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C N R | C O M I S I Ó N N A C I O N A L D E R I E G O
Aspectos Geotécnicos y Estructurales de OBRAS DE RIEGO
EXPOSICIÓN Y SESIÓN PARTICIPATIVA CONSULTORES Y REVISORES CNR
Noviembre, 2016
www.cnr.gob.cl
C N R | C O M I S I Ó N N A C I O N A L D E R I E G O
OBJETIVO Y ESTRUCTURA DEL TALLER
Objetivo: Realizar una actividad de acercamiento entre revisores y
consultores, que permita orientar tanto la presentación como la revisión de
proyectos bajo algunos criterios de diseño relacionados con obras de riego
que han sido seleccionados específicamente para las obras de la ley
18.450.
Estructura:
1a Parte: Sesión expositiva a cargo de un relator externo.
2a Parte: Sesión participativa orientada a la recopilación y revisión de
situaciones particulares de acuerdo a la experiencia de los consultores y
revisores.
Para facilitar el desarrollo de la actividad, se agradece a los participantes
tomar nota de las consultas a realizar, las que serán atendidas solamente en
la 2da parte del taller.
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CONTENIDO
TALLER 30.11 ASPECTOS GEOTÉCNICOS Y ESTRUCTURALES
Parte 1 - Embalses de menos de 50.000 m3
a. Algunas recomendaciones con respecto a inclinación de taludes
b. Propiedades del suelo – ensayos típicos
c. Factores de seguridad para estabilidad de taludes
Pausa - Café
Parte 2 - Canales y Revestimientosa. Revestimientos (infiltración – resistencia)
b. Espesores de bases estabilizadas
Parte 3 – Consideraciones Estructuralesa. Espesores de Muros
b. Punto 10.5.3 del ACI 318, armadura
c. Diseño de canoasAlmuerzo
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DOCUMENTOS TÉCNICOS DE REFERENCIA
Específicos:
• Resolución Ex Nr. 1250 Instructivos de Obras Civiles C.N.R., Marzo 2016
• Manual de Obras Menores de Riego C.N.R, 1996
• Especificaciones Técnicas Proyectos de Canales, Dirección de Riego, 1969
• Reglamento Artículo 295 DGA, Enero 2015
• ACI 318, 1995
Complementarios:
• Nilson, A., Winter, G., “Diseño de estructuras de Concreto” 11ª Edición
1993
• Terzaghi, C., Peck, R., “Mecánica de Suelos en la Ingeniería Práctica” 3ª
Edición 1996
• NCh 1508:2014 “Geotecnia – Estudio de Mecánica de Suelos”. Instituto
Nacional de Normalización.
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PARTE 1 – EMBALSES DE MENOS DE 50.000m3
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1.A. Algunas recomendaciones con
respecto a inclinación de taludes
C N R | C O M I S I Ó N N A C I O N A L D E R I E G O Ref: ETE Proyecto Canales, Dirección de Riego 1960
ALGUNAS RECOMENDACIONES C/R TALUDES
C N R | C O M I S I Ó N N A C I O N A L D E R I E G O
ALGUNAS RECOMENDACIONES C/R TALUDES
Ref: Manual de obras menores de Riego 1996
Si el relleno (muro) es homogéneo y de origen arcilloso-arenoso entonces los taludes pueden ser 2:1 (H:V) aguas arriba y 1,5:1 aguas abajo
Válido para embalses hasta 5m de altura.Para embalses de mayor altura se debe desarrollar estudio de estabilidad
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Nota: Párrafo anterior hace referencia a la clasificación
USCS del suelo.
Ref: Res. Ex. Nr 1250 Instructivos de obras Civiles CNR, Marzo 2016
ALGUNAS RECOMENDACIONES C/R EMBALSES
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ALGUNAS RECOMENDACIONES C/R EMBALSES
Ref: Res. Ex. Nr 1250 Instructivos de obras Civiles CNR, Marzo 2016
C N R | C O M I S I Ó N N A C I O N A L D E R I E G O
ALGUNAS RECOMENDACIONES C/R EMBALSES
Ref: Res. Ex. Nr 1250 Instructivos de obras Civiles CNR, Marzo 2016
C N R | C O M I S I Ó N N A C I O N A L D E R I E G ORef: Res. Ex. Nr 1250 Instructivos de obras Civiles CNR, Marzo 2016
ALGUNAS RECOMENDACIONES C/R EMBALSES
C N R | C O M I S I Ó N N A C I O N A L D E R I E G O Ref: Reglamento Art. 294 DGA, MOP, Dic. 2015
ESTUDIOS PARA EMBALSES HASTA 50K m3
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¿CÓMO SE DEBE INTERPRETAR LO ANTERIOR?
Embalses entre 1,5m y 5m de altura máxima
A. Estudio del suelo de fundación (campaña de exploración de suelos)
B. Estudio de estabilidad taludes (estático y sísmico)
C. Estudio de filtraciones (a través y bajo el muro)
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Clasificación de Suelos Gruesos
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Tamaño de Partículas• Tamices estandarizados
Tamiz Apertura malla
[mm]
Observación
3 in. 76.2 Separa gravas de bolones
1 in. 25.4
#4 4.75 Separa gravas de arenas
#8 2.36
#10 2.00
#20 0.85
#30 0.60
#40 0.425
#50 0.30
#60 0.25
#100 0.15
#200 0.075 Separa gruesos de finos
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Tamaño de Partículas
Standard
Tamaño de Partícula [mm]
Clay: arcilla
Silt: limo
Sand: arena
Gravel: grava
Cobbles: bolonesBoulders: clastos
Budhu (2011)
BS: British Standard
USCS: Unified Soil Classification System
AASHTO: American Association of State Highway
and Transportation Officials
ASTM: American Society for Testing and Materials
#200 #40 #4 3 in.#10
Suelos Finos Suelos Gruesos
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0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.001 0.01 0.1 1 10 100
Pi
Tamaño de Partícula [mm]
Tamaño de PartículasCurva de distribución de tamaño de partícula o distribución granulométrica:
Bien graduado
Mal graduado
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Budhu (2011)
Clasificación Suelos Gruesos
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Clasificación de Suelos Finos
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Estados Suelos Finos
Terzaghi et al. (1996)
Vo
lum
en
Humedad
Límite de
Contracción
Límite
Plástico
Límite
Líquido
Sólido
Semi-
Sólido Plástico
Semi-
Líquido
Índice de
Plasticidad
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Límite Líquido
1cm altura de caída
• Cuchara de Casagrande
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35
40
45
50
55
60
10 100
Hu
med
ad
[%
]
Número de Golpes
25
LL = 45.4 %
Límite Líquido
Línea de Estado Líquido
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Límite Líquido
Plasticidad baja LL = < 35%
Plasticidad intermedia LL = 35 - 50%
Plasticidad alta LL = 50 - 70%
Plasticidad muy alta LL = 70 - 90%
Plasticidad extremadamente
altaLL = > 90%
Ref: British Soil Classification
System
Qué implicancias tienen LL altos, o bien, LL bajos?
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Límite Plástico
• Límite plástico: Humedad a la cual un bastón de
suelo de 3.2 mm de diámetro (1/8 pulgada) comienza
a desmoronarse.
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0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Índ
ice d
e P
lasti
cid
ad
IP
[%
]
Límite Líquido LL [%]
Carta de Plasticidad
IP > LL CH
CLMH
MLCL-ML
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Budhu (2011)
Clasificación Suelos Finos
Nota: Lean clay = arcilla magra = arcilla baja plasticidad
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Compactación de Suelos
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Ensayo de Compactación Proctor
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Ensayo ProctorObjetivo:
Determinar la máxima densidad seca de un suelo utilizando una
energía de compactación estándar.
Molde
Diámetro = 10.2 cm
Altura = 11.6 cm
Martillo
Peso = 2.5 kg
Caída = 30.5 cm
Molde
Diámetro = 15.2 cm
Altura = 11.6 cm
Martillo
Peso = 4.5 kg
Caída = 45.7 cm
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Proctor Standard
• Suelo preparado a distintas humedades
• Compactado en un molde en 3 capas
• 25 golpes por capa (molde pequeño)
• 56 golpes por capa (molde grande)
• Martillo de 5.5 lbf (2.5 kg) altura de caída 30.5 cm
• Energía volumétrica de compactación 600 kN m/m3 (kJ/m3)
• Preparar al menos 4 sub-muestras: 2 sobre y 2 bajo el óptimo
• Curva de compactación
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Proctor Modificado
• Suelo preparado a distintas humedades
• Compactado en un molde en 5 capas
• 25 golpes por capa (molde pequeño)
• 56 golpes por capa (molde grande)
• Martillo de 10 lbf (4.5 kg) altura de caída 45.7 cm
• Energía volumétrica de compactación 2700 kN m/m3 (kJ/m3)
• Preparar al menos 4 sub-muestras: 2 sobre y 2 bajo el óptimo
• Curva de compactación
C N R | C O M I S I Ó N N A C I O N A L D E R I E G O
14
15
16
17
18
19
10 15 20 25
Pes
o E
sp
ecif
ico
Se
co
[k
N/m
3]
Humedad [%]
Holtz y Kovacs (1981), Lambe & Whitman (1969)
Energía en Laboratorio
Roca fragmentada
Unitario
C N R | C O M I S I Ó N N A C I O N A L D E R I E G O
Holtz y Kovacs (1981)
Compactación por Tipo Suelo
14
16
18
20
22
5 10 15 20 25
Pe
so
Es
pe
cif
ico
Se
co
[k
N/m
3]
Humedad [%]
1
2
3
45
7
86
Curva Suelo
1 SW-SM (CF= 12%)
2 SM (W) (CF= 28%)
3 SM (P) (CF= 27%)
4 CL (Arenosa)
5 CL
6 ML
7 CH
8 SP (CF= 6%)
Unitario
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Densidad Relativa
• Densidad Máxima (mínimo índice de vacíos) (ASTM 4253):
• Sobrecarga: 14 kPa
• Vibración vertical: 0.33 +/- 0.05 mm @ 60 Hz por 8 min
• Peso unitario seco = peso suelo seco / volumen final
Resistencia y Comportamiento de Suelos
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τ
σ
τn
φ
σ3 σ1
c
σn
2
σσ 31
2
σσ 31
φ
Criterio de Falla de Mohr-Coulomb
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Corte Directo
Esfuerzo Vertical Dial Celda de Carga
Suelo
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Ensayo de Compresión Simple(también denominado Compresión no Confinada)
Celda de carga
Probeta de
suelo
Prensa
Medición de
deformació
n vertical
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Valores referenciales del ángulo de fricción
interna (f)
Rangos del ángulo de fricción interna para suelos (°)
Tipo de suelo fcs (°) fp (°)
Gravas
30–35 35–50Mezclas de grava y arena con finos
28–33 30–40Arenas
27–37 32–50Limos o Arenas limosas
24–32 27–35Arcillas
15–30 20–30
Budhu 2011
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Valores referenciales de la resistencia al
corte no drenada (Su) para suelos finos
Descripción su (kPa)
Muy blando < 10
Blando 10-25
Medio firme 25 – 50
Firme 50 – 100
Muy firme 100 – 200
Extremadamentefirme
> 200
Budhu 2011
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ESTUDIOS PARA EMBALSES HASTA 50K m3
A. Campaña de exploración de
suelos
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Anexo A: Exploración del subsuelo
En vías urbanas: pozos cada 150m
Caminos, carreteras: pozos cada 250m
Prospecciones profundas (mayor a 8m) cantidad
definida por “profesional competente”
NCh 1508 “ESTUDIOS DE MECANICA DE SUELOS”
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Profundidad mínima a alcanzar (donde se produce la interacción
suelo-estructura)
Fundaciones superficiales
Zp ≥ Df + z
z = 1,5B (B ancho menor de la fundación)
zmin = 2 m
Zpmin = 2,5 m
Anexo A: Exploración del subsuelo
NCh 1508 “ESTUDIOS DE MECANICA DE SUELOS”
Df
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Esfuerzos en una Masa de Suelos
Esfuerzos y desplazamiento vertical bajo área circular flexible con carga vertical uniforme
Esfuerzo
Vertical
Esfuerzo
Horizontal
(FHWA 2002)
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Anexo B: Ensayos y Mediciones en
Terreno
NCh 1508 “ESTUDIOS DE MECANICA DE SUELOS”
Realizados en calicatas, sondajes o en superficie.
Se deben realizar ensayos necesarios que el profesional
considere adecuados para caracterizar las propiedades
del subsuelo
Densidad natural, contenido de humedad, granulametría, nivel
de napa, infiltración, pruebas de bombeo, placa de carga,
molinete, presiómetro, etc.
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B. Análisis de estabilidad taludes
Según el Reglamento Art. 294 DGA:
ESTUDIOS PARA EMBALSES HASTA 50K m3
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Algunos ensayos in-situ
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Control de Calidad
Cono de Arena
• Mide densidad en terreno
Contenedor
LlaveCono
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Penetrómetro Dinámico (liviano)
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Penetrómetro Dinámico
DIN 4094
Tipo de
penetrómetro
Masa del
martillo
(kg)
Altura
de
caída
(m)
Área de
la punta
(cm2)
Ejemplo de medición
a. Desde nivel de superficie
b. Desde excavación a 2m de profundidad
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Penetrómetro Dinámico
DIN 4094
De
nsid
ad
re
lativa
De
nsid
ad
re
lativa
Número de golpesNúmero de golpes
Arenas uniformes, sobre nivel freático Gravas y arenas bien graduadas,
sobre nivel freático
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Ensayo de Placa de Carga
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Permite estimar:
• Capacidad de soporte del suelo
• Constante de balasto (ks) - (DIN 18134)
• Módulo de deformación (Ev) – (DIN 18134)
Limitaciones:
• Profundidades de influencia no superiores a dos veces el diámetro
de la placa
• Corta duración no permite determinar asentamientos totales (en
suelos finos)
Ensayo de Placa de Carga
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C. Análisis de filtraciones a través y por debajo de
la presa
ESTUDIOS PARA EMBALSES HASTA 50K m3
Budhu (2011)
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Causas de falla de taludes
Budhu (2011)
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Suelos Residuales
Wesley (2010)
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Los Factores de Seguridad (FS) son difíciles de especificar dado que
dependen de:
• Condiciones geológicas
• Condiciones de los estados de carga
• Densidad poblacional
• Estructuras existentes
• Confianza en la determinación de los parámetros del suelo
• Nivel freático y restricciones medioambientales
• Amenazas naturales
• Actividad humana
• Error humano
Los valores típicos de FS van entre 1.1 y 1.5
• En minería: FS 1.1 a 1.2
• Cortes en carreteras: FS 1.3;
• Presas de tierra: FS 1.5 (Cargas permanentes)
• Presas de tierra: FS 1.1 (Cargas eventuales tipo sísmicas)
Cada país establece sus propios criterios para los distintos tipos de infraestructura. Por lo
tanto, es importante familiarizarse con las reglamentaciones del lugar específico de la obra.
FACTORES DE SEGURIDAD
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Duncan et al.
(2005)
Método de Taylor (φ=0)
Pd = γ∙H
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EJEMPLO DE CASO DE INESTABILIDAD
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EJEMPLO DE CASO DE INESTABILIDAD
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EJEMPLO DE CASO DE INESTABILIDAD
Propuesta de reparación
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Evaluación de parámetros resistentes (Back Analysis)
EJEMPLO DE CASO DE INESTABILIDAD
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Verificación de estabilidad con solución proyectada
EJEMPLO DE CASO DE INESTABILIDAD
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Métodos de Estabilización
Navfac (1986)
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Navfac (1986)
Métodos de Estabilización
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PARTE 2 – CANALES Y REVESTIMIENTOS
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GEOCELDAS
Ref: Geosintéticos ChileRef: Emaresa.cl
Dependiendo de su disposición puede tener usos/aplicaciones distintas
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GEOCELDAS – para el control de erosión superficial
Instalada directamente sobre la superficie de suelos a
proteger. Una sola capa. Celdas (comúnmente)
rellenas de suelo.
Ref: geofixsl.com Ref: eminsg.cl
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GEOCELDAS – como estructuras de contención
Ref: http://innovatechsolutions.com/Ref: geofixsl.com
• Instalada como capas horizontales sucesivas (equivale a un
sistema de suelo mecánicamente reforzado)
• Requiere de excavación y luego relleno
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REVESTIMIENTO DE CANALES – SECCIONES TRAPEZOIDALES
• No confundir revestimientos para control de erosión superficial con
sistemas de contención de taludes
• Lo anterior es válido incluso para materiales de un mismo tipo (Hormigón,
Geosintéticos) que pueden cumplir uno u otro objetivo
Control de erosión v/s contención de suelos
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PARTE 3 – CONSIDERACIONES ESTRUCTURALES
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3.A. Espesores de Muros
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ALGUNAS RECOMENDACIONES C/R ESPESORES DE MUROS DE CANALES
Ref: Res. Ex. Nr 1250 Instructivos de obras Civiles CNR, Marzo 2016
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Ref: Res. Ex. Nr 1250 Instructivos de obras Civiles CNR, Marzo 2016
ALGUNAS RECOMENDACIONES C/R ESPESORES DE MUROS DE CANALES
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MUROS DE CANALES CON MALLA SIMPLE
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MUROS DE CANALES CON MALLA SIMPLE
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MUROS DE CANALES CON MALLA SIMPLE
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MUROS DE CANALES CON MALLA SIMPLE
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MUROS DE CANALES CON MALLA SIMPLE
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MUROS DE CANALES CON MALLA SIMPLE
• Hay que diferenciar entre obras que se proyectan a largo plazo de las
obras con vidas útil acotada
• Corresponden a obras intra-prediales o inter-prediales?
• Hay probabilidades que a futuro las obras que estoy proyectando se vean
sujetas a mejoras o ampliaciones?
• Cuáles son las solicitaciones mas probables v/s las solicitaciones más
desfavorables?
• Debo siempre considerar el empuje sísmico en el diseño de los muros?
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3.B. Sección 10.5.3 del ACI 318: 1995
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REQUERIMIENTOS c/r AL ÁREA DE BARRA DE REFUERZO (As)
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3.C. Canoas
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ALGUNAS RECOMENDACIONES C/R A CANOAS
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Artículo 43 letra h del Reglamento 294 DGA
ALGUNAS RECOMENDACIONES C/R A CANOAS
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ALGUNAS RECOMENDACIONES C/R A CANOAS
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• Socavamiento de Estribos
• Asentamientos diferenciales
ALGUNAS RECOMENDACIONES C/R A CANOAS
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Gracias
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