosto 2007
Sismo - Agosto 2007
Sismo - Agosto 2007
Sismo - Agosto 2007
Sismo - Agosto 2007
Sismo - Agosto 2007
Terremoto de Pisco Perú 2007
Terremoto de Pisco Perú 2007
Terremoto de Pisco Perú 2007
Terremoto de Pisco Perú 2007
Terremoto de Pisco Perú 2007
DURANTE
Daños recientes Sismo Ica 2007
DURANTE
Daños recientes Sismo Ica 2007
DURANTE
Daños recientes Sismo Ica 2007
DURANTE
Daños recientes Sismo Ica 2007
DURANTE
Daños recientes Sismo Ica 2007
DURANTE
Daños recientes Sismo Ica 2007
DURANTE
Daños recientes Sismo Ica 2007
DESPUES
DURANTE
Daños recientes Sismo Ica 2007
DESPUES
Después
Con la ayuda se dio comienzo a la reconstrucción
DESPUES
Recuperación
Recuperación
Recuperación
DESPUES
Recuperación
B. ASPECTOS SÍSMICOS
DESPUES
Recuperación
DESPUES
Recuperación
Terremoto de Pisco Perú 2007
Aspectos Sísmicos
Hora: 6:42 pm Prof: 37 Km Mag.: 7.0 Ritcher Foco: 148 Km Lima 110 Km Ica
Terremoto de Pisco Perú 2007
Según USGS: Hora: 23:40 GMT 6.40 Lima Prof: 40 Km Mag: 8.0 Mw Foco: 148 Km SO Desde Lima
110 Km NO Desde Ica
Terremoto de Pisco Perú 2007
Sismo Ica 2007
USGS Condición sísmica del sitio Replicas Profundidad del foco Magnitudes
Fuente IGP -2007
Fuente IGP -2007
Terremoto de Pisco Perú 2007
De acuerdo a la profundidad del foco sísmico (40 km) y a la solución obtenida para la orientación de la fuente, el sismo de Pisco tuvo su origen en el mecanismo de fricción de las placas de Nazca y Sudamericana dentro del proceso de convergencia. La solución obtenida para la fuente sísmica es similar a los mecanismos propuestos para otros sismos ocurridos en la región centro y sur del Perú como los de 1940, 1942, 1966, 1974, 1996 y 2001, todos con magnitudes mayores a 7.5Mw.
Fuente IGP -2007
D. MECANISMO DE LICUACIÓN
Terremoto de Pisco Perú 2007
LICUEFACCIÓN : Mecanismo de falla COULOMB: S = c + ( σn - μ ) tan φ ARENAS LIMPIAS SATURADAS:
NF
S = ( σn - μ ) tan φ
V
SP
S
Replicas del terremoto Pisco 15-08-2007 hora 18:40 Registradas en la estación Huancayo
Mecanismo de falla
C. PROPAGACIÓN DE ONDA SÍSMICA
Vista típica de partículas de suelo de un depósito saturado sin actividad sísmica. La columna azul a la derecha indica la magnitud de presión intersticial. Las flechas de la segunda figura indican las fuerzas creadas por la interacción de los granos de suelo
Mecanismo de falla
1º CASO: DISMINUCIÓN DE CAPACIDAD PORTANTE
SUELO NO LICUADO: qu = 0.5 γ + B Nγ + γ Df Nq SUELO LICUADO BAJO LA ZAPATA:
Barra que indica el aumento de la presión intersticial a medida que el sismo progresa
S=0
SUELO CON
⎧Nγ = 0 φ=0 ⎨ ⎩Nq = 1 qu = γ Df
•
Al producirse un sismo intenso y de larga duración, la presión intersticial crece rápidamente hasta hacerse igual a la presión normal anulándose la resistencia al cortante y por lo tanto las estructuras apoyadas en el suelo fallan.
SE ORIGINA UNA REDUCCIÓN CONSIDERABLE DE LA CAPACIDAD PORTANTE
2º CASO: EFECTO EN EL EMPUJE SOBRE UN MURO DE CONTENCIÓN
Mecanismo de falla
ΔS
asentamiento μ0
SISMO
μ1
S = (μ1 - μ0) tan φ S→0
μ1 → σn μ1 = σn
La presión intersticial μ1 tiende o es igual al valor de σn, entonces S tiende o es igual a cero, según la ecuacion de Coulomb para arenas limpias saturadas.
PÉRDIDA DE RESISTENCIA AL CORTANTE
1º CASO:
DISMINUCIÓN DE CAPACIDAD PORTANTE
SUELO NO LICUADO:
EA =
1 1 γ ω H2 + γ b K A H2 2 2
E A = 0.5 H2 + 0.13 H2 = 0.63 H2
2º CASO: EFECTO EN EL EMPUJE SOBRE UN MURO DE CONTENCIÓN SUELO LICUADO BAJO LA ZAPATA: S=0 SUELO CON φ = 0 { K A = 1.0 EA =
1 7 γ s H2 + γ s Cs H2 2 12
COMPONENTE DEBIDO A LA FUERZA DE INERCIA DEL SUELO LICUADO PARA UN COEFICIENTE SÍSMICO, Cs = 0.10:
E A = H2 + 0.12H 2 = 1.12H 2
SE ORIGINA UN AUMENTO DEL ORDEN DE 100% EN EL EMPUJE, LO CUAL PODRÍA SER CATASTRÓFICO
FACTORES SIGNIFICATIVOS
1.
TIPO DE SUELO
2.
DENSIDAD RELATIVA
3.
PRESIÓN INICIAL DE CONFINAMIENTO Y SU RELACIÓN CON LA AMPLITUD DEL ESFUERZO DE CORTE CÍCLICO
4.
INTENSIDAD DEL TERREMOTO
5.
DURACIÓN DEL MOVIMIENTO SÍSMICO Y NÚMERO DE CICLOS DE EXCITACIÓN SÍSMICA
Dr. ARNALDO CARRILLO GIL
[email protected]
Chimbote 1970
FI UDI GEOTECNIA DE TERREMOTOS (2a Parte) (Cimentaciones) Profesor: Dr. ARNALDO CARRILLO GIL CASA DE BLOQUES DE CONCRETO AFECTADA POR COMPACTACION DIFERENCIAL Y DESPLAZAMIENTO LATERAL DE ARENA DE PLAYA LICUADAS
CONTENIDO a) Introducción b) Aspectos sísmicos c) Propagación onda sísmica d) Mecanismo de licuación e) Análisis de casos f) Potencial de licuación g) Mitigación del fenómeno h) Conclusiones finales ASENTAMIENTO DIFERENCIAL EN MUROS PORTANTES Y VEREDAS EN EL CENTRO DE CHIMBOTE
E. ANÁLISIS DE CASOS
AGRIETAMIENTO DE PAVIMENTOS Y CIMENTACIONES POR COMPACTACION DIFERENCIAL EN EL CENTRO DE CHIMBOTE
PEQUEÑO GRAVEN EN ARENA DE PLAYA CERCA AL HOTEL CHIMU FORMADO POR LICUACION Y DESPLAZAMIENTO LATERAL DE DEPOSITOS DE PLAYA
INUNDACION DE AREA RESIDENCIAL EN EL SURESTE DE CHIMBOTE DEBIDO AL ASENTAMIENTO Y COMPACTACION DEL TERRENO
AREAS DE VOLCANES DE ARENA Y AGRIETAMIENTO DEL TERRENO EN DEPOSITOS ALUVIALES
DAÑO A BUZONES DE DESAGUE DEBIDO A LICUACION
SUBSIDENCIA DE RELLENO ADYACENTE A MUELLE DE PLANTA DE ACERO DEBIDO A COMPACTACION Y DESPLAZAMIENTO LATERAL DEL TERRENO. EL MUELLE ESTABA EN PILOTES PROFUNDOS DE CONCRETO
ASENTAMIENTOS Y FISURAMIENTOS DE CARRETERA ASFALTADA DEBIDO A COMPACTACION Y DESPLAZAMIENTO LATERAL DE DEPOSITOS LAGUNARES Y DE PLAYA
DAÑO EN LA VIA FERREA CHIMBOTE-HUALLANCA DEBIDO A COMPACTACION DIFERENCIAL Y DESPLAZAMIENTO LATERAL DEL TERRENO
PUENTE CASMA DAÑADO POR DESPLAZAMIENTO LATERAL DEL ESTRIBO IZQUIERDO.EL PILAR SE INCLINO
Pisco 2007
Daños Sismo Pisco 2007
Efectos de Licuefacción Cárcel de Tambo de Mora
Daños Sismo Pisco 2007
Efectos de licuefacción de suelos Chorrillos
Efectos de licuefacción de suelos: Puerto Gral. San Martín
Daños Sismo Pisco 2007 Efectos de licuefacción de suelos
Efectos de licuefacción de suelos Panamericana Sur
Efectos de licuefacción de suelos
Volcanes en la Capa asfáltica de la plataforma en el Puerto General San Martín Pisco.
Efectos de licuefacción de suelos
Efectos de licuefacción de suelos
Efectos de licuefacción de suelos
Efectos de licuefacción de suelos
Asentamientos y desplazamientos
Asentamientos y desplazamientos
Efectos de licuefacción de suelos
Efectos de licuefacción de suelos
Asentamientos y desplazamientos
Efectos de licuefacción de suelos
Asentamientos y desplazamientos
Efectos de licuefacción de suelos
Asentamientos y desplazamientos Asentamientos y desplazamientos
Vista Panorámica zona industrial Chincha
Vista Panorámica zona industrial Chincha
Vista Panorámica zona industrial Chincha
Vista Panorámica zona industrial Chincha
Vista Panorámica zona industrial Chincha
Anchorage 1964
Niigata 1964
Kobe 1994
POTENCIAL DE LICUACIÓN
MÉTODOS DE PREDICCION DE LICUACIÓ LICUACIÓN LICUACION 1. MÉ MÉTODOS EMPÍ EMPÍRICOS 2. MÉ MÉTODOS SEMI - EMPIRICOS 3. MÉ MÉTODOS ANALÍ ANALÍTICOS
MOVILIDAD CÍ CÍCLICA
POTENCIAL DE LICUACIÓN
1. MÉ MÉTODOS EMPÍ EMPÍRICOS • ESTÁ ESTÁN BASADOS EN OBSERVACIONES DE CAMPO. Tienen en cuenta el comportamiento de suelos en condiciones de terreno similares y frente a solicitaciones sísmicas del tipo de las previstas.
• MÉTODOS • Explosiones controladas (Florin (Florin y Ivanov, Ivanov, 1961) • Observaciones de campo. Son aquellos en los que se relacionan pará parámetros medidos en campo con factores indicadores del dañ daño. Ejemplo tí típico es la relació relación CSR vs N-SPT.
POTENCIAL DE LICUACIÓN
•
F. POTENCIAL DE LICUACIÓN
MÉTODOS PARA DISMINUIR EL RIESGO DE LICUEFACCIÓN
POTENCIAL DE LICUACIÓN
2. MÉ MÉTODOS SEMISEMI-EMPÍ EMPÍRICOS
1.
MEDIDAS PARA IMPEDIR LA LICUEFACCIÓN
• BASADOS EN LA COMPARACION DE LAS CONDICIONES QUE PRODUCEN LA LICUACION DEL SUELO, SEGÚ SEGÚN ENSAYOS DE
• Disminuyendo la porosidad del suelo (compactación)
LABORATORIO (QUE REPRODUZCAN σ’vo) CON LAS ACCIONES GENERADAS POR EL SISMO
• Abatir el nivel freático - Técnicas de Vibroflotación
• EJEMPLOS DE MÉ MÉTODOS:
- Terra-Probe
• MÉTODO SIMPLIFICADO (con tensiones cí cíclicas)
- Inyecciones
Seed e Idriss, Idriss, 1971
- Bombeo, Wellpoints, drenes de arena, precarga.
• MÉTODO DE LA LINEA DE ESTADO ESTACIONARIO (Poulos y Dobry) Dobry)
MÉTODOS PARA DISMINUIR EL RIESGO DE LICUEFACCIÓN
POTENCIAL DE LICUACIÓN
3. MÉ MÉTODOS ANALÍ ANALÍTICOS
2.
• SON MÉ MÉTODOS APLICABLES EN CONDICIONES DE PRESIONES EFECTIVAS, NO REQUIRIENDO RESULTADOS DE LABORATORIO PARA SU UTILIZACIÓ UTILIZACIÓN
MEDIDAS PARA DISMINUIR LOS EFECTOS DE LA LICUEFACCIÓN • Pilotaje instalado hasta la profundidad de
• ANALIZAN LA LICUACIÓ LICUACIÓN COMO UN COMPONENTE MÁ MÁS DENTRO DEL PROCESO DINÁ DINÁMICO GENERADO BAJO LA ACCIÓ ACCIÓN DEL SISMO.
apoyo no licuable • Anclajes
• EMPLEAN FUNCIONES “ANALÍ ANALÍTICAS” TICAS” DE CRECIMIENTO DE LA PRESIÓ PRESIÓN DE POROS
• Pantallas que confinen la zona de apoyo de la estructura
• LA “CLAVE” CLAVE” DEL MÉ MÉTODO SE ENCUENTRA EN EL MECANISMO ADOPTADO PARA LA GENERACIÓ GENERACIÓN Y DISIPACIÓ DISIPACIÓN DE LA PRESIÓ PRESIÓN DE POROS EN FUNCIÓ FUNCIÓN DE LAS DEFORMACIONES TANGENCIALES.
MÉTODOS PARA DISMINUIR EL RIESGO DE LICUEFACCIÓN 3.
ACCIONES PARA MITIGAR LOS EFECTOS DE LA LICUEFACCIÓN • Cambios en los procedimientos de operación del proyecto (soluciones no-estructurales)
G. MITIGACIÓN DEL FENÓMENO
• Métodos de Estabilización “in situ” • Cambios en el proyecto estructural (soluciones estructurales) • Control de presiones intersticiales no-deseables (soluciones de drenaje)
Soluciones de recimentación
Soluciones de recimentación
Soluciones de recimentación
Soluciones de recimentación
Soluciones de recimentación
Soluciones de recimentación
Soluciones de disipación de presiones intersticiales
Potencial de licuación: Hubo licuación Potencial Licuacion - Aceleración Sís mica P-12 Factor Potencial (FRL) 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00
4.50
4.00
Potencial Licuacion - Aceleración Sísm ica PS-2 Factor Potencial (FRL) 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00
0.0
0.0
1.0
1.0
2.0
2.0
3.0
3.0
4.0
4.0
5.0
5.0
6.0
6.0 SEED-IDRIS
TOKIMATSU
Profundidad (m)
4.00
Profundidad (m)
4.50
SEED-IDRIS
IWASAKI
TOKIMATSU
IWASAKI
Potencial de licuación: No hubo licuación Potencial Licuacion - Aceleración Sísmica P-12
Potencial Licuacion - Aceleración Sísm ica P-13
Factor Potencial (FRL) 4.00
3.00
2.00
Factor Potencial (FRL)
1.00
0.00
6.00
5.00
4.00
3.00
2.00
1.00
0.0
0.5
0.5
1.0
1.0
1.5
1.5
2.0
2.0
2.5
2.5
3.0
3.0
3.5
3.5 SEED-IDRIS
TOKIMATSU
0.00
0.0
Profundidad (m)
5.00
Profundidad (m)
6.00
Soluciones de recimentación para tanques
SEED-IDRIS
TOKIMATSU
Soluciones para disipación de presiones intersticiales
Soluciones de recimentación para tanques
Soluciones de recimentación para tanques
Soluciones de recimentación para tanques
Soluciones de recimentación para tanques
Soluciones de recimentación para tanques
Soluciones de recimentación para tanques
Soluciones de recimentación para tanques
Soluciones de recimentación para tanques
Soluciones de recimentación para tanques
Soluciones de recimentación para tanques
Mitigación del fenómeno
Soluciones de recimentación para tanques
Mitigación del fenómeno
Mitigación del fenómeno
Mitigación del fenómeno
Mitigación del fenómeno
Mitigación del fenómeno
Mitigación del fenómeno
Mitigación del fenómeno
Mitigación del fenómeno
Mitigación del fenómeno
Mitigación del fenómeno
Mitigación del fenómeno
Mitigación del fenómeno
Mitigación del fenómeno
Mitigación del fenómeno
Mitigación del fenómeno
Mitigación del fenómeno
Mitigación del fenómeno
Mitigación del fenómeno
Mitigación del fenómeno
Curso de Cimentaciones Prof. Dr. Ing. Arnaldo Carrillo Gil
SISTEMAS HÍBRIDOS Controlador
Sensores
Protección Sísmica en la Cimentación de Edificios y obras de ingeniería
Sensores
Actuadores
SP Excitación
Estructura
Respuesta
Sistemas de Protección Sísmica Sistemas Pasivos
Sistemas Híbridos
Sistemas Activos
Aisladores de Base
Aisladores Activos
Masas Activas
Disipadores de Energía
Aisladores Semi-Activos
Arriostres Activos
Masas Sintonizadas
Masas Sintonizadas Semi-Activas
Control Adaptivo
SISTEMAS ACTIVOS
SISTEMAS ACTIVOS Sensores
SISTEMAS ACTIVOS E HIBRIDOS
Controlador
Sensores
Actuadores
Excitación
Estructura
Respuesta
Los procesadores en tiempo real procesan la información Los sensores instalados en la estructura miden las excitaciones proveniente de los sensores, y calculan las fuerzas de necesarias externas y la respuesta dinámica de la estructura. basándose en un algoritmo de control.
Masa Activa
Arriostres y Tendones Activos
MASA SINTONIZADA ACTIVA
SISTEMAS PASIVOS
KYOBASHI SEIWA BLDG
Masas Activas: Princ. 4Ton, Sec. 1Ton
OSCILADOR HÍBRIDO
SISTEMAS PASIVOS
Aisladores de Base
Masas Sintonizadas
Landmark Tower, Yokohama, Japón
OSCILADOR HÍBRIDO
Shinjuku Park Tower, Tokyo, Japón
Disipadores de Energía.
DISIPADORES DE ENERGÍA
AISLADORES ELASTOMÉ ELASTOMÉRICOS Caucho natural Caucho con núcleo de plomo Caucho de alto amortiguamiento
DISIPADORES DE ENERGÍA
LRB
Disipadores de Fluido Viscoso
AISLADORES DESLIZANTES Electricitè de France, EERC Combinado, TASS Elástico Friccionante, Pendular Friccionante (FPS)
Disipador Nippon Steel
AISLADOR + DISIPADOR
Puente Benicia-Martinez, California FPS
Conclusiones específicas (Sismo Pisco 2007) • •
Aplicaciones de Aislamiento Sísmico
• • • •
Fenómeno de licuación causa los mayores daños Efecto de post-licuación debe tomarse en cuenta Procesos de mitigación antes de obras de recuperación Falta de manejo adecuado para gerenciar la catástrofe aduciendo que la naturaleza es la culpable Carencia de estrategias congruentes que no aprovechan la experiencia ni aprenden lecciones
Recomendaciones finales
• Crear el hábito de prevención y manejo de emergencias en todo el país y a todo nivel • Formar profesionales especialistas en catástrofes y acentuar la preparación para la mitigación
Fire Command and Control Facility, California 32 HDR, costo 6% menos
• Ayuda y soporte económico para realizar investigación sobre el fenómeno de licuación y sus consecuencias en la zona de la catástrofe.
Dr. ARNALDO CARRILLO GIL
[email protected]
CURSO CURSO CIMENTACIONES EN EN CIMENTACIONES EL NORTE NORTE DEL DEL PERU: PERU: EL RECIENTES AVANCES AVANCES RECIENTES TECNOLOGICOS TECNOLOGICOS
DISEÑO DE CIMENTACIONES SOBRE ARCILLAS EXPANSIVAS
PROFESOR: Dr. Ing. ARNALDO CARRILLO GIL
TUMBES AMAZONAS
PIURA
CAJAMARCA LAMBAYEQUE
SAN MARTIN
LA LIBERTAD
Distribución de suelos expansivos en el Mundo (G.W. Donaldson)
FACTORES SIGNIFICATIVOS
•Cantidad y tipo de minerales de arcilla •Naturaleza del fluido intersticial •Peso unitario •Contenido inicial de humedad •Estructura del suelo •Condiciones de carga externa •Tiempo para lograr la expansión total TIPOS DE EXPANSION
•Expansión •Expansión
irreversible estacional
ANALISIS DE FALLAS POR EXPANSION EN EL NORTE DEL PERU
1
CAUSAS COMUNES
•Aniegos localizados •Ascenso de agua •Lluvia y drenaje superficial deficiente •Presencia de vegetación •Modificación en el equilibrio de humedad
•Humedad
por infiltración (Fenómeno de El Niño)
Cuando se edifica sobre suelo expansivo, la cubierta artificial rompe el equilibrio natural y se detiene la evaporación y el agua superficial y profunda migra hacia el centro del área. El agua libera las tensiones, elimina la restricción de carga por desecación los coloides se hinchan y el suelo se expande.
Los suelos expansivos contienen minerales con carga eléctrica activa que crean separación entre las partículas de arcilla. Las variaciones de esta carga eléctrica, inducida por el humedecimiento y por diversos factores físicos y químicos, alteran la separación y originan la expansión del suelo.
2
3
CASO RECIENTE TUMBES
4
CASO HISTORICO PUERTO DE PAITA
5
6
PROPIEDADES INGENIERILES DE LAS ARCILLAS EXPANSIVAS
7
AVANCES EN INVESTIGACION TECNOLOGICA
COMPORTAMIENTO DE LOS SUELOS EXPANSIVOS
8
CALCULO DE LA EXPANSION POR SUCCION Según McKeen (1992)
∆H = CH. ∆H. ∆t.f.s
Donde: ∆H es la expansión total CH es el Indice de Compresión por Succión ∆H es el cambio de succión en el suelo ∆t es el espesor de la capa del suelo espansivo f es el factor de confinamiento S es el factor de reducción por sobrecarga
CÁLCULO DE CONTRACCIÓN O HINCHAMIENTO (Wray, 1989): ∆H = H[γh (∆pF) - γh(∆pP) Donde: ∆H Cambio en el incremento de la contracción o hinchamiento sobre la vertical H. H Distancia vertical sobre la cual la contracción o el hinchamiento está ocurriendo γh índice de compresibilidad de la succión (Lytton, 1977) algunas veces llamado coeficiente de compresibilidad de la succión.
El índice de Compresión por Succión se puede estimar utilizando una relación empírica entre el contenido de humedad y la succión ∆H/ ∆w. El cambio de los niveles de succión ∆H es la diferencia entre los perfiles de succión. El valor del factor de confinamiento lateral esta relacionado teoricamente con el coeficiente de presión lateral en reposo Ko: f=(1 + 2Ko)/3, que tiene un rango de variación de 0.5
