1. Introducción.08FEB16

M EC ÁN IC A DE SUEL UELO S C LÁSIC ÁSIC A

MÓDULO II. MECÁNICA DE SUELOS CLÁSICA Doc ente: ente: M Sc . Ing. René Sa lguei gue iro Bust ustillos G erent erente e G enera enera l PHI TERRA S.R.L.

Fe b re ro 2016 2016

C O N TEN IDO DE LA A SIG N A TURA URA

OBJ ETIVO IVOS S •

•

•

Pres Present enta a r los funda unda ment mentos de la mecá mec á nic nic a de suelos uelos c lá sic a (mecá (mec á nic nic a d e suel suelos os sa tur tura d os) os) Nivel Nivela a r los los cono c onoc c imientos mientos pre pre vios vios de los par pa rtic tic ipa ntes ntes del Diplom plomado, ado, en el ent entendi endido do que que proced proced en de dif diferent erentes es unida nida des a c a démic démic as. as. Indic ndic a r la s a pli plic a c iones de la la Geotec G eotecni nia a en el dis diseño y c onstr onstruc ucc c ión de obr ob ra s c ivil viles. es.


OBJ ETIVO IVOS S •

•

•

Pres Present enta a r los funda unda ment mentos de la mecá mec á nic nic a de suelos uelos c lá sic a (mecá (mec á nic nic a d e suel suelos os sa tur tura d os) os) Nivel Nivela a r los los cono c onoc c imientos mientos pre pre vios vios de los par pa rtic tic ipa ntes ntes del Diplom plomado, ado, en el ent entendi endido do que que proced proced en de dif diferent erentes es unida nida des a c a démic démic as. as. Indic ndic a r la s a pli plic a c iones de la la Geotec G eotecni nia a en el dis diseño y c onstr onstruc ucc c ión de obr ob ra s c ivil viles. es.


C ONTENIDO 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Introducción C a ra c terí erístic a s bá sic a s del de l suelo elo El a gua en el suelo elo La s tensi ensio nes efec tivas Consolidación Re sistenci nc ia al a l c o rte Suelosproblemáticos

C O N TEN IDO DE LA A SIG N A TURA

MÉTODOS DIDÁCTICOS C lases magistrales (se intentará que las mismas sean participativas). Rec ursos didácticos: Presentac iones (propias y de la UPC ); explicaciones en pizarra; presentación de c asos de estudio; vídeos.


BIBLIOGRAFÍA 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

a G eo lóg ic a . Ed. Pearson González de Vallejo et al. (2004). Ing e nierí Educa ción. Ma drid (Espa ña). 744 pp. a G e o té c nic a . Ed. Thomson Das, B. (2001). Fun d a m e nto s d e Ing e nierí Learning. México. 594 pp. Bhudu, M. (2011). So il Me c ha nic s a nd Fou nd a tion s . Ed. J ohn Wiley & Sons. 3ra. edición. EE.UU. 761 pp. Terzaghi et al. (1996). So il M e c ha nic s in Eng ine e ring Pra c tic e . Ed. J ohn Wiley & Sons. 3ra. edición. EE.UU. 549 pp. J iménez y de J usto (1975). Ge o te c nia y C im ie nto s. To m o s I y II. Ed. Rueda. Madrid (España). Lambe y Whitman (1972). M e c ánic a d e Sue los . Ed. Limusa. México. 582 pp. J uárez y Rico (1974). M e c ánic a d e Sue lo s . To m o s 1 y 2 . Ed. Limusa. 3ra. edición. México c nic o s p a ra e l Administradora Boliviana de C arreteras (2008). M a nu a le s Té Dise ñ o d e C a rre te ra s . Vo l. 4: Ensa yo s d e Sue lo s y Ma te ria le s .


EVALUACIÓN Prác tic as: Examen:

20% 80%

Nota mínima de aprobación: 60%

1. IN TRO DUC C IÓN

1. INTRODUCCIÓN CONTENIDO 1. 2. 3. 4. 5. 6.

¿Por qué estudiar geotecnia? Pilares pa ra el estudio de la geotecnia Paradigmasde la Mecánica de Suelos Aplica ciones Caso de estudio: Rotura de la presa Teton Caso de estudio: Deslizamiento de Rissa

1. IN TRO DUC C IÓN 1.1 ¿Porqué estudiar geotecnia? La G EO TEC NI A es la rama de la Ingeniería Civil que se encarga del estudio de las propiedad es mecánica s, hidráulicas e ingenieriles de los materiales provenientes de la Tierra. La G EO TEC NI A es transversal a prácticamente c ualquier aplicación de la Ingeniería Civil (toda obra civil debe descansar en el terreno). Pero además existen obras donde casi de manera exclusiva se utilizan los conceptos geotéc nicos para proyectarlas(p.ej. túneles, diseño de taludesy terraplenes). La G EO TEC NI A es relativamente reciente. Uno de sus pilares fundamentales (M EC Á N IC A D E SUELO S) se inicia a principios del siglo XX (1925: fec ha de publicación del primer libro de mecánica de suelos). El otro pilar (M EC ÁNIC A DE RO C A S) es todavía más rec iente (segunda mitad del siglo XX). Por tanto, es una especialida d que tod avía no tiene un marco teórico robusto como otras ramas de la Ingeniería C ivil mucho más antiguas. El ca mpo de investigación en G EOTECNIA es muy amplio y diverso.

1. IN TRO DUC C IÓN 1.1 ¿Porqué estudiar geotecnia?

Silos de Transc ona , C anad á (1913) Rotura Presa Teton, EE.UU. (1976) Metro d e Barcelona, España (2005) Deslizamiento Pont de Bar, España (1982) Megadeslizamiento La Paz, Bolivia (2011)

1. IN TRO DUC C IÓN 1.1 ¿Porqué estudiar geotecnia? Existen instituciones que se dedican a la investigac ión y difusión de los avances de la G EO TEC N IA . Entre ellas, se pueden citar a las siguientes sociedades internacionales: Internationa l Soc iety for Soil Me c ha nic s a nd G eo tec hnic a l Eng inee ring ( ). Fundada en 1936, luego de la Primera I SSMGE Conferencia Internacional de Mecánica de Suelos realizada en Harvard. Primer presidente: Karl Terzahi (1936-1957). Ac tual presidente: Roger Frank (2013-2017). Bolivia está afiliada a través de la ABIG. Sitio Web: http://www.issmge.org/ en/ Inte rna tio na l So c ie ty fo r Ro c k Me c ha nics ( ). Fundada en ISRM 1962. La Primera Conferencia Internacional de Mecánica de Roc as fue realizada en Lisboa (1966). Primer presidente: L. Müller (1962-1966). Ac tual presidente: Eda Freitas de Quad ros (2015-2019). Bolivia está afiliada a través de la BAG . Sitio web: https://www.isrm.net/

1. IN TRO DUC C IÓN 1.1 ¿Porqué estudiar geotecnia? En Bolivia se tienen también soc iedades vinculadas con la temática geotéc nica. En espec ial en los últimos años se han creado varias de ellas. A BIG A so c ia c ión Bo livia na d e Ing e nie rí a G e o té c nic a ( ). Afiliada a la ISSM FE . Ac tual presidente: Ing. J aime Bustillos.

A so c ia c ió n Bo liv ia n a d e G e o m e c án ic a presidente: Ing. Guido León.

(B A G ) . Afiliada a la ISRM . Actual

A BO TUNEL A so c ia c ión Bo livia na d e Túne le s y O b ra s Sub te rráne a s ( ) . Afiliada a la ITA -A ITES (Inte rna tio na l Tunn elling a nd Und e rg ro und Sp a c e A sso c ia tio n ). Actual presidente: Ing. Gonzalo Castillo.

Adicionalmente, se debe mencionar el trabajo en investigación, prestación y servicios y difusión de conocimientos en el área de la geotecnia de las universidades bolivianas, en especial de laspúblicas.

1. IN TRO DUC C IÓN 1.2 Pilares para el estudio de la geotecnia Geología Aplicada

Mecánica de Suelos

Mecánica de Rocas

GEOTECNIA

Marco Teórico

Investigación experimental

Experiencia

1. IN TRO DUC C IÓN 1.2 Pilares para el estudio de la geotecnia La G EOLO G ÍA A PLICADA permite elaborar modelos geológicos que normalmente son el punto de partida de los modelos geotécnicos. El análisis geológico tiene una escala de traba jo diferente a la geotécnica.

1. IN TRO DUC C IÓN 1.2 Pilares para el estudio de la geotecnia a Estruc tu ra l permite entender de mejor manera el comportamiento La G e o log í mecánico de macizos rocosos. Es especialmente útil en el análisis de laderas y taludes. El análisis cinemático de los bloques de roc a se realiza mediante la aplicac ión de la téc nica de las proyecc iones estereográficas.

1. IN TRO DUC C IÓN 1.2 Pilares para el estudio de la geotecnia UELOS brinda los conceptos teóricos para el entendimiento del La M EC ÁN IC A DE S comportamiento mecánico del suelo, entendido éste como sedimentos u otras ac umulac iones no consolidada s de partículas sólidas producidas por la desintegrac ión mecá nica o descomposición química de las roc as.

El avance de esta ciencia, permite hoy en día elaborar modelos ac oplados QTHM (quimio-termo-hidro-mecánicos).

1. IN TRO DUC C IÓN 1.2 Pilares para el estudio de la geotecnia OCAS La M EC ÁNIC A DE R brinda el marco teórico requerido para entender el comportamiento mecánico de los macizos rocosos, tomando en consideración sus c aracterísticas propias (p.ej. anisotropía debido a sus discontinuida des). A veces es difícil diferenciar el límite entre un suelo y una roca (p.ej. suelo duro y roca blanda).

1. IN TRO DUC C IÓN 1.2 Pilares para el estudio de la geotecnia XPERIM EN TA L de los suelos y rocas ha sido, es y será, uno de los La I NV ESTIG A C IÓN E funda mentos bá sicos para poder entender su comportamiento. Varias teorías al respecto, han surgido inicialmente mediante el análisis de los resultados de XPERIM ENTA L se realiza tanto como trabajos laboratorio obtenidos. La I NV ESTIG A C IÓN E de campo, así como de lab oratorio.

1. IN TRO DUC C IÓN 1.3 Paradigmasde la Mecánica de Suelos Lec tura reco menda da : Alonso, E. (2005). La s C a tástrof e s y el Prog re so d e la G e o te c nia

Tradicionalmente, fundamentales:

el

proyecto

geotéc nico

a) Asegurar la estabilida d de la obra b) C onseguir que las deformac iones o aceptables

debía

cumplir dos requisitos

movimientos en servicios fueran

La primera condición lleva de forma natural al estudio de las c ondiciones de rotura. La segunda, requiere el conocimiento de la “rigidez ” del terreno. Así, se debe investiga r por un lado la resistencia del terreno y por otro, su deformabilida d. Esta dicotomía se rec oge claramente en los libros de textos clásicos. Sintetizando un escenario complejo, se pueden establecer tres pa radigmas en la Mecá nica de Suelo. Los dos primeros pueden considerarse clásicos y el tercero da entrad a a la Mec ánica del Suelo Mod erna.

1. IN TRO DUC C IÓN 1.3 Paradigmasde la Mecánica de Suelos Prim e r p a ra d ig m a . Le y d e re siste nc ia a l e sfue rzo c o rta nte d e C o ulom b

C .A. Coulomb (1736-1806) graduad o en el Cuerpo Militar de Ingenieros de Francia, tuvo como uno de sus primeros traba jos la construcción del Fuerte Bourbon en La Ma rtinica. Sus experiencias fueron dec isivas en el análisis que hizo de los empujes sobre muros. Probablemente llegó a la conclusión de que la estabilida d de muros estaba liga da a la estabilida d de un cuerpo compuesto por el propio muro y una cuña de tierrasadosada a él.

La ley de rotura de C oulomb, con nomenclatura mod erna se escribe como:  =  +   donde:  f = resistenc ia a l esfuerzo cortante c = cohesión  = tensión normal  = ángulo de fricción interna

1. IN TRO DUC C IÓN 1.3 Paradigmasde la Mecánica de Suelos Prim e r p a ra d ig m a . Le y d e re siste nc ia a l e sfue rzo c o rta nte d e C o ulom b

C oulomb estaba interesado en proteger las viejas fortalezas que c aían fác ilmente por el fuego de cañones. Para proteger las fortalezas del ataque de la artillería, fueron colocados terraplenes de masas de suelo adosados a los muros. Así, el enemigo tenía que excavar debajo de la masa de suelo y de la fortaleza para atacar. Esto hacía que el enemigo se c onvirtiese en un blanco fác il.

1. IN TRO DUC C IÓN 1.3 Paradigmasde la Mecánica de Suelos Se g u n d o p a ra d i g m a . Le y d e la te nsión e fe c tiva d e Te rza g hi

Karl von Terzaghi (1883-1963) es considerado como el “pa dre de la Mec ánica de Suelos”. En 1925 publicó el primer libro de esta nueva materia. Sus trabajos iniciales versan sobre el efecto de la presión de agua en el comportamiento del suelo saturado. En 1936 se formula claramente el principio de las tensiones efectivas y se enfatiza su importancia. Una consecuencia de este principio es la reformulación de la resistencia al esfuerzo cortante.  =   +    =   + (  −  ) ′

donde:  f = resistenc ia a l esfuerzo cortante c ’ = cohesión efec tiva ’ = tensión efectiva ’ = ángulo de fricc ión interna efec tiva  = tensión total u = presión de agua

1. IN TRO DUC C IÓN 1.3 Paradigmasde la Mecánica de Suelos Hasta antes del establecimiento del principio de las tensiones efec tivas (y posiblemente todavía hasta nuestros días), existía la creencia de que los deslizamientos de taludes en épocas de lluvias se deb ían a la “acción lubricante” del agua que reducía la resistencia al corte del suelo. Terzaghi refutó rotundamente esta hipótesis. A través del principio de las tensiones efectivas, la influencia del agua en la estabilidad de taludes quedaba claramente establecida. El efecto del agua estaba a soc iado a su presión y no a un supuesto efecto lubricante.

1. IN TRO DUC C IÓN 1.3 Paradigmasde la Mecánica de Suelos Te rc e r p a ra d ig m a . El e sta d o c rí tic o

En 1968 se publican dos libros emblemáticos pa ra la enseñanza de la Mec ánica de Suelos. Por una parte el libro Soil me c ha nic s de los profesores del MITde Boston: T. Lambe y R. Whitman y por otra el libro Critic a l sta te soil m e c ha nics de los lectures en la Universida d de C ambridge, Inglaterra: A. Schofield y P. Wroth.

1. IN TRO DUC C IÓN 1.3 Paradigmasde la Mecánica de Suelos Un análisis del contenido de ambos textos revelan sus diferencias de fondo. El libro de Lambe y Whitman c entran su estructura en torno a l papel del agua intersticial. Así, mantienen las ideas clásicas de Terzaghi centradas en discutir como entes independientes la resistencia y las relaciones tensión-deformación. Los conceptos drenados y no drenado requieren una explicación a d h o c , como también el conc epto de resistencia no drenada . Por su pa rte, el libro de Schofield y Wroth pa reciera que está referida a otra materia. Emplearon la teoría de la plasticida d para c onstruir modelos constitutivos sencillos que emulaban el comportamiento hidro-mecánico de cierto tipo de suelos extensamente ensayados en laboratorio. De esta forma, construyeron dos modelos elastoplásticos. Uno pa ra el ca so de materiales granulares (G r a n t a - g r a v e l) y otro para el de materiales finos (C a m c la y ). Los cuales pueden generar respuestas de estos suelos idea les cuando son sometidos a trayec torias de tensiones arbitrarias. El modelo incorpora, de forma natural y en una formulación unitaria, propiedades que se pueden considerar representativas de la rigidez con otras propias del estado último o en rotura. Este hecho supone un cambio UELOS C LÁSICA , descrita en los textos profundo si se compara con la M EC ÁN IC A DE S desde Terzaghi hasta Lambe y Whitman.

1. IN TRO DUC C IÓN 1.2 Paradigmasde la Mecánica de Suelos El ESTA D O C RÍTI C O es aquella combinación de tensiones, por la que la deformación de corte plástica progresa de manera indefinida sin cambios en la tensión efectiva media, la tensión de c orte o el volumen.

Arc illas NC . Ensayo C U

no Ahora, la resistencia d r e n a d a es simplemente una respuesta natural de Cam-clay frente a una trayectoria particular: la que se produce a volumen c onsta nte. La comprensión unificada del comportamiento del suelo que introd ujo este modelo es su gran aportación a la Mecánica del Suelo.

1. IN TRO DUC C IÓN 1.3 Paradigmasde la Mecánica de Suelos El desarrollo de los c onceptos del estad o crítico condujo a la apa rición de modelos progresivamente más perfeccionados, casi siempre dentro el marco teórico de la plasticidad , mismos que han sido incorporados en muchos programas informáticos de geotecnia. Hoy es c ada vez más usual el análisis numérico para problemasgeotécnicoscomplejos.

1. IN TRO DUC C IÓN 1.3 Paradigmasde la Mecánica de Suelos C on la p erspec tiva de hoy, el texto de Lambe y Whitman (1968) corresponde a la UELOS C LÁSICA , mientras que el de Schofield y Wroth (1968) abría una M EC Á NI C A D E S UELOS M ODERNA . nueva época , la de la M EC Á N IC A D E S Es importante indica r, que en los dos casos prec edentes, se estudia la Mec ánica del Suelo en estado SA TURA DO . Hace un par de década s, se han profundizado las investigaciones en la Mecánica del Suelo en estado NO SATURADO , empleando el UELOS marco teórico del estado crítico. Esto da pie a considerar una M EC ÁN IC A D E S C O NTEM PORÁNEA , que tendría su inicio hacia la década de 1980’s y que todavía continúa desarrollándose.

1. IN TRO DUC C IÓN 1.4 Aplicaciones Las ap licac ionesc lásica s de la G EO TEC NI A en las obras civiles, comprenden: STRUC TURA S C IMENTACIONESDE E

E , C O RTES Y TERRAPLENES STA BILIDA D D E LAD ERAS

1. IN TRO DUC C IÓN 1.4 Aplicaciones D ISEÑO Y C O NSTRUC C IÓN D E TÚNELES

A NÁLISIS Y DISEÑO D E PRESA S

1. IN TRO DUC C IÓN 1.4 Aplicaciones STRUC TURAS DE TIERRAS E

P R OYEC TO D E M URO S Y EXCA VA C ION ES

1. IN TRO DUC C IÓN 1.5 Caso de estudio: Rotura de la presa Teton Presentac ión elaborada por el Departamento de Ingeniería del Terreno, Cartográfica y Geofísica de la Universidad Politécnica de Cataluña, Barcelona (España).

1. IN TRO DUC C IÓN 1.6 Caso de estudio: Deslizamiento de Rissa Presentac ión elaborada por el Departamento de Ingeniería del Terreno, Cartográfica y Geofísica de la Universidad Politécnica de Cataluña, Barcelona (Espa ña). Documental editado por la Norwegian Geotechnical Institute (NGI).



1. Introducción.08FEB16

Recommend Documents