IG Clase 1.pdf
- 1. Unidad de aprendizaje 1: Introducción a la Ingeniería Geotécnica y esfuerzo aplicada a la masa de suelo. Logro específico de aprendizaje: Al finalizar la unidad, el estudiante define los principios fundamentales vigente para el desarrollo de estudios geotécnicos haciendo uso de las teorías y parámetros establecidos para tales fines. Importancia: Es necesario que el profesional en ingeniería civil conozca los problemas qué se presentan en la geotecnia, para un adecuado diseño de las obras civiles teniendo en cuenta las características del suelo, además se debe contar con un leguaje técnico universal.
- 2. 1.1 Conceptos fundamentales de la Ingeniería Geotécnica Definición de Ingeniería Geotécnica La Ingeniería Geotécnica es la rama de la Ingeniería Civil que se encarga de estudiar las propiedades mecánicas, hidráulicas e ingenieriles de esencialmente los suelos y rocas. Mediante las investigaciones geotécnicas de los suelos y las rocas, se diseñan sistemas geotécnicos tales como cimentaciones para edificios, puentes, plantas hidroeléctricas, pavimentos, muelles; túneles de conducción y viales; obras de estabilización de taludes; muros de contención entre otros, que son primordiales para el desenvolvimiento de la vida humana en su quehacer diario.
- 3. Funciones de la Ingeniería Geotécnica Determinación de la capacidad de carga, las deformaciones de las fundaciones, y posibles interacciones entre el suelo, cimientos y la estructura. En su trabajo práctico el ingeniero civil ha de enfrentarse con muy diversos e importantes problemas planteados por el terreno. Prácticamente todas las estructuras de ingeniería civil, edificios, puentes, carreteras, túneles, muros, torres, canales o presas, deben cimentarse sobre la superficie de la tierra o dentro de ella. Para que una estructura se comporte satisfactoriamente debe poseer una cimentación adecuada.
- 4. Cuando el terreno firme está próximo a la superficie, una forma viable de transmitir al terreno las cargas concentradas de los muros o pilares de un edificio es mediante zapatas. Un sistema de zapatas se denomina cimentación superficial. Cuando el terreno firme no está próximo a la superficie, un sistema habitual para transmitir el peso de una estructura al terreno es mediante elementos verticales como pilotes o caissons.
- 5. Evaluación de la presión de la tierra y la realización de muros de contención. Evaluación de riesgos geotécnicos, incluyendo el potencial de deslizamientos de tierra. Otro problema común es cuando la superficie del terreno no es horizontal y existe una componente del peso que tiende a provocar el deslizamiento del suelo. Si a lo largo de una superficie potencial de deslizamiento, los esfuerzos tangenciales debidos al peso o cualquier otra causa (como agua de filtración, peso de una estructura o de un terremoto) superan la resistencia al corte del suelo, se produce el deslizamiento de una parte del terreno.
- 6. El suelo es el material de construcción más abundante del mundo y en muchas zonas constituye, de hecho, el único material disponible localmente. Cuando el ingeniero emplea el suelo como material de construcción debe seleccionar el tipo adecuado de suelo, así como el método de colocación y luego controlar su colocación en obra. Ejemplos de suelo como material de construcción son las presas en tierra, rellenos para urbanizaciones o vías.
- 7. Las otras estructuras muy ligadas a la mecánica de suelos son aquellas construidas bajo la superficie del terreno como las alcantarillas y túneles, entre otros, y que está sometida a las fuerzas que ejerce el suelo en contacto con la misma. Las estructuras de contención son otro problema a resolver con el apoyo de la mecánica de suelo entre las más comunes están los muros de gravedad, los tablestacados, las pantallas ancladas y los muros en tierra armada.
- 8. Resistencia de los suelos . • La resistencia de un suelo es el mayor esfuerzo al que puede ser sometido. • La geometría de la mayoría de los problemas geotécnicos es de tal manera que prácticamente todo el suelo se encuentra en compresión. • Aún cuando el suelo pueda fallar debido a la aplicación de grandes esfuerzos de compresión, el suelo falla realmente al corte. • Muchos problemas geotécnicos requieren de una evaluación de la resistencia al corte del suelo, tales como: taludes, presas de tierra, fundaciones de estructuras, muros de contención, etc. Estabilidad de taludes: cuando la superficie del suelo esta inclinada, la fuerza de gravedad produce esfuerzos de corte geostáticos. Si estos esfuerzos exceden la resistencia al corte, se produce un deslizamiento. Fundaciones de estructuras: las cargas de una estructura son transferidas al terreno a través de las fundaciones, produciendo esfuerzos de compresión y de corte. Si el ultimo excede la resistencia al corte se produce una falla a lo largo de una superficie.
- 9. Muros de contención: el peso del suelo retenido por un muro de contención produce esfuerzos de corte en ese suelo. La resistencia al corte del suelo toma parte de los esfuerzos y el muro resiste el resto. Por lo tanto la carga que tome el muro depende de la resistencia al corte del suelo retenido. La resistencia a tracción de los suelos es prácticamente nula. Solamente en los casos especiales de suelos cementados (que constituyen un caso de transición hacia el comportamiento de las rocas) y, en menor medida, en suelos parcialmente saturados (con uniones entre partículas por meniscos capilares), tienen relevancia práctica los estados de tracción. Por ello, el interés se centra en la rotura o deformación por deslizamiento relativo o rodadura entre partículas, que macroscópicamente se traduce en deformaciones de corte. Por ello, cuando se habla de resistencia de los suelos, se entiende implícitamente "resistencia al corte". • La resistencia al corte es el resultado de la resistencia al movimiento entre partículas. • La resistencia al corte se deriva de: - Resistencia a la fricción entre partículas - Cohesión entre partículas
- 10. Tipos de suelos.
- 11. 1.2 Problemas especiales en los suelos Un problema geotécnico se define como cualquier evento que cause deformaciones y daños a un terreno y a las obras civiles circunvecinas. Estos problemas geotécnicos podrían presentarse de diferente forma: Asentamientos del terreno. Expansión del terreno. Agrietamientos del terreno y las estructuras. Deslizamientos. Erosión del terreno. Los anteriores problemas pueden inducir en: Pérdida de vidas. Cierre y daños a vías de comunicación. Daños a edificaciones y vehículos. Daños graves a servicios públicos.
- 12. Indicios de problemas geotécnicos: Descuadre de puertas y ventanas, complicaciones al intentar abrir y cerrar. Aparición de nuevas grietas o visiblemente reparadas en la estructura o exteriores. Desniveles entre el piso de la edificación y el terreno, pudiendo dejar al aire algunos sectores. Depresiones en el terreno. Un jardín de área plana o en pendiente no debería tener formas onduladas. Levantamientos del terreno o aceras. Grietas en el terreno en forma de media luna. Terreno con topografía escalonada. Tanto movimientos antiguos que pueden reactivarse como actuales. Pendiente o ladera que muestra suelo “fresco”, posibles evidencias de deslizamientos. Estos tipos de problemática causados entre otras cosas por un inadecuado estudio geotécnico afecta no solo a viviendas unifamiliares sino también a grandes construcciones. Pudiendo aparecer tanto en obras actuales como históricas y causando en ellas consecuencias relevantes que mostraremos en esta lista de grandes errores épicos.
- 13. Estudio de equilibrio de la Torre de Pisa La Torre de Pisa es un cilindro hueco de 14.500 toneladas de caliza y mármol, con más de 58 m de altura y casi 13 m de diámetro exterior. Sus muros, de 4,09 m de espesor, alojan a la escalera espiral con la que se accede al campanario. La torre comenzó a inclinarse a los 5 años de comenzar su construcción, en 1174. Afortunadamente no se derrumbó pues cesaron las obras al acabarse el dinero. La construcción se reanudó en 1272 y en vistas que la torre se inclinaba hacia el norte, los albañiles cambiaron el tamaño de los bloques de mármol para compensar el fallo. Así, en los primeros pisos al lado norte los bloques tienen 1 cm menos que los del lado sur, y al llegar al cuarto piso la diferencia es de 10 cm menos. La torre estaba casi corregida, pero ahora se inclinaba ligeramente hacia el sur. Al llegar al séptimo piso los trabajos se suspendieron nuevamente durante casi 8 años. Un último intento por enderezar la torre se abordó al construir el campanario descentrado, con cuatro escalones hacia el lado norte, haciendo que la torre se hunda de ese lado.
- 14. La Torre se levanta sobre un suelo limo-arenoso de muy baja plasticidad bajo el que hay un estrato de arcillas de Pancone de unos 12 m, seguido un depósito de arena limosa de alta densidad de unos 2 m de espesor, para acabar finalmente con otro substrato de arcilla. Los esfuerzos trasmitidos en el subsuelo provocaron deformaciones importantes en los limos arenosos superficiales. Investigaciones del profesor Burland demuestran que el centro de giro de la torre (aproximadamente al nivel de la 1ª cornisa) hace que, al girar la torre, el extremo S. de su cimentación penetre dentro del terreno mientras que su extremo N. emerge lentamente. El estudio de estabilidad se aborda como si se tratase de un péndulo invertido con la masa concentrada en el centro de gravedad (CG) que se idealiza como un elemento rígido apoyado en un resorte cuya rigidez rotacional depende de las características elástico-plásticas del suelo así como de la evolución de estas características con el tiempo.
- 15. Últimos intentos de estabilización: 1934- Mussolini intentó salvar la torre vertiendo toneladas de cemento en 361 pozos en los cimientos. El esfuerzo fue fallido y ese año la torre se tambaleo más que en los 15 precedentes. 1935- Estabilización mediante extracción de agua e impermeabilización de la cimentación 1969- Instalación de electro niveles y detectores de alta sensibilidad en los cimientos. La torre se mueve cada hora y los cimientos se cimbrean reaccionando al calor del sol. 1985- Sondeos geotécnicos, con lo cual el centro de giro se alejó del cd.g, aumentando el momento de giro y por tanto la velocidad de inclinación en más de 2 mm al año. 1992- Circundaron el segundo piso con cables recubiertos de plástico, al ser esté el punto por el que podría comenzar un posible derrumbe. 1993- 600 Tm. de plomo junto a la pared N. redujeron la inclinación en 1 cm. 1995- Se congela el terreno con nitrógeno líquido para retirar el contrapeso de la pared norte, pero la torre empieza a inclinarse y tienen que poner 200 Tm. más de plomo en la pared norte. 1998- Anclado de la torre a un contrafuerte de hormigón armado para asegurarla e inicio de trabajos de subexcavación para intentar enderezarla. 1999- Los trabajos de excavación que se realizan con un equipo situado a 20 metros de distancia logran que el terreno ceda del lado norte y se corrija para el 2001 la inclinación en 43,8 cm volviendo al desvío de 4,1 m respecto a la perpendicular que había en 1838.
- 16. Se cae un edificio de 13 pisos en Shangai El edificio, de 13 alturas y 629 apartamentos en el que empezarían a vivir a partir de mayo del próximo año, se venía abajo. La construcción estaba prácticamente acabada -ventanas incluidas-, a la espera de los últimos retoques. De hecho, en el momento del colapso (en torno a las 5.30 de la madrugada, hora local), seis decoradores trabajaban en el interior del edificio. Uno de ellos falleció. Las causas que llevaron al edificio a desplomarse de esta forma fueron debidas a un error en la cimentación, los pilares de la estructura no cumplieron su labor en un terreno que se encontraba además muy anegado de agua.
- 17. (1) Se excavó un garaje de 4.6 metros en la cara sur del terreno. (2) La tierra del boquete se amontonó en la cara norte, a una altura de 10 metros (3) Con una presión lateral de 3000 toneladas, los pilares de la cimentación se partieron como picos!
- 18. Hundimiento del palacio de Bellas Artes La construcción del Teatro Nacional, actual Palacio Nacional de Bellas Artes, se inició en 1904, se detuvo durante 12 años y reanudó en 1932, para ser inaugurado dos años después. El diseño original de la cimentación fue del Ing. Gonzalo Garita, pero despertó incertidumbres que justificaron la participación del Ing. William H. Birkmire. La estructura empezó a sufrir asentamientos casi desde el inicio de su construcción, Birkmire los trató de aminorar recomendando colocar perimetralmente una tablestaca de acero, pero como su influencia fue despreciableAdamo Boari decidió inyectar el subsuelo con morteros, afirmando que se hacía en París y en Nueva York, lo que era incierto; de seguro supo que era una práctica usual en la ciudad de México, quizá el primer caso de ese ingenio fue en 1881 para corregir el comportamiento de la Estación del Ferrocarril Mexicano, en Buenavista. La inyección del subsuelo del se realizó en 5 etapas, sus resultados fueron confusamente interpretados y se juzgó como un trabajo sin consecuencias, no se comprendió que continuó hundiéndose, pero que se logró la uniformidad, lo que explica el buen comportamiento que ha tenido el Palacio.
- 21. Otro caso importante de inclinación por consolidación del terreno de cimentación se presentó en la torre del campanario de la catedral del siglo XV (año 1450) de la población alemana de Suurhusen, un pueblo en la región de Frisia Oriental en el noroeste de Alemania. De acuerdo con los Guinness World Records fue la torre más inclinada del mundo, hasta el año 2010 cuando la recién erigida torre Capital Gate en Abu Dhabi, reclamó este record. El campanario de Suurhusen sigue siendo la torre más inclinada del mundo involuntariamente desplomada, superando a la Torre Inclinada de Pisa por 1.22°. Oude Kerk (Iglesia Vieja), conocida también como la iglesia de Oude Jan ("Viejo Juan"), es una iglesia protestante de estilo gótico situada en el antiguo centro de la ciudad de Delft, Holanda. Con una altura de 75 metros, su desplome es de 1,98 metros respecto a la vertical.
- 22. Fallas de muros de contención
- 23. PRESA DE TETON Junio 5 de 1976: La presa Teton falló produciendo la inundación de las ciudades de Sugar y Reburg. Fue construida atravesando un profundo cañón sobre el río Teton, en la cuenca del río Sanke, alrededor de 12 millas al nordeste de Rexburg, al sureste de Idaho. El embalse comenzó a llenarse el 3 de octubre de 1975 y continuó hasta que la presa falló el 5 de junio de 1976. En el momento de la falla el embalse tenía 92,05 m de profundidad, con su superficie a 1616,05 m de elevación; 1,01 m por debajo del vertedero. Las filtraciones por debajo de la presa se detectaron por primera vez el 3 de junio de 1976, pero no fueron consideradas causa de alarma. No obstante, iniciadas las 7 de la mañana del 5 de junio el personal de la presa detectó filtraciones en ambos estribos de roca en la orilla norte del río en la base de la presa y alrededor de 30,48 m desde el tope de la presa. Estas filtraciones empeoraron y a la mitad de la mañana, se advirtió que la presa podría fallar. Esta liberó cerca de 300.000 acre - feet de agua (unos 8 billones de galones), que inundaron fincas y pueblos aguas abajo con la eventual pérdida de 14 vidas, directa e indirectamente y con un costo estimado de cerca de 1 billón de dólares. El agua se veía fluir por debajo de la cara aguas abajo de la presa. La grieta se expandió formando un gran hueco, el cual pronto condujo a la ruptura de la presa. Se encontraron como principales causas de la falla: erosión del suelo subyacente, asentamiento (settlement) del suelo y filtración.