INVESTIGACIÓN DEL SUBSUELO E INSTRUMENTACIÓN TEMA 1 PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA DEL SUBSUELO EDGAR E. RODRIGUEZ GRANADOS I.C, M.Sc., Profesor Asistente Universidad Nacional de Colombia, Profesor Catedrático de la Escuela Colombiana de Ingeniería Gerente de INGENIERÍA Y GEORIESGOS IGR SAS Basado en presentaciones del profesor GUILLERMO ANGEL REYES PORQUÉ DEL PLANEAMIENTO ? La investigación y caracterización del subsuelo, y la definición del comportamiento geomecánico de cada tipo de material dependerá y variará según su origen, evolución, exposición, ambiente externo, efecto antrópico, etc SOA: Geotechnical Site Characterization in the Year 2012 and Beyond (Mayne, 2012) QUE ES LA INVESTIGACIÓN DEL SUBSUELO ADQUISICIÓN, INTEGRACIÓN e INTERPRETACIÓN de la información geológica y geotécnica necesaria sobre un área de interés, en función del un uso proyectado y las características de los proyectos específicos que allí se plantee emplazar, de manera que se pueda FORMULAR UN MODELO DE TERRENO [GEOLÓGICO – GEOTÉCNICO] Este modelo será la base para: (i) Evaluación de los comportamientos del terreno frente a las solicitaciones impuestas por el proyecto (modelación analítica) (ii) Identificar las amenazas asociables al terreno (iii) Soportar el dimensionamiento de las obras geotécnicas (diseño) (iv) Identificar y seleccionar los métodos constructivos mas convenientes Bajo esta aproximación la investigación del subsuelo compromete e integra el conocimiento de los aspectos geológicos, geomorfológicos e hidrogeológicos del área interés y no solo aquella información específicamente geotécnica (es multidisciplinaria) IMPORTANCIA DE LAS DECISIONES GEOTÉCNICAS NATURALEZA DE LA INVESTIGACIÓN DEL SUBSUELO La Investigación Geotécnica implica: ➢ Conocimiento Científico y Teórico: sobre los materiales, su origen, sus comportamientos característicos ➢ Conocimiento Tecnológico: metodologías, herramientas Manejo de recursos, ➢ Conocimiento del Oficio: Desarrollo de la percepción, sensibilidad y experiencia ➢ Es INTERDISCIPLINARIA ➢ Debe ser INTERACTIVA ➢ Requiere de ACTUALIZACIÓN CONTINUA SOBRECOSTOS CONSTRUCCIÓN vs COSTOS EXPLORACIÓN ¿POR QUÉ SE HACE INVESTIGACIÓN INADECUADA E INSUFICIENTE? 1. Falta de conocimiento por parte de los clientes y/o promotores de un proyecto sobre las amenazas y riesgos asociados a las características de los terrenos. 2. Una aproximación “miope” hacia las finanzas y economía de un proyecto; las economías se suelen aplicar a las fases de estudio y planeamiento. Tomlison y Meigh (1991) “siempre se paga por investigación del suelo, así no se haya hecho una” 3. La no implementación de métodos y estrategias para identificar y manejar el riesgo asociado. 4. Tiempo insuficiente para adelantar tanto las investigaciones como su valoración en un contexto de manejo del riesgo. 5. Falta de experiencia geotécnica CONSECUENCIAS DE UNA INVESTIGACIÓN INADECUADA 1. Altos costos de construcción, como consecuencia de soluciones mas conservadoras. 2. Mayores costos por la necesidad de adelantar trabajos de exploración adicionales y tener demoras en el desarrollo de las obras, para atender condiciones críticas no identificadas oportunamente, que incluso pueden conducir a fallas durante la construcción de las obras. 3. Desempeños deficientes de las obras terminadas, dando origen a la necesidad de obras de rehabilitación prematuras, afectando a usuarios y dueños. 4. Problemas de orden legal QUE ES UN MODELO ? Un Modelo es una representación de la realidad, conveniente para aproximar, plantear y analizar la solución de un problema. Su estructuración se hace a través de un ejercicio de abstracción de esa realidad para llevarla a una forma comprensible y manipulable por parte de quien la estudia con los recursos de que dispone. Aunque conlleva en alguna medida una simplificación de la realidad, el modelo debe ADVERTIR la complejidad de ésta, en otras palabras NO SE ESTRUCTURA CON SUPUESTOS Y ESPECULACIONES QUAD4M – CASOS DE APLICACIÓN RESPUESTA DINÁMICA DE DEPÓSITOS Modelo geotécnico promedio QUAD4M – CASOS DE APLICACIÓN RESPUESTA DINÁMICA DE DEPÓSITOS Perfil geotécnico promedio (detalle) ¿POR QUÉ UN MODELO DE TERRENO ¿POR QUÉ UN MODELO DE TERRENO? 1. Los procesos geológicos son dinámicos: las propiedades geotécnicas de los medios varían no solo en el espacio sino con el tiempo en función de condiciones ambientales (METEORIZACIÓN). 2. Cada proyecto implica solicitaciones específicas sobre el sitio donde se ubica. 3. Las afectaciones de una intervención (obra) no solo son puntuales, sino sobre el entorno. 4. Facilitar la identificación de los MECANISMOS, COMPORTAMIENTOS y RESPUESTAS GEOTÉCNICAS posibles asociados al tipo de intervención proyectada para establecer los parámetros y/o propiedades que permitan su análisis. Proceso de Estructuración del Modelo Es un proceso dinámico e iterativo que será consecuente con el nivel de maduración del proyecto, a través del cual se irán detallando las condiciones y rasgos geológicos y las propiedades geotécnicas que incidirán y controlarán el comportamiento del terreno en respuesta a las solicitaciones impuestas por la obra o proyecto. FUNCIÓN (TAMAÑO Y COMPLEJIDAD) Proceso de Estructuración del Modelo Parte de una primera valoración geotécnica del marco geológico regional que usualmente se obtiene de información disponible y que debe permitir la formulación de un primer modelo de terreno. A partir de éste se inicia un ejercicio sistemático de validación, profundización y ajuste a través de prospección tanto geológica como geotécnica a través de levantamientos de campo y exploración directa e indirecta, para responder a la necesidad de obtener el mejor conocimiento posible en escalas apropiadas, para el diseño y especificación de las obras. ¿CÓMO SE PRESENTA EL MODELO GEOLÓGICO GEOTÉCNICO? Un modelo geológico-geotécnico del terreno se presentará a través de gráficas [plantas, secciones trasversales y/o modelos 3D] y descripciones de los rasgos geológicos de un sitio (tales como tipos suelos y unidades litológicas presentes, fallas y otros rasgos estructurales, geomorfológicos e hidrogeológicos de significación para el proyecto), conjuntamente con bases de datos geo-referenciadas que muestren la variación espacial de los parámetros o rasgos geomecánicos del medio (índices, estado [condición en que se encuentran] y geomecánicas de relevancia para el tipo de proyecto), y los mecanismos y amenazas geotécnicas que puedan presentarse; siempre en relación con la ubicación, dimensiones y tipo de intervenciones que se pretenden realizar MODELOS CONSTITUTIVOS + + + = + CONSIDERACIÓNES EN EL DESARROLLO DEL MODELO El suelo es un material complejo compuesto partículas que se encuentran en contacto y que a su vez tienen vacíos llenos algún fluido o de aire. 1. Suelo: Mecánica del continuo (densidad y s3) 2. Agua: Fluidos incompresibles 3. Aire: Fluidos compresibles Análisis Avanzados versus Análisis Simple ANÁLISIS SIMPLE ANÁLISIS AVANZADO Pruebas de Laboratorio(Compresión isotrópica, Compresión triaxial, etc) Ensayos insitu (CPT, DMT, PMT, SPT, etc) PARÁMETROS DE MODELOS CONSTITUTIVOS (Ensayos especiales) PARÁMETROS DE SUELO SIMPLES (C, f, E, n, etc) PROGRAMAS DE ELEMENTOS O DIFERENCIAS FINITAS SOLUCIONES ANALÍTICAS (Elasticidad y Equilibrio límite etc) Comparación con modelos o ensayos a escala real Comparación con modelos o ensayos a escala real SOLUCIÓN Análisis Simple EN ESTOS ANALISIS NO SE CONSIDERAN LAS DEFORMCIONES FACTOR DE SEGURIDAD EL CUAL ES EVALUADO CON BASE EN LA EXPERIENCIA Una vez la estabilidad es asegurada se calculan las deformaciones mediante formulaciones explicitas basadas en elasticidad. MODELOS DE COMPORTAMIENTO CON PRUEBAS IN-SITU SOA: Geotechnical Site Characterization in the Year 2012 and Beyond INCERTIDUMBRE EN GEOTECNIA En ingeniería geológica la INCERTIDUMBRE es INEVITABLE, no puede ser eliminada. De que tipo de incertidumbre hablamos? Para Baecher y Christian (2003) está asociada a la variabilidad temporal y espacial del medio geológico (incertidumbre aleatoria) y la asociada a deficiencias en el conocimiento y/o falta de datos (incertidumbre epistémica). Otros como Brown (2007) hablan incertidumbre de los parámetros, “lo que sabemos que no conocemos” e incertidumbre conceptual “lo que no sabemos que no conocemos” INCERTIDUMBRES Y GEORIESGOS MANEJO DE LA INCERTIDUMBRE EN GEOTECNIA • En la práctica geotécnica de proyectos convencionales en entornos geológicos relativamente bien conocidos, la incertidumbre se tiene en cuenta de manera no explícita, a través de la aplicación de códigos, normas, criterios de diseños, y siguiendo procedimientos establecidos, desarrollados a través de los años y sobre la base de la experiencia y el fortalecimiento del juicio ingenieril (FS). • Sin embargo en proyectos complejos y/o en condiciones geológico geotécnicas igualmente complejas, la toma de decisiones y el proceso de racionalización de los costos de un proyecto, sin sacrificar seguridad, implican un manejo explícito y cuantificado del riesgo, sin que el juicio geotécnico o ingenieril deje de tener un papel fundamental. MANEJO DE LA INCERTIDUMBRE EN GEOTECNIA (2) “Nosotros debemos estar alerta a sobre-estimar nuestras habilidades ingenieriles y subestimar incertidumbres geológicas y de procedimiento cuando realizamos obras subterráneas” (A. Haak 1999) “En el contexto del manejo del riesgo geotécnico la efectividad o éxito de la investigación geotécnica debe ser evaluada por su capacidad para poder anticipar condiciones problemáticas, no simplemente por la información obtenida con el trabajo realizado” (Clayton 2001) FUENTES DE LA INCERTIDUMBRE EN GEOTECNIA INCERTIDUMBRE EN EL MODELO GEOLÓGICO En esta instancia el cuestionamiento ???? es si el modelo levantado con la información obtenida es adecuado para identificar todas las debilidades y amenazas que puede presentar un terreno frente a la intervención proyectada (fallas con alineamientos complejos, presencia de materiales especiales, expansivo, tubificable o colapsable, fenómenos de disolución, flujos de agua siguiendo trayectorias particulares, etc). INCERTIDUMBRE EN EL MODELO GEOLÓGICO La forma cualitativa de manejar y reducir las incertidumbres del modelo implica la estructuración progresiva y retroalimentada en tiempo real del modelo de terreno a través de una investigación por etapas y la evaluación simultánea y sistemática de sus implicaciones (por expertos) en el diseño del proyecto, a partir de lo cual se puedan hacer los ajustes necesarios en los planes de investigación. Esto permitirá la identificación, evaluación y calibración oportuna de las condiciones o causas de amenazas y riesgos geotécnicos potenciales para la construcción y funcionamiento del proyecto. APROXIMACIÓN A LA SOLUCIÓN DE PROBLEMAS EN GEOTECNIA Determinística – [tradicional] ➢ Asume que se puede lograr el conocimiento adecuado y suficiente de las condiciones del terreno. La Investigación es muy rigurosa y minuciosa. ➢ Se apoya en diseños ROBUSTOS y CONSERVADORES, que no serán modificados durante la construcción. ➢ Las amenazas y riesgos se manejan a través de altos FS Probabilística. Apoyada en la caracterización ESTADÍSTICA de los rasgos y propiedades del medio de interés y de las solicitaciones, y la estimación de PROBABILIDAD DE FALLA, como modo de cuantificar la exposición al riesgo de un proyecto y su entorno como base para la adopción de la solución. Implica que la probabilidad de ocurrencia y de la magnitud de los impactos (riesgos) puedan ser estimados con un buen grado de confianza. Una vez se selecciona la solución ésta tampoco es modificada durante la construcción. Método Observacional (Peck 1967) [obras de magnitud (subterránea o cielo abierto) en ambientes con comportamientos plásticos (no frágiles, ni rápidamente cambiantes), intervenciones de carácter temporal (minería, soportes primarios)]. Altamente útil cuando la incertidumbre es alta, cualquiera su origen: geológica, hidrogeológica, geotécnica y/o constructiva EL FACTOR DE SEGURIDAD Y EL VALOR SELECCIONADO PARA EL PARÁMETRO CRÍTICO OBJETIVOS Y ALCANCES DE LA INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA OBJETIVOS GENERALES 1. Establecer la distribución espacial de los materiales presente en el sitio de interés 2. Conocer las características geomecánicas de los materiales sobre los que se emplazará una obra específica (resistencia, deformabilidad, permeabilidad, erodabilidad) 3. Definir la posición y comportamiento del agua subterránea OBJETIVOS ESPECÍFICOS DE LA INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA 1. Calificar la aptitud de sitio para el emplazamiento de una obra particular. (ej: selección de un sitio de presa) 2. Evaluar la calidad, disponibilidad y condiciones de exploración* de una posible fuente de materiales (edificios, viaductos, carreteras, presas, etc) 3. Obtener los parámetros para el diseño seguro y económico de las soluciones geotécnicas de un proyecto. 4. Establecer las condiciones para definir y planificar los métodos de construcción ( sistemas de excavación, control de agua, medidas de estabilización temporal) mas convenientes. 5. Identificar y caracterizar las amenazas potenciales asociadas a las condiciones geológico – geotécnicas encontradas o advertidas. Alhalby y Whyte en una investigación de 1994 concluyen “90% del riesgo de los proyectos se originan en condiciones no previstas en el terreno que habrían podido ser evitadas por una más adecuada investigacion del sitio” TÉCNICAS MODERNAS O AVANZADAS DE EXPLORACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DEL SUBSUELO SOA: Geotechnical Site Characterization in the Year 2012 and Beyond (Mayne, 2012) PARÁMETROS GEOTÉCNICOS INICIALES DEL SUBSUELO Geoparámetros para la representación de las condiciones iniciales del subsuelo. (izq) Parámetros índice de los materiales; (der) parámetros de estado. (Mayne et al, 2009) PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL SUBSUELO NECESARIOS PARA DISEÑOS DE ESTRUCTURAS Parámetros definidos en términos de soluciones empíricas, analíticas y/o teóricas, para problemas o proyectos geotécnicos . (Mayne et al, 2009) 44 ALCANCE DE LA INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA El alcance comprende el cubrimiento, resolución y detalle de los componentes de una investigación geotécnica y deberá ser consecuente con la etapa de desarrollo en que se encuentre el proyecto o el estudio del problema, así como con el grado de complejidad del proyecto mismo y de los probables comportamientos del terreno frente a las intervenciones propuestas. Estas etapas corresponden a aquellas que usualmente se utilizan contemplando el proceso de maduración de un proyecto: identificación, prefactibilidad y factibilidad (diseño básico); diseño detallado. Progresivamente, cualquiera la aproximación, cada nueva etapa deberá establecerse respecto de la fase previa objetivos específicos adicionales, en función de los resultados de la etapa previa, con el propósito de poder alcanzar el nivel de conocimiento requerido (o incertidumbre admisible) por la respectiva etapa de estudio IMPORTANTE AUNQUE EN NINGÚN CASO SE PODRÁ DISPONER DEL TIEMPO Y LOS RECURSOS PARAR ESPERAR QUE LAS INVESTIGACIONES DEL TERRENO PUEDAN MOSTRAR LAS CONDICIONES Y CARACTERÍSTICAS DE ESTE DE MANERA INTEGRAL Y COMPLETA, SI SE DEBERÁ PREVER QUE SU PLANIFICACIÓN Y FORMA DE EJECUCIÓN GARANTICE LA INFORMACIÓN NECESARIA PARA QUE ANALIZADA E INTERPRETADA CORRECTAMENTE, PERMITA REDUCIR LOS RIESGOS ASOCIADOS CON SITUACIONES Y CONDICIONES NO PREVISIBLES, A NIVELES QUE NOS RESULTEN ACEPTABLES TANTO SOCIO – AMBIENTAL, COMO ECONÓMICAMENTE PARA EL PROYECTO Al final de cada ETAPA y al plantearse los alcances y necesidades del estudio e investigación adicional para la siguiente, deben hacerse las siguientes preguntas: 1. ¿Qué conocemos con confiabilidad acerca del sitio y sus rasgos geológico geotécnicos? 2. ¿Qué no conocemos ? 3. ¿Qué es necesario que conozcamos para alcanzar los propósitos específicos de la investigación en la instancia en consideración? RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DEL SUBSUELO USUARIOS Y MANEJO DE LA INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA? REPORTES E INFORMES REPORTE DE LA INFORMACIÓN GEOTÉCNICA 1. Informe de Datos Geotécnicos (Geotechnical Data Report. GDR) Documento que presenta todos los datos actuales de la investigación sin incluir su interpretación, su objetivo es la compilación de toda la información geológica, geotécnica e hidrogeológica, obtenida a través de los estudios e investigaciones realizadas, para uso de todos los participantes en el proceso: dueño, diseñador, constructor , autoridades y sociedad civil. 2. Memorando (s) para Diseño Geotécnico Informe interpretativo de la información del GDR para la evaluación de alternativas, establecer el impacto de la construcción y analizar diferentes elementos del proyecto Podrán ser más de uno a lo largo de un proceso, por lo que no debe tratar de hacerse su unificación al final de los mismos en un solo documento. Debe hacer énfasis entre otros aspectos en que la información del GDR es para el punto investigado, en el momento de la investigación. Suele incluir la evaluación estadística de los parámetros y la explicación de los valores adoptados y sus limitaciones, discute las consideraciones de diseño y las razones para adoptar una u otra alternativa. Es un documento hacia el interior del grupo diseñador y al final para el dueño, que tendría que hacerse disponible a los contratistas como información pero NO COMO DOCUMENTO CONTRACTUAL QUE DEFINE CONDICIONES DE CONTRATACIÓN. 3. Informe Geotécnico de Línea Base (Geotechnical Base Line Report, GBR) – [Clausula de condiciones diferentes] Su objetivo es la distribución equitativa y verificable de los riesgos de un proyecto entre el dueño de la obra y el contratista de manera de reducir los costos contingentes de una obra, reducir los costos generales de esta y facilitar los procesos de resolución de conflictos, su propósito es (i) definir contractualmente las condiciones de terreno que servirán de base al proceso licitatorio, (ii) establecer los procedimientos para definir contractualmente como proceder cuando las condiciones encontradas durante la construcción son más críticas o pobres que las definidas en ese documento. Se basa en el GDR y el GDM, su objeto no es predecir en rigor las condiciones y comportamiento del terreno, sino delinear los límites de los riesgos económicos y financieros asociados. Otros objetivos: (a) Incluir las consideraciones geotécnicas y de construcción que sirvieron de base al diseño; (b) Aumentar el entendimiento del contratista de los aspectos geotécnicos claves de la obra para ser tenidos en cuenta en su planificación . (iii) identificar aspectos esenciales al proceso de preparación de las propuestas, (iv) facilitar el gerenciamiento del proyecto y la supervisión de las partes involucradas. PLANIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN SUBSUPERFICIAL COMPONENTES DE LA INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA COMPONENTE GEOLÓGICO ➢ Litología (presencia y disposición de los suelos y rocas) ➢ Modelo estructural (sistemas de fracturas, fallas, pliegues etc.) ➢ Procesos geomorfológicos COMPONENTE HIDROGEOLÓGICO ➢ Posición del nivel del agua ➢ Movimiento del agua en la zona de afectación ➢ Caudales RECURSOS PARA HACER EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA • Exploración Muestreo) Directa o Intrusiva (Perforación & • Exploración Directa/Indirecta (Penetrómetros) • Caracterización In-Situ Directa (Ensayos de campo) • Caracterización In-Situ Indirecta (Geofísica Superficial y Profunda) • Observación & Monitoreo o No Intrusiva TÉCNICAS DE EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO SOA: Geotechnical Site Characterization in the Year 2012 and Beyond (Mayne, 2012) COMBINACIÓN DE ENSAYOS DE CAMPO Y LABORATORIO SOA: Geotechnical Site Characterization in the Year 2012 and Beyond (Mayne, 2012) MÉTODOS NO INTRUSIVOS REFRACCIÓN SÍSMICA REFLEXIÓN SÍSMICA 4/09/2019 ONDAS SUPERFICIALES TECNOLOGÍAS HÍBRIDAS SOA: Geotechnical Site Characterization in the Year 2012 and Beyond EQUIPOS PARA EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO SOFTWARE PARA EL PLANEAMIENTO E INTERPRETACIÓN DE PROGRAMAS DE EXPLORACIÓN (1) OBJETIVOS • OPTIMIZACIÓN DE LOS RECURSOS PARA EXPLORACIÓN • CALIFICAR LA INFORMACIÓN DISPONIBLE Y PRIORIZAR TRABAJOS SUBSIGUIENTES LOS • REDUCIR LOS RIESGOS POR INCERTIDUMBRE DE UN PLAN DE EXPLORACIÓN MEDIANTE EL ESTABLECIMIENTO DE CRITERIOS U OBJETIVOS QUE PERMITAN AVALAR COMO ADECUADA LA INVESTIGACION EN UN SITIO ESPECÍFICO • GENERACIÓN DE MODELOS DE TERRENO EN TIEMPO REAL QUE FACILITEN LA INTERPRETACIÓN DEL ENTORNO SOFTWARE PARA EL PLANEAMIENTO E INTERPRETACIÓN DE PROGRAMAS DE EXPLORACIÓN (2) SIG – MANEJO ESPACIAL DE LA INFORMACIÓN. RECURSOS DE INTELIGENCIA ARTIFICIAL – PROCESAMIENTO DE INFORMACIÓN ➢ FORMULACIONES EMPÍRICAS ➢ MANEJO PROBABILÍSTICO ➢ BASES DE DATOS A PARTIR DE DATOS REALES ➢ REDES NEURONALES (Aplicaciones para clasificación) SECUENCIA GENERAL GEOTÉCNICA DE LA INVESTIGACIÓN • Trabajos de Oficina (Reconocimiento/Pre inv/Diseño) Estudio Información geológica, geomorfológica e hidrogeológica disponible Planos e información agrológica Mapas de zonificación geotécnica Estudio de proyectos similares en el área (problemas/riesgos) Fotos aéreas e Imágenes de satélite, Google Reconocimiento e inspección del terreno • Investigación Preliminar o Básica (pre-inversión) • Investigación Detallada (Diseño) • Verificación y revisión [posteriores al diseño o durante la construcción PROGRAMA DE EXPLORACIÓN SUBSUPERFICIAL Hace relación al conjunto de actividades realizadas para conocer el terreno en profundidad a través de la ejecución de exploraciones directas o intrusivas, perforaciones (con recuperación de muestras), métodos indirectos o no intrusivos (geofísicos) y/o ensayos in-situ Objetivos: 1. Contribuir a la estructuración del modelo geológico e hidrogeológico y a su mejoramiento en términos geotécnicos, hasta un grado satisfactorio y acorde con los alcances de la etapa de estudios. 2. La caracterización geotécnica a través de la recuperación de muestras representativas e inalteradas del terreno para su caracterización en el laboratorio o a través de pruebas de campo. Deben contribuir a establecer COMPORTAMIENTO 3. Deben servir para establecer una Línea de Referencia Geotécnica para poder contrastar cambios posteriores. CARACTERÍSTICAS DE UN PROGRAMA DE EXPLORACIÓN (1) CRITERIOS A SATISFACER • Técnicamente viable • Ambientalmente Viable y Manejable • Económicamente razonable [Beneficio/Costo > 1.0, en el contexto de la fase de estudio en que se encuentre] • Flexible [modificable en el momento necesario] • Eficiente y Eficaz [nuevas formas de contratación de obra exigen procesos ágiles para obtener y procesar información geotécnica, tiempo real] CARACTERÍSTICAS DE UN PROGRAMA DE EXPLORACIÓN (2) ELEMENTOS QUE DEBE CONTENER • Definición del Tipo ó Método de Exploración • Definición del Número de Puntos a Explorar (Ref. Manuales y Códigos o Normas) • Ubicación de los Sitios de Exploración • Definición de la Profundidad de Exploración (M. Geológico, Ref. Manuales y Códigos) • Definición de un Plan de Manejo Ambiental y HSE • Estructuración del Cronograma de Ejecución. • Definición de un Cronograma de Revisión • Definición del Perfil del Grupo Ejecutor y sus responsabilidades • Plan de Toma y Presentación de Resultados PROFUNDIDAD DE EXPLORACIÓN TITULO H – NORMA SISMO RESISTENTE (1) TITULO H – NORMA SISMO RESISTENTE (2) TITULO H – NORMA SISMO RESISTENTE (3) PROFUNDIDAD DE LOS SONDEOS- Por lo menos el 50% de todos los sondeos debe alcanzar la profundidad dada en la Tabla H.3-3, afectada a su vez por los siguientes criterios, los cuales deben ser justificados por el ingeniero geotecnista: Profundidad en la que el incremento de esfuerzo vertical causado por la edificación, o conjunto de edificaciones, sobre el terreno sea el 10% del esfuerzo vertical en la interfase suelo-cimentación. 1.5 veces el ancho de la losa corrida de cimentación. 2.5 veces el ancho de la zapata de mayor dimensión. 1.25 veces la longitud del pilote más largo. 2.5 veces el ancho del cabezal de mayor dimensión para grupos de pilotes. En el caso de excavaciones, la profundidad de los sondeos debe ser como mínimo 1.5 veces la profundidad de excavación, o 2.0 veces en el caso de suelos designados como D y E en el Título A de este Reglamento. TITULO H – NORMA SISMO RESISTENTE (4) En los casos donde se encuentre roca firme, o aglomerados rocosos o capas de suelos asimilables a rocas, a profundidades inferiores a las establecidas, en proyectos de complejidad I los sondeos pueden suspenderse al llegar a estos materiales; para proyectos de complejidad II los sondeos deben penetrar un mínimo de 2 metros en dichos materiales, o dos veces el diámetro de los pilotes en éstos apoyados; para proyectos de complejidad III y IV los sondeos deben penetrar un mínimo de 4 metros o 2.5 veces el diámetro de pilotes respectivos, siempre y cuando se verifique la continuidad de la capa o la consistencia adecuada de los materiales y su consistencia con el marco geológico local. La profundidad indicativa se considerará a partir del nivel inferior de excavación para sótanos o cortes de explanación. Cuando se construyan rellenos, dicha profundidad se considerará a partir del nivel original del terreno. Es posible que alguna de las consideraciones precedentes conduzca a sondeos de una profundidad mayor que la dada en la Tabla H.3-3. En tal caso, el 20% de perforaciones debe cumplir con la mayor de las profundidades así establecidas. MODELO GEOLÓGICO GEOTÉCNICO CÓMO DEFINIRÍA USTED EL MODELO EN CADA EJEMPLO PALEO GEOMORFOLOGÍA - SECCIONES GEOLÓGICAS TÍPICAS (HMV, 2003) QUAD4M – CASOS DE APLICACIÓN RESPUESTA DINÁMICA DE DEPÓSITOS Perfil geotécnico promedio QUAD4M – CASOS DE APLICACIÓN RESPUESTA DINÁMICA DE DEPÓSITOS Perfil geotécnico promedio (detalle) QUAD4M – CASOS DE APLICACIÓN RESPUESTA DINÁMICA DE DEPÓSITOS Modelo Numérico Bidimensional: Malla de elementos Finitos CONSOLIDACIÓN DESLIZAMIENTO – GRAVILLERAS (Sur de Bogotá) Vista de norte a sur FALLAS DE TALUDES ANTRÓPICOS Bogotá – Deslizamiento Relleno Sanitario Doña Juana (EL TIEMPO, 27 SEPT 1997) Aspecto General Localización FOPAE DNP PLAZA ZONA ESTUDIO DE CERROS BOLIVAR ORIENTALE S Evolución Barrio El Diamante – EL ESPINO (Tomada de INGEOMINAS 2003) Abril 2002 Agosto 2002 Marzo 2003 Aspecto Daños Vivienda afectada por agrietamientos que se extienden a lo largo de la carrera 89, Barrio El Espino sector I. (May/02). (Tomada de INGEOMINAS 2003) Detalle de los agrietamientos que afectaron las tuberías de acueducto y alcantarillado. Estas grietas alcanzan aberturas cercanas al metro y profundidades mayores a los 3 metros. (Tomada de INGEOMINAS 2003) Falla Geológica Sección Geológica La Carbonera Sección Geológica El Espino ANÁLISIS DINÁMICO 3D PARA LA PRESA LA FE - EPM PRESA LA FE CONSTRUCCIÓN DE RELLENOS PARA PRESAS DE TIERRA Proyecto Ranchería VULNERABILIDAD SÍSMICA DE LA PRESA “EL TAMBOR” DEL SISTEMA SAN RAFAEL SISTEMA SAN RAFAEL Dique Auxiliar Vertedero Presa El Tambor Foto No1. Localización general de la Presa El Tambor, Dique Auxiliar y Vertedero (Febrero 2001) Presa El Tambor 115 ANÁLISIS DINÁMICO CON MODELOS 3D Para relaciones L/H < 5 PRESA LA FÉ MODELO GEOMÉTRICO Y DISTRIBUCIÓN DE MATERIALES. VULNERABILIDAD SÍSMICA DE LA PRESA “EL TAMBOR” DEL SISTEMA SAN RAFAEL Localización del Proyecto 2. Características de la presa 3. Metodología 4. Geología 5. Tectónica 6. Amenaza sísmica 7. Comportamient o estático 8. Mallas de elementos finitos 9. Calibracion del modelo de elementos finitos 10. Respuesta dinámica 11. Conclusiones 12. Agradecimiento 117s 4. GEOLOGÍA 1. Kgst Kgst K gsl PRESA EL TAMBOR Kgst Kgsl Tkg Qa Kgst Tkg Tkg Tkg Relleno Presa Arcillas y limos orgánicos con niveles arenosos Coluviones Areniscas amarillas, muy meteorizadas, muy fracturadas y deleznables Relleno Presa Arcillas Arenisca y limos orgánicos con niveles arenosos cuarzosa, dureza media con niveles de arcillolitas Arcillolitas y limolitas meteorizadas con niveles de limolitas y areniscas Coluviones Areniscas amarillas, muy meteorizadas, muy fracturadas y deleznables Arenisca cuarzosa, dureza media con niveles de arcillolitas Arcillolitas y limolitas meteorizadas con niveles de limolitas y areniscas PERFIL GEOLÓGICO LONGITUDINAL HACIA AGUAS ABAJO PRESAS VULNERABILIDAD SÍSMICA DE LA PRESA “EL TAMBOR” DEL SISTEMA SAN RAFAEL 1. Localización del Proyecto 2. Características de la presa 3. Metodología 4. Geología 5. Tectónica 6. Amenaza sísmica 7. Comportamient o estático 8. Mallas de elementos finitos 9. Calibracion del modelo de elementos finitos 10. Respuesta dinámica 11. Conclusiones 12. Agradecimiento 119s 9. CALIBRACIÓN DEL MODELO DE ELEMENTOS FINITOS DESPLAZAMIENTOS HORIZONTALES VULNERABILIDAD SÍSMICA DE LA PRESA “EL TAMBOR” DEL SISTEMA SAN RAFAEL CONDICIÓN DE FLUJO 120 MODELO EN CASO SÍSMICO El movimiento empieza en el hipocentro o foco, y se propaga por la ROCA hacia el exterior alcanzando el SUELO en la superficie del terreno, donde se ubican todas las estructuras civiles. DISTANCIA EPICENTRAL X4 ROCA EPICENTRO X2 X3 X1 BASAMENTO ROCOSO FOCO ü t ACELEROGRAMA Sismo del Quindío - 1999 Armenia, Barrio Brasilia – Daños por efectos topográficos LICUEFACCION DESPLAZAMIENTO LATERAL August 1999 Izmit-Turkey Earthquake Main pier and seawall of Gölcük Naval NIIGATA - JAPÓN 1964 Seminario-Taller NSR10- Titulo H Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR - 10 Seminario-Taller NSR10- Titulo H Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR - 10 Seminario-Taller NSR10- Titulo H Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR - 10 Seminario-Taller NSR10- Titulo H Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR - 10 LICUACIÓN en Olympia, WA. Terremoto de Nisqually, 2001. Deformaciones laterales debidas a la pérdida de resistencia por LICUACIÓN del suelo. Cortesía de Shannon and Wilson, Inc. Seminario-Taller NSR10- Titulo H Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR - 10 Falla de la cimentación de la estructura de la pila, debido a una pérdida de resistencia en el subsuelo por LICUACIÓN Nishinomia Bridge 1995 Kobe earthquake, Japan Seminario-Taller NSR10- Titulo H Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR - 10 TERREMOTO DE ECUADOR (16 ABRIL DE 2016), EVIDENCIA DE LICUACIÓN Y EFECTOS EN TERRAPLENES DE PUENTES Y ESTRUCTURAS Seminario-Taller NSR10- Titulo H Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR - 10 Seminario-Taller NSR10- Titulo H Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR - 10 Seminario-Taller NSR10- Titulo H Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR - 10 Seminario-Taller NSR10- Titulo H Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR - 10 CONCEPTOS SOBRE LICUACIÓN Y FALLA CÍCLICA (POSTERIORES AL 2003) Asentamiento súbito del edificio en suelo arcilloso, Adapazari –Turkey, sismo Kocaeli (1999) Seminario-Taller NSR10- Titulo H Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR - 10 Seminario-Taller NSR10- Titulo H Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR - 10 Seminario-Taller NSR10- Titulo H Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR - 10 Métodos empíricos para Análisis de licuación 0.6 0.6 SCPTU 0.3 Frontera base para arena limpia 0.2 0.1 0.0 0.0 Ajuste recomendado por el NCEER Workshop (1996) 10.0 20.0 30.0 40.0 Número de golpes normalizado, (N 1) 60 VS Relación de Resistencia Cíclica, CRR, M = 7.5 0.6 s Vo 0.5 D50 = 0.25 mm 0.4 D50 = 0.40 mm 0.4 0.3 D50 = 0.80 mm NO LICUACIÓN LICUACIÓN Curva Propuesta (0.25 mm < D50 < 2.0 mm; FC 5%) Seed y De Alba (1986, FC 5%) Robertson y Campanella (1985, D 50 0.25 mm) Ishihara (1985, 0.25 mm D50 0.50 mm; FC 10 %) Shibata y Teparaska (1988, D 50 0.25 mm) 0.2 0.1 0.0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 Resistencia normalizada a la punta del cono, qc1 (MPa) DMT CRR, M = 7.5 CPT 0.4 0.5 M = 7.5 0.5 M = 7.5 BPT l 5.0 Relación de Resistencia Cíclica, CRR, Relación de Resistencia Cíclica, CRR, FC ( %) = 35.0 15.0 SPT CRR = 0.3 0.2 0.1 0.0 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 Kd Andrus y Stokoe II (2000, RECOMENDADA) Andrus y Stokoe II (1997) 0.4 J. D. BRAY, Lodge (1994, MSF = 1.19 para M = 7.0) R.B. SANCIO, Robertson et al. (1992) Kayen et al. (1992) 0.2 H.T. DURGUNOGLU Tokimatsu y Uchida (1990, arena limpia, 15 ciclos de carga, emin = 0.65, K 0 = 0.5, rc = 0.9) 2004 LICUACIÓN NO LICUACIÓN 0.0 0.0 100.0 200.0 300.0 Velocidad de onda de corte normalizada, Vs1 (m/s)
