Seguridad-en-excavaciones-y-deslizamiento-de-tierra-Ramon-Verdugo-CMGI

(1)

D I Á L O G O T É C N I C O S E G U R I DA D E N

E XC AVA C I O N E S Y D E S L I Z A M I E N TO

D E T I E R R A

(2)

DIÁLOGO TÉCNICO

SEGURIDAD EN EXCAVACIONES Y

DESLIZAMIENTO DE TIERRA

5 DE SEPTIEMBRE DE 2019

Ramón Verdugo A. (Ph.D.)

CMGI Ltda.

(3)

EXCAVACIONES PROFUNDAS

En general, se refiere a excavaciones de profundidad mayor o igual a

15 ft, es decir, 4.5 m. Sin embargo, en el caso de zanjas, este límite

es usualmente de 6 m.

Entre los principales factores geotécnicos que controlan la

elección del sistema de estabilización de una excavación profunda,

están los siguientes:

Tipo de suelo en

términos de generar

efecto arco

Granulares sin cohesión ni trabazón Por ejemplo: arena seca no-cementada Suelos con cohesión, trabazón, o

cementación

Tipo de suelo en

términos de

capacidad drenante

Granulares con media a alta permeabilidad

Por ejemplo, Gravas y arenas limpias, o con poco finos.

Presencia, o no,

de nivel freático

(4)

Es fundamental que la exploración geotécnica y los ensayos

realizados sean suficientes para establecer un modelo estratigráfico

con propiedades geotécnicas que sea efectivo en estimar las

principales características del terreno, como por ejemplo:

- Permeabilidad

- Deformabilidad estática y sísmica

- Deformabilidad estática en el tiempo

- Resistencia estática y sísmica (dren. y no-dren.)

- Potencial de Hichamiento, Potencial de Colapso

- Potencial de licuefacción Y SU EFECTO

- Contenido de Sales Solubles (norte de Chile)

CAMPAÑA DE EXPLORACIÓN Y ENSAYOS

DIÁLOGO TÉCNICO: SEGURIDAD EN EXCAVACIONES Y DESLIZAMIENTO DE TIERRA

(5)

1.- ENTENDER Y ACEPTAR QUE LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA Y

LA REALIZACIÓN DE ENSAYOS ES FUNDAMENTAL PARA TENER

UNA POSIBILIDAD REAL DE LOGRAR UNA SOLUCIÓN ÓPTIMA

DESDE UN PUNTO DE VISTA TÉCNICO-ECONÓMICO.

2.- ENTENDER QUE LAS PROPIEDADES GEOTÉCNICAS DEL

TERRENO DEBEN SER ESTABLECIDAS PARA LAS CONDICIONES

PROBABLES MÁS DESFAVORABLES.

3.- ENTENDER QUE LA INSTRUMENTACIÓN PERMITE OPTIMIZAR

NECESARIO CAMBIO CULTURAL

GEOTÉCNICO

(6)

POSIBLE PERFIL ESTRATIGRÁFICO

TERRENO

NATURAL

CORTE DE

PROYECTO

GRAVA ARENO ARCILLOSA

(7)

POSIBLE PERFIL ESTRATIGRÁFICO

TERRENO

NATURAL

CORTE DE

PROYECTO

LENTES

(8)

EXCAVACIÓN

PARA LA BASE DE

LA ESTRUCTURA

TERRENO QUE DEBE SER EXPLORADO Y

GEOTÉCNICAMENTE CARACTERIZADO

(9)

EXCAVACIÓN

PARA LA BASE DE

LA ESTRUCTURA

TERRENO QUE ESTÁ

PRINCIPALMENTE

INVOLUCRADO

EN EMPUJES Y

ESTABILIDAD DE

LA EXCAVACIÓN

TERRENO QUE DEBE SER EXPLORADO Y

GEOTÉCNICAMENTE CARACTERIZADO

(10)

EXCAVACIÓN

PARA LA BASE DE

LA ESTRUCTURA

TERRENO QUE ESTÁ

PRINCIPALMENTE

INVOLUCRADO

EN EMPUJES Y

ESTABILIDAD DE

LA EXCAVACIÓN

TERRENO QUE DEBE SER EXPLORADO Y

GEOTÉCNICAMENTE CARACTERIZADO

5 DE SEPTIEMBRE, 2019

PUEDER SER

TERRENO DEL

(11)

TERRENO QUE ESTÁ

PRINCIPALMENTE

INVOLUCRADO

EXCAVACIÓN

PARA LA BASE DE

LA ESTRUCTURA

TERRENO QUE ESTÁ

PRINCIPALMENTE

INVOLUCRADO

EN EMPUJES Y

ESTABILIDAD DE

LA EXCAVACIÓN

TERRENO QUE DEBE SER EXPLORADO Y

GEOTÉCNICAMENTE CARACTERIZADO

(12)

𝜎

_ℎ2𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑

< 𝜎

_ℎ1𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑

𝜎

_𝑣2𝑠𝑒𝑙𝑙𝑜

< 𝜎

_𝑣1𝑠𝑒𝑙𝑙𝑜

TENSIONES EN EXCAVACIÓN SIN

ELEMENTOS DE ESTABILIZACIÓN

(13)



₂

= 4 kg/cm

2



₃

= 3 kg/cm

2



₁

= 5 kg/cm

2

B



₂

= 4 kg/cm

2



₃

= 3 kg/cm

2



₁

= 7 kg/cm

2

B

INCREMENTO DE LA SOLICITACIÓN

(14)



₁

= 5 kg/cm

2



₂

= 3 kg/cm

2



₃

= 2 kg/cm

2

A



₁

= 4 kg/cm

2



₃

= 1 kg/cm

2



₂

= 3.5 kg/cm

2

B

VARIACIÓN DEL ESTADO TENSIONAL 3D

ESTADO TENSIONAL INICIAL

ESTADO TENSIONAL FINAL

(15)

DIMINUCIÓN DE CARGAS

SIN EMBARGO, SE PUEDE GENERA FALLA



₁

= 5 kg/cm

2



₂

= 3 kg/cm

2



₃

= 2 kg/cm

2

A



₁

= 5 kg/cm

2



₂

= 0.5 kg/cm

2



₃

= 0.5 kg/cm

2

A

(16)

DIMINUCIÓN DE CARGAS

SIN EMBARGO, SE PUEDE GENERA FALLA



₁

= 5 kg/cm

2



₂

= 3 kg/cm

2



₃

= 2 kg/cm

2

A

ESTADO TENSIONAL INICIAL

ESTADO TENSIONAL FINAL



₁

= 5 kg/cm

2



₂

= 3 kg/cm

2



₃

= 2 kg/cm

2

A

0.1 kg/cm

2

(17)

CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA

FINOS

LIMOS PLÁSTICOS

Y ARCILLAS

GRANULARES

GRAVILLA, ARENAS

Y LIMOS

NO-PLÁSTICOS

GRUESOS

CLASTOS, BOLONES

Y GRAVAS

LIMITADÍSIMA

CAPACIDAD DE

ENSAYAR

FÁCIL A MUY

DIFÍCIL

LA TOMA DE

MUESTRAS

EXTRACCIÓN DE

MUESTRAS Y

ENSAYOS, OK

MEDICIONES

EN TERRENO

Vs, Vp

Presiómetro

N-SPT

CPT-u

Permeabilidad

(18)

Libro de Kempfert

and Gebreselassie,

2006.

Peck 1969)

ASENTAMIENTO EN SUPERFICIE DEL TERRENO

ADYACENTE A EXCAVACIÓN APUNTALADA

(19)

CAMPO DE DEFORMACIONES OBTENIDO CON

UN MODELO ELASTO-PLÁSTICO

(20)

CAMPO DE DEFORMACIONES CON MODELO

ELASTO-PLÁSTICO Y RIGIDIZACIÓN SEGÚN

TRAYECTORÍA DE TENSIONES

(21)

ANÁLISIS DE EQUILIBRIO LÍMITE

RESISTENCIA

MOVILIZADA A LO

LARGO DE LA

POTENCIAL

SUPERFICIE DE

FALLA





COMPORTAMIENTO TENSIÓN-DEFORMACIÓN DEL TIPO RÍGIDO-PLÁSTICO

PERFECTO

RESISTENCIA MOVILIZADA

_W

_K

H

*W

Fii

Fid

(22)

ESTABILIZACIÓN DE EXCAVACIÓN VÍA

ESTRUCTURA FLEXIBLE ANCLADA

(23)

EJEMPLO DE ESTABILIZACIÓN CON DOS

NIVELES DE ANCLADJE

(24)

(25)

(26)

(27)

(28)

ANCLAJES PUEDEN INVADIR TERRENO

DEL VECINO

PROPIEDAD

DONDE SE

EJECUTA LA

EXCAVACIÓN

PROPIEDAD

DEL VECINO

(29)

LISTA DE LOS DIEZ TERREMOTOS DE MAYOR

MAGNITUD REGISTRADOS EN EL MUNDO

MAGNITUD

LUGAR

FECHA

1.

9.5 Valdivia, Chile

22-05-1960

2.

9.2 Southern Alaska

28-03-1964

3.

9.1 Sumatra, Indonesia

26-12-2004

4.

9.1 Tohoku, Japón

11-03-2011

5.

9.0 Kamchatka, Rusia

04-11-1952

6.

8.8 Maule, Chile

27-02-2010

7.

8.8 Ecuador

31-01-1906

8.

8.7 Aleutian Islands, Alaska 04-02-1965

9.

8.6 Eastern Xizang, India

15-08-1950

(30)

ESQUEMA DEL AMBIENTE TECTÓNICO Y

SÍSMICO SUBDUCTIVO DE CHILE

http://www.sfakia-crete.com/sfakia-crete/earthquake.html

(31)

IDENTIFICACIÓN DE LAS FUENTES SÍSMICAS

DEL AMBIENTE DE SUBDUCCIÓN DE CHILE

NAZCA

PLATE

SOUTH AMERICAN PLATE

Outer rise

earthquakes

Shallow Thrust

earthquakes

Deep Compressional &

Tensional earthquakes

Cortical

earthquakes

(INTERPLACA)

(INTRAPLACA)

(CORTICAL

(32)

PROBABILIDAD DE EXCEDENCIA, PERIODO

DE RETORNO Y VENTANA DE TIEMPO

¿QUE SISMO

CONSIDERAR PARA

UNA EXCAVACIÓN

(33)

ESTABILIZACIÓN DE EXCAVACIONES

(34)

http://www.griffindewatering.com/dewatering/deep-well-system/

ESTABILIZACIÓN DE EXCAVACIONES

- Taludes sin refuerzo y con bombeo

(35)

ESTABILIZACIÓN DE EXCAVACIONES

(36)

Muro Berlinés: consiste en perfiles metálicos verticales, entre los que se

colocan elementos que permiten contener el suelo entre perfiles. El sistema

se estabiliza con anclajes o puntales. Aplicabilidad en suelos principalmente

arenosos, sin napa de agua, o con eficiente control en descenso de nivel

freático.

SISTEMAS MÁS USADOS DE ESTABILIZACIÓN

DE EXCAVACIONES

Pilas ancladas: se construyen pilas verticales, típicamente cada 2 m de

distancia, que se estabilizan mediante anclajes activos. Aplicabilidad en

terrenos gravo areno arcillosos (grava de Santiago), donde se desarrolla el

efecto arco.

Pared Moldeada: se excava una zanja perimetral utilizando equipo del tipo

“cucharón de almeja”, la que es estabilizada con lodo bentonítico. Luego se

introduce la armadura del muro y se procede con el hormigonado de la zanja.

Se utiliza en suelos de baja competencia geotécnica e importantes

potenciales flujos de agua hacia la excavación.

(37)

ESTABILIZACIÓN DE EXCAVACIONES

(38)

http://www.irvinegeotech.com/projects.htm

ESTABILIZACIÓN DE EXCAVACIONES

- Muro Berlinés con puntales

(39)

ESTABILIZACIÓN DE EXCAVACIONES

(40)

PARED MOLDEADA (DIAPHRAGM WALL)

https://rightvendors.in/resources/resourcex

/diaphragm-wall-method-statement/

(41)

ESTABILIZACIÓN DE EXCAVACIONES

(42)

http://geoperforaciones.pe/muros_anclados.html

ESTABILIZACIÓN DE EXCAVACIONES

- Sistema de paneles (muro) anclados

(43)

ESTABILIZACIÓN DE EXCAVACIONES

(44)

https://drilltechdrilling.com/services/earth-retention/sheet-pile-walls/

ESTABILIZACIÓN DE EXCAVACIONES

- Sistema de tablestacas ancladas

(45)

(46)

(47)

CARACTERISTICAS PRINCIPALES

- Suelo Residual que clasifica como:

ML, CL, MH y CH

- Roca Madre:

Rocas Sedimentarias, areniscas y lutitas

- Sitio con importante Remoción en Masa

- Precipitación:

Máxima anual (1997):

1565 mm

Mes de junio de 2000:

566 mm

EJEMPLO DE DESLIZAMIENTO OCURRIDO

EN EL SUR DE CHILE

(48)

(49)

(50)

(51)

(52)

(53)

(54)

CARTA DE PLASTICIDAD

(55)

(56)

ÍNDICE DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR Y CF

(57)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

T

e

n

s

ió

n

d

e

C

o

rt

e

,

(



1

`-



3

`)

/2

,

(k

g

/c

m

²)

f

= 32.7º

Sondaje Z, (m) S-2 3. 50 - 3.90 S-3 3. 50 - 3.90 S-4 1. 60 - 2.00 S-6 2. 80 - 3.20 S-8 1. 90 - 2.30 S-8 2. 80 - 3.20 S-9 1. 90 - 2.30

RESULTADOS ENSAYOS TX CIU

MUESTRAS INALTERADAS

(58)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

0 1 2 3 4 5

Tensión Media, (1`+3`)/2, (kg/cm²)

T

e

n

s

ió

n

d

e

C

o

rt

e

,

(



1 `-



3 `)/

2 ,

(k

g

/c

m

²)

f

= 32.7º

Sondaje Z, (m) S-7 1.60 - 2.00 S-9 1.00 - 1.40

RESULTADOS ENSAYOS TX CIU

MUESTRAS INALTERADAS

(59)

0

1

2

3

4

5

6 T

e

n

s

ió

n

d

e

C

o

rte

,

(



1

`-



3

`)

/2

,

(k

g

/c

m

²)

f

= 32.7º

Sondaje Z, (m) S G-02 3.05 - 3.55 S G-03 2.00 - 2.55 S G-05 4.55 - 5.10

RESULTADOS ENSAYOS TX CIU

MUESTRAS INALTERADAS

(60)

(61)

(62)

(63)

(64)

(65)

(66)

ENSAYE CREEP

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.1

1

10

100 1000

Tiempo, [hrs]

D

e

sp

la

za

m

ie

n

to

H

o

ri

zo

n

ta

l,

[cm

]

_{Probeta B, 1.0 kg/cm²}

Probeta A, 0.5 kg/cm²

(67)

ENSAYE CREEP

-0.07

-0.06

-0.05

-0.04

-0.03

-0.02

-0.01

0

0.1

1

10

100 1000

D

e

sp

la

za

m

ie

n

to

V

e

rt

ica

l,

[cm

]

Probeta B, 1.0 kg/cm²

(68)

TENSION DE CORTE / TENSION NORMAL

0

0.5

1

1.5

0

0.5

1

1.5

2 Tensión Normal, [kg/cm²]

T

e

n

si

ó

n

d

e

C

o

rt

e

,

[kg

/cm

²]

Drenado, Arcilla Negra, f=30.6º

Drenado, Arcilla M-5, f=25.3º

Drenado, Arcilla M-5B, f=29.9º

No Drenado, Arcilla Negra, f=31.5º

Ensaye Creep, f= 20.2º

(69)

(70)

SOLUCIÓN DE ESTABILIZACIÓN

(71)

PRINCIPALES OBSERVACIONES

1.- LA EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA Y LA REALIZACIÓN DE ENSAYOS DE

CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA E HIDROGEOLÓGICA SON FUNDAMENTALES

PARA LA REALIZACIÓN DE UN BUEN PROYECTO.

2.- LA UTILIZACIÓN DE INSTRUMENTACIÓN PERMITE OPTIMIZAR EL DISEÑO Y

ANTICIPARSE A POTENCIALES DAÑOS A ESTRUCTURAS VECINAS.

3.-

MODELACIÓN

NUMÉRICA

DEBE

SER

REALIZADA

CONSIDERANDO

LA

COMPLEJIDAD DEL CAMBIO TENSIONAL EN EL TERRENO.

4.- ESTABILIDAD DE LAS OBRAS DE EXCAVACIÓN Y CORTES REQUIERE EL ANÁLISIS

DE LOS DETALLES DEL TERRENO.

(72)