ESTUDIO DE TRANSITO

TALLER N 2. EJERCICIOS GEOTECNIAL VIAL

HENRY JAVIER CONTRERAS MORALESALFREDO CHAFIK IGLESIAS LPEZ

Presentado a:Ing. MSc. JOSE GUARDO POLO

Asignatura:GEOTECNIA VIAL

UNIVERSIDAD DEL NORTEESPECIALIZACIN EN VAS Y TRANSPORTEBARRANQUILLA 2015

UNIVERSIDAD DEL NORTEESPECIALIZACION EN VAS Y TRANSPORTEGEOTECNIA VIALTALLER No. 2Enero 2015

1) En la construccin de una autopista se tiene un terrapln de 8 metros de altura apoyado sobre una capa de arcilla saturada de 5 m de espesor. La arcilla est subyacida por gravas arenosas limpias prcticamente incompresibles. La densidad seca del terrapln es 20.8 KN/m3.Una muestra de arcilla es tomada a 2 metros de profundidad y sometida a un ensayo edomtrico cuyos resultados se indican en el cuadro adjunto.

COMPRESIBILIDADCONSOLIDACIN

Cada escaln de carga se mantiene 24 horas40 KPA a 80 KPA

Presin KPARelacin de VacosTiempo minutosRelacin de vacos

51.820.11.700

101.810.21.690

201.800.31.683

401.740.51.675

801.4011.650

1600.802.51.600

3200.1651.550

101.504

201.451

501.432

1001.421

2001.418

5001.409

14001.400

La altura inicial de la muestra es de 24 mm. La humedad inicial de la arcilla saturada es 75% y la gravedad especfica de sus partculas es de 2.7.

a) Representar grficamente las curvas de compresibilidad (e - log) y de (e log t). Determinar la presin probable de preconsolidacin, el ndice de compresin Cc y el coeficiente de consolidacin Cv.

A partir del metodo de casagrande se puede establecer que la presion probable de preconsolidacion es de aproximadamente 55 KPa.

50% 5 .

b) Cul es el asentamiento total bajo el terrapln?

y , como la arcilla esta saturada:

entonces:

Ahora se calcula el esfuerzo efectivo:

Con esto encontramos que es mayor que el esfuerzo de preconsolidacion hallado en el numeral anterior, por lo tanto:

Entonces:

c) Cul ser el espesor total que debe tener el terrapln para obtener la totalidad de los asientos calculados bajo el terrapln inicialmente previsto, en 4 meses?

corresponde a U=45%

2) Una arena de 8 m de espesor descansa sobre un estrato de arcilla de 6 m, debajo del cual hay un estrato impermeable, la tabla de agua est a 2 m por debajo de la superficie de la arena. Durante un perodo de 1 ao un terrapln de 5 m de espesor con peso unitario de 20 KN/m3 es colocado sobre la superficie en un rea extensa. El peso unitario saturado de la arena es de 19 KN/m3 y el de la arcilla es de 20 KN/m3. Para la arcilla, la relacin de vacos y el esfuerzo efectivo (Unidades KN/m2) pueden ser representados por la ecuacin:e = 0.88 - 0.32 log /100y el coeficiente de consolidacin es de 1.26 m2/ao.Arena H = 2mArena Sat H=6mArcilla H = 6m

a) Calcular el hundimiento final del rea debido a la consolidacin de la arcilla y el hundimiento despus de tres aos de comenzar la carga.Asumiendo un para la arena de 17 kN/m3

Esfuerzos efectivos: Arena: = 2m x 17 km/m3= 34 Kn/m2 Arena Saturada: = 6 x ( 19 9,807)= 55,16 kN/m2 Arcila saturada: = 6 x ( 19 9,807)= 61,16 kN/m2

En el estrato de arcilla los esfuerzos efectivos sern la sumatoria de los esfuerzos efectivos para cada una de las capas: 150,32 KN/m2

Por lo tanto y aplicando la ecuacin para la relacin de vacios tenemos:

e = 0,82

Cc equivale a la pendiente de la ecuacin: 0,32 y de esta forma se asume que es una arcilla normalmente consolidada.

Entonces los asentamientos corresponden a:

lo anterior corresponde a u%=36%

o sea que tenemos que :en tres aos se presentara un asentamiento de 36%x0,23m=0,0828 m

b) Si un estrato muy pequeo de arena de drenaje libre, existe a 1.5 m sobre el lmite superior del estrato de arcilla, Cul ser el valor del hundimiento final en tres aos?.Arena H = 2mArena Sat H=6m Arena H = 1,5mArcilla H = 6m

Asumiendo un para la arena de 17 kN/m3

Esfuerzos efectivos: Arena: = 2m x 17 km/m3= 34 Kn/m2 Arena Saturada: = 6 x ( 19 9,807)= 55,16 kN/m2 Arena Saturada de drenaje libre: = 1,5x ( 19 9,807)= 13,79 kN/m2 Arcila saturada: = 6 x ( 19 9,807)= 61,16 kN/m2

En el estrato de arcilla los esfuerzos efectivos sern la sumatoria de los esfuerzos efectivos para cada una de las capas: 164,11 KN/m2

Entonces los asentamientos corresponden a:

lo anterior corresponde a u%=29%

o sea que tenemos que :en tres aos se presentara un asentamiento de 29%x0,27m=0,0783 m

3) Dos muestras inalteradas fueron obtenidas de un depsito uniforme de arcilla blanda segn la figura. La muestra No.1 fue sujeta a una prueba de compresin inconfinada y fall bajo un esfuerzo axial de 1000 psf; una prueba triaxial no drenada fue hecha sobre la muestra No. 2 con una presin de cmara de 750 psf. La muestra fall cuando el esfuerzo axial alcanz 1750 psf; la arcilla tiene las siguientes propiedades fsicas.

W = 26% LL = 30%sat = 2 gm/cm3 Gs = 2.7

LP = 15%

Cul es la resistencia cortante por pie cuadrado del suelo a lo largo del plano AA, si la fuerza de corte es aplicada rpidamente de modo que no ocurre cambio en el contenido de agua durante el proceso.

Cu=qu/2 compresin inconfinadaCu=500 psf7502500

LL-LP=IP30%-15%= 15%del grafico anterior es posible conocer el angulo =13

El esfuerzo cortante a partir de la ecuacin de Coulomb:

4) Un depsito de arcilla normalmente consolidada tiene una resistencia al corte no drenada igual a 1.00 kg/cm2. En el laboratorio se encontr que la arcilla tiene un igual a 30 y una c igual a cero. Si la falla ocurre en el estado no drenado, cuales son los esfuerzos principales a falla.

Como en estado no drenado, Cu=0, por lo tanto:

5) Disee un muro reforzado con geotextil de 8 m de altura el cual tiene una sobrecarga de 11 KN/m2. El muro est hecho con un suelo granular SM con las siguientes propiedades = 32. =20 KN/m3 C = 0 Se utilizar un geotextil tejido con una resistencia ltima a la tensin de 50 KN/m, un ngulo de friccin con el suelo de = 24. Utilizar un factor de seguridad global de 1.3.

P1 =1/2 Ka HP2= 11KN/m2*8P3= 50KN/mEntonces PA= P1+P2-P3Donde H=8Ka =(cos (-))/ cos * cos( + ) [1 + (sen(+) sen (-)/ cos (+)cos (-) ]O se puede determinar por tabla 9,2, para muros con pared vertical y relleno horizontal, Ka= 0,2967Pa = P1+P2-P3Pa=1/2 H Ka+Ka(11*64)KN/m2- 50KN/m2Pa= ((0,5*20*(8)+704)*0,2967)-50KN/mPa= (398,76-50)KN/mPa= 348,76KN/m

Revisin del volcamiento: El factor de seguridad contra volteo respecto, al punto C, se expresa como:FS(VOLTEO)=MR/MODonde, MO= sumatoria de los momentos de las fuerzas que tienden a volcar la estructura respecto al punto CMR= sumatoria de los momentos que tienden a resistir el volteo respecto del punto C.

Direccin de EspecializacionesEspecializacin en Vas y Transporte.

Geotecnia Vial TALLER N 2. EJERCICIOS GEOTECNIAL VIAL1Pv = Pa sen 24Pv = 348,76 sen 24Pv = 141,85kN/m

Ph = Pa cos 24Ph = 348,76 sen 24Ph = 318,60kN/m

Para el momento de volteo, se obtiene:MO=Ph(H/3)MO=318,60 x (8)/3MO = 849,6 KN-m / m

Para el momento tendiente a resistir el volteo, se obtiene:MR=MO*FSMR= 849,6Kn/m*1,3MR= 1104,48 KN-m/m

7) a) Usando el mtodo de dovelas de Fellenius y el simplificado de Bishop para el anlisis de taludes, calcule el factor de seguridad contra un deslizamiento rotacional para las siguientes condiciones.- Inclinacin de talud 2 horizontal a 1 vertical- El centro de rotacin del arco de falla de prueba est a 35 metros encima del punto medio del talud; el arco pasa a travs del pie del talud.- La altura del talud es de 25 metros.- Los suelos son uniformes hasta una gran profundidad (pruebas de corte drenadas indican = 17 KN/m3, c = 15 KN/m2, = 15). La capa fretica est muy profunda.- Use cinco dovelas de aproximadamente igual ancho.

b) Calcule el factor de seguridad para las condiciones anteriores pero suponiendo un talud totalmente sumergido (el nivel del agua a ras con la cima del talud.

8) El muro de retencin que se muestra en la figura 8.43 retiene un suelo con las siguientes propiedades:

= 0 = 33 = 19 kN/m3= 20

a) Determnese la magnitud del empuje activo PA que acta sobre el muro: (i) si no hay sobrecarga en la superficie; y (ii) si se aplica, tal como se muestra en la figura, una sobrecarga lineal de 100 kN/m.

b) Determnese la distancia mnima (x) por detrs del muro a la que podra estar situada esta sobrecarga sin causar un aumento de la presin de tierra sobre el muro.

Figura 8.43

a)

= 45 + /2= 45+33/2 = 61,5 Angulo que forma con la lnea de falla.

= arctan (1/2)= 26,6 Inclinacion de la sobre carga

Long del muro = 8/sen 80= 8,1 m

Long de la lnea de falla = 10/sen 61,5= 11,4 m

= 180 80 = 100 Angulo que forma el muro.

Si no hay sobrecarga tenemos:

Pa = W x Sen ( )/ Sen [( + ) - ( )

W=0,5 x 19x sen(100 + 26,6) x 8,1 x 11,4 = 704,2

Pa = 704,2 Sen (61,5 - 33)/ Sen [(100 + 20) - (61,5 33)] = 336,13

Cuando se aplica la sobre carga:

Pa = ( 704,2 + 100xCos26,6x0,8) Sen (61,5 - 33)/ Sen [(100 + 20) - (61,5 33)] = 370,27

b) A partir de relaciones trigonomtricas, se puede establecer que la distancia mnima por detrs del muro a la que podra estar situada esta sobrecarga de 100 KN/m2 sin causar un aumento de la presin de tierra sobre el muro

x = 10,9

9)Describa mnimo 6 mtodos para estabilizar taludes fallados, incluya ejemplos de casos prcticos.

Mtodos para estabilizar taludes[footnoteRef:1] [1: Tomado de http://helid.digicollection.org/es/d/Jh0206s/4.5.html ]

Tan pronto se comprueba que hay un riesgo de inestabilidad en un determinado talud, se debe buscar la mejor solucin y considerar aspectos de costo, naturaleza de las obras afectadas (tanto en la cresta como al pie del talud), tiempo estimado en el que se puede presentar el problema, disponibilidad de los materiales de construccin, etc.Existen tres grandes grupos de soluciones para lograr la estabilidad de un talud:

Aumentar la resistencia del suelo: son las soluciones que aplican drenaje en el suelo para bajar el nivel fretico o la inyeccin de substancias que aumenten la resistencia del suelo, tales como el cemento u otro conglomerante

Disminuir los esfuerzos actuantes en el talud: soluciones tales como el cambio de la geometra del talud mediante el corte parcial o total de ste a un ngulo menor o la remocin de la cresta para reducir su altura.

Aumentar los esfuerzos de confinamiento (3) del talud: se puede lograr la estabilizacin de un talud mediante obras, como los muros de gravedad, las pantallas atirantadas o las bermas hechas del mismo suelo.En la siguiente seccin se discutirn diversas soluciones.

Cambio de la geometra

El cambio de la geometra de un determinado talud puede realizarse (figura 3.12) mediante soluciones tales como la disminucin de la pendiente a un ngulo menor, la reduccin de la altura (especialmente en suelos con comportamiento cohesivo) y la colocacin de material en la base o pie del talud (construccin de una berma); en esta ltima solucin es comn usar material de las partes superiores del talud.

Figura 3.12 Mtodos para estabilizar un talud: (a) drenaje; (b) cambio de la geometra (Hunt 1984)

La consecuencia directa de realizar un cambio favorable en la geometra de un talud es disminuir los esfuerzos que causan la inestabilidad y, en el caso de la implantacin de una berma, el aumento de la fuerza resistente. Es importante destacar que la construccin de una berma al pie de un talud debe tomar en cuenta la posibilidad de causar inestabilidad en los taludes que se encuentren debajo, adems, se deben tomar las previsiones para drenar el agua que pueda almacenarse dentro de la berma, ya que es probable que pueda haber un aumento de la presin de los poros en los sectores inferiores de la superficie de falla, lo que acrecienta la inestabilidad.

Drenaje

La presencia de agua es el principal factor de inestabilidad en la gran mayora de las pendientes de suelo o de roca con mediano a alto grado de meteorizacin. Por lo tanto, se han establecido diversos tipos de drenaje con diferentes objetivos (figura 3.22). A continuacin se exponen los tipos de drenaje ms usados para estabilizar taludes. Drenajes subhorizontales: son mtodos efectivos para mejorar la estabilidad de taludes inestables o fallados. Consiste en tubos de 5 cm o ms de dimetro, perforados y cubiertos por un filtro que impide su taponamiento por arrastre de finos. Se instalan con una pequea pendiente hacia el pie del talud, penetran la zona fretica y permiten el flujo por gravedad del agua almacenada por encima de la superficie de falla. El espaciamiento de estos drenajes depende del material que se est tratando de drenar y puede variar desde tres a ocho metros en el caso de arcillas y limos, hasta ms de 15 metros en los casos de arenas ms permeables.

Drenajes verticales: se utilizan cuando existe un estrato impermeable que contiene agua emperchada por encima de un material ms permeable con drenaje libre y con una presin hidrosttica menor. Los drenajes se instalan de manera que atraviesen completamente el estrato impermeable y conduzcan el agua mediante gravedad, por dentro de ellos, hasta el estrato ms permeable, lo que aliviar el exceso de presin de los poros a travs de su estructura.

Drenajes transversales o interceptores: se colocan en la superficie del talud para proporcionar una salida al agua que pueda infiltrarse en la estructura del talud o que pueda producir erosin en sus diferentes niveles. Las zonas en las que es comn ubicar estos drenajes son la cresta del talud para evitar el paso hacia su estructura (grietas de tensin), el pie del talud para recolectar aguas provenientes de otros drenajes y a diferentes alturas del mismo

Drenajes de contrafuerte: consiste en la apertura de zanjas verticales de 30 a 60 cm de ancho en la direccin de la pendiente del talud para rellenarlas con material granular altamente permeable y con un alto ngulo de friccin (> 35). La profundidad alcanzada deber ser mayor que la profundidad a la que se encuentra la superficie de falla para lograr el aumento de la resistencia del suelo no solo debido al aumento de los esfuerzos efectivos gracias al drenaje del agua que los reduca, sino tambin al aumento del material de alta resistencia incluido dentro de las zanjas.

Esta solucin puede ser til y de bajo costo en el caso de taludes hechos con materiales de baja resistencia, tales como arcillas y limos blandos o con presencia de materia orgnica en descomposicin que tengan entre tres y ocho metros de altura y superficies de falla que no pasen de los cuatro metros.

Soluciones estructurales

Este tipo de soluciones generalmente se usa cuando hay limitaciones de espacio o cuando resulta imposible contener un deslizamiento con los mtodos discutidos anteriormente. El objetivo principal de las estructuras de retencin es incrementar las fuerzas resistentes de forma activa (peso propio de la estructura, inclusin de tirantes, etc.) y de forma pasiva al oponer resistencia ante el movimiento de la masa de suelo.Entre las soluciones estructurales ms usadas se encuentran las siguientes:

Muros de gravedad y en cantiliver: la estabilidad de un muro de gravedad (figura 3.13 a y b) se debe a su peso propio y a la resistencia pasiva que se genera en la parte frontal del mismo. Las soluciones de este tipo son antieconmicas porque el material de construccin se usa solamente por su peso muerto, en cambio los muros en cantiliver (figura 3.13 c), hechos de concreto armado, son ms econmicos porque son del mismo material del relleno, el que aporta la mayor parte del peso muerto requerido.

Figura 3.13 Muros a) Muro de gravedad

Figura 3.13 Muros b) Muro de semigravedad

Figura 3.13 Murosc) Muro en CantileverSe debe tener en cuenta que al poner una estructura con un material de muy baja permeabilidad, como el concreto, al frente de un talud de suelo que almacene agua en su estructura, es muy probable que aumente la presin hidrosttica en la parte posterior del muro. Para evitar este problema se debe colocar drenajes subhorizontales a diferentes alturas del muro con el objetivo de disipar el exceso de presin. Un tipo de muro de gravedad que ayuda en este aspecto, es el muro de gavin que al no tener ningn agente cohesionante ms que la malla que une los gaviones, permite el paso de agua a travs de los mismos. Estos muros adems de ser comparativamente econmicos, tienen la ventaja de tolerar grandes deformaciones sin perder resistencia.

Figura 3.14 Muros de gavin Pantallas: consisten de una malla metlica sobre la cual se proyecta concreto (shotcrete) recubriendo toda la cara del talud. Es comn atirantar esta corteza de concreto armado mediante anclajes que atraviesan completamente la superficie de falla para posteriormente ser tensados y ejercer un empuje activo en direccin opuesta al movimiento de la masa de suelo. La figura 3.15 muestra el corte tpico de una pantalla atirantada.

Figura 3.15 Seccin transversal y frontal de una pantalla

10)Describa al menos tres mtodos para estabilizar subrasantes expansivas, y subrasantes de suelos blandos. Incluya ejemplos prcticos.