GEOTECNIA EN MAQUINAS INDUSTRIALES
ESPECIALIDAD ESPECIALIDA D INGENIERIA CIVIL CÁTEDRA
: GEOTECNIA
CATEDRÁTICO : Ing. Calsina Colqui Vidal ALUMNOS
:
POMA DIAZ Richard Vladimir CONTRERAS MATAMOROS Oscar (tarde) BAQUERIZO ATENCIO Andy VEGA MOLINA Joseph
Noviembre Del 2011
INTRODUCCION
La ingeniería geotécnica es la rama de la ingeniería civil que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas, hidráulicas e ingenieriles de los materiales provenientes de la Tierra. Los ingenieros geotécnicos investigan el suelo y las rocas por debajo de la superficie para determinar sus propiedades y diseñar las cimentaciones para estructuras tales como edificios, puentes, centrales hidroeléctricas, etc. Es por esto que los ingenieros geotécnicos, además de entender cabalmente los principios de la mecánica y de la hidráulica, necesitan un adecuado dominio de los conceptos básicos de la geología. Es de especial importancia conocer las condiciones bajo las cuales determinados materiales fueron creados o depositados, y los posteriores procesos estructurales o diagenéticos (procesos metamórficos, de sustitución, cristalización, etc.) que han sufrido. Diseños para estructuras construidas por encima de la superficie incluyen cimentaciones superficiales (zapatas), cimentaciones profundas (pilotes y muros de contención). Presas y diques son estructuras que pueden ser construidas de suelo o roca y que para su estabilidad y estanqueidad dependen en gran medida de los materiales sobre los que están asentados o de los cuales se encuentran rodeados. Finalmente los túneles son estructuras construidas a través del suelo o roca y que dependen en gran medida de las características de los materiales a través de los cuales son construidos para definir el sistema de construcción, la duración de la obra y los costos. Los ingenieros geotécnicos también investigan el riesgo para los seres humanos, las propiedades y el ambiente de fenómenos naturales o propiciados por la actividad humana tales como deslizamientos de terreno, hundimientos de tierra, flujos de lodo y caída de rocas. Antiguamente a la geotecnia se la identificaba como la mecánica de suelos, pero el término se amplió para incluir temas como la ingeniería sísmica, la elaboración de materiales geotécnicos, mejoramiento de las características del suelo, interacción suelo-estructura y otros. Sin embargo, la geotecnia es una de las ramas más jóvenes de la ingeniería civil y, por lo tanto, sigue evolucionando activamente.
EXPLORACIÓN DE SUELOS
1.- INVESTIGACIONES EXPLORATORIOS: Antes de planificar o emprender cualquier obra de ingeniería, ya sea esta de limitadas proporciones o de gran envergadura, se deben conocer las características y propiedades del suelo en la cual se apoyara. Para lo cual se pueden distinguir dos grandes grupos de métodos de reconocimientos:
Reconocimiento de la superficie Exploración del sub suelo
Si se conocen con exactitud las propiedades de un suelo de fundación, los resultados beneficiaran siempre la economía y la racionalidad de un proyecto. El tipo de exploración del sub suelo depende de varios factores. Por lo general se deben cumplir las siguientes etapas:
Reconocimiento del lugar Planificación de sondeos Toma de muestras Pruebas de penetración Localización de las aguas subterráneas Exploración geofísica Registro de los resultados
La información necesaria deben comprender usualmente los siguientes datos:
Las características geológicas de los depósitos La profundidad y espesor de los estratos La composición de los suelos y rocas La profundidad y oscilación del nivel freático La capacidad resistente y compresibilidad La densidad, el contenido de humedad y la porosidad La posibilidad de expansiones y retracciones La identificación de fallas potenciales
2.-RECONOCIMIENTO DEL LUGAR: El reconocimiento del lugar donde se levantara una construcción involucra una amplia gama de información que permite obtener una idea general de las características del suelo. Esta etapa inicial de la investigación incluye:
La información geología de la región La actividad sísmica potencial La inspección visual del lugar La toma de fotografías aéreas La observación de las construcciones externas
3.- TIPOS DE SONDEOS Y SU PLANIFICACIÓN:
Sondear un suelo implica horadar, taladrar, perforar, fresar o barrenar el terreno para abrir huecos en él de modo de proceder a realizar la toma de muestras observando las características y espesor de los estratos. Los sondeos más usuales son los siguientes:
Excavación de pozos Sondeos barrenados Por inyección de agua Perforación con taladros
4.- ESPACIAMIENTO Y PROFUNDIDAD DE LOS SONDEOS: Una vez que se ha decidido el tipo de sondeo que se realizara en el suelo cuyas propiedades se requieren determinar, se debe definir:
El espaciamiento entre sondeos La profundidad de los mismos
5.- TOMA DE MUESTRAS: La toma de muestras se refiere al método de extraer el suelo de las excavaciones o perforaciones realizadas en los sondeos, a fin de enviarlas al laboratorio para determinar sus propiedades y características resistentes, entre las cuales pueden mencionar:
La capacidad portante La compresibilidad La permeabilidad La retracción o expansión
6.- PRUEBAS DE PENETRACIÓN:
Las pruebas de penetración son el método mas usado para la explotación del sub suelo y la obtención de datos a cerca de la profundidad de los estratos, composición del suelo, resistencia, compacidad, etc.
7.- PRUEBA DE LA VELETA: La prueba de la VELETA es un método sencillo y útil para determinar en el lugar la resistencia al corte de las arcillas blandas, los depósitos de limos o los suelos de granos muy finos no drenados y libres de partículas de arena o grava, sin necesidad de tomar muestras no alteradas.
8.- LOCALIZACIÓN DEL AGUA SUBTERRÁNEA: Toda exploración del sub suelo debe incluir la localización del agua subterránea. La presencia del agua de sub suelo se detecta a través del contenido de humedad de las muestras que van extrayendo en los diferentes sondeos, pero esta información no es suficiente. Por ello adicionalmente se deben cavar pozos de observación hasta la profundidad necesaria para verificar la altura que alcanza el nivel freático en el lugar. 9.- EXPLORACIÓN GEOFÍSICA: La exploración geofísica ha sido usada exitosamente desde hace muchos años en numerosos campos de ingeniería de suelos, especialmente orientada ala extracción de petróleo o minerales, construcción de presas o autopistas, registro de pozos etc. Entre las cuales se pueden mencionar:
Refracción sísmica
Resistividad eléctrica Gravimetría Ondas magnéticas Ondas sonoras
PROPIEDADES DINÁMICAS DEL SUELO DE FUNDACIÓN Los impulsos producidos por la vibración de las maquinas transmiten en el suelo de fundación hacia todas direcciones, según una serie de ondas hemisféricas y elipsoidales que parten del cimiento como foco emisor. A medida que avanzan las ondas se atenúan, perdiendo energía y decreciendo en amplitud. Además, al hallar en su camino estratos de diferente densidad, o bloques macizos de concreto, muros subterráneos o grandes piedras, las ondas se reflejan y refractan sucesivamente y pierden la mayor parte de la energía. A un determinado punto del suelo, llegan ondas directas e indirectas, a diferentes intervalos de tiempo. Las ondas elásticas que se transmiten en el suelo de fundación pueden ser de varios tipos, pero fundamentalmente interesan las longitudinales y las transversales. Las primeras producen en el suelo deformaciones por tracción y compresión, y las segundas, deformaciones por rotación y corte. Generalmente las maquinas potentes, con impactos aislados, transmiten ondas superficiales de considerable energía y velocidad, cuyo periodo es el mismo al de las vibraciones que las originan. No siempre se puede predecir el daño de estas vibraciones ocasionan a las construcciones adyacentes, por lo cual es aconsejable proceder a aislar convenientemente las maquinas de los cimientos y estos del suelo de fundación, de modo de amortiguar al máximo sus efectos en las construcciones cercanas, así como evitar asentamientos excesivos en el suelo.
TIPOS DE MAQUINA:
Según las fuerzas dinámicas o impulsos que originan De acuerdo a su frecuencia de excitación
CLASIFICACIÓN SEGÚN LAS FUERZAS DINÁMICAS:
Variación en el tiempo de las fuerzas de inercia debido al funcionamiento de maquinas
CLASIFICACIÓN SEGÚN LA FUERZA DE EXCITACIÓN: MAQUINAS
FRECUENCIA
DE BAJA FRECUENCIA
()
DE FRECUENCIA MEDIANA
()
DE FRECUENCIA ALTA O MUY ALTA
Alta: () Muy alta: ()
ESTÁN Grandes maquinas rotativas Motores diesel pesados Los motogeneradores, etc. Maquinas de émbolos medianas Las turbomáquinas lentas Motores diesel intermedios, etc. Turbinas de vapor Turbodinamos Turbomáquinas en general
FUNDAMENTO DE LA TEORÍA DE VIBRACIONES: Como problema a analizar es sumamente vasto, se harán simplificaciones para su análisis, entre las cuales esta suponer que: 1. El cimiento es un bloque absolutamente rígido que descansa en un medio elástico semi-infinito representado por resortes sin peso 2. El cimiento es una masa con propiedades inerciales únicamente, sin propiedades elásticas, mientras que el suelo es un medio con propiedades elásticas únicamente, sin propiedades inerciales 3. Existe una relación lineal entre el desplazamiento del cimiento y la relación del suelo debida a la vibración de la maquina Los cimientos que apoyan directamente en el suelo de fundación se analizaran como bloques prismáticos rectangulares cuyos tres ejes de inercia forman un sistema de coordenadas con origen en el centro de gravedad. El movimiento de este solido, como el de todo sistema rígido, se analiza según tres componentes de traslación y tres componentes de rotación, es decir el cuerpo tiene que trasladarse y rotar con respecto a los tres ejes coordenados espaciales. Cada uno de estos movimientos es independiente de los demás y queda definido por un único valor. Las vibraciones de los solidos puedes ser de dos tipos:
Vibraciones libres Vibraciones forzadas
Las vibraciones libres son las originadas por un único impulso aislado, mientras si la variación del impulso es periódica, las vibraciones resultan forzadas.
EMPUJE DE TIERRAS Y ESTABILIDAD DE TALUDES EMPUJE DE TIERRAS: El empuje de tierras se basa en los esfuerzos que se originan en la masa semi-infinita del suelo, a una determinada profundidad de la superficie
ESTABILIDAD DE TALUDES: El estudio de la estabilidad de taludes de una masa de tierra se refiere a su seguridad contra falla o deslizamiento. Los taludes, terraplenes, diques y presas de tierra son algunos de los ejemplos donde la seguridad depende fundamentalmente de la estabilidad del terreno. Cuando la masa del suelo presenta una superficie inclinada, siempre existe el peligro de que se produzca movimientos en la que el suelo del nivel superior descienda. Este deslizamiento es la consecuencia de esfuerzos cortantes de considerable magnitud, que supera la resistencia a corte del suelo. El análisis de este problema no es directo, pues existe un elevado número de factores que influyen en la determinación de la estabilidad de la masa de tierra. Entre ellos, el hecho de que el deslizamiento puede ocurrir a lo largo de diferentes superficies, y la resistencia a corte de un suelo es algo variable en el tiempo, ya que depende de su contenido de humedad, del grado de compactación, etc. Por ello, en análisis de la estabilidad de los taludes, se deben utilizar adecuados factores de seguridad, que permitan obtener un diseño correcto en cada caso.
ENSAYO DE CORTE DIRECTO Está indicado para cualquier tipo de muestra de suelos cohesivos o granulares, estén o no alterados. Evidentemente la preparación de probetas de ensayo procedentes de muestras arenosas inalteradas es complicada y requiere técnicas especiales que desaconsejan su utilización. El ensayo de corte directo puede realizarse con las probetas semi saturadas, tal como está la muestra de las que procedan, o con una saturación adicional provocada en el equipo de ensayo.
ENSAYO TRIAXIAL DE SUELOS El ensayo está especialmente indicado para conocer la resistencia y la deformabilidad del suelo antes distintos niveles de confinamiento. Se puede realizar con muestras de cualquier tipo de suelo ya sean alteradas o inalteradas. Es difícil, sin embargo, preparar probetas inalteradas de suelos granulares.
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