Taller I

 

 

 Actividad Complementaria Taller No. 1

GEOTECNIA

MARÍA ISABEL PERDOMO LUNA D7303787

UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA 2020

 

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1) Consulte y describa las siguientes condiciones geotécnicas especiales: a. Suelos expansivos. Se les denomina como suelos expansivos, debido a que sufren proceso de expansión y contracción, arcillosos e inestables en presencia de la humedad, ya que advierte cambios cuando cambia su contenido líquido. Un factor muy importante en este tipo de suelos es el contenido de la humedad, ya que ayuda indicar donde se podría presentar la expansión si se tienen materiales arcillosos. Este tipo de suelos se pueden evidenciar por cierta característica especial, como la alta plasticidad y observando cuando el terreno tiene grietas o rajaduras dado a la expansión y contracción por la variación de la humedad.

TIPO DE SUELOS   SUELOS

VARIACIÓN DE VOLUMEN FRENTE A CAMBIOS DE HUMEDAD   HUMEDAD

EXPANSIVOS EXPANSIVOS  

LÍMITE LÍQUIDO   LÍQUIDO

HUMEDAD SUELO SATURADO (wSAT)   (wSAT)

< 50%  50% 

35%  35% 

HUMEDAD SUELO SATURADO (wSAT)   (wSAT)

≅ LL  LL  

Fuente propia: características entre los suelos expansivos.  expansivos.   Las características más comunes de los suelos colapsables se destacan: 

  Estructura macroporosa con relación de vací vacíos os (e) relativamente alta o muy



alta.   La granulometría que predomina es fina con tamaño de granos poco distribuido y con los granos más grandes escasamente erosionados.



  Estructura mal acomodada, con partículas de mayor tamaño separadas po porr espacios abiertos, y unidas entre sí por acumulaciones o "puentes" de material predominantemente arcilloso.

En cuanto al escenario para que ocurra el colapso se establecen las siguientes condiciones generales para que el mismo ocurra: 

  La estructura del suelo deberá tener las características citadas, de modo tal que se tienda a la ocurrencia de dicho fenómeno.

 

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  Las partículas estarán unidas entre sí por fuerzas o materiales cementantes que son susceptibles, pudiendo ser anulados o reducidos cuando aumenta el contenido de humedad del suelo.



  Cuando este soporte es reducido o anulado, las partículas del suelo deslizan o ruedan, por una pérdida de la resistencia al corte.

c. Licuefacción de suelos. Es el comportamiento de suelos suelos  que, estando sujetos a la acción de una fuerza fuerza externa  externa (carga), en ciertas circunstancias pas pasan an de un estado sólido a un estado líquido, o adquieren la consistencia de un líquido pesado. Es un tipo de corrimiento corrimiento,, provocado por la inestabilidad de un talud. talud. Un ejemplo claro, cuando ocurre un terremoto severo puede producir el incremento gradual de las presiones de los poros, reduciendo la resistencia del suelo y su rigidez. A este fenómeno se le conoce como licuación.  licuación.  

2) Consulte y describa: a. El “N corregido” del ensayo SPT y cuáles factores se deben tener en cuenta para dicha corrección. Los resultados del ensayo deben corregirse a partir de consideraciones que tienen en cuenta cuen ta la energía, por lo tanto, el valor v alor que se obtiene del N campo debe incluir los siguientes 4 factores:

 

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los factores n1, n2, n3 y n4 se pueden asumir iguales a 1 y solo se efectuaría la corrección  por confinamiento debido a que existen unas condiciones condiciones predeterminadas en en campo bajo las cuales se realiza el ensayo, es decir, longitudes de varillas iguales o mayores a 10 metros y diámetros de perforación relativamente pequeños (60-120) mm. Sin embargo, existen correlaciones que requieren trabajar con diferentes energías de referencia, por lo que el factor n1 se ajustará para fines del presente artículo.  

b. El procedimiento para estimar los parámetros pa rámetros de resistencia del suelo a partir de los datos del SPT, con base en la metodología propuesta por el Doctor Álvaro González (1999). JORNADAS GEOTECNICAS DE LA INGENIERIA COLOMBIANA - SCI -SCG - 1999 JORNADAS GEOTECNICAS DE LA INGENIERIA COLOMBIANA ESTIMATIVOS DE PARAMETROS EFECTIVOS DE RESISTENCIA CON EL SPT ALVARO A LVARO J. GONZALEZ G. Ingeniero Civil U.N., M.Sc., DIC Socio Director- Análisis Geotécnicos Colombianos AGC Ltda. Profesor Asociado Facultad de Ingeniería Universidad Nacional Ingeniero Asesor en Geotecnia  

Trata de un método aproximado de evaluación ev aluación de los parámetros efectivos de resistencia c' y f', mediante el empleo de los datos de SPT (N en golpes/pie). El método provee valores estimados, se obtienen resultados razonables útiles iniciales, especialmente para materiales granulares o intermedios, siendo menos aproximados para materiales cohesivos.   El método de penetración estándar SPT (Standard Penetration Test) es tal vez el más conocido y usado en la exploración ex ploración de suelos, tal vez por su sencillez de ejecución y sobre él existe una literatura muy abundante. El método ha sido estandarizado desde 1958, con varias revisiones (ASTM D1586) y consiste (p.ej. Bowles,1988) en hincar un tomamuestras partido de 18" (» 45cm) de largo (Figura 1a) colocado al extremo de una varilla AW, por medio de un peso (martillo) de 140lb (» 63.5kg) que se deja caer "libremente" desde una altura de 30" (» 76cm) (Figura 1b), anotando los golpes necesarios ne cesarios para penetrar cada 6" (» 15 15cm). cm). El valor normalizado de penetración N es para 12" (1 pie » 30cm), se expresa en golpes/pie y es la suma de los dos últimos valores registrados. El ensayo se dice que muestra m uestra "rechazo" si: (a) N es mayor de 50 golpes/15cm, (b) N es igual a 100golpes/pie o (c) No hay avance luego de 10 golpes. se denomina "estándar", el ensayo tiene muchas variantes y fuentes de diferencia, en especial a la energía que llega a la toma muestras, entre las cuales resaltan

 

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(Bowles, 1988): Equipos producidos por diferentes fabricantes Diferentes configuraciones del martillo de hinca, de las cuales tres son las más comunes:

  El antiguo de pesa con varilla de guía interna.



  El martillo anular ("donut").  El de seguridad.



  La forma de control de la altura de caída:



  Si es manual, cómo se controle la caída



  Si es con la manila en la polea del equipo depende de: el diámetro y condición de la



manila, el diámetro y condición de la polea, del número de vueltas de la manila en la  polea y de la altura real de caída de la pesa.   

  Si hay o no revestimiento interno en la toma muestras, el cual normalmente no se usa. La cercanía del revestimiento externo al sitio de ensayo, el cual deb debee ser estar alejado.



  La longitud de la varilla desde el sitio de golpe y la toma muestras. 



  El diámetro de la perforación



  La presión de confinamiento efectiva a la toma muestras, la cual depende del esfuerzo vertical efectivo en el sitio del ensayo.  

Para todas estas variantes hay factores de corrección a la energía teórica de referencia Er y el valor de N de campo debe corregirse de la siguiente forma (Bowles,1988):

 

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Para efectos de este artículo se considerará que h2 = h3 = h4 = 1 y solamente se tendrán en cuenta los factores h1 y Cn. Corrección por Energía (h1) . Se considera que el valor de N es inversamente proporcional a la energía efectiva aplicada al martillo y entonces, para obtener un valor de Ne1 a una energía dada "e1", sabiendo su valor Ne2 a otra energía "e2" se aplica sencillamente la relación:  

Corrección por Confinamiento (Cn) Este factor ha sido identificada desde hace tiempo(Gibbs y Holtz, 1957) y se hace por medio del factor Cn de forma tal que: 

RESISTENCIA EFECTIVA APROXIMADA CON SPT El procedimiento para obtener valores aproximados de valores efectivos de resistencia c' y f’ con SPT es el siguiente, teniendo en cuenta todo lo exp expuesto uesto anteriormente:

 

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  Obtener el valor de N (golpes/pie) en campo, con la profundidad respectiva e identificar al tipo de suelo en el cual cu al se hizo el ensayo.



  Colocar al ensayo la profundidad media entre las dos lecturas de golpes que se usen.



  Obtener o estimar el valor del peso unitario total de la muestra, preferentemente en el sitio. Esta se puede obtener de la muestra de la cuchara perdida, pero corrigiendo el área por la compresión que sufre la muestra al entrar al muestreador. Obtener lo más fiablemente posible la posición del nivel piezómetrico.



 



  Calcular el valor de los esfuerzos totales (s), la presión de poros (uw) y los esfuerzos efectivos (s’ = s - uw) para toda la columna de ensayo. Hay que tener en cue cuenta nta que el material puede estar saturado y la presión de poros puede ser negativa hasta la altura de capilaridad.

  El valor de N45 para Colombia se corrige por confinamiento con la formulación de Cn de SeedIdriss (Marcuson), Fórmula (5f), teniendo cuidado que Cn.  



Limitaciones:  El método indudablemente es aproximado y es útil útil para estimativos iniciale iniciales, s,

 pero, en lo (corte posible, debe triaxial, siempreetc), ser comprobado otros ensayos preferentemente laboratorio directo, pues tiene lascon siguientes importantes limitaciones. de

  El resultado normalmente, pero no siempre, es conservativo (valores de c' y tanf’ menores



que los reales)

  El método tiende a subestimar el valor de c', especialmente para materiales arcillosos



cohesivos.

  En materiales granulares pueden resultar valores de c' irreales que son aproximación a



una posible envolvente curva (por ejemplo del tipo t = A s’ b ) 

  El resultado depende de los valores de s’, por lo tanto una sobreestimación de los valores



de s’ involucra dará valores de c' y tanf’ inferiores una subestimación de s’,y valores superiores. Esto los valores usados de pesosyunitarios, profundidades presiones de poros.

  Se ha asumido conservativamente que en Colombia la energía del SPT normalmente es



45%, pero si se hacen calibraciones del equipo usado (p.ej. Villafañe et al, 1997), se debe usar la energía calibrada

3) Consulte y explique cómo se calcula la altura crítica de una excavación (sin entibación y/o soporte). Desarrolle un ejemplo sencillo.  ALTURA CRÍTICA DE UNA EXCAVACIÓN.: EXCAVACIÓN.: Cuando se deban realizar excavaciones con un talud vertical, se podrá mantener vertical hasta cierta altura crítica sin entibar que se

 

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Altura crítica de una excavación sin entibación. En numerosas ocasiones se plantea en obra la necesidad de entibar una excavación, especialmente cuando la profundidad sobrepasa 1,20 m. Se llama profundidad crítica de excavación de un terreno, a la profundidad máxima que se  puede excavar en pared vertical estable, sin ningún tipo de fortificación. 

Según el tipo de tierra se establecen alturas críticas a tener en cuenta. En caso de suelos arenosos la altura crítica es menor

Tipo de terreno

Altura crítica de excavación: Hc.en m.

Arena, suelos con grava

1,00

Arena cohesionada

1,25

Arcillosos

1,50

Terreno compacto

2,00

Rocas estables

3,00

 

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Tomado de:  de: https://victoryepes.blogs.upv.es/2017/04/25/altura-critica/  https://victoryepes.blogs.upv.es/2017/04/25/altura-critica/ 

Siendo: hcrit = altura crítica C = cohesión φ = ángulo de rozamiento interno  interno  γ = peso específico del terreno S = sobrecarga sobre el terreno Para ello consideremos la hipótesis de Rankine para el empuje activo, según la cual el terreno empuja sobre una estructura que es capaz de realizar un pequeño desplazamiento La teoría de Rankine explica este fenómeno en términos de rotura por cortante del terreno.

 

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En dicho caso, la tensión horizontal ejercida como empuje activo es la siguiente:

Si se integra esta el tensión horizontal a lo largo de toda la altura h, entonces podemos deducir empuje activo:

Si igualamos a cero, se puede despejar la altura crítica:

Tomando un coeficiente de seguridad de 1,5, por lo que la altura crítica a considerar será:

Esta formulación indica que sólo se podrá mantener a corto plazo un terreno con un talud vertical si es cohesivo. Además, si existen sobrecargas, éstas se deben alejar del borde de la excavación entre 1,1 y 2 veces la altura crítica.

 

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Tomado de:  de: https://victoryepes.blogs.upv.es/2017/04/25/altura-critica/  https://victoryepes.blogs.upv.es/2017/04/25/altura-critica/ 

En el caso de una sobrecarga S en el borde de la excavación, ello es equivalente a una altura adicional de S/γ, por lo que la altura crítica sería la siguiente suponiendo

que la sobrecarga ya lleva su valor mayorado por el coeficiente de seguridad de cargas:

 

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Tomado de:  de: https://victoryepes.blogs.upv.es/2017/04/25/altura-critica/  https://victoryepes.blogs.upv.es/2017/04/25/altura-critica/ 

Tabla 1. Altura máxima admisible en metros de taludes ta ludes libres de solicitaciones, en función del tipo de terreno, del ángulo de inclinación de talud no mayor de 60º y de la resistencia a compresión simple del terreno.

 

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Tabla 2. Inclinaciones y pendientes de los taludes, dependiendo de la naturaleza y contenido en agua del terreno 

4) Consulte y describa cómo se realiza el cálculo de los diagramas de presión lateral de tierras. Desarrolle un ejemplo sencillo.

Las estructuras de retención, como los muros, soportan taludes de masas detierra, por lo que su diseño requierereconocer fuerzas laterales que actúan ,las cuales son causadas por la presión de tierra.

las

Un muro de contención, es una un a estructura lineal y vertical construida a modo de pared como elemento rígido, para el soporte de taludes escarpados de masas de suelo y rocas en macizos fracturados, o de arrumes de materiales heterogéneos, entre otras soluciones donde estructurales, como tablestacas y cortes apuntalados.

 presenta una estructura de contención de altura H. Para tipos similares de relleno: 

 

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Figura No.1. El muro está restringido contra el movimiento. La presión lateral de tierra sobre el muro, a cualquier profundidad, se llama presión de la tierra en reposo 

Figura No.2. La estructura de contención se inclina respecto al suelo retenido. Con suficiente inclinación de la estructura de contención, fallará una cuña triangular de suelo detrás del muro. La  presión lateral para esta condición se llama  presión activa de tierra. 

La estructura de contención es empujada hacia el suelo retenido. Con suficiente movimiento del muro, fallará una cuña del suelo. La presión lateral para esta condición se llamará  presión pasiva pasiva de la tierra. 

Tomado de Principio de Ingeniería de Cimentaciones de Braja M Das Pag 334) 

Ejemplo: Muro de contención 7.8m debe soportar tres estratos diferentes de con sus respectivas características. Determinar la fuerza RANKINE por unidad de longitud en el presente esquema contiene los siguientes estratos que sostiene el muro. 

 

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Fuente :propia.

A partir de la fórmula que relaciona los esfuerzos principales en un círculo de Mohr que toca la envolvente de falla Mohr-Coulomb. K aaee= Coeficiente de presión activa de tierra 

 =  − ø  =  −  =0,2948

(coeficiente de presión activa de Rankine). 

K 

 =  −  =0,4059 

a = 

 =0,4903 −  

=  

a. Cálculo de esfuerzos Esfuerzos Esfuerzo 1 Esfuerzo 2

Resultados

 = . .   ∗, = ./   = . .   ∗ , , = . .  / /    ∗ 

 

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Esfuerzo 3

 = . .    ∗, = ./ 

Esfuerzo 4

 =    ∗∗, = ./ 

Esfuerzo 5 Esfuerzo 6

 ∗   = ( − . )  ∗∗ , , = . ./ /   = .  .   / /   ∗ . = .

 = . .   ∗, = ./ 

Esfuerzo 7

Esfuerzo 8 Esfuerzo 9 Esfuerzo 10

 =   ∗.∗.+((−. −.)) ∗  ∗ ,  =  ∗.∗.+ ./   = (.−.)   ∗.∗, = ./   = √  √     = (  ,  ) √ ,  = . .   

b. cálculos de empujes activos. Ea= A1+A2+A3+……..An 

 1 = 4.27   ∗2.29 = 12.38   2 = 13.7   ∗2.9/2 = 19.86   A1  A2

12.38  19.86 

 

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 A3

23.52

 A4

75.32

 A5

165

 A6

12.79

 A7  A8

27.79 69.32

 A9  A10 Ea

7.065 100.89 311.018

5) Consulte y describa cómo se realiza el cálculo de los esfuerzos geostáticos (verticales) debidos al peso propio del suelo. Desarrolle un ejemplo sencillo.

los esfuerzos al interior del suelo se generan por dos tipos de cargas: el peso propio del suelo y el efecto de las cargas ca rgas exteriores aplicadas al suelo. Los esfuerzos geostáticos (verticales) son debidos al peso propio del suelo; y pueden variar con la profundidad, cuando varía el peso unitario del suelo.

Si T = 1,6 Ton/m3 , para calcular V se tiene la siguiente tabla.

Si T varía con la profundidad:     V i Zi   por tratarse de variación discontinua; o    Z V dz 0   , para variación continua. 

 

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El ejemplo siguiente muestra el cálculo de los esfuerzos verticales geoestatico para un caso en el que el peso específico es función del esfuerzo geoestatico. Datos :la relacion entre el esfuerzo vertical y el peso especifcio es



  

 =v 1,520+0,0022 v

Donde  viene dado en Ton/m3 y   en Ton/m2 

Ejemplo calcular los esfuerzos verticales a una profundidad de 20m. para el caso de esfuerzos geoestàticos. Solución por calculo directo. A partir de la ecuación

 Z en metros.



 



 



 

v = ∫  dz = ∫ (1,520+0,0022 v)dz  = (1,520+0,0022v)  

La solución de esta ecuación diferencial es:

v = 6,900, − 1  v = 6,900 ,()  − 1  

Para z =20m



v = 6,900((1,045−1 1,045−1)) = 31,05/2 

Bibliografía http://suelosexpansivosntic1.blogspot.com/2012/10/introduccion-en-este-temahablaremos.html..  hablaremos.html http://geotecniafacil.com/suelos-colapsables/  http://geotecniafacil.com/suelos-colapsables/  https://geologiaweb.com/ingenieria-geologica/mecanica-de-suelos/suelos-dispersivos/   https://geologiaweb.com/ingenieria-geologica/mecanica-de-suelos/suelos-dispersivos/ https://victoryepes.blogs.upv.es/files/2017/04/ALTURA-CR%c3%8dTICA-DE-UNAEXCAVACI%c3%93N_4.pdf .  http://www.bdigital.unal.edu.co/53560/37/estructurasdecontencion.pdf  

 

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https://www.academia.edu/25460153/PRESION_LATERAL_DE_TIERRA