4to CONGRESO ALCONPAT PARAGUAY

Juan Nicolás Zabrodiec

La aplicación de métodos observacionales para el control de terraplenes construidos

sobre suelos blandos

4to CONGRESO ALCONPAT PARAGUAYAsunción, 19 al 21 de Septiembre de 2016

Índice

• Introducción

• Importancia de la caracterización

• Métodos observacionales en la geotecnia

• El método de Asaoka

•Aplicación de métodos observacionales

•Conclusiones

•Bibliografía

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“La aplicación de métodos observacionales para el control de terraplenes construidos sobre suelos blandos” - J.N. Zabrodiec

Índice

• Introducción





•Conclusiones

•Bibliografía

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Introducción

• Un problema académico clásico en la geotecnia es la estimación de asientos de suelos blandos susceptibles a procesos de consolidación.

• Los métodos de cálculo de asientos tienen limitaciones y están sujetos a muchas variables.

• Tipo de suelo? Propiedades índice? CL/CH/ML/OH???

• Espesores de estratos? 5 m? 10 m? 15 m? 25 m?

• Coeficientes de consolidación? Cc / Cs / Cv / C / OCR

• Resistencia al corte no drenada?

• Módulos de deformación?

MUCHAS INCOGNITAS!!

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Caracterización

Una buena caracterización es muy IMPORTANTE

• Ensayos in Situ

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Caracterización

Una buena caracterización es muy IMPORTANTE

• Ensayos de laboratorio

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Caracterización

• Una buena caracterización es muy IMPORTANTE

• Ensayos in Situ

• Ensayos de laboratorio

• Muy COSTOSO!!

• Los ensayos nos dan mucha INFORMACIÓN

• Esta información se traduce a parámetros

• Hay que realizar cálculos

• Modelos numéricos

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AUN ASÍ OCURREN PROBLEMAS??

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Índice

• Introducción





•Conclusiones

•Bibliografía

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Los métodos “observacionales”

• Terzaghi puede ser considerado como “el padre” de la aplicación de los métodos observacionales en la geotecnia.

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“En el pasado, solo dos métodos fueron utilizados para lidiar con las incertidumbres inevitables: adoptar un factor de seguridad exagerado, o hacer suposiciones de acuerdo a la experiencia general. El primer método es derrochador; el segundo es peligroso… La mecánica de suelos, tal como la entendemos hoy en día, proporciona un tercer método que se podría llamar el método experimental”.

Karl Terzaghi, 1945


Los métodos “observacionales” en la geotecnia• En 1969, Ralph Peck, presentó la Rankine Lecture: “Advantages and

Limitations of the Observational Method in Applied Soil Mechanics”.

• Los métodos observacionales en la ingeniería geotécnica se basan en hacer un seguimiento continuo a la ejecución de una obra, con el fin de que el diseño original pueda ir modificándose según exista necesidad o para lograr mayor economía, siempre considerando la seguridad ante todo.

• Se presentaron limitaciones a su utilización

• Se sentaron las bases y fundamentos para su utilización

• Existen métodos observacionales para distintas aplicaciones geotécnicas

• Métodos para control de terraplenes sobre suelos blandos:

• Método de Asaoka

• Método Hiperbolico

• Método de Orleach

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Índice

• Introducción





•Conclusiones

•Bibliografía

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Método de Asaoka

• En 1978 el jornal Soils and Foundations de la JSSMFE publica el artículo “Observational procedure of settlement prediction” del profesor Akira Asaoka.

• Se plantearon dos métodos:

• Método gráfico: se basa en establecer relaciones a partir de gráficos formulados con instrumentación de asientos en el campo.

• Método estadístico: determinar una distribución probabilística del asiento a producirse.

• El método gráfico adquirió gran popularidad

• Simple

• Bastante preciso

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Método de Asaoka

• Se basa en que los asientos por consolidación unidimensional (S0, S1, S2,…Si) medidos a intervalos de tiempo 0, Δt, 2Δt,…iΔt, pueden ser expresados por una aproximación de primer orden tal que:

• Esta ecuación representa una línea recta en un gráfico de Sn-1 vs Sn, donde

• β0 es la intersección con el eje-y

• β1 es la pendiente de la recta.

• Una vez que el asiento primario final ha sido alcanzado, Sn tiende a ser igual a Sn-1, que a su vez es igual a Sult. Entonces, podemos estimar Sult mediante la siguiente ecuación:

•

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15

0 15

0

2

4

6

8

10

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Tiempo (dias)

Asientos (cm)

Método de Asaoka


Método de Asaoka

Pasos para utilizar el método de Asaoka:

1. Dibujar la curva de Asientos (S) vs Tiempo (t)

2. Dividir la curva en segmentos de intervalos de tiempo Δt igualmente espaciados.

3. Determinar las magnitudes de los asientos S1, S2, S3,…Si, para los respectivos t1, t2, t3,… ti

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(Almeida & Marques, 2013)


Método de Asaoka

4. Dibujar una curva Sn vs. Sn-1, con los valores determinados en el paso anterior

5. Ajustar una recta a través de los puntos graficados en el paso anterior. Determinar el valor de la pendiente β1 de la recta y β0 de la intersección con el eje de ordenadas

6. Trazar una recta a 45°, tal que Sn=Sn-1. El punto donde se intersectan las rectas determina el valor del asiento máximo Sult

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(Almeida & Marques, 2013)


(Asaoka, 1978)

Método de Asaoka

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• El método tiene la versatilidad que permite su utilización en situaciones complejas de obra tales como la carga por etapas.


Método de Asaoka

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(Magnan & Deroy, 1980) (Magnan & Deroy, 1980)

Caso A: Consolidación secundaria Caso B: Carga por etapas y consolidación secundaria

• Pero no todas las curvas en los casos prácticos son tan fáciles de interpretar como las curvas de ensayos de laboratorio.

• Ejemplos:


Método de Asaoka

• Magnan y Deroy (1980) extendieron su aplicación a casos con aplicación de drenes verticales

• Propusieron ecuaciones para hallar el (cv) y horizontal (ch):

• Casos de drenaje puramente vertical u horizontal:

• Casos de drenaje combinado, cuando se utilizan drenes verticales:

•

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Índice

• Introducción





•Conclusiones

•Bibliografía

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La aplicación de métodos observacionales

• En el año 2008, en la ciudad de Huelva, en el Sur de España, se inició la ejecución de un Paseo Marítimo de unos 1000 m de longitud en una franja de 80 m ganados a la ría.

• La obra se realizó en varias etapas, y tras varias suspensiones por problemas de permisos, licencias y por problemas técnicos, la misma se inauguró recién en junio del 2016.

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(Google Maps)(Google Maps)



• La zona de obra ha sido objeto de estudio desde el año 1989 debido a su complejidad geotécnica, caracterizada por la presencia de marismas.

• Depósitos de granulometrías muy finas

• Materia orgánica

• Intercalaciones arenosas

• Terrenos fangosos

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(Google Earth)



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1

2

3

4

5

6


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Instrumentación

• Desde el inicio de la obra, toda la zona de trabajo se instrumentó debidamente:

• Placas de asiento

• Líneas continuas de asiento

• Piezómetros

• Inclinómetros

• Lecturas de hitos de nivelación.

• En ambas zonas (Sur y Norte) se determinaron tres secciones de control, en las que se realizaron lecturas periódicas de la instrumentación colocada.

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Análisis de resultados Asientos - Zona Sur

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• Se promediaron los resultados obtenidos en las diferentes líneas de estudio (n.50, n.40, n.30, n.20, n.10) para las diferentes secciones de control adoptadas.


(Zabrodiec, 2014)

Coeficientes de consolidaciónZona Sur

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• Los valores calculados por el método de Asaoka son generalmente superiores a los calculados por el método hiperbólico.

00.01

0.020.03

0.040.05

0.060.07

0.080.09

0.1

0

5

10

15

20

25 cv (cm2/s)

Profundidad (m)


(Zabrodiec, 2014)

Método Promedio (cm/s2) Valor Max. (cm/s2) Valor Min. (cm/s2)Asaoka 0.022 0.035 0.015Hiperbólico 0.017 0.026 0.009

Análisis de resultados Asientos - Zona Norte

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• Se promediaron los resultados obtenidos en las diferentes líneas de estudio (n.50, n.40, n.30, n.20, n.10) para las diferentes secciones de control adoptadas.


(Zabrodiec, 2014)

Coeficientes de consolidaciónZona Norte

• Valores por encima de los parámetros teóricos

• El método hiperbólico presenta un rango de valores mayor.

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0 0.010.020.03 0.0 40.050.060.07 0.080.09 0.1

0

5

10

15

20

25 cv (cm2/s)

Profundidad (m)


(Zabrodiec, 2014)

Método Promedio (cm/s2) Valor Max. (cm/s2) Valor Min. (cm/s2)Asaoka 0.026 0.034 0.017Hiperbólico 0.025 0.036 0.008

Índice

• Introducción





•Conclusiones

•Bibliografía

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Conclusiones y comentarios

• La tarea de idealizar un perfil del suelo y otorgar parámetros al terreno es muy delicada.

• La elección de los parámetros incorrectos en un análisis puede conducir a errores con consecuencias muy costosas en una obra.

• Los métodos observacionales sirven herramienta muy importante para el control del comportamiento de terraplenes construidos sobre suelos blandos. Con la ayuda de estos métodos se pueden obtener parámetros “reales”.

• Para la aplicación de estos métodos se requiere de adecuada instrumentación en obra y una delicada atención para interpretar los datos.

• En lo que respecta al campo de aplicación de estos métodos en proyectos de nuestro país, el caso presentado en este trabajo tiene muchas similitudes al proyecto de la Avenida Costanera de la ciudad de Asunción.

• La utilización de estos métodos puede ayudar hallar valores representativos de coeficientes de consolidación y magnitudes de asiento que podrán servir para las próximas etapas de obra.

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Bibliografía

• Almeida, M.S.S. & Marques, M.E.S. (2013). Design and performance of embankments on very soft soils. London, UK: CRS Press, Taylor & Francis Group.

• Asaoka, A. (1978). Observational procedure of settlement prediction. Soils and Foundations, Vol.18, No.4, 67-101.

• CEDEX (2012). Paseo Marítimo de Huelva. Análisis de la Desestabilización de la Mota Norte. Informe Técnico para Puertos del Estado. Informe Parcial No.4.

• Magnan J. P. & Deroy J. M. (1980), Analyse graphique des tassements observés sous les ouvrages, Bull, Liaison Laboratoire Central des Ponts.et Chaussees, 109, 1980.

• Nicholson, D., Tse, C., & Penny, C. (1999). The Observational Method in ground engineering – principles and applications. Report 185, CIRIA, London.

• Peck, R. B. (1969). Advantages and Limitations of the Observational Method in Applied Soil Mechanics. Géotechnique., Vol 19, No.2, 171-187.

• Sridharan, A., Murthy, N. S., and Prakash, K. (1987). Rectangular hyperbola method of consolidation analysis. Geotechnique. Vol 37, No 3, 355-368.

• Tan, S. A. (1995). Validation of hyperbolic method for settlement in clays with vertical drains. Soils and Foundations, Vol.35, No.1, 101-113.

• Tan, S. A. & Chew, S. H. (1996). Comparison of the hyperbolic and Asaoka observational method of monitoring consolidation with vertical drains. Soils and Foundations. Vol.36, No.3, 31-42.

• Tan, T. S., Inoue, T. & Lee, S. L. (1991). Hyperbolic method for consolidation analysis. Journal of Geotechnical Engineering, Vol.117, No.11, 1723-1737

• Terzaghi, K., Peck, R. B., & Mesri, G. (1996). Soil Mechanics in Engineering Practice, 3rd Edition. New York, NY: Wiley.

• Zabrodiec, J.N. (2014). Análisis de Asientos por Consolidación del Paseo Marítimo de Huelva Mediante Métodos Observacionales (Tesis de Maestría). Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas, España.

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MUCHAS GRACIAS

¿Preguntas?

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