viernes, 29 de junio de 2018

Licuación de los suelos “Un peligro ignorado”

Sin lugar a dudas una de las curiosidades más dramáticas de la naturaleza, por sus consecuencias destructivas, es el fenómeno geológico conocido como licuefacción de los suelos. Se trata de la acción ejercida sobre el suelo, por una carga que actúa como fuerza externa en suelos jóvenes, pertenecientes generalmente al holoceno. Como consecuencia de esta fuerza, los suelos toman estado líquido, inestable, debido al desequilibrio de un talud.




Puede que como ingenieros civiles o estudiantes el término licuación de suelos o licuefacción (este último sacado de la palabra en ingles liquefaction), no sea un tema profundamente abordado en ninguno de los niveles de educación, a veces ni siquiera se tiene en cuenta en lo más mínimo a la hora de evaluar y realizar un proyecto. Sin embargo es una amenaza latente para las edificaciones en las que no se haya previsto este fenómeno, que en la ingeniería moderna es fácilmente evitable con múltiple soluciones que abordaremos más adelante.


Lamentablemente, y como ocurre en muchos campos de la ciencia, los avances empiezan con grandes tragedias y en la ingeniería civil no es la excepción a la regla. Uno de los símbolos de este fenómeno es el terremoto de Niigata, Japón 1964, donde se evidencio un grave problema en el conocimiento del comportamiento de los suelos en la ocurrencia de un sismo, desde entonces se han hecho avances en el comprensión de la licuación y sus consecuencias, logrando el desarrollo de  nuevas tecnologías que mitiguen sus acciones destructoras. Aunque existe un avance evidente no se ha observado el mismo progreso en la difusión he importancia que tiene este peligroso fenómeno y evaluarlo de forma independiente para cada proyecto.









Ya evaluado la importancia sobre el conocimiento en el tema es importante dar una definición sencilla y sin adornos de este fenómeno. Licuación en términos sencillos es el cambio de estado de un suelo granular y saturado de solido a liquido (parcialmente) por efecto de movimientos sismos, esto conlleva a la pérdida de capacidad de un suelo a sostener una estructura en donde la presión de poros se incrementa por el ascenso del agua. Hay muchas condiciones que facilitan la ocurrencia de este fenómeno, entre las que podemos enumerar; 1) tipos de suelo, en este apartado tienen una especial relevancia propiedades mecánicas y de formación del suelo, cohesión, relación de vacíos, tamaño de los granos entre otros, ya que el potencial de licuación aumenta en suelos sin cohesión o muy baja, sueltos y con presencia de agua 2) la magnitud y la duración del sismo, comúnmente hacemos evaluaciones para sismos de magnitudes mayores a 6 y 3) la profundidad de los estratos con potencial a licuación, normalmente el potencial se incrementa si los primeros 6 metros cumplen con las premisas, sin embargo para la evaluación de este fenómeno se  debe contar con una litología de por lo menos 10 metros de profundidad.

Una de las primeras decisiones que debe tomar el ingeniero proyectista es contratar un estudio geotécnico “serio”, que contengan ensayos que permitan evaluar las capacidades mecánicas del suelo y conocer su litología  para tomar decisiones acertadas sobre las fundaciones y el comportamiento suelo-estructura de la edificación. No obstante es aquí donde tenemos otro talón de Aquiles, sobre todo en países latinoamericanos es donde más se falla hoy en día, por querer ahorrar en estudios y ensayos que no son tangibles para el proyecto, pero en realidad un estudio geotécnico o ensayo extra no va a impactar significativamente sobre los costos de un proyecto y hasta nos puede restar gastos en la construcción o en el mantenimiento del mismo.

En conclusión, como profesionales de la Ingeniería es importante hacernos preguntas básicas como ¿Estamos en una zona sísmica? ¿El suelo pertenece a una formación sedimentaria reciente? ¿Hay nivel freático o presencia de aguas de infiltración? ¿Tenemos un estudio de suelo confiable? Al final debemos garantizar que al responderlas podemos seguir con el proyecto aminorando las posibles fallas.

miércoles, 27 de junio de 2018

KARL VON TERZAGHI. EL PADRE DE LA GEOTECNIA


Ingeniero reconocido como el padre de la mecánica de suelos y de la ingeniería geotécnica. Desde el comienzo de su carrera dedicó todos sus esfuerzos a buscar un método racional para resolver los problemas relacionados con la ingeniería de suelos y las cimentaciones. La coronación de sus esfuerzos se dio en 1925, con la publicación Erdbaumechanik, considerada hoy como el punto de partida de la mecánica de suelos. De 1925 a 1929 trabajó en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, donde inició el primer programa estadounidense sobre mecánica de suelos, y consiguió que esta ciencia se convirtiese en una materia importante en la Ingeniería Civil. En 1938 pasó a la Universidad de Harvard donde desarrolló y expuso su curso sobre geología aplicada a la ingeniería, retirándose como profesor en 1953 a la edad de 70 años. Se nacionalizó estadounidense en 1943. Su libro Soil Mechanics in Engineering Practice, escrito en colaboración con Ralph B. Peck, es de consulta obligada para los profesionales de la ingeniería geotécnica. Está considerado entre los mejores ingenieros civiles del siglo XX. Terzaghi tomó ideas de ingenieros como Coulomb y Rankine para poder establecer una clasificación para los suelos. Terzaghi Colaboró en la mecánica de rocas, haciendo una calificación Geomecànica para el estudio de túneles con apoyos de acero

Karl von Terzaghi, el padre de la geotecnia (*Praga, 2 de octubre de 1883 – Winchester, Massachusetts (Estados Unidos), 25 de octubre de 1963)
Karl von Terzaghi, el padre de la geotecnia
(*Praga, 2 de octubre de 1883 – Winchester, Massachusetts (Estados Unidos), 25 de octubre de 1963)


La filosofía y método pragmático de Terzaghi

A medida que se formó su propio método de realización, Karl Terzaghi expresó sus creencias personales acerca de la práctica de la ingeniería a los demás. Los componentes clave incluyen los siguientes puntos:
Tome sólo lo que la propia competencia profesional le permite manejar personalmente. Terzaghi tenía tal confianza en sus propios recursos profesionales como para buscar los (algunos dirían “aventura”) proyectos más desafiantes.

  • Asumir lo peor de configuración de las propiedades y condiciones de contorno consistentes con los datos de las investigaciones del sitio.
  • Siga a través de cada ángulos y cada subtarea del proyecto.
  • No simplifique demasiado el modelo de sitio, sus propiedades, o su respuesta.
  • Asumir la responsabilidad como ingeniero, incluso más allá de los aspectos específicos de asignación específica propia de cada uno.
  • Aprender continuamente de la experiencia personal y vicaria y publicar experiencias significativas para el mejoramiento de la profesión.

Estos artículos de credo personal de Terzaghi coloreadas su actitud como un consultor de ingeniería, los métodos que adoptó en trabajar con otros para resolver problemas de ingeniería, y la forma en que escribió sus propios informes de ingeniería. A continuación se describen algunos aspectos fundamentales de su sistema.

Su perfil profesional
Podemos describir su labor profesional con estos puntos:
    
    Informó historias de casos pertinentes, de su propia experiencia o de la que él había aprendido de conversaciones con los ingenieros, o la lectura, tanto de que haya ejercido diligentemente.
   Por lo general trató de desentrañar la historia geológica de un sitio, entonces la utilizó para formular una lista de preguntas que las investigaciones deben tratar de abordar. Aplicó esta historia, y la lógica geológica para inferir las propiedades geométricas y materiales de una fundación.
En la detección de fallas trató de obtener los registros, fotos y vistas presenciales (así como relatos de testigos oculares) y trabajó para identificar y resolver las inconsistencias entre estas versiones.
En la redacción de sus informes, escogió sus palabras con el fin de hacer su proceso de pensamiento visible, teniendo cuidado de exponer la lógica que llevó a algunas simplificaciones y / u observaciones correlaciones.
Sus cálculos fueron moderados por juicios sobre imperfecciones en muestreo y pruebas y variabilidad en la morfología y propiedades de diferentes capas.
Él trató de desarrollar y explicar los procedimientos simplificados o aparatos que el cliente podría adoptar para llevar a cabo las recomendaciones sin molestias indebidas.
Al criticar el trabajo anterior, fue cortés y cuidadoso para explicar la naturaleza de su desacuerdo, pero firme en su resolución.
Revisó cualquier diseño específico con una lista de posibles defectos relacionados con la interacción de factores geológicos y de ingeniería y luego examinó meticulosamente cada uno, punto por punto. A continuación, calculó o juzgó la capacidad del diseño para superar los obstáculos específicos y, si se justificaba, sugirió refinamientos o reelaboraciones en el diseño, que fueron acompañados por dibujos detallados , así como ejemplos de casos pertinentes.
Para completar un estudio, trató de cubrir todas las bases esenciales: ingeniería geológica, ingeniería geotécnica, ingeniería estructural, a veces incluso hidráulica, para no dejar al cliente colgado por la sobreespecialización.
Utilizó medidas hidrológicas de presas con piezómetros, junto con el análisis para comparar la respuesta de materiales homogéneos con la del sitio real. Las anomalías así identificadas centraron las investigaciones en localizaciones críticas.
Atribuyó tanto interés a los procedimientos de construcción como al diseño mismo, con la plena expectativa de que el diseño se modificaría adecuadamente durante la construcción, ya que las verdaderas condiciones se desvelaban a través de observaciones y mediciones en el sitio.
Insistió en obtener, ya menudo ayudó a reclutar, gente altamente calificada para llevar a cabo los trabajos de construcción sensibles, ya sea ingeniería de medición, supervisión de excavación, o capataz del túnel, y él defendió el empleo de ingenieros geólogos.
Invariablemente, requería mediciones en el sitio, con suficiente tiempo para establecer el comportamiento antes, durante y después de la construcción. Él advirtió de las implicaciones de no hacer las mediciones requeridas.
Proporcionó recomendaciones muy definidas y explícitas de una manera inmediatamente útil para sus clientes. Sustentó sus recomendaciones de forma convincente, a veces casi amenazante, advirtiendo al lector, en los términos más severos y absolutos, que la diferencia entre éxito y fracaso, seguridad y catástrofe, residía en absoluta adhesión a su palabra.
Siempre estaba consciente de la necesidad de ser eficiente, si no óptimo, en el enfoque de la excavación y el diseño de cualquier obra dentro de las limitaciones de la seguridad asegurada. A menudo recomendó el diseño escalonado, en espera de los resultados de las mediciones, a fin de evitar el sobrediseño.
Estaba totalmente comprometido a seguir con un proyecto hasta su finalización, incluso frente a los cambios en la gestión de tal manera que ya no tenía un cliente para financiar su participación.
  Siempre fue consciente de su responsabilidad ética como ingeniero y no vaciló en señalar problemas en una parte de un trabajo, incluso si estaba fuera de su cargo específico. 

Karl Terzaghi era un notable loco y un ingeniero apasionado. Como lo expresó él mismo:

Todos los logros modestos que tengo a mi favor pueden describirse mediante una fórmula sencilla … Guiados por el sentido común y las observaciones casuales, reconocí los puntos débiles de los procedimientos tradicionales y traté de hacerlos menos débiles. A veces fallaba, pero por lo general lo conseguí.

Este artículo fue publicado en octubre de 2002, la revista GEO-STRATA de la ASCE y fue escrito por el profesor Richard Goodman. ha sido publicado en internet por la página geoengineer.org. Hemos considerado que el artículo era muy interesante y debía ser leído por todas los geotecnistas en español

viernes, 22 de junio de 2018

CALCULO DE PILOTES CON HELICES

Los pilotes con hélices utilizan las propiedades de los tornillos para crear un fuerte contraste en las acciones tanto de compresión como de tracción.
Consisten en un fuste tubular cilíndrico de acero de alta resistencia, armado con tornillos helicoidales y con punta de perforación. La inserción en el terreno hasta la profundidad deseada se lleva a cabo como si fueran un tornillo. Al momento de la rotación, en la cabeza del pilote se aplica una acción de compresión. Es en esta fase que se controla la capacidad de carga del pilote.




Ecuación General de la Capacidad de Carga
El cálculo de la capacidad de carga de los pilotes con hélices mantiene el mismo tratamiento teórico de la carga última de una cimentación superficial, “calibrando oportunamente los coeficientes de profundidad” según la propuesta de Terzaghi:

qult = c’Nc + q’Nq + 0.5γ’BNγ

Donde:
qult = Capacidad de carga
c’ = cohesión efectiva
γ’ = peso específico efectivo, en caso de suelo con acuífero
D = profundidad de la hélice con respecto al plano del terreno
B = diámetro de lahélice
Nc, Nq, Nγ = factores de capacidad de carga

Se supone lo siguiente para la tracción teórica:

1    El diámetro de la hélice B y el término 0.5γ’BNγ no se toman en cuenta.
El cálculo del factor de capacidad de carga Nc, en condiciones saturadas, se determina mediante la fórmula de Skempton (1951) Nc=6 (1+0.2 ·D/B)< 9
En condiciones saturadas se asigna φ’ = 0, Nq = 1, mientras que en los otros casos Nq se determina con expresiones funcionales de φ’
No se toma en cuenta la contribución del rozamiento lateral a lo largo del fuste; se considera solo la capacidad de carga que proporciona la hélice.
Siempre se debe comprobar la resistencia estructural del pilote indicada por el constructor, tanto en condiciones de tracción como de compresión.
Capacidad de carga en términos de Tensiones Totales

En terrenos coherentes, la capacidad de carga se determina con la siguiente relación:

QH = AH(Nc)su

Donde:
QH = Capacidad de carga en compresión
su = Cohesión no drenada
Nc = NC = 6.0(1 + 0.2D/B) < 9 En instalaciones profundas se puede asumir NC = 9
AH = Área efectiva del plato de la hélice

Capacidad de carga en términos de Tensiones Efectivas
En suelos de grano grueso la capacidad de carga de cada hélice se obtiene con la ecuación:

QH = AH(σ’vo Nq + 0.5γ’BNγ)

Donde:

QH   = Capacidad de carga en compresión
σ’vo = Tensión efectiva en la profundidad D (γ’.D)
Nq , Nγ = Factores de capacidad de carga
B     = Diámetro de la hélice
γ’     = Peso específico del suelo alivianado (en caso de acuífero)
AH  = Área efectiva del plato de la hélice

El factor Nq se calcula mediante la relación de Fang & Winterkorn (1983):

Nq = 0.5 (12 x φ’)^(φ’/54)

Sustituyendo Nq en la expresión general y no tomando en cuenta el término (0.5γ’BNγ) se obtiene la siguiente expresión simplificada:

H= 0.5· AH· [σ’vo · (12·φ’)^(φ’/54)]

Cálculo de la capacidad de carga de un sistema multi hélice

La capacidad de carga de un sistema multi hélice, en tracción o compresión, depende de la geometría del pilote, del número de hélices y del espacio entre ellas. El espaciado óptimo se puede determinar mediante la siguiente fórmula empírica: espaciado (3-4 veces) diámetro de la hélice.



La capacidad de carga de un sistema multi hélice se obtiene de la suma de las resistencias a compresión sobre cada hélice.

QM = ΣQH

Donde:

QM = Capacidad total del sistema
QH = Capacidad de carga de cada hélice

PILOTES Y MICROPILOTES DE SIMENTACION – MP

Pilotes y micropilotes de cimentación MP es un software para el cálculo de la capacidad de carga del terreno de cimentación para un pilote o un micropilote cargado con cualquier distribución de cargas (momento, esfuerzo normal y corte).
Lleva a cabo además el cálculo estructural dimensionando la armadura longitudinal y los estribos.
Cálculo de capacidad de carga con fórmulas estáticas y dinámicas, inclusive para pilotes con hélices.





La mejor aplicación para el análisis de la estabilidad de taludes – Slope Geostru

Slope es un software de análisis de estabilidad de taludes que utiliza métodos de equilibrio límite junto con modelos numéricos avanzados, como el Element Discrete Method.
Slope tiene una amplia variedad de usos; basta con hacer una búsqueda en Internet para darse cuenta de os miles de cálculos que se llevan a cabo con este software. Slope enfrenta con facilidad diversos casos, tales como análisis de estabilidad de suelos sueltos o rocosos, incluyendo condiciones anisotrópicas y sísmicas; consolidaciones (muros, pilotes, pantallas, anclajes activos y pasivos, clavos), estabilidad de embalse, refuerzo de suelos, drenajes, análisis dinámicos.
Slope incluye además procedimientos de backanalysis retrospectivo, con el cual es posible obtener los parámetros geotécnicos críticos.
Slope es un software Marca GEOSTRU, compañía que, gracias a la continua inversión en desarrollo, ha posicionado sus propios productos entre los más respetables del mercado técnico internacional y mereciendo que se publiquen artículos en las principales revistas técnicas, tales como: sciencedirect, rivista italiana di geotecnica, etc.


Por qué es el más usado?

Por la entrada de datos: numérica y gráfica, importación de todo tipo de archivos (incluso con un simple copiar-pegar), secciones topográficas en modelos 3D, secciones topográficas de modelos digitales, tales como bing maps; Parametrización sísmica con importación automática de los datos, según el mapeo sísmico del país donde se esté usando Slope; Certeza absoluta de los resultados obtenidos en una gran variedad de casos de empleo, que van desde simples análisis de estabilidad hasta casos complejos como la estabilidad de embalses con rápido vaciado, obras de estabilización, análisis sísmicos dinámicos, análisis de estabilización;
Avanzados modelos de cálculo como el DEM (Element discrete Method) o análisis isotrópico;
Resultados claros e inmediatos con controles visivos y textuales; Detalladas relaciones de cálculo.
Hoy en día es posible encontrar en internet una grande variedad de software, pero solo SLOPE logra simplificar el trabajo profesional con sencillas entradas de datos, resultados fáciles de consultar y exhaustivos informes de cálculo.


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