022-It-2016 Estudio Geotécnico Malecon El Salto y Babahoyo

8/16/2019 022-It-2016 Estudio Geotécnico Malecon El Salto y Babahoyo

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“CONSTRUCCION DE MALECON DEL SALTO”

PREPARADO PARA:

15 ABRIL DEL 2016



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TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................... ........................................ 3

2. OBJETIVOS ........................................................................................................................................ 4

3. ZONIFICACIÓN SÍSMICA REGIONAL ............................................... ........................................ 4

4. INVESTIGACIONES GEOTÈCNICAS REALIZADAS ............................................................... 5

Ensayos mecánicos ....................................................................................................... .......... 5 Perforaciones a percusión ............................................................ ........................................ 5

Ensayos de laboratorio ................................................................................................ .......... 6

5. VARIACIÓN ESPACIAL DE LAS CARACTERÍSTICAS GEOTÉCNICAS DEL SUELO ..... 7

Estimación de la resistencia al esfuerzo cortante no drenado “Su” en sueloscohesivos ............................................................................................ ........................................ 7

Ensayo de compresión uniaxial en suelos ...................................................................... 7

Correlaciones con N60 ......................................................... .................................................. 7

Estimación del ángulo de fricción interno en suelos granulares ............................ 7

Estimación de los parámetros de compresibilidad de suelos arcillosos .............. 8

Gráficas de caracterización geotécnica ......................................................... ................ 11

6. CLASIFICACIÓN DEL PERFIL DE SUELO SEGÚN NEC-2011 .......................................... 12 7. DESCRIPCIÓN DE LAS OBRAS A EVALUAR GEOTÉCNICAMENTE ................................ 13

8. EVALUACIÓN DE ESTADO LÍMITE DE FALLA ...................................................... ................ 13

Estabilidad al deslizamiento y al vuelco ...................... ................................................. 13

Generalidades ................................................................................... ...................................... 13

Cálculo del empuje activo con Mononobe & Okabe .................................................. 14

Efecto de la cohesión ..................................................................... ...................................... 16

Carga uniforme en el relleno....................................................... ...................................... 16

Empuje hidrostático .............................................................. ................................................ 17

Resultados .......................................................... ................................................................. ..... 17

Estabilidad global ................................................................................................................... 21

Generalidades ................................................................................... ...................................... 21

Resultados .......................................................... ................................................................. ..... 21 9. ESTADO LÍMITE DE SERVICIO Y DE CAPACIDAD DE CARGA ....................................... 24

Modelo de suelo utilizado para las arcillas de alta plasticidad ............................. 25

Fases de cálculo .......................................................................................... ........................... 29

10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................... ........ 31

11. REFERENCIAS ........................................................................................ ...................................... 32



3

1 INTRODUCCIÓN

Se proyecta la construcción del Malecón del Salto y la Extensión del Malecón deBabahoyo, ubicado en Babahoyo, provincia de Los Ríos, por lo cual para cumplir conel objeto del contrato se deberán realizar las actividades de Ingeniería Geotécnica,que se indican en los Términos de Referencia del presente estudio.

En la Figura 1 se muestra la ubicación del área de estudio.

Figura 1.1 Ubicación del área de Estudio 1 (Malecón El Salto)

Figura 2.2 Ubicación del área de Estudio 1 (Extensión del Malecón de Babahoyo)



5

Tabla 1. Factores Z para las zonas sísmicas de la región ecuatoriana

4 INVESTIGACIONES GEOTÈCNICAS REALIZADAS

Para la determinación de los parámetros resistentes de los geo materiales, serealizaron un total de ocho perforaciones ha roto percusión con ensayos SPT cadametro y medio y extracción de muestras inalteradas y alteradas para la realizaciónde ensayos de laboratorio. En la Figura 4 se observa un plano de ubicación con lasperforaciones ejecutadas.

Figura 4.Campaña de exploración geotécnica

4.1. ENSAYOS MECÁNICOS

4.1.1. Perforaciones a percusión

La siguiente tabla muestra el detalle de las perforaciones realizadas con suprofundidad total, cantidad de ensayos SPT a percusión mediante la técnica delensayo de penetración estándar (SPT), profundidad se describen en la Tabla 2.

Zona sísmica I II III IV V VI

Valor Factor Z 0.15 0.25 0.3 0.35 0.4 ≥0.5

Caracterización de

la amenza sísmica Intermedia Muy AltaAltaAltaAltaAlta

1

2

3

4

5

6

7

8



6

Tabla 2. Ubicación de Perforaciones ha roto-percusión

Denominación Profundidad [m]

P1 30.50

P2 30.50

P3 30.50

P4 30.00

P5 30.50

P6 22.80

P7 24.85

P8 28.35

Las muestras fueron obtenidas de forma continua usando un muestreador tipocuchara partida, para el ensayo de penetración estándar (SPT), de 2 pulgadas dediámetro exterior (DE) y 1.375 pulgadas de diámetro interior (DI), empleando unmartillo tipo Safety (63.5 Kg, 0.76 m altura de caída y varillas AW). Los valores deN60 reportados ya consideran la afectación por la energía transmitida por el martillo.

Las perforaciones se daban por finalizada al alcanzarse la profundidad proyectada oal obtener rechazo. Según la norma ASTM D1586, el rechazo se produce si:

(a) Se obtienen 50 golpes en cualquiera de las tres penetraciones de 15 cm de delensayo

(b) Se alcanzan un total 100 golpes en los últimos 30 cm de penetración de la cuchara

(c) Se realiza 10 golpes sucesivos con el martillo y no se aprecia ningún avance

Las muestras de cada perforación fueron obtenidas para caracterizar las condicionesdel subsuelo y consecuentemente realizar los ensayos en el laboratorio. Luego deque el muestreador es retirado del sondeo, las muestras son observadas, registradas,etiquetadas y selladas herméticamente en frascos y protegidas con fundas plásticas,para su posterior análisis en el laboratorio.

Se realizó una clasificación visual preliminar de suelos en el campo, de acuerdo conla norma ASTM D 2487 (Sistema de Clasificación de Suelos Unificada). La clasificaciónde las muestras de suelo fue verificada por una inspección posterior en el laboratorioy por los resultados de los ensayos.

4.2. ENSAYOS DE LABORATORIO

Sobre las muestras obtenidas de las perforaciones se realizaron una serie de ensayosque han permitido conocer las características geotécnicas de los materiales.

Se realizaron ensayos de clasificación de suelos SUCS que incluyen granulometría ylímites de Atterberg sobre las muestras SPT extraídas. En las muestras inalteradas



7

se realizaron pruebas de compresión uniaxial en suelos para obtener la resistencia alcorte no drenada en los suelos cohesivos.

Para la ejecución de estos ensayos se siguieron las siguientes normas:

Contenido de humedad ASTM D 2216

Granulometría ASTM D 422

Límites de Atterberg ASTM D 4318

Clasificación de suelos ASTM D 2487

Compresión uniaxial en suelos cohesivos ASTM D 2166

5 VARIACIÓN ESPACIAL DE LAS CARACTERÍSTICAS GEOTÉCNICAS DELSUELO

5.1. Estimación de la resistencia al esfuerzo cortante no drenado “Su” ensuelos cohesivos

5.1.1. Ensayo de compresión uniaxial en suelos

En las muestras inalteradas obtenidas, se obtuvo la resistencia a la compresiónuniaxial (qu) del suelo. A partir de este dato se obtiene de manera directa laresistencia al esfuerzo cortante no drenada mediante la siguiente expresión.

Su = qu/2

5.1.2. Correlaciones con N60

Debido a la existencia de suelos cohesivos que no permitieron la obtención demuestras inalteradas, se generó la necesidad de usar correlaciones para la resistenciaal esfuerzo cortante no drenado (Su), con los valores de N60, (Su/Patm= α N60;

α=0.04) según Brown and Hettiarachi (2008).

Estos valores se muestran en las gráficas de caracterización geotécnica.

5.2. Estimación del ángulo de fricción interno en suelos granulares

La obtención de los valores de ángulo de fricción interno (Ф) para los suelos

granulares, se determinaron mediante correlaciones empíricas que correlacionan Φcon el número de golpes de la prueba de penetración estándar SPT, como se muestraen la Figura 5.



8

Figura 5. Correlaciones existentes de Φ de acuerdo N1,60; varios autores(Vera Grunauer, 2009)

5.3. Estimación de los parámetros de compresibilidad de suelos arcillosos

Debido a la existencia de suelos arcillosos que pueden producir asentamientosimportantes en los muros que se proyectan en el malecón, ha sido necesario estimarvarios parámetros de compresibilidad de las arcillas como son la relación de sobreconsolidación (OCR) y los ratios de compresión (CR) y recompresión (RR)

La relación de sobre consolidación (OCR) ha sido estimada a partir de la resistenciaal esfuerzo cortante no drenada normalizada por el esfuerzo efectivo del suelo enprofundidad propuesta por Ladd y DeGroot (2003), donde se indica queSu/σ'vo=s(OCR)m. Para la elección de los parámetros m y s indicados en laformulación, se ha utilizado la referencia del estudio de microzonificación sísmica dela ciudad de Guayaquil realizado por Vera Grunauer (2006). En el estudio se definen

unos valores de 0.26 y 1.00 para s y m respectivamente, en arcillas aluvialessimilares a las encontradas en este proyecto.

Para la estimación de las relaciones de compresión y recompresión, Vera Grunauer(2010) establece la correlación de estos parámetros con el contenido de humedadnatural de las muestras arcillosas aluviales tal y como se muestra en la Figura 6. En

base a esto se eligieron los valores de αD correspondientes a la mediana, es decir,

0.03 para CR y 0.003 para RR.

N1,60

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

N1,60

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Peak

*

20

25

30

35

40

45

50

55

20

25

30

35

40

45

50

55

Empirical-based, Seed, R (2006)

Coarse Grained Sands, Terzaghi et. al,(1996)

Fine Grained Sands,Terzaghi et al., (1996)Schnaid, F. et al (2009), = 18 [N1,60]

0.234

Sand (SP and SP-SM), Hatanaka & Unchida (1996)

Sand Fill (SP to SM), Hatanaka & Unchida (1996)

SM, (Piedmont),Hatanaka & Unchida (1996)

Sabatini, et al. (2002), =[15.4N1,60]0.5+20

References:

prepared by: X. Vera-Grunauer www.geoestudios.com.ec

1. Terzaghi, K., Peck, R.B. and Mesri, G (1996). Soil Mechanics in Engineering Practice. John Wiley, NW2. Schnaid, F., Odebrecht,E., Maia Rocha, M., and de Paula Bernardes, G. (2009) " Prediction of Soil Properties from the Concepts of Energy Transfer in Dynamic Penetration Tests", Journal of Geotechnical and Geoenviron- mental Engineering, ASCE, Vol 135, No 8, August.3. Seed, Raymond (2006) CE270B: Advanced Foundation Engineering class notes, University of California,

Berkeley,CA.

4. Hatanaka, K and Uchida, A (1996) "Empirical correlation between penetration resistance and effective friction of sandy soil",Soil and Foundation, 36 (4), 1-9.

5. Sabatini,P., Bachus, R, Mayne, P.W., Schneider, J.A., Zettler, T.E (2002) Geotechnical Engineering Circular No5. Evaluationof Soil and Rock Properties, FHWA-IF-02-034, April, Washington DC.

Note: Hatanaka and Uchida (1996) tested high quality, undisturbed frozen samples from few sites

in a standard triaxial apparatus and each`was compared against the corresponding N60



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Figura 6. Relación entre CR, RR y contenido natural de agua para las arcillasaluviales (Vera Grunauer, 2010)

5.4. Gráficas de caracterización geotécnica

En este apartado se presentan las gráficas de caracterización geotécnica con losparámetros necesarios para evaluar el comportamiento resistente y decompresibilidad de los suelos encontrados en el sitio de estudio.

Para determinar el comportamiento cohesivo o granular de los suelos se ha partidode la recomendación de la NEC-11 que considera suelos granulares aquellos con 30%o menos de suelos finos (pasantes #200) y que tengan límite líquido wL ≤ 30% e

índice plástico IP ≤ 15%. Por este motivo en las gráficas de caracterización serepresentan los siguientes parámetros: pasante por el tamiz No 200, límite líquidowL e índice de plasticidad IP. Por otro lado el contenido de humedad en los suelosarcillosos es un parámetro que da una idea de la deformabilidad del suelo conconsolidación.



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Como se puede observar en la Figura 7, se evidencia la presencia de suelos cohesivosen toda la profundidad investigada con pequeñas capas de suelos granulares en los

primeros metros de profundidad y entre 18 y 22 m. Destacan entre los sueloscohesivos, el estrato comprendido entre los 5 y los 18 m ya que presenta unahumedad y plasticidad altas.

Debido a que el muro proyectado es un elemento lineal de gran longitud, esimportante también evaluar la variación lateral de las características geotécnicas apartir de los datos de los sondeos realizados. Las perforaciones se ejecutaronsiguiendo el futuro trazado del muro y demuestran un comportamiento geotécnicolateral similar. En las perforaciones se puede observar que la presencia de los suelosgranulares se hace más evidente hacia la zona de P5 y P7. Esto podría indicar unaconsolidación más rápida de los estratos cohesivos debido a la disipación de agua por

esta capa.

Además de la propiedad índice representadas en las gráficas de caracterización, semuestran también parámetros resistentes y de consolidación de los suelos cohesivosestimados mediante las correlaciones que se presentan en los apartados 5.1 y 5.3.

En base a los datos de CR, RR y OCR, el estrato donde se producirán los mayoresasentamientos será el comprendido entre los 5 y los 18 m debido a que son sueloscohesivos normalmente consolidados (OCR≈1) con relaciones de compresibilidadaltas (CR y RR).



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6 CLASIFICACIÓN DEL PERFIL DE SUELO SEGÚN NEC-2011

Para la evaluación de los efectos locales de la respuesta sísmica, la NEC-2011presenta la clasificación de perfiles de suelo mostrada en la Tabla 3. Los parámetrosde esta tabla deben ser representativos a los 30 metros por debajo del nivel deterreno natural.

Tabla 3. Clasificación de los perfiles de suelo (NEC-2011)

En base a los resultados de los ensayos de humedad, índice de plasticidad y laestimación de las resistencia al corte no drenada el terreno se clasificaría dentro delperfil E, que contiene un espesor total H mayor de 3m de arcillas blandas.



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7 DESCRIPCIÓN DE LAS OBRAS A EVALUAR GEOTÉCNICAMENTE

Las estructuras proyectadas en el sitio son muros que se elevarán una altura mínimade un metro sobre la cota actual del malecón para controlar las posibles inundaciones

producidas por el Río Babahoyo. En la zona del proyecto ambos ríos confluyenhaciendo necesario la ejecución de un muro en dos direcciones, sur y oeste. Por estemotivo el malecón está dividido en Primera Fase, Segunda Fase y Extensión Malecóndel Babhoyo.

El muro proyectado en ambas direcciones tiene una variación ya que en la Extensióndel Malecón de Babahoyo se encuentra un muro de gaviones existente e innecesariopara contener las inundaciones. Por este motivo el muro proyectado en el oeste debeadaptarse al muro de gaviones y no tendrá puntera como se observa en la Figura 8. Por otro lado, como se muestra en la Figura 9, el muro de hormigón en la PrimeraFase y Segunda Fase contará con puntera y talón.

Figura 8. Sección Muro de GabionesMalecón el Salto 1era y 2da Fase

Figura 9. Sección Muro PerimetralExtensión del Malecón de Babahoyo

8 EVALUACIÓN DE ESTADO LÍMITE DE FALLA

8.1. Estabilidad al deslizamiento y al vuelco

8.1.1. Generalidades

El peligro del vuelco es representado por la posibilidad de rotación del dique alrededordel punto más lejano cuesta abajo. Las acciones que favorecen al vuelco, en el casodel dique, son los empujes del terreno (Estáticos y dinámicos) y los empujesprovocados por el agua freática. Las acciones que se oponen al vuelco songeneralmente aquellas causadas por el peso de los materiales de la obra (por ejemplopeso propio del dique). En términos numéricos la verificación a vuelco se realiza conuna comparación entre el momento estabilizador y el momento desestabilizador. Lafórmula la verificación a vuelco es la siguiente:



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Donde Ms es el momento estabilizador, Mr es el momento a vuelco y FSR es el factorde seguridad a vuelco que generalmente no tiene que ser inferior a 1.5.

Por otro lado, el peligro de desplazamiento es representado por la posibilidad que laresultante de las fuerzas paralelas al plano de contacto del terreno de cimentaciónsea mayor a la resistencia al desplazamiento por rozamiento. Las acciones quefavorecen el desplazamiento son, como antes, los empujes del terreno (estáticos ydinámicos) y los empujes causados por el agua freática. Las acciones que se oponenal desplazamiento son en cambio aquellas derivadas por el rozamiento y la adhesióndel terreno-cimentación. En términos matemáticos, la verificación a desplazamientoes la siguiente:

Donde Frs es la fuerza de resistencia al desplazamiento, Fss es la fuerza solicitanteal desplazamiento y FSS es el factor de seguridad al desplazamiento quegeneralmente no tiene que ser inferior a 1.3.

Para la evaluación de la estabilidad al deslizamiento y al vuelco de los muros, se hanrealizado los siguientes cálculos de empujes que permiten obtener las fuerzasnecesarias para la obtención del factor de seguridad.

8.1.1.1. Cálculo del empuje activo con Mononobe & Okabe

El cálculo del empuje activo con el método de Mononobe & Okabe tiene en cuenta elanálisis del empuje en condiciones sísmicas con el método pseudo-estático.

Figura 10. Esquema de empujes según Mononobe & Okabe



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Se basa en el estudio del equilibrio límite global de un sistema cuyos componentesson el muro y la cuña de terreno homogéneo detrás de la obra implicada en la rotura,con una configuración ficticia de cálculo en la cual el ángulo ε, de inclinación del planodel terreno respecto al plano horizontal, y el ángulo β, de inclinación de la paredinterna respecto al plano horizontal pasante por el pie, se aumentan en una cantidadθ tal que:

tg θ = kh /(1±kv)

donde kh coeficiente sísmico horizontal y kv vertical.

Según la Norma Ecuatoriana de la construcción NEC-11, la demanda sísmica para losanálisis pseudo estáticos será del 60% de la aceleración máxima en el terreno:

kh = 0.6⋅amax /g kv = 0.5 kh

donde amax = Z Fa. Para la zona sísmica V según se ha definido en el apartado 5 el

valor de Z es igual a 0.35. El valor Fa definido en el capítulo 2 de peligro sísmico dela Norma Ecuatoriana de la Construcción se muestra en la siguiente tabla. Para eltipo de perfil de suelo E definido en el apartado 7, se obtiene un Fa de 1.15.

Tabla 4. Tipo de suelo y Factores de sitio Fa

En base a estos factores, se obtiene un kh=0.28 y un kv=0.14

Considerando el método de Mononobe & Okabe el coeficiente de empuje activodinámico sería:



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El procedimiento para determinar los empujes sobre el muro sería

1. Determinar el empuje activo en condiciones estáticas.

2. Calcular el empuje activo dinámico

3. Obtener el incremento dinámico de empuje ∆Ead

El empuje activo Ea actuaría a 1/3 de H y por otro lado el ∆Ead actuaría a 0,6 H.

8.1.1.2. Efecto de la cohesión

La cohesión induce presiones negativas constantes iguales a:

No siendo posible establecer a priori el decremento inducido en el empuje por efectode la cohesión, ha sido calculada una altura crítica Zc:

donde:

Q = Carga en el relleno. Si Zc<0 el efecto se puede aplicar directamente como un decremento cuyo

valor es:Zc = Pc × H aplicable en H/2.

8.1.1.3. Carga uniforme en el relleno

Debido a que se trata de un muro de contención de un Malecon, se ha consideradouna carga uniformemente distribuida por las posibles estructuras y circulación devehículos en el trasdós del muro.

Una carga Q, uniformemente distribuida sobre el relleno provoca presionesconstantes iguales a:

Pq = Ka×Q×senβ /sen(β+ε)

Siendo ε el ángulo de inclinación del relleno en el trasdós del muro, en este caso iguala 0.



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Por integración, un empuje igual a Sq:

Aplicable en el punto H/2.

8.1.1.4. Empuje hidrostático

El nivel freático con superficie distante Hw de la base del muro provoca presioneshidrostáticas normales en la pared que, en profundidad z, se expresan así:

Pw(z) = γw × z

Con resultante:

Sw = 1/2 × γw× H²

El empuje del terreno sumergido se obtiene sustituyendo γt con γ't (γ't = γsaturado -γw), peso eficaz del material sumergido en agua.

8.1.2. Resultados

Para la evaluación de la condición de vuelco y deslizamiento, se han realizado

modelos para las dos tipologías de muros definidas en apartados anteriores. Elsoftware utilizado es el MDC (GeoStru) que utiliza los empujes definidos en la secciónanterior. Para las combinaciones de empujes no se han considerado coeficientesparciales en las solicitaciones y resistencias tal y como maneja el software al utilizarla normativa del Eurocódigo. Por esto ha sido necesario definir dos combinaciones decarga (estática y pseudoestática) que respondan a lo exigido por la NormaEcuatoriana de la Construcción.

Los factores de seguridad de ambas combinaciones tienen que cumplir lo definido porla Norma Ecuatoriana de la Construcción (NEC11) en la siguiente tabla.



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Figura 12. Estabilidad al deslizamiento y al vuelco Muro de Gaviones - MalecónEl Salto 1era y 2da Fase, condición pseudoestática

En el caso del muro de la Extensión del Malecón de Babahoyo, ha sido necesarioaumentar las dimensiones de la cimentación tal y como se muestran en la siguientefigura para cumplir con los factores de seguridad mínimos definidos en la norma.

Figura 13. Dimensiones Muro Perimetral Extensión del Malecón de Babahoyo



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De esta forma se obtienen los resultados de la estabilidad al vuelco y al deslizamientoque se muestran en las siguientes figuras.

Figura 14. Estabilidad al deslizamiento y al vuelco Muro Perimetral de laExtensión del Malecón de Babahoyo, condición pseudoestática

Figura 15. Estabilidad al deslizamiento y al vuelco Muro de Gaviones - MalecónEl Salto 1era y 2da Fase, condición pseudoestática



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Como conclusión se comprueba que no existen problemas de estabilidad al vuelco yal deslizamiento.

8.2. Estabilidad global

8.2.1. Generalidades

La estabilidad global determina el grado de seguridad del complejo muro-terrapléncon respecto a deslizamientos a lo largo de potenciales superficies de rotura.

El factor de seguridad se puede expresado según el método ordinario de lasrebanadas, como sigue:

Donde:

W = peso de la rebanada genérica;Q = carga repartida;F = carga concentrada;Ks×W = fuerza inercial;Ks = coeficiente de intensidad sísmica;l = longitud de la base de la rebanada genérica;α = ángulo entre la base de la rebanada y el plano horizontal;

c = cohesión del terreno;ϕ = ángulo de resistencia al corte del terreno;ro = radio superficie de desplazamiento genérica;u = presión generada por el nivel freático;Fo= carga horizontal generada por los anclajes;et = excentricidad de la fuerza de anclaje respecto al centro de rotación;es = excentricidad de las fuerzas sísmicas respecto al centro de rotación.

En este caso se ha utilizado el software Slide para evaluar la estabilidad global de losdos tipos de muros que tendrá el malecón.

8.2.2. Resultados

El programa Slide (Rocscience) evalúa la estabilidad de taludes, muros y otrossistemas de sostenimiento aplicando la teoría del equilibrio límite. Se han realizadodos modelos, uno para tipo de muro definido en el apartado 7. Las siguientes figurasmuestran los modelos realizados con los diferentes estratos y característicasgeotécnicas estimadas a partir de la caracterización geotécnica realizada.



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Figura 16. Modelo y características geotécnicas Muro de Gaviones Malecón El

Salto 1era y 2da Fase

Figura 17. Modelo y características geotécnicas Muro Perimetral Extensión deMalecón Babahoyo

Como se puede observar en la figura se ha incluido el nivel freático en el trasdós delos muros a una profundidad de un metro bajo la superficie tal y como se registró enlas perforaciones ejectutadas.

Se estudió la condición estática y la condición pseudoestática con los valores de kh y

kv definidos en el apartado 8.1.1.1. Los factores de seguridad de ambas situacionestienen que cumplir lo definido por la Norma Ecuatoriana de la Construcción (NEC11)en Tabla 5 para estabilidad general del sistema permanente o de larga duración.

En las siguientes figuras se muestras los círculos de rotura críticos y los factores deseguridad mínimos en cada una de las situaciones estudiadas.



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Figura 18. Círculo crítico y factor de seguridad Muro de Gaviones Malecón ElSalto 1era y 2da Fase condición estática

Figura 19. Círculo crítico y factor de seguridad Muro de Gaviones Malecón ElSalto 1era y 2da Fase condición pseudoestática



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Figura 20. Círculo crítico y factor de seguridad Muro Perimetral Extensión deMalecón Babahoyo condición estática

Figura 21. Círculo crítico y factor de seguridad Muro Perimetral Extensión deMalecón Babahoyo condición pseudoestática

Se comprueba que nos existen problemas de estabilidad global del sistema enninguno de los dos muros.

9 ESTADO LÍMITE DE SERVICIO Y DE CAPACIDAD DE CARGA

Para determinar la magnitud de los asentamientos en los muros y evaluar el estadolímite de falla por resistencia al corte de los materiales se recurrió a un modelo deelementos finitos que considera los esfuerzos en el terreno y las deformaciones que

se producen en función del tiempo.



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9.1. Modelo de suelo utilizado para las arcillas de alta plasticidad

El modelo de elemento finito realizado en PLAXIS 2D incluyó tanto el suelo como elmuro.

Para el caso de las arcillas, la ley de comportamiento esfuerzo deformación adoptadafue la del modelo Soft Soil Model, utilizada generalmente para simular elcomportamiento de arcillas.

Entre las características principales del modelo Soft Soil está que los esfuerzosdependen de la curva de compresibilidad del ensayo de consolidación, por lo que éste

puede hacer una distinción entre procesos de carga y descarga. Mediante este modeloel programa guarda en la memoria, la historia de esfuerzos del suelo dado, es decirque toma en cuenta la relación de sobreconsolidación, OCR. El mecanismo de falla

va acorde con el criterio de Mohr-Coulomb, es decir los valores de c y sonparámetros de entrada.

El modelo Soft Soil Model considera que existe una relación logarítmica entre ladeformación volumétrica, εv, y el esfuerzo medio efectivo, p´, tanto para la etapa de

carga como de descarga, como se muestra en la Figura 22.

Figura 22. Relación logarítmica entre la deformación volumétrica y el esfuerzomedio

Para validar la ecuación 1, un valor mínimo de p´ debe ser equivalente a una unidad

de esfuerzo. El parámetro * es el índice de compresión modificado, el cual determina

la compresibilidad del material en su primer estado de carga.

0

*0 ´ln

p

pvv (ec. 1)



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Durante la etapa de descarga, la ecuación 1 puede ser reformulada mediante laecuación 2, para obtener el parámetro *.

0

*0 ´ln

p

pk

e

v

e

v (ec. 2)

En este caso, un valor mínimo de p´ es igual a una unidad de esfuerzo. Como se

puede observar en la Figura 22, los valores de lambda, *, y kappa, k*, representan

los índices de compresión y expansión modificados obtenidos mediante lasecuaciones 3 y 4 y que fueron deducidos de los valores obtenidos de los ensayos de

consolidación.

eC

c

13.2

* (ec. 3)

eC

k r

13.2

2* (ec. 4)

La función, f, que describe la falla para este modelo, está descrita por una elipse enel plano p´-q, y es una función del estado de esfuerzos p´-q y el esfuerzo de

preconsolidación, PP, siendo el valor de0

PP es el esfuerzo de pre consolidación inicial.

En este modelo el valor de la relación de poisson, ur , también es un parámetro de

entrada.

PP f f

(ec. 5)

'cot´2

2

pc p M

q

f

(ec. 6)

**

0 expk

PPP

vPP

(ec. 7)

El Parámetro M en la ecuación 6 determina la altura de la elipse, la cual estádirectamente relacionada con la relación entre el esfuerzo horizontal y verticaldurante el ensayo de consolidación en una sola dimensión. Como resultado, el

parámetro M determina el coeficiente de presión de tierrasnc

K 0 .



27

La cúspide de la elipse está localizada en una línea con inclinación M, en el plano p´q.El valor del esfuerzo de preconsolidación determina la extensión de la elipse a lo largo

del eje p´. Durante un proceso de cargas pueden existir varias elipses y a cada una

le corresponderá un valor de Pp. En tensión (p´<0) la elipse se extiende a cotc (ec. 6).

Figura 23. Superficie de falla del modelo Soft Soil Model en el plano p´-q

En el modelo Soft Soil Model, la función de falla, descrita por la ecuación 5 indica queexiste una deformación permanente debido al proceso de consolidación. Para esto,el modelo se apoya en la superficie de falla perfectamente plástica del tipo MohrCoulomb. La función se representa por una línea en el plano p´-q como se muestraen la Figura 23.

El contorno total de falla se muestra con líneas negritas en la Figura 23. La línea defalla es fija, mientras que la curva o “cap” puede incrementar. La trayectoria de

esfuerzos dentro de esta superficie provoca deformaciones elásticas, mientras quelas que se tienden a cruzar esta área, producen tanto deformaciones elásticas comoplásticas.

El comportamiento plástico de acuerdo al modelo Soft Soil Model está definido porseis funciones: tres de compresión y tres de acuerdo a la falla Mohr Coulomb.

Figura 24. Representación del contorno de falla del modelo Soft Soil Model en elespacio de esfuerzos principales



28

Para los estratos de arcilla en el modelo de Plaxis 2D, se empleó éste modelo de

suelo Soft Soil Model, realizando un análisis en término de esfuerzos efectivos, paralo cual se realizó una calibración del ángulo de fricción interna (Φ) en función del

valor de su estimado para cada capa de suelo. En la Figura 25 se muestra cómo enfunción del esfuerzo efectivo, el esfuerzo de preconsolidación, la condición de drenajey los valores de lambda y kappa, se ingresa en el Plaxis Soil Test un valor de friccióninterna para obtener un valor de su que se ajuste a los valores estimados en campoy laboratorio.

Figura 25. Calibración de resistencia al esfuerzo cortante para análisis entérmino de esfuerzos efectivos

En la Tabla 6 se muestran las propiedades y modelos utilizados para cada una de lasseries estratigráficas.

Tabla 6. Propiedades del subsuelo

Modelo: SSM=Soft Soil Model, M-C=Mohr Coulomb. Tipo de drenaje: D=drenado, Un(A)=No drenado tipo A. (Plaxis, 2011)

aLos valores de lamba, *, y kappa, k*, fueron obtenidos de acuerdo *=CR/2.3 y k*=1.7RR/2.3

Tipos de suelo ModeloTipo de

drenaje

sat

(kN/m3)

E

(kPa)

c

(kPa)

* k* OCR

Suelos Cohesivos

SuperioresMC Und (A) 18.0 30000 30 0 -- -- --

Arcillas de alta

plasticidad(CH)SSM Und (A) 14.0 -- -- 14 0.13 0.022 1

Suelos Cohesivos

InferioresSSM Und (A) 17.0 -- -- 25 0.086 0.086 3



29

9.2. Fases de cálculo

Una vez establecidos los parámetros geotécnicos y los modelos de comportamiento

para los diferentes estratos encontrados en las perforaciones, se establecieron unaserie de fases de cálculo para representar las diferentes etapas en las que seconstruirá la obra. Las fases consideradas son las siguientes:

Excavación hasta la cimentación del muro. Tiempo de excavación abierta para colocación de acero de refuerzo y

encofrado (fase de consolidación del suelo: se consideró 20 días). Construcción del muro y compactación del relleno en el trasdós e intradós de

la obra. Consolidación de la obra hasta la disipación del exceso de presión de poros.

En la siguiente figura se pueden ver las distintas fases, tipo de análisis y periodos detiempo considerados en las fases de consolidación.

Figura 26. Fases de análisis en Plaxis 2D En base a los resultados obtenidos con los análisis mediante elementos finitos (Figura27), se puede concluir que existe un problema de grandes asentamientos a lo largodel tiempo ya que no aparecen horizontes drenantes continuos en las perforacionesque aseguren el drenaje del agua y la disipación del exceso de presión de poros enel estrato de arcilla de alta plasticidad.



30

Figura 27. Desplazamientos totales en la última fase de cálculo

Además el gran espesor de estrato arcilloso normalmente consolidado (OCR=1) haceque la magnitud de los asentamientos sea muy superior a la admisible en este tipode obras. En la siguiente figura se puede observar la evolución del asentamiento enla última etapa de cálculo (consolidación una vez se ha construido el muro). Lapermeabilidad que origina esos asentamientos ha sido estimada en base a lainformación disponible por lo que el tiempo de consolidación estaría en el rango delas arcillas de alta plasticidad.

Figura 28. Evolución de los asentamientos en función del tiempo



31

Se concluye que la magnitud de los asentamiento (>1m) es inadmisible y por lo tanto

se justifica la ejecución de cimentación profunda o la mejora de suelo con columnasque además de reducir la magnitud de los asentamientos, disminuyen el tiempo deconsolidación.

En este informe se recomienda la ejecución de pilotes hincados que se expondrá enel siguiente apartado.

10 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En base a los estudios realizados en todo el informe, en este apartado se detallas lasconclusiones y las recomendaciones geotécnicas para los muros proyectados:

Se ha analizado la información recabada en los sondeos realizados y en losensayos de laboratorio de las muestras obtenidas. En base a esta informaciónse ha hecho una caracterización geotécnica para evaluar los estratos delsubsuelo y sus características geotécnicas.

Existe la presencia de un estrato entre los 5 y 18 m de profundidad de arcillasde alta plasticidad normalmente consolidadas. Este estrato tiene lacaracterística de producir grandes asentamientos dilatados en el tiempo.

Se ha analizado la estabilidad al vuelco y al deslizamiento de ambos muros ycon base a los resultados se concluye que no existirá problemas deestabilidad.

Se han obtenido factores de seguridad a la estabilidad global del sistemamediante equilibrio límite superiores a los requeridos por la NEC11. Por estose concluye que los muros no tendrán problemas de estabilidad global.

Los análisis del estado límite de servicio han reportado asentamientosinadmisibles para la cimentación directa (zapatas) por lo que se recomiendala cimentación sobre pilotes.

Después de analizar ambas tipologías de muros, se concluye que se necesitanpilotes hincados de 15 metros de profundidad, 40 cm de diámetro dispuestosal tresbolillo con una separación entre ejes de 3.5 m con la disposiciónmostrada en la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia..

Se recomienda colocar escollera sobre la punta del muro del Malecón Sur para

evitar la socavación de la cimentación. Se recomienda colocar un drenaje en el trasdós de ambos muros para reducir

el empuje de agua.



11 REFERENCIAS

Norma Ecuatoriana de la Construcción (NEC-2011), “Capítulo II Peligro Sísmico de

Diseño Sismo Resistente”.

Vera X., Kayen R., Tandazo E., Ramírez J., Vera J. (2006). “Investigación y estudio

del comportamiento dinámico del subsuelo y microzonificación sísmica de la ciudadde Guayaquil, Estudio Geotécnico Fase I y II: Auspiciado por M.I. Municipalidad deGuayaquil”, Versión final.

Vera Grunauer X., (2010). “Fortalecimiento de capacidades del Municipio de

Guayaquil”, Proyecto P-ECU/01/04. Informe final. Noviembre 25 del 2010.

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