Terraplenes Reforzados Sobre Suelos Blandos - IGS · PDF file• Terraplenes sobre suelos...

Terraplenes Reforzados Sobre Suelos BlandosEnnio Marques Palmeira

Universidade de Brasília

GeotecniaUniversidade de Brasília Geotecnia-UnB

Contenido

• Introducción

• Terraplenes sobre suelos blandos reforzados con geosinteticos

• Análisis numérico

• Caso Histórico

• Vias no Pavimentadas

• Terraplenes sobre suelos colapsables – Empleo de geosinteticos

• Desempeño de columnas revestidas con geotextil

• Muros reforzados sobre suelo collapsable – Desempeño

Terraplenes Reforzados Sobre Suelos Blandos Saturados

Terraplenes sobre Suelos Blandos

Construcción del terraplene com lapuente en ejecución.

Situación Problemática: Construcción Acerca de una EstructuraExistente

Caso Típico Analizado

d variáble


12m

2

5m 1

suelo blando

d

terraplén línea de pilotes

refuerzo

• Pilotes con la cabeza libre

• Pilotes con cabezas com movimientos restringidos (puente)

Caso Típico Analizado


• Método de los Elementos Finitos

• Programa PLAXIS (Brinkgreve & Vermeer, 1998)

• Análisis 2D (Pilotes sustituídas por “parede equivalente”)

• Modelos:• Suelo Blando: modelo “Soft Soil” (Plaxis)• Los otros suelos: modelo “Mohr-Coulomb”• Refuerzo: elemento geotextil (c/ interfaz)• Pilotes: elementos de viga (c/ interfaz)• Drenes verticales: interfaz drenante (espaciamiento = 1,5m)

Herramienta Numérica Utilizada


Parameter Símbolo Unidad

Material

Suelo Blando TerraplénCapa

ProfundaSin drenaje Drenado Drenado

Peso específico γd kN/m3 13,0 19,0 20,0Peso específico saturado γw kN/m3 16,0 20,0 22,0Permeabilidad horizontal kx m/day 0,001 1000 1000Permeabilidad vertical ky m/day 0,001 1000 1000Módulo de Young E’ kPa - 15000 60000Coeficiente de Poisson υ’ - - 0,30 0,30Módulo de cizallamiento G’ kPa - 5769,2 23076,9Módulo oedométrico Eoed kPa - 20192,3 80769,2Cohesión c’ kPa 5,0 1,0 5,0Ángulo de fricción φ’ (º) 25,0 30,0 36,0Coeficiente de empuje en reposo ko - 0,64 0,50 0,41Índice de compresión modificado λ* 0,08 - -Índice de expansión modificado κ* 0,011 - -Relación de pré-consolidación OCR 1,3 - -Coef. Poisson(carga/descarga) υur 0,15 - -

Propriedades de las Capas de Suelo

Propriedades de los Materiales


Parâmetro Símbolo Unidad ValorDiámetro D m 0,30Módulo de Young E kPa 3,5 x 107

Área de la sección transversal A m2/m 0,15Momento de inercia I m4/m 2,65 x 10-4

Rigidez axial EA kN/m 5,15 x 106

Rigidez a flexión EI kNm2/m 9,28Espesor de la pared equivalente deq m/m 0,15Coeficiente de Poisson υ - 0,15

Características de los Pilotes e de la Pared Equivalente (2D)



Cabeza del pilote libre, d = 1m, 180 dias

Influencia de la Rigidez a la Tracción y del Número de Capas de RefuerzoSin Drenes Verticales

Máximo Desplazamientos de la Cabeza de lo Pilote

dδ


0

0,4

0,8

1,2

1,6

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Rigidez a Tracción del Refuerzo (kN/m)

1 capa 2 capas 3 capas

hmax

(m

)δ

Cabeza livre, d = 1m, 180 dias

Con el puente, d = 1m, 180 dias

Desplazamientos a lo Largo de la Longitud del Pilote

dδ

d δ

0

4

8

12

16

0 0.50 1.00 1.50

y (m

)

Sem drenos Com drenos

(m)

hδ

0

4

8

12

16

0 0.05 0.10 0.15 0.20

y (m

)

Sem drenos Com drenos

(m)

hδ

Situación sin Refuerzo


Influencia de la Presencia de Refuerzos y Drenos Verticales

Cabeza libre, d = 1m, 180 dias

Sin drenos verticales

Con drenes verticales

dδ

Máximo Desplazamientos de la Cabeza del Pilote


0

0,4

0,8

1,2

1,6

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000



hmax

(m

)δ

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000



hmax

(m

)δ

Cabeza libre, d = 1m

Sin drenes verticales – t = 28 dias

Con drenes verticales – t = 180 dias

Momentos de Flexión Máximos

dδ



0

50

100

150

200

250

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000


Mm

ax

(kN

m/m

)

1 Capa 2 Capas 3 Capas

0

10

20

30

40

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000


1 Capa 3 Capas

Mm

ax

(kN

m/m

)

Cabeza libre, d = 1m, t = 28 dias

Sin drenes verticales

Con drenes verticales

dδ

Momentos de Flexión Máximos



0

2

4

6

8

10

12

14

16

-250 -200 -150 -100 -50 0 50

Momento de Flexión (kNm/m)

y (m

)

J = 1000kN/m J = 5000kN/m

0

2

4

6

8

10

12

14

16

-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10

Momento de Flexión (kNm/m)

y (m

)

Sem reforço J=500kN/m J=1000kN/m J=5000kN/m

Resumen del proyecto

• Intersección de la DF-085 (EPTG) com la DF-079, para el acceso a la

ciudad de Águas Claras (~ 23 km de Brasília);

• Objetivo: mejorar el tránsito en la región;

• Presencia de suelos blandos (hasta 10m de espessura);

• Terraplenes hasta 8m de altura en algunas partes;

• Preocupación con tuberías de agua cerca.

Caso Histórico: EPTG –DF, BrasilTerraplenes sobre Suelos Blandos

Situación antes de la construcción


BrasíliaTaguatinga

Tubería de agua existente

Propuesta para las vías de acceso


SUELO BLANDOTUBERÍA

TERRAPLÉN COMPACTADO

Vista del Proyecto Después de la Conclusión


Características de lo Suelo Blando


0 20 40 60 800

2

4

6

8

Pro

fund

idad

(m

)

Resistencia No Drenada (kPa)

•Análisis de estabilidad (GeoSlope) y análisis de las deformaciónes

(Elementos Finitos/Plaxis, Grupo de Ingeniería Geotécnica de UnB);

- Bajos factores de seguridad (< 1,3);

- Grandes asentamientos del terraplén;

- Grandes desplazamientos horizontales;

- Influencia de los desplazamientos del suelo blando en la tubería

de agua.

Etapas del desarrollo


Viaduto

TerraplénTierra

Armada

Línea de pilotes para ser ejecutado después de la

sección tierra armadaS =2,5 m

Refuerzo bi-axial(geomalla)

Solución para los Terraplenes Cerca de las Puentes


Desplazamiento de la tuberia ~110mm

Resultados de los análisis por elementos finitos (Plaxis):

Desplazamientos de la Tuberia


Tempo x δ h

0

50

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

Tempo (dias)

δ h(m

m)

Tiempo (dias)

Tiempo

Propuesta Inicial para Proteger la Tuberia


1

2

Terraplén

Tuberia

Var.

5m

10˚

Terraplén

Tuberia

Pilotes (diámetro = D, espaciamiento = s)

Bloque de hormigón

Propuesta Final para Proteger la Tuberia


Aterro

Solución Ejecutada para Proteger la Tubería


Tuberia

Viga continua de hormigón armado

Pilotes tipo Aluvial Anker

Estribo de puentes enTierra Armada sobre pilotes

Tuberia cerca del pie de loterraplén protegida por la líneade pilotes

Estribo de puente enTierra Armada sobre pilotes

Sector com drenes verticales geosinteticos

Sector con pilotesSector con pilotes

Soluciones Geotécnicas Adoptadas


Capitel + Capa de Grava



Instalación de la Capa de Geomalla



1. Medidores de asentamientos;2. Piezómetros;3. Inclinómetros (desplazamiento horizontal);4. Perfilómetros (desplazamiento vertical);5. Pinos de asentamientos.

Instrumentación Geotécnica


Tuberia

Sector sobre geodrenes

Sector sobre pilotesSector sobre pilotes

151413 2723 25 30

Asentamientos de la Tuberia


Tiempo (dias)

Asentamientos Previstos vs. Asentamientos Medidos

Máximo Asentamiento Previsto: ~ 6 mm

Máximo Asentamiento Medido: ~ 9 mm

Tenga en cuenta que la protección de la tubería fue ejecutada diferente del caso modelado

Asentamientos de la Tuberia


Vias no Pavimentadas sobreSuelos Blandos

Beneficios de la Utilización de RefuerzoVias no Pavimentadas sobre Suelos Blandos

suelo blando

relleno

q

Separador (geotextil)refuerzo

Efecto membranaMejor distribución de presionesSeparación

Via no reforzada

Influencia de la presencia del refuerzo

Equipo de Grandes Dimensiones

Actividades de investigación sobre las vias no pavimentadas en UnBVias no Pavimentadas sobre Suelos Blandos

1600

1200

Relleno

Cilindro hidráulicoCélula de carga Placa de carga

LVDTRefuerzo

Dimensiones en mm.

Célula de presión

Strain-gauges

200

200

Sublecho 60

020

0

Estructura de reacción

Relleno

Sublecho

Refurezo (cuandopresente)



Antunes (2008)



Antunes (2008)

Estradas de Tierra Reforzadas sobre Suelos Blandos

Geomalla

Geotextil Tejido

Sublecho

Materiales Utilizados

Grava Calcárea Escombros de Construcción

Geosintéticos

Vias No Pavimentadas

Antunes (2008)

Suelos

LVDT (asentamientos)

Transductores de temperatura

Instrumentación


Células de Tensões Totais (presiones)

Extensómetros (medición de deformaciones del suelo

Preparación del Experimento


Al final del experimento – Pruebas de control

Profundidad del Ahuellamiento vs. Número de Repeticiones de Carga

Algunos ResultadosVias no Pavimentadas sobre Suelos Blandos

0.0E+0 1.0E+5 2.0E+5 3.0E+5

Número de repeticiones de carga, N

0

5

10

15

20

25

Pro

fund

idad

del

ahu

ella

mie

nto,

r (

mm

)

Sin refuerzo Geomalla Geotextil

r

relleno (grava)

rotura de granos de la grava

CBR del sublecho = 8%Palmeira & Antunes (2010)

0 100 200 300 400 500

Presión vertical máxima (kPa)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Pro

fund

idad

(m

)

Sin refuerzo Geomalla Geotextil

N = 30,720

Distribución de la Presión Vertical con la Profundidad para N en el Final de la Prueba No Reforzada


Relleno

Célula de presión

200

200

Sublecho

CBR del sublecho = 8%

Palmeira & Antunes (2010)

Mantenimiento de la Superficie del Relleno


r

mantenimiento superficial(cuando r = 25 mm)

relleno

1 2 3Etapa de carga

0

2

4

6

8

10

TB

R

Geotextil tejido Geomalla

TBR en Cada Etapa de Carga

TBR = “Traffic Benefit Ratio”

Nr = Número de repeticiones de carga en el caso con refuerzo

Nsr = Número de repeticiones de carga en el caso sin refuerzo


TBR = N r N sr



ViaÁngulo de

Propagación β (º)

Sin refuerzo 25

Geomalla 48

Geotextil 43

Mejor distribución de presiones verticales en el sublecho

Carga

Relleno

Sublecho

Sin refuerzo Con refuerzo


Propagación de las Presiones en el Espesor del Relleno



0 500 1000 1500 2000

Número de repeticiones da carga, N

0

5

10

15

20

25

30

Pro

fund

idad

del

ahu

ella

mie

nto

(mm

)

Grava Escombros reciclados

Sin Refuerzo Con Refuerzo (geomalla)

TBR (con grava) = 15 TBR (con escombros) = 33,5


Influencia de la Naturaleza del Material de Relleno

0 20000 40000 60000

Número de repeticiones da carga, N

0

5

10

15

20

25

30

Pro

fund

idad

del

ahu

ella

mie

nto

(mm

)Grava Escombros reciclados

Grava Escombros

Gutierrez (2011)

CBR del sublecho = 4% CBR del sublecho = 4%

Terraplenes Sobre Suelos Collapsables

Problema TípicoTerraplenes sobre Suelos Collapsables

Terraplén

Suelo colapsable

Asentamiento diferencial debido al colapso del terreno natural

Puente

Problema TípicoTerraplenes sobre Suelos Collapsables

~70 cm (hoy)

Terraplén de Encuentro de Puente cerca de la RodoFerroviária, Brasília, DF

Columnas Granulares Revestidas con Geosintéticos

Columnas con 0,4m de diámetro

Terraplenes sobre Suelos Collapsables

Geotextil tejido (Columna de arena)

Geomalla(Columna de grava)Araujo (2009)

Capa γs

(kN/m3)γd

(kN/m3)γnat

(kN/m3)e0 c`(kPa) φ`(o)

01 26,58 10,70 13,88 1,58 30 26

02 26,22 11,80 13,88 1,31 19 30

03 26,39 13,34 18,29 1,03 37 26


Suelo de Cimentación – Campo Experimental de Cimentaciónes de UnB

Columnas Granulares Revestidas con GeosintéticosTerraplenes sobre Suelos Collapsables

Araujo (2009)

Pruebas de Carga


Araujo (2009)

Algunos Resultados de las Pruebas de Carga


0 20 40 60 80

Fuerza (kN)

0

10

20

30

40

50

60

70

Ase

ntam

ient

o (m

m)

Columna convencional Columna revestida con geotextil

(*)

(*)

(*) Inyección de agua a través de la parte superior de la columna

Araujo et al. (2009)

Columna Convencional

Columna Revestida

Efecto de la Inyección de Agua en el Terreno Natural


0 10 20 30 40Tiempo (h)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3A

sent

amie

nto

(mm

)

0

10

20

30

40

50

60

Fue

rza

(kN

)

Asentamiento Fuerza

0 5 10 15 20Tiempo (h)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0

20

40

60

80

100

Ase

ntam

ient

o (m

m)

Fue

rza

(kN

)

Asentamiento Fuerza


Columna Convencional

Columna Encamisada

Efecto de la Inyección de Agua en el Terreno Natural – Deformaciones en las Columnas

0 100 200 300 400 5000

1

2

3

4

5

6

7

Pro

fund

idad

(m

)

µDeformación ( m/m)

Inicio de la inyección de agua

Final de la prueba

0 2000 4000 60000

1

2

3

4

5

6

7

Pro

fund

idad

(m

)

µDeformación ( m/m)

Inicio de la inyección de aguaFinal de la prueba



Exhumación de las Columnas



Columna de arena revestida con geotextil tejido

Columna de grava revestida con geomalla

B

H

Suelo colapsable

Muro reforzado con geosintético

Muros Reforzados con GeosintéticosTerraplenes Reforzados Sobre Suelos Colapsables

Densidad (g/cm3) 2,74

Límite de líquido (%) 35

Límite de plasticidad (%) 28

ρd (g/cm3) 16,9

Humedad óptima (%) 18

Ángulo de fricción (º) 38

Cohesión (kPa) 14

Pruebas de corte directo engran escala

Evaluación de la densidad en el campo

Santos (2011)


Suelo de Terraplén – Escombros de Construcción y Demolición Reciclados

Característica Muro 1 Muro 2

Refuerzo Geomalla Geotextil no tejido

Material Poliéster Polipropileno

Resistencia a la tracción (kN/m) 20 14

Propriedades de los Refuerzos


• Células de presión total (verticales y

horizontales)

• Extensómetros eléctricos (geomalla)

• Extensómetros de cables (geotextil)

• Inclinómetros a los pies de los muros

• Marcos superficiales en el terraplén

• Mediciónes de los desplazamientos de

las frentes de los muros

Instrumentación

Santos (2011)


0,6 m3,6 m

8,5 mSuelo Poroso Colapsable

Extensómetro eléctrico

CTT horizontal

CTT vertical

Inclinómetro

2,52 m

Instrumentación


Santos (2011)

Construcción de los Muros


Instalación del sistema de lubricación en las paredes internas

Colocación de los escombros



Santos (2011)

Muro reforzado con geotextill

Muro reforzado com geomalla



Santos (2011)

Vista general de los muros

Muro reforzado con geotextil

Muro reforzado com geomalla



Santos (2011)

Objetivo: observar los efectos del colapso del terreno

natural en los muros de contención

Inyección de Agua en el Terreno Natural


Depósito de agua

Santos (2011)

Muro reforzado com geomalla Muro reforzado com geotextilSantos (2011)

Resultados Antes de la Inyección de Agua en el Suelo natural

Desplazamientos Horizontales de las Frentes de los Muros


4

3

2

1

00-100 100

Desplazamiento (mm)

Ele

vaci

ón d

esde

el p

ie d

el m

uro

(m)

Final de construcción (28/08/09)Cerca del final del primer período de lluvias (29/03/10)

0-100 100-200

4

3

2

1

0

Desplazamiento (mm)

Final de construcción (28/08/09)Cerca del final del primer período de lluvias (29/03/10)

Ele

vaci

ón d

esde

el p

ie d

el m

uro

(m)

Distribución de las Presiones Verticales a lo Largo de la Base del Muro Reforzado con Geomalla

Resultados Antes de la Inyección de Agua en el Suelo natural


1,4

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0

1,2

0 0,5 1,0 1,5x / B

σγ H

v

B

H

x

Santos (2011)

Muro reforzado com geomallaSantos (2011)

Desplazamientos Horizontales del Suelo - Muro Reforzado con Geomalla

Influencia de la Inundación del Terreno Natural


0-5-10-15 5 10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

Desplazamiento Horizontal (mm)

0 Antes de la inundación

B

H

Después del colapso

Al final de la construcción

Pro

fund

idad

(m

)

Muro reforzado con geomallaSantos (2011)

Deformaciones a lo Largo del Refuerzo en la Base del Muro Reforzado con Geomalla



-0,1

0

0,1

0,2

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

x/B

Def

orm

acio

nes

(%)

B

H

x

Antes de la inundación


Al final de la construcción

Muro reforzado con geomallaSantos (2010)

Perfil de los Asentamientos en la Parte superior del Terraplén - Muro Reforzado comGeomalla



0

30

60

90

120

150

180

0 1 2 3 4 5 6

Distancia de la Frente del muro (m)

Ase

nta

mie

nto

(m

m)


Antes de la inundación

H

x

La Presencia de Refuerzos Geosintéticos en Terraplenes sobre Suelos Blandos:

• Puede ser de importancia fundamental al final de la construcción del terraplén, sobre todo cuando no se utilizan drenes verticales. Requiere refuerzos con alta resistencia y rigidez a tracción;

• Reduce los desplazamientos y deformaciones de estructuras vecinas (pilotes o tuberías, por ejemplo);

• La combinación de drenes verticales y refuerzo puede mejorar la performance y la estabilidad del terraplén.

• Excelente rendimiento y tolerancia a los asentamientos diferenciales (estructura de contención reforzada sobre suelo colapsable).

Columnas Granulares Revestidas con Geosintéticos:

• Reducen los asentamientos de terraplenes sobre suelos blandos y sobresuelos no saturados colapsables.

Conclusiones

• Comité Organizador del Seminario Argentino de Geosintéticos por la invitación

• IGS-Argentina

• Universidade de Brasilia (UnB)

• Varios estudiantes de pos-grado que realizaron las actividades de investigación que se presentaron

• Juan Fernando Díaz por la ayuda en la traducción

• Los fabricantes de geosintéticos que proporcionó las muestras de productos utilizados

Agradecimientos

Gracias por su atención!Lo siento por mi pobre (en realidad, inexistente) Español!

Terraplenes Reforzados Sobre Suelos Blandos - IGS · PDF file• Terraplenes sobre suelos...

Documents

Transcript of Terraplenes Reforzados Sobre Suelos Blandos - IGS · PDF file• Terraplenes sobre suelos...