COLUMNAS DE GRAVA Y VIBROCOMPACTACIÓN

COLUMNAS DE GRAVA Y
VIBROCOMPACTACIÓN
TÉCNICA PARA MEJORAMIENTO DE SUELOS Y MITIGACIÓN DE
LICUACIÓN
CON LA FINALIDAD DE EXPONER EL DISEÑO Y EJECUCION DE COLUMNAS DE GRAVA, SE TOMARÁ COMO
REFERENCIA LOS TRABAJOS EJECUTADOS EN EL PROYECTO “MODERNIZACIÓN REFINERÍA TALARA
UNIDADES AUXILIARES Y TRABAJOS COMPLEMENTARIOS “
FUENTE: GEOFUNDACIONES DEL PERU SAC.
Los trabajos fueron ejecutados durante los meses de Enero a Julio del 2019
La Refinería de Talara está ubicada en la costa
noroeste de Perú, al lado de la ciudad de Talara,
en la provincia de Piura. Está limitada al norte por
la bahía y el puerto de Talara; al sur limita con el
área residencial de Punta Arenas, al este limita
con el núcleo urbano de Talara y al oeste con el
Océano Pacífico.
El sitio está localizado en el centro-norte de la
refinería. La planta general presenta 3 zonas:
• Planta de Hidrógeno (PHP): pórtico principal
para la sección convectiva, precalentador y
equipos complementarios;
• Planta de Nitrógeno (NIS): turbinas, filtros,
compresores y otros equipos
• Subestación (SE5): edificio de dos plantas de
15 m x 70 m en planta.
• El nivel de plataforma terminada es +104.9m .
MUELLE DE
CARGA
LÍQUIDA
PROBLEMÁTICA
El perfil de terreno mostraba 13 m de suelos licuables que requerían tratamiento y la
existencia de arcillas blandas inferiores que limitaban la presión de trabajo de las
fundaciones superficiales e indirectas. Sin embargo, hay sectores en los que hay estratos
gruesos de arenas densas a muy densas que no pueden ser atravesados por vibradores u
otros equipos para mejoramiento de estratos profundos.
El fenómeno de Licuación
La licuación es el fenómeno de pérdida súbita de rigidez y resistencia a corte del suelo sometido
a una carga cíclica no drenada.
Se caracteriza la respuesta del suelo a un terremoto mediante la relación de tensiones cíclicas
𝐶𝑆𝑅 (Cyclic Stress Ratio). La licuación se inicia si durante el sismo el 𝐶𝑆𝑅 excede un valor umbral,
denominado relación de resistencia cíclica 𝐶𝑅𝑅 (cyclic resistance ratio)
ANTECEDENTES A LA
EJECUCION DE
COLUMNAS DE GRAVA
ANTES DE EJECUTAR LAS COLUMNAS DE GRAVA, ES NECESARIO TENER
CONOCIMIENTO DE L AS CARACTERÍSTICAS GEOTÉCNICAS DEL ÁREA DE ESTUDIO.
EXPLORACION GEOTÉCNICA
Realización de ensayo SPT: ZONA PHP-P1
Realización de ensayo SPT: ZONA SE5-P1
Realización de ensayo SPT: ZONA NIS-P1
Realización de Excavación Manual:PHP-CA1
Realización de Excavación Manual:SE5-CA1
Realización de Ensayo Cono Peck: PHP-CP1 Y CP2
Interpretación geotécnica
Nivel freático
El nivel freático se estabilizó en los
diferentes sondajes entre cotas
+101.60 y +100.05. El nivel de
plataforma terminada es:
PHP: +104.90
NIS: +104.90
SE5: +104.90
Resultados obtenidos de ensayos
por lo que la napa freática quedará
a unos tres metros de profundidad
una vez completada la plataforma.
Parámetros del suelo
En PHP se efectuaron cuatro perfiles MASW, en NIS se efectuaron dos, y en
SE5 se efectuaron otros dos, con los resultados que se muestran en la Tabla
2-8.
Profundidad de contacto entre arenas sueltas (Unidad 2) y densas
(Unidad 3).
Parámetros del suelo
Análisis de licuación
PHP-CPT2 vs PHP-P4
PHP-P01 vs NIS-P1
PHP-CPT1 vs PHP-P2
Análisis estructural
Ensayos de desgaste en agregados
Diseño del pilote
CARGA AXIAL y MOMENTO BALANCEADO
Pnb (kg) :
286,677
Mnb (kg cm) : 5.31E+06
CAPACIDAD DE CARGA AXIAL MAXIMA
Puo (kg) :
458,065
METODO
Encontrar Pu y Mu para distintas posiciones del eje neutro
cj : j * D /10
6
12
16.2
24
36
42
48
54
60
SOLICITACIONES
J
a (rad) Acomp. (cm2) xb (cm) Pn (kg) : CTE1
Mn (kg cm)
carga de tracción máxima
1
0.59
115.87 27.0
-118640 -142277
782110
2
0.85
318.73 23.9
-37753 -102774 2437982
2.7
1.00
489.76 21.9
30411 -69500
3569285
4
1.25
847.70 18.1
139282 -33650
4861645
Carga axial y momento balanceado
286,677
5.31E+06
6
1.59
1449.71 12.4
329802 34060
5180521
7
1.76
1753.65
9.7
418948 61204
4718512
8
1.94
2047.43
7.1
497574 79897
3974105
9
2.13
2320.95
4.7
567911 94436
3036034
10
2.35
2561.48
2.6
626543 104000 2018244
Carga axial máxima
N1
M1
V1
N2
M2
V2
65.00
6.85
6.50
65.00
6.85
6.00
1.55
1.55
1.55
1.55
1.55
1.55
100.75
10.62
10.08
100.75
10.62
9.30
CTE2
144944
881001
1384918
1738969
1510724
1243545
992288
796866
680854
N1
M1
Q1
N2
M2
Q2
f
1.38
1.01
0.83
0.64
0.49
0.46
0.40
0.36
0.34
0.32
650.00
68.50
65.00
650.00
68.50
60.00
f
0.90
0.90
0.83
0.75
0.75
0.75
0.75
0.75
0.75
0.75
kN/m
kN.m/m
kN/m
kN/m
kN.m/m
kN/m
Pu (ton)
-134.074799
-106.78
-33.98
25.12
104.46
215.01
247.35
314.21
373.18
425.93
458.06
458.06
Mu (ton*m)
0
7.04
21.94
29.48
36.46
39.85
38.85
35.39
29.81
22.77
15.14
0
Superficial
Intermedios
II. DURANTE DE LA ACTIVIDAD
3.1
A Cantidad de columnas a ejecutar
I
3.2
A Separación entre columnas
I
3.3
A Diámetro de columna de grava
I
3.4
P La cota superior e inferior
I
3.5
P Profundidad de penetración
I
3.6
P Verticalidad
I
3.7
P Ubicación de columnas de grava
I
P Volumen y peso de la grava
I
3.9
P Empleo de drenes verticales
I
3.10
C Intensidad de corriente
P
3.11
C
3.8
3.12
3.Vibrocompactación
Consumo energético durante la penetración y
compactación
Frecuencia del vibrador y fuerza horizontal media
C
sobre el terreno
I
I
3.13
C Volumen y presión de fluido
I
3.14
C Tiempo de penetración y llenado
I
3.15
C Contingencias
I
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado
por el supervisor
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado
por el supervisor
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado
por el supervisor
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado
por el supervisor
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado
por el supervisor
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Con
desvíos menores al 5%
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/
Alejamiento máximo 150mm de la
posición indicada en los planos
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado
por el supervisor
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado
por el supervisor
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado
por el supervisor
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ USB RI
8507
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado
por el supervisor
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado
por el supervisor
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001
Cada vez que sea requerido
Cada vez que sea requerido
Cada vez que sea requerido
Cada vez que sea requerido
Cada vez que sea requerido
Cada vez que sea requerido
Cada vez que sea requerido
Cada vez que sea requerido
Cada vez que sea requerido
Cada vez que sea requerido
Cada vez que sea requerido
Cada vez que sea requerido
Cada vez que sea requerido
Cada vez que sea requerido
Cada vez que sea requerido
Conclusiones del análisis de licuación
Para el factor de importancia de diseño sísmico asociado a
este paquete, los suelos resultan licuables en todo su espesor.
Se requiere el tratamiento de densificación mediante vibro
sustitución con columnas de grava instaladas por vía húmeda
o seca de 20 metros de profundidad. En el Anexo 5 se
presentan los cálculos de asentamiento considerando este
mejoramiento. En la Figura 3-1 Se presentan los
asentamientos antes y después del mejoramiento.
Trabajos preliminares de Columnas de Grava
Enrase y preparación de la
plataforma de trabajo libre de
obstáculos y razonablemente
nivelada
que
asegure
la
transitabilidad de los equipos, la
ejecución de los trabajos de
vibroreemplazo y el drenaje
superficial.
Detalle de pilote
Control de calidad antes de la ejecución
Cobra SCL
GyM
Subcontratista
Actividades de Control
Tipo
N°
RAC
Alcance
Actividades del
Proceso de
Construcción
Criterio de aceptación.
Referencias/Normas
Formato de Inspección
Muestra / Frecuencia
I. ANTES DE LA ACTIVIDAD
1.1
C Porcentaje de material fino
E
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001, AASHTO
T-27
Informe de laboratorio externo
EE.TT / Inicio de obra
1.2
C Gravedad específica
E
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001, ASTM
C127
Informe de laboratorio externo
EE.TT / Inicio de obra
1.3
C Densidad del material sin compactar
E
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001, ASTM
C29
Informe de laboratorio externo
EE.TT / Inicio de obra
C Densidad del material compactado
E
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001, ASTM
C29
Informe de laboratorio externo
EE.TT / Inicio de obra
1.5
Clasificación de suelos en todas las muestras de
suelos recuperadas (análisis de granulometría por
C
mallas, análisis con hidrómetros y determinación de
límites Atterberg)
E
Anexo 01-Trial&Works_Method
Statement_18087 ESP RA
Informe de laboratorio externo
EE.TT / Inicio de obra
1.6
C Compacidad inicial del terreno (CPT)
E
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001, ASTM
D5778
Informe de laboratorio externo
EE.TT / cada 2500 m2
2.1
C Ensayos CPT para ajustar los parámetros de diseño
E
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001, ASTM
D5778
Informe de laboratorio externo
EE.TT / Uno antes y dos
después
C Medición de presiones de poros
E
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001, Al menos
una presión de poros vertical
Informe de laboratorio externo
EE.TT / Cada vez que sea
requerido
1.4
2.2
1.Ensayos para el
material granular
2.Ensayos en el
campo de prueba
DURANTE LA
EJECUCIÓN DE
COLUMNAS DE GRAVA
PROCEDIMIENTO DE CONSTRUCCIÓN
EQUIPOS
Perforadora
Grúa
EQUIPOS
Vibrolanza
PROCEDIMIENTO
Procedimiento de vibroreemplazo
El proceso de vibroreemplazo sólo podrá comenzar una vez que haya finalizado la etapa de prueba
El procedimiento recomendado es el siguiente:
Se introduce el vibrador / columna de vibrado en el terreno hasta alcanzar la profundidad deseada o hasta que
se produzca rechazo (la intensidad de corriente, a título de ejemplo ronda los 180-250 A y/o la tasa de
penetración es menor a 0.5 m por minuto); (caso vía húmeda) se realizan una o dos operaciones de limpieza del
pozo elevando el vibrador hasta la superficie del pozo y bajándolo rápidamente hasta la profundidad máxima;
Se mueve el vibrador entre 0.5 y 1.0 metro hacia arriba y hacia abajo descargando el material granular en el
interior del pozo y compactándolo hasta alcanzar la intensidad de corriente ajustada in situ previamente en el
sector de prueba; l proceso de llenado y compactación se repite hasta alcanzar el nivel de la plataforma de
trabajo.
Se realizará el mejoramiento como mínimo hasta las profundidades indicadas en los planos y documentos del
proyecto y hasta que se alcance el rechazo por presencia de suelos densos.
Procedimiento de vibroreemplazo
En caso de utilizar el sistema por vía húmeda deberá ajustarse el caudal de agua tal manera que el
nivel de agua esté 1.5 metros por encima del nivel freático o en correspondencia con la superficie del
pozo para garantizar su estabilidad. Asimismo, deberá ejecutarse un sistema que permita evacuar de
la zona de trabajo el material residual saliente del pozo. Este material residual deberá disponerse
adecuadamente, garantizando que no filtre.
Control de calidad durante la actividad
II. DURANTE DE LA ACTIVIDAD
3.1
A Cantidad de columnas a ejecutar
I
3.2
A Separación entre columnas
I
3.3
A Diámetro de columna de grava
I
3.4
P La cota superior e inferior
I
3.5
P Profundidad de penetración
I
3.6
P Verticalidad
I
3.7
P Ubicación de columnas de grava
I
P Volumen y peso de la grava
I
3.9
P Empleo de drenes verticales
I
3.10
C Intensidad de corriente
P
3.11
C
3.8
3.12
3.Vibrocompactación
Consumo energético durante la penetración y
compactación
Frecuencia del vibrador y fuerza horizontal media
C
sobre el terreno
I
I
3.13
C Volumen y presión de fluido
I
3.14
C Tiempo de penetración y llenado
I
3.15
C Contingencias
I
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado
por el supervisor
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado
por el supervisor
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado
por el supervisor
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado
por el supervisor
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado
por el supervisor
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Con
desvíos menores al 5%
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/
Alejamiento máximo 150mm de la
posición indicada en los planos
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado
por el supervisor
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado
por el supervisor
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado
por el supervisor
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ USB RI
8507
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado
por el supervisor
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado
por el supervisor
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001
Cada vez que sea requerido
Cada vez que sea requerido
Cada vez que sea requerido
Cada vez que sea requerido
Cada vez que sea requerido
Cada vez que sea requerido
Cada vez que sea requerido
Cada vez que sea requerido
Cada vez que sea requerido
Cada vez que sea requerido
Cada vez que sea requerido
Cada vez que sea requerido
Cada vez que sea requerido
Cada vez que sea requerido
Cada vez que sea requerido
Control de calidad durante la actividad
 1 CPTU antes de la instalación de las columnas de grava y
 2 CPTUs después de la instalación de las columnas de grava, de las
cuales:
o 1 de estas CPTUs en el centroide de los triángulos de la
cuadrícula; y
o 1 de estas CPTU a una distancia media entre dos columnas de
grava adyacentes.
En cada área de verificación, los post-CPTU se llevarán a cabo no antes
de 14 días después de completar las columnas de grava en dicha área
Interpretación de pruebas CPTU
El índice normalizado de SBTn se correlacionará con el FC basado en la
comparación entre los perfiles de CPTU y las pruebas de laboratorio.
Además, la combinación crítica de FC y arcilla, para la cual el suelo no es
compactable, se correlacionará con un valor específico del sitio del SBTn
(SBTn-CRITICO).
Evaluación de asentamientos
El cálculo del asentamientos se hará con base en el
promedio de los perfiles (𝑞𝑡 ), asumiendo un PGA = 0.47𝑔
y con magnitud = 7.8.
POST EJECUCIÓN DE
COLUMNAS
CONTROL DE CALIDAD DE COLUMNAS DE GRAVA
Control de calidad después de la
actividad
III. DESPUÉS DE LA ACTIVIDAD
E
S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/Anexo 01Trial&Works_Method Statement_18087
ESP RA/ Aprobado por el supervisor
4.1 4. Auscultación
C Ensayos CPT
5.1
C Filtrado de resultados de la prueba CPTU
Anexo 01-Trial&Works_Method
Statement_18087 ESP RA
C Cálculo de asentamientos
Anexo 01-Trial&Works_Method
Statement_18087 ESP RA/ menor o igual
a 25mm
5.Análisis de resultados
5.2
A
P
C
RAC - Responsable de Actividad de Construcción
Almacén del Proyecto
Producción
Aseguramiento y Control de Calidad
I
P
E
Tipo de Actividad de Control
Inspección Visual & Mecánica
Prueba (sobre el entregable en campo)
Ensayo (sobre especimen @ Laboratorio)
H
W
S
R
Informe de laboratorio externo
Alcance de la Inspección
Aprobación con presencia obligatoria
Aprobación con presencia opcional
Punto de Vigilancia
Punto de revisión documentaria
No menor a dos semanas de
haber finalizado el trabajo,
cada 1000m2
Si el asentamiento calculado esta es
superior a 25 mm, el proceso de
evaluación será conducido en un
segundo par de CPTUs. En el caso de
que la evaluación del segundo par de
CPTUs falle, se llevarán a cabo
columnas de grava adicionales en el
área de verificación prevista para ayudar
el ARR a superar el 22%, tal como se
describió anteriormente.
Sistema de monitoreo de registro de control de calidad
CPT ANTES DEL MEJORAMIENTO
CPT ANTES DEL MEJORAMIENTO
CPT ANTES DEL MEJORAMIENTO
SPT ANTES DEL MEJORAMIENTO
SPT ANTES DEL MEJORAMIENTO
CPT DESPUES DEL MEJORAMIENTO
CPT DESPUES DEL MEJORAMIENTO