8/19/2019 Paper Borrador 1 Estabilidad de Terraplenes

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UNIVERSIDAD ANDRÉS BELLO

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE OBRAS CIVILES

ESTABILIDAD DE TERRAPLENES SOBRE SUELOS BLANDOS MEDIANTE EL USODE COLUMNAS DE GRAVA

Ricardo Felipe Ocampo M.

Re!me"

#!a" Carlo Ti$"ado A.

Lo %erraple"e o" impor%a"%e ac!m!lacio"e de %ierra adec!adame"%e depoi%ada & compac%adac!&o 'i" e er(ir de i"'rae%r!c%!ra a carre%era e" a)!ella $o"a do"de el %erre"o e*i%e"%e ee"c!e"%ra por de+a,o de la raa"%e pro&ec%ada. S! !o e" o+ra (iale e com-" e" !" pa )!e poee!"a /eo/ra'a a+r!p%a como la c0ile"a1 /eo/ra'a )!e de+e lidiar co" !"a /ama (ariada de !elo1 )!em!c0a (ece di'ic!l%a" la co"%r!cci2" de e%o %erraple"e1 como o" lo !elo +la"do.

Lo !elo +la"do1 e" la i"/e"iera Ci(il1 pla"%ea" pro+lema de %odo %ipo e" co"%r!ccio"e1 &a ea"e%a (a de com!"icaci2"1 como carre%era o e" la '!"dacio"e de la edi'icacio"e & o+ra ci(ile e"/e"eral. E%o pro+lema e ocaio"a" pri"cipalme"%e de+ido a do 'ac%ore3 ! +a,a rei%e"cia1 la c!ale%4 relacio"ada a !"a +a,a capacidad por%a"%e & a ! al%a de'orma+ilidad1 la c!al ocaio"a /ra"deae"%amie"%o.

De+ido a lo a"%e me"cio"ado1 e%o !elo de+e" er a"ali$ado & %ra%ado co"(e"ie"%eme"%e &a )!e1cao co"%rario1 e de eperare )!e cada co"%r!cci2" reali$ada o+re e%o !elo ocaio"e"i%!acio"e "o deeada a cor%o & lar/o pla$o.

Por e"de1 para apo&ar %erraple"e o+re !elo +la"do e de /ra" impor%a"cia reali$ar !" a"4lii de lae%a+ilidad del %al!d de ma"era /lo+al al mome"%o de co"iderar !"a '!%!ra co"%r!cci2". Co"ocidoo" lo cao a "i(el "acio"al e i"%er"acio"al1 de dea%re oc!rrido & )!e i"(ol!cra" (ida 0!ma"ac!a"do "o e 0a" e'ec%!ado lo a"4lii correpo"die"%e1 )!e depe"die"do de ! re!l%ado1permi%ir4" %omar medida correc%i(a o de e%a+ili$aci2".

Por lo /e"eral1 para ae/!rar la e%a+ilidad del %al!d & co" e%o a!me"%ar el 'ac%or de e/!ridad del %al!d1par%e de la medida de e%a+ili$aci2" )!e e 0a" !%ili$ado o" la col!m"a de /ra(a1 e"%re o%raaplicacio"e1 como eleme"%o de re'!er$o & me,ora del %erre"o +a,o %erraple"e o+re !elo +la"do1co" el 'i" de a!me"%ar ! capacidad por%a"%e1 mi"imi$ar lo aie"%o & lo %iempo de co"olidaci2".

E%e %ra+a,o %ie"e como o+,e%i(o1 a par%ir de di(ero cao de e%!dio1 a"ali$ar de )!5 ma"era i"'l!&eco"iderar la i"cl!i2" de la col!m"a de /ra(a1 e" la e%a+ilidad del %errapl5"1 por medio de !" a"4liicomp!%acio"al media"%e el pro/rama Geo Slope.

Pala+ra Cla(e3 Fac%or de e/!ridad1 6rea de rempla$o1 e%a+ilidad de %al!de1 m5%odo a"al%ico.

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Problemática asociada a construir sobre

suelos finos

La co"%r!ccio"e (iale e" /e"eral co"%i%!&e"!" dea'o co"%a"%e e" el 4rea de la i"/e"iera.Si" ir m4 le,o1 la co"%r!cci2" de %erraple"epara co"ec%ar carre%era e*i%e"%e o+re !elo

'i"o !ele pla"%ear di'ic!l%ade de %odo %ipo1de+ido a )!e lo !elo +la"do ocaio"a"pro+lema1 pri"cipalme"%e a ra$2" de ! +a,arei%e"cia1 la c!al e%4 relacio"ada a !"ai"e%a+ilidad del %al!d & ! al%a de'orma+ilidad1la c!al ocaio"a /ra"de ae"%amie"%o.

E" l"ea /e"erale1 al poeer !elo +la"doe" la e*%e"i2" de !" %al!d 'i"i%o co" !"a +a,arei%e"cia1 !" porce"%a,e de maa %e"dera adepla$are & co" e%o a'ec%ara a la e%a+ilidad/lo+al del %al!d1 pro(oca"do i"e%a+ilidad e" !"a

$o"a e" epec'ica1 la c!al correpo"der4 a !"a!per'icie de deli$amie"%o po%e"cial.

Para e"%re/ar !"a ol!ci2" a la e%a+ilidad/lo+al del %al!d1 & co" e%o co"%r!ir %erraple"eo+re !elo +la"do !"a de la 'orma dee"%re/arle e%a+ilidad1 e por medio de al/-"me,oramie"%o de !elo. El %ra%amie"%o deme,ora & re'!er$o del !elo media"%e col!m"ade /ra(a co"%i%!&e !"a al%er"a%i(a a o%raol!cio"e /eo%5c"ica m4 %radicio"ale.

D!ra"%e lo -l%imo a7o e 0a" !%ili$ado la

col!m"a de /ra(a1 e"%re o%ra aplicacio"e1como eleme"%o de re'!er$o & me,ora de %erre"o+a,o %erraple"e apo&ado o+re lo !elo+la"do1 co" el 'i" de a!me"%ar ! capacidadpor%a"%e & mi"imi$ar lo aie"%o & lo %iempode co"olidaci2". Adem4 e"%re o%ra (e"%a,a1el %ra%amie"%o media"%e col!m"a de /ra(aproporcio"a !" i"creme"%o del 'ac%or dee/!ridad 're"%e al deli$amie"%o de lo %al!de.

 A co"%i"!aci2"1 e e*po"dr4" lo '!"dame"%o1i%ema co"%r!c%i(o1 meca"imo de'!"cio"amie"%o1 & m5%odo de die7o de e%ai"/!lar %5c"ica de me,oramie"%o de !elollamada Col!m"a de Gra(a.

Columnas de Grava

Fundamentos

La col!m"a de /ra(a como i%ema de me,orade !elo o" !"a %5c"ica !%ili$ada dede loa7o 89 e" )!e e i"(e"%ara el primer (i+rador.

Se +aa" e" la !%ili$aci2" de la (i+raci2"pro'!"da e" !elo predomi"a"%eme"%eco0ei(o & )!e e emplea %a"%o e" o+ra ci(ilecomo e" edi'icaci2".

El co"cep%o del %ra%amie"%o e +aa e" %omar el%erre"o ori/i"al & ! carac%er%ica'!"dame"%ale :e decir1 ! 4"/!lo dero$amie"%o1 ! co0ei2" & ! m2d!lo de

de'ormaci2"; e i"corporarle la col!m"a de/ra(a :de carac%er%ica co"ocida &co"%rolada;1 de ma"era )!e e o+%e"/a !"!elo me,orado co" ! propia carac%er%icae)!i(ale"%e.

E%e medio de me,ora de !elo e reali$amedia"%e la i"cl!i2" de ma%erial /ra"!lar :i"co0ei2"; e" el %erre"o e" !"a per'oraci2"pre(iame"%e reali$ada por !" (i+rador1 e" la )!e"o e*i%e e*%racci2" del %erre"o1 i"o )!e la/ra(a )!e e i"%rod!ce" e" la per'oraci2" por 

paada !cei(a1 e compac%a" mo(ili$a"doel emp!,e la%eral del %erre"o.

Fi/.

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dre"e (er%icale )!e acelera" la co"olidaci2"del !elo +a,o la o+recar/a1 al 'a(orecer ladiipaci2" del e*ceo de prei2" i"%er%icialcreado e" el %erre"o co0ei(o %ra%ado

E%e %ra%amie"%o permi%e alca"$ar e" ma&or ome"or medida lo i/!ie"%e o+,e%i(o3

=Me,ora de la capacidad por%a"%e del %erre"o.

=Red!cci2" de Aie"%o

=>omo/e"ei$aci2" de la carac%er%ica/eo%5c"ica

=Aceleraci2" del proceo de co"olidaci2"1co"%i%!&5"doe como eleme"%o dre"a"%e:!elo co0ei(o a%!rado;

=A!me"%o de la e%a+ilidad 're"%e aldeli$amie"%o :cao de %erraple"e;

=Dimi"!ci2" del rie/o de lic!aci2" :are"a

'lo,a;1 e" $o"a mica.

Procedimientos de ejecución

La col!m"a de /ra(a co"%i%!&e" !" i%emade me,ora & re'!er$o del %erre"o por (i+raci2"pro'!"da )!e e +aa" e" el depla$amie"%ola%eral del %erre"o & e" la i"corporaci2" &compac%aci2" de la /ra(a co"%ra %erre"o.

La col!m"a de /ra(a o (i+ro!%i%!ci2" !r/e"a 'i"ale de lo a7o ci"c!e"%a como !"ae(ol!ci2" de la %5c"ica de (i+ro compac%aci2"i" apor%e de /ra(a. La "eceidad de apor%ar ma%erial /ra"!lar a lo %erre"o co0ei(o 0i$o)!e e adop%ara el mimo e)!ipo &procedimie"%o de e,ec!ci2" )!e para la(i+rocompac%aci2"1 i"cl!&e"do !"a /r-a1 !"(i+rador1 la"$a de a/!a & apor%e de la /ra(adede la !per'icie. A e%e procedimie"%o e le!ele co"ocer como ?(a 0-meda@.

Lo i"co"(e"ie"%e )!e pree"%a+a elprocedimie"%o e" ?(a 0-meda@ era" e(ide"%e.La "eceidad de !" impor%a"%e & "o iempre'4cil apor%e de a/!a & !"a e'ica$ re%irada de lolodo re!l%a"%e re)!era la creaci2" de !"a+a%era de +ala para la deca"%aci2" de lolodo & !"a $a",a de co"e*i2" e"%re la +ala& lo p!"%o de e,ec!ci2" de la col!m"a.Aimimo1 e%a +ala & $a",a de+a" er co"%a"%eme"%e re per'ilada & a"eadamedia"%e re%roe*ca(adora1 0idro+om+a1ci%er"a1 e%c.

Para !+a"ar e%o i"co"(e"ie"%e1 & comoe(ol!ci2" del procedimie"%o e" ?(a 0-meda@1lo e)!ipo ac%!ale 0a" elimi"ado la la"$a dea/!a1 paa"do a de"omi"are ?(a eca@. Se!%i%!&e %am+i5" la /r-a por !"a m4)!i"a deor!/a epec'ica para col!m"a de /ra(a )!epermi%e i"creme"%ar el emp!,e e%4%ico delco",!"%o m4)!i"a %!+o=(i+rador & ae/!rar me,or la (er%icalidad. Adem41 la /ra+a de,a deemp!,are dede la !per'icie & e i"corpora por el i"%erior del %!+o (i+rador.

El procedimie"%o e" (a eca :?dr& me%0od@; &co" decar/a i"'erior:?+o%%om='eed@; co"i%e e"apor%ar la /ra(a media"%e !"a pala car/adora0a%a !"a %ol(a )!e1 !"a (e$ car/ada la /ra(a 1acie"de por el m4%il=/!a 0a%a la c4mara dedecar/a )!e e e"c!e"%ra e" el e*%remo!perior del co",!"%o %!+o.(i+rador. El (i+rador e i"%rod!ce e" el %erre"o -"icame"%e por (i+raci2" radial1 depla$a"do la%eralme"%e el!elo & i" e*%racci2" de ma%erial. U"a (e$ )!ealca"$a la pro'!"didad deeada1 el (i+rador decri+e !"a re%irada por paada ace"de"%ede e"%re 9cm & < m1 e" la )!e la /ra(a (aoc!pa"do el epacio li+re & el (i+rador lacompac%a la%eralme"%e 0a%a mo(ili$ar el emp!,epai(o del %erre"o & lle/ar a la !per'icie.

E ee"cial %e"er e" c!e"%a )!e el di4me%ro 'i"alo+%e"ido depe"de de la comprei+ilidad de cadacapa de %erre"o %ra%ada & )!e e" %erre"o m4?'lo,o@ e o+%e"dr4" di4me%ro m4 ele(ado &e" %erre"o m4 d!ro e o+%e"dr4" me"oredi4me%ro. A priori olo e p!ede e%imar eldi4me%ro medio )!e e (a a o+%e"er1 da%oimpreci"di+le para el dime"io"amie"%o1 peroe" "i"/-" cao e p!ede pre'i,ar "i limi%ar eldi4me%ro a rie/o de )!e la col!m"a "o%e"/a" la compacidad adec!ada.

El procedimie"%o e" (a eca permi%e1 /racia a! m4%il=/!a1 ae/!rar por !" lado la(er%icalidad de la col!m"a & por o%ro a!me"%ar elemp!,e e%4%ico del (i+rador 0a%a m4 de 8%o"elada.

D!ra"%e la e,ec!ci2" e" (a eca1 la pla%a'ormade %ra+a,o p!ede er %ra"i%ada i" "i"/-"impedime"%o1 a di'ere"cia de la (a 0-meda1 e"c!&o cao la pla%a'orma e%a a"e/ada depri"cipio a 'i" de lo %ra+a,o. Al co"cl!ir lacol!m"a e" (a eca1 la pla%a'orma )!edapr4c%icame"%e i"%ac%a1 mie"%ra )!e e" la (a

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0-meda re)!iere !" co"idera+le %ra%amie"%o dere%i%!ci2".

Diseño de Columna de Grava

 A par%ir de la ecci2" admi%ida de la col!m"a &co"ocida la car/a )!e %ra"mi%e la e%r!c%!ra1p!ede" aplicare m5%odo de c4lc!lo1 m4 ome"o apro*imado1 )!e permi%e" e%imar la

relaci2" de ae"%amie"%o a"%e & dep!5 de lame,ora1 & %am+i5" calc!lar la capacidad de car/ade la col!m"a.

Lo m5%odo de die7o de col!m"a de /ra(ao" m4 comple,o )!e lo de me,ora de !elop!rame"%e /ra"!lare1 e" lo )!e lo cri%erioo" impleme"%e emprico. No e %ra%a dede"i'icar !" %erre"o m4 o me"o 0omo/5"eo1i"o de e%!diar el compor%amie"%o de !" !elocomp!e%o por do ma%eriale "e%ame"%edi%i"%o. La %eora de c4lc!lo para la

col!m"a de /ra(a (ara" dede imple re/lae*perime"%ale 0a%a complicado modeloma%em4%ico.

E di'cil modelar la i"%eracci2" col!m"a=!elo1& cier%ame"%e "o e 0a co"e/!ido a-" !"ame%odolo/a de c4lc!lo adec!ada para e*plicar el compor%amie"%o de am+o ma%eriale. A1 e0ace "eceario reali$ar !"a erie de 0ip2%ei)!e permi%a" a+ordar el die7o..

!todo de Priebe

E%e m5%odo1 a!")!e co"%ie"e al/!"alimi%acio"e %e2rica por la  0ip2%ei )!e

reali$a1 0a ido ampliame"%e !%ili$ado co"+a%a"%e 5*i%o e" "!meroa ocaio"e &compre"de lo cri%erio de die7o para lo caom4 'rec!e"%e de aplicaci2".

S! !%ilidad '!"dame"%al e la de e%imar lared!cci2" de ae"%amie"%o )!e p!ede lo/rareco" la col!m"a de /ra(a1 re)!irie"do co"ocer %a" olo el 4"/!lo de 'icci2" i"%er"a de ma%erial

de apor%e :c;ie"do !" m5%odo rela%i(ame"%ee"cillo de reco"ocer & adap%ar a di'ere"%eco"dici2".

Como 0ip2%ei para el c4lc!lo1 Prie+e co"idera)!e3

El ma%erial de la col!m"a e r/ido=pl4%ico e i"comprei+le1 ie"do lapreio"e (er%icale !"i'orme e" %odala al%!ra de la col!m"a.

El ma%erial de la col!m"a car/a dede

el pri"cipio1 mie"%ra )!e el !elocirc!"da"%e reaccio"a el4%icame"%e.

La col!m"a & el !elo circ!"da"%e %ie"e" elmimo ae"%amie"%o.

La col!m"a e apo&a o+re !" e%ra%o d!ro. El !elo "a%!ral e depla$ado d!ra"%e

la i"%alaci2" de la col!m"a1 lo )!eimplica )!e ! rei%e"cia i"icialcorrepo"de a !"a le& 0idro%4%ica1 co"

coe'icie"%e de prei2" de %ierra deemp!,e al repoo

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/ra(a me,ora" el compor%amie"%o del !+!eloe" comparaci2" co" el e%ado i" col!m"a. Deac!erdo co" e%e 'ac%or de me,ora el m2d!lo dede'ormaci2" del i%ema comp!e%o col!m"a=!elo a!me"%a &1 e" la mima proporci2"1 loae"%amie"%o e red!ce". Lo pao !cei(odel die7o e re'iere" a e%e (alor +4ico.

La (i+ro!%i%!ci2"1 permi%e !"a e(al!aci2" m4

o me"o precia olame"%e para el caode'i"ido por !" 4rea de car/a ilimi%ada o+re!"a malla de col!m"a ilimi%ada :Prie+e1

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cao de )!e el 'ac%or de e/!ridad e"%re/adoea me"or a !"o.

De"%ro de la me%odolo/a dipo"i+le dea"4lii de e%a+ilidad de %al!de1 e e"c!e"%ra"lo m5%odo de lmi%e de e)!ili+rio1 lo m5%odo"!m5rico & lo m5%odo di"4mico para ela"4lii de deli$amie"%o. Lo m4 !%ili$adoo" lo m5%odo de e)!ili+rio lmi%e1 lo c!ale

a"ali$a" el e)!ili+rio de !"a maapo%e"cialme"%e i"e%a+le1 & co"i%e" e"comparar la '!er$a %e"de"%e al mo(imie"%oco" la '!er$a rei%e"%e )!e e opo"e" almimo a lo lar/o de !"a de%ermi"ada !per'iciede ro%!ra.

E*i%e !"a !+di(ii2" para lo m5%odo dee)!ili+rio lmi%e e" '!"ci2" de la e*ac%i%!d de lore!l%ado1 do"de e poi+le e"co"%rar el /r!pode lo m5%odo e*ac%o & el de lo "o e*ac%o.E" el primer cao1 la le&e de la e%4%ica

e"%re/a" !"a ol!ci2" e*ac%a dada la /eome%rae"cilla )!e %ie"e la maa de !elo )!e 'alla1 por lo )!e all e e"c!adra" lo c4lc!lo reali$ado

para ro%!ra del %ipo pla"o & la por c!7a. Por o%ro lado1 e" el e/!"do /r!po1 la ol!cio"ede la e%4%ica "o o" !'icie"%e & el pro+lemae (!el(e 0ipere%4%ico1 de+ie"do rec!rrir e"%o"ce a !"a 0ip2%ei i"icial o a al/!"aimpli'icaci2" para reol(erlo.

De"%ro de lo m5%odo "o e*ac%o ee"c!e"%ra" a)!ello )!e co"idera" comple%a la

maa de !elo )!e deli$a1 como !" %odo1 & o"co"ocido como m5%odo de e%a+ilidad /lo+alde la maa de %erre"o &1 a)!ello )!e di(ide" lamaa deli$a"%e e" 'raccio"e m4 pe)!e7apara impli'icar el a"4lii1 lo c!ale ede"omi"a" m5%odo de la do(ela.

El m5%odo de la do(ela e clai'ica e"m5%odo precio :%eora de Mor/e"%er" =Price1 Spe"cer & Bi0op Ri/!roo; & e" m5%odoapro*imado :#a"+-1 Felle"i! & Bi0opSimpli'icado;.

 A modo de re!me"1 e" la i/!ie"%e 'i/!rae"/lo+a %odo lo me"cio"ado a"%eriorme"%e.

!todo de análisis de e%uilibrio limite o

l&mite de e%uilibrio

 A %ra(5 del m5%odo de e)!ili+rio lmi%e epermi%e o+%e"er !" 'ac%or de e/!ridad o a%ra(5 de !" a"4lii re/rei(o1 o+%e"er lo(alore de la rei%e"cia al cor%e e" el mome"%o

de la 'alla. U"a (e$ )!e e 0a" de%ermi"ado lapropiedade de rei%e"cia al cor%e de lo!elo1 la preio"e de poro & o%rapropiedade del !elo & del %al!d1 e p!edeproceder a calc!lar el 'ac%or de e/!ridad del%al!d. E%e a"4lii de e%a+ilidad co"i%e e"de%ermi"ar i e*i%e !'icie"%e rei%e"cia e" lo!elo del %al!d para opor%ar lo e'!er$o decor%e )!e %ie"de" a ca!ar la 'alla odeli$amie"%o.

La ma&ora de lo m5%odo de lmi%e dee)!ili+rio %ie"e e" com-"1 la comparaci2" de la'!er$a o mome"%o rei%e"%e & ac%!a"%eo+re !"a de%ermi"ada !per'icie de 'alla. La(ariacio"e pri"cipale de lo di(ero m5%odoo"1 el %ipo de !per'icie de 'alla & la 'orma comoac%-a" i"%er"ame"%e la '!er$a o+re la!per'icie.

 A par%ir de lo a"%erior e decri+ir4 elcompor%amie"%o e%4%ico e" el c!al e%4'!"dame"%ado lo m5%odo de e)!ili+rio lmi%e.

Co"idera"do !" +lo)!e de peo )!e e%4apo&ado o+re !" pla"o i"cli"ado de 4"/!lo ᴪrepec%o de la 0ori$o"%al. El +lo)!e !'re ele'ec%o de la '!er$a de /ra(edad de ma"era )!eel peo ac%-a (er%icalme"%e como e m!e%rae" la 'i/!ra.

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Fi/!ra 83 Blo)!e o+re pla"o i"cli"ado a !"4"/!lo de la 0ori$o"%alᴪ

F!e"%e :>oe=E a"d Bra&=#..oe=E a"d

Bra&=#.

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Co" η  

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La '!er$a )!e ac%-a" o+re el %al!d1 ep!ede" apreciar e" la i/!ie"%e 'i/!ra do"de e%oma la ma do(ela como e,emplo3

Do"de1

3 Re!l%a"%e peo do(ela

R3 F!er$a )!e ac%-a como reacci2" al peo dela do(ela

N"  & N:"