Patologies CAATB Sessió 1 v2011 01

24/12/2011

1

Postgrau de Patologia i Estudi Estructural de Construccions GEOTÈCNIA

Sessió 1 diap. 1Sessió 1 diap. 1

POSTGRAU DE PATOLOGIA I ESTUDIPOSTGRAU DE PATOLOGIA I ESTUDI ESTRUCTURAL DE CONSTRUCCIONS

GEOTÈCNIA

SESSIÓ 1: Processos relacionats amb el comportament del terrenyamb el comportament del terreny

Aquest document està protegit per una llicència Creative Commons de classe by-nc-nd. Podeu trobar la font i les condicions d’ús al següent link: http://www.estudiosgeotecnicos.info

24/12/2011

1

Contingut de matèries relatives a geotècnia durant el curs


Sessió 1 diap. 2

Sessió 1: processos relacionats amb el comportament del terreny

Accions: edificació sòl

Falla del terreny

Assentament

Expansivitat

Col·lapse

Sessió 2: el reconeixement geotècnic en la rehabilitació

Col lapse

Incidències sobre l’aqüífer

Sisme

Sessió 3: rehabilitació de fonamentacions i millora del terreny

OBJECTIUS DEL DIA


Sessió 1 diap. 3

OBJECTIUS DEL DIA:

- IDENTIFICAR ELS PROCESSOS I AGENTS QUE RELACIONEN EL TERRENY AMB L’EDIFICI I QUE SÓN SUSCEPTIBLES DE

DESENVOLUPAR DANYS / PATOLOGIES

- ENTENDRE LA RELACIÓ ENTRE EL TERRENY I L’EDIFICI, ESPECIALMENT A EFECTES DE LES ACCIONS QUE PODENESPECIALMENT A EFECTES DE LES ACCIONS QUE PODEN

CONDUIR A DANYS / PATOLOGIES

24/12/2011

2


Sessió 1 diap. 4

Influència de l’edificació sobre el sòl

Accions de l’edificació (o del procés constructiu) sobre el sòl


Sessió 1 diap. 5

Modificacions de l’estat

de càrregues

Excavacions / descàrrega (h / v)Fonamentacions / càrrega (v)Contenció activa / càrrega (h)

Modificació de la dinàmica

hídrica (gradients)

Abatiment del nivell freàtic (cons.)Recàrrega d’aqüífersEfecte pantalla de soterranisArrossegament / rentat de fins / sifonament

Modificació de la humitat Alteració d’equilibri evapotranspiracióDessecacióAccés d’aigua al sòl

Arrossegament / rentat de fins / sifonament

Alteració de sòls metaestables

24/12/2011

3


Sessió 1 diap. 6

Reaccions del sòl vers les accions de l’edificació



Sessió 1 diap. 7

Modificacions de l’estat de càrregues per descàrrega: movimentsg p g

24/12/2011

4



Sessió 1 diap. 8

Modificacions de l’estat de càrregues gper càrrega

falla

assentament



Sessió 1 diap. 9

Modificacions de l’estat de càrregues per empentes: moviments diferitsg p p

24/12/2011

5



Sessió 1 diap. 10

Modificació de la dinàmica hídrica Empentes lateralsModificació de la dinàmica hídrica Empentes lateralsInestabilitat de talussosHumitats

-modificacions de l’estat tensional

- alteracions del gradient

alteracions del terreny per

edifici

- alteracions del terreny per modificacions del gradient

terreny



Sessió 1 diap. 11

Modificació de la humitat

Expansivitat / col·lapse

24/12/2011

6


Sessió 1 diap. 12

Danys per falla generalitzada del terreny

Falla generalitzada del terreny: Ll. Mohr – Coul. i P. De Terzaghi


Sessió 1 diap. 13

Condicions d’estabilitat d’un Estat límit últim del sòlCondicions d’estabilitat d’un fonament

Estat límit últim del sòl

Estat límit de servei de l’estructura

Cohesió

Angle de fregament intern

Paràmetres resistents del terreny

LLEIS FONAMENTALS:

Criteri o “llei” de Mohr – Coulomb: Tf = C + σ tg ϕ

Principi de Terzaghi: Tots els processos de tipus mecànic (resistència i deformació entre ells) estan governats per les tensions efectives

σ’ = σ - u Tf = C’ + σ’ tg ϕ’

24/12/2011

7

cohesió i angle de fregament intern


Sessió 1 diap. 14

La condició per a l'iniciLa condició per a l inici dels lliscament s'estableix segons les següents expressions:

)()tgN( T Ac+≥ φ

cA

+≥ φtgN AT

AA

c+≥ )tg( φστ

paràmetres resistents: el criteri de Coulomb


Sessió 1 diap. 15

estudi sobre elsestudi sobre els murs de conenció

1776:

τf = c + σ n * tg Φ

24/12/2011

8

paràmetres resistents: les tensions efectivesllei de Terzaghi


Sessió 1 diap. 16

)1(SsuNNi −−=

forces considerades per Coulomb

Tots els processos de tipus mecànic dels sòls (resistència i deformació entre ells) estan governats per les tensions efectives

σ’ = σ - u τ = C’ + σ’ tg ϕ’

S

Falla generalitzada del terreny: expressió generalde Brinch - Hansen


Sessió 1 diap. 17

24/12/2011

9

Falla generalitzada del terreny: expressió per sòls coherents saturats en situació “no drenada” (φ = 0)


Sessió 1 diap. 18

pvh = q + 5.14 Su (1 + sc + dc - ic - bc – gc)

El coeficient de seguretat total


Sessió 1 diap. 19

F = 3?

Perquè?

24/12/2011

10

Danys per falla generalitzada del fonament


Sessió 1 diap. 20

Falla generalitzada del terreny


Sessió 1 diap. 21

24/12/2011

11

Falla generalitzada del terreny: danys


Sessió 1 diap. 22

falla generalitzada: intervenció


Sessió 1 diap. 23

-L’enfonsament d’una fonamentació o el trencament d’un talús depèn de:

- Les característiques pròpies del sòl (cohesió, angle de fregament intern)

- La pressió intersticial

- La sobrecàrrega de terresSI hi d i i

NO hi podem inervenir o la intervenció és costosa

exercici: comentar quines situacions poden donar lloc a l’enfonsament d’una fonamentació que fins al moment havia estat estable

SI hi podem inervenir fàcilment

24/12/2011

12


Sessió 1 diap. 24

Condicions d’estabilitat d’un f

Estat límit últim del sòl

Danys per assentament

fonament Estat límit de servei de l’estructura

Assentaments: evolució amb el temps i deformació del sòl


Sessió 1 diap. 25

Si: assentament immediat

Sc: assentament per consolidació

Ss: assentament per lid ióconsolidació

secundària o fluència

24/12/2011

13

Principis teòric del càlcul d’assentaments


Sessió 1 diap. 26

Condicions d’estabilitat d’un f

Estat límit últim del sòlfonament Estat límit de servei de l’estructura

Mòdul de deformació elàstica (E)

Coeficient de compressió (Cc’)

Paràmetres “deformacionals” del terreny

Model de Winkler: ks = q / s

“Llei” elàstica ajustada: dH = (H·Dp) / Es(dH t t H i d l i ll ü tió E òd l là ti i l t d l t D(dH = assentament; H: gruix del nivell en qüestió; Es = mòdul elàstic equivalent del terreny; Dp = sobrepressió induïda per la fonamentació)

“Llei” de la consolidació: dh=H×Cr'×log((po'+Dp1)/po')+H×Cc'×log((pc'+Dp2)/pc'))(dh: assentament de la capa de sòl de gruix H; Cr’: coeficient de recompressió; Cc’: coeficient de compressió; Dp1: valor mínim entre Dp i pc’)

Assentaments en sòls coherents:evolució amb el temps i deformació del sòl


Sessió 1 diap. 27

24/12/2011

14

Danys per assentament / definicions


Sessió 1 diap. 28

Definicions bàsiques del moviment de fonamentacionsq

s: assentament: sa

δs: assentament diferencial: sb-sa

β: distorsió angular: (sb-sa)/La-b

ω: inclinació: angle girat respecte a la vertical segons la línia mitja que defineix la posició deformada de la fonamentació

Valors límit de deformabilitat (CTE DB SE-C)


Sessió 1 diap. 29

24/12/2011

15

Deformacions en arruf o “quebrant”


Sessió 1 diap. 30

Arcs de descàrrega per assentament d’arruf


Sessió 1 diap. 31

24/12/2011

16

Esquerdes divergents per trencament “a quebrant”


Sessió 1 diap. 32

Esquerdes típiques de cantonada


Sessió 1 diap. 33

24/12/2011

17



Sessió 1 diap. 34

Resposta unitària de l’estructura Esquerda per assentament diferencial d’un mur



Sessió 1 diap. 35

Esquerda per assentament d’un pilar en la junció amb l’envà

24/12/2011

18



Sessió 1 diap. 36

Esquerda per assentament d’un envà afavorida per la presència d’una finestra



Sessió 1 diap. 37

Esquerdes per flexió de murs de càrrega

24/12/2011

19



Sessió 1 diap. 38

Assentament generalitzat d’un replè estructural: afecció a coberta



Sessió 1 diap. 39

Assentament generalitzat d’un replè: deformació coberta

24/12/2011

20



Sessió 1 diap. 40

Assentament generalitzat d’un replè: trencament envans



Sessió 1 diap. 41

Assentament generalitzat d’un replè: distorsió finestrals

24/12/2011

21



Sessió 1 diap. 42

Assentament generalitzat d’un replè: distorsions



Sessió 1 diap. 43

Assentament generalitzat d’un replè: trencament envans - forjat

24/12/2011

22



Sessió 1 diap. 44

Assentament generalitzat d’un replè (detall afecció forjat i pilar)



Sessió 1 diap. 45

Assentament generalitzat d’un replè: sostre, envans, distorsions

24/12/2011

23



Sessió 1 diap. 46

Assentament generalitzat d’un replè, detalls



Sessió 1 diap. 47

comentar: direcció dels moviments?

24/12/2011

24



Sessió 1 diap. 48

Estructura de contenció del replè estructural: comentar direcció dels moviments

Assentaments: proposta d’exercici (grups de 3-4 persones)


Sessió 1 diap. 49

Hem sol·licitat un estudi geotècnic per a un projecte de rehabilitació. En l’ d i l í l d i dil’apartat de recomanacions, el capítol destinat a assentaments diu textualment:

-L’assentament màxim que s’estima pugui assolir l’edifici sota les condicions que haurà de suportar el terreny sota la fonamentació és de 2.54 cm, un valor que permet assegurar una correcta admissibilitat de l’estructura a les deformacions induïdes per les càrregues que haurà d’assumir la fonamentaciófonamentació.

Discutir la suficiència de l’anàlisi. Comentar la validesa de la informació. Valorar les repercussions d’un assentament com el que s’ha estimat sobre una estructura nova i sobre una estructura que es preveu rehabilitar.

24/12/2011

25


Sessió 1 diap. 50

Col·lapse de sòls

Col·lapse de sòls: naturalesa


Sessió 1 diap. 51

-Sòls col·lapsables o metaestables: pateixen un assentament sense necessitat de càrrega per efecte de l’increment d’humitat.

-Causes:

-Sòls granulars amb compacitat molt baixa

-Sòls granulars feblement cimentats per un component soluble

-Sòls o roques formats per íntegrament components solubles

-Sòls susceptibles a la tubificació

24/12/2011

26

Col·lapse de sòls: efectes


Sessió 1 diap. 52

-Amb molta posterioritat a la construcció de l’edificació pot produir un assentament molt important i sobtat per efecte de col·lapse.

-Problemes importants en casos en que es canvien les condicions d’ús d’edificacions situades sobre aquests materials que durant molt temps no han patit problemes.

-Risc proper: baix. Alguns casos a considerar en:

-Sòls llimosos susceptibles de tubificació a la Conca d’IgualadaSòls llimosos susceptibles de tubificació a la Conca d Igualada

-Formacions evaporítiques de la conca central

Col·lapse de sòls: estats de consistència


Sessió 1 diap. 53

elasticitat

plasticitat

resistència nul·la

sobresaturat

Límite líquido(WL)

Límite plástico(WP)

Límite de retracción(W )

Estado líquido

Estado plástico

Estado semisólido

Hum

edad

cre

cien

teMezcla fluidade agua y suelo

fragilitat subsaturat(WP)

Estado sólido

H

Suelo seco

24/12/2011

27

Valoració de la col·lapsabilitat d’un sòl: criteri de Gibbs


Sessió 1 diap. 54

Col·lapsable si Gn < 2.6

1+(0,026·wL)

Valoració de la col·lapsabilitat d’un sòl: assaig en edòmetre


Sessió 1 diap. 55

24/12/2011

28

Assaig de col·lapse en edòmetre


Sessió 1 diap. 56


Sessió 1 diap. 57

Expansivitat

24/12/2011

29

Expansivitat


Sessió 1 diap. 58

-Conceptes bàsics:

-Estructura mineralògica de les argiles

-Humitat de saturació / estats de consistència en relació al potencial expansiu.

-Qüestió:

-Hi ha argiles expansives o condicions favorables a l’expansivitat?

Expansivitat: zones de risc


Sessió 1 diap. 59

24/12/2011

30

Expansivitat: factors condicionants


Sessió 1 diap. 60

-Mineralogia del sòl: Esmectites Na > Esmectita Ca > Illita > Caolinitag

-Densitat (+Gn +Sw)

-Estat de tensions (+σ - Sw)

-Humitat inicial (+H - Sw)

Expansivitat: factors determinants

Canvis d’humitat periòdics (clima)-Canvis d humitat periòdics (clima)

-Canvis d’humitat en relació al procés constructiu, a la rehabilitació o l’ús de l’edificació

-Presència de plantes amb necessitats d’aigua estacionals

Expansivitat: la capa activa


Sessió 1 diap. 61

IL = (w – wp) / Ip

24/12/2011

31

Danys per processos d’expansivitat


Sessió 1 diap. 62

Evolució del procés

-Equivalents (en “sentit contrari”) als descrits pels fenòmes d’assentament.

-Danys lleus: deformacions lleus de paviments i de marcs de portes o finestres (problemes d’ús)

-Danys mitjans: deformacions importants de paviments, afecció inicial a estructura. Aparició d’esquerdes en tancaments.

-Danys importants: aixecament de fonamentacions superant el límit admissible de servei (tancaments, conduccions afectades...)

-Danys severs: aixecament de fonamentacions superant el límit últim de l’estructura.

Valoració preliminar de l’expansivitat d’un sòl


Sessió 1 diap. 63

24/12/2011

32

Valoració de l’expansivitat d’un sòl: assaig en edòmetre


Sessió 1 diap. 64

risc potencial inflament lli re tensió mà ima d'inflamentrisc potenciald'inflament

inflament lliure%

tensió màxima d'inflamentkPa

baix < 10 < 30

mitjà 10 ‐ 20 30 ‐ 120

alt 20 ‐ 30 120 ‐ 250

molt alt > 30 > 250

Valoració de l’expansivitat d’un sòl: assaig LambeNOMÉSQUALITATIVA


Sessió 1 diap. 65

24/12/2011

33

Evolució típica d’un problema d’expansivitat


Sessió 1 diap. 66

-Estat inicia d’ús de l’habitatge increment de la humitat en la zona ginterior edificada per descompensació de l’equilíbri hídric del sòl danys menors (portes que no tanquen, paviments lleugerament deformats). El procés s’estabilitza en poc temps (dos anys...)

-Aportació d’aigua per rec continuat i intens o pèrdues lleus de canonades deformacions inicials de l’estructura. Esquerdes properes als

tancaments.

-Aportacions d’aigua importants (pèrdues de piscines, trencament de d ) i t l lit t d’ l f t icanonades...) aixecament localitzat d’algunes fonamentacions,

problemes estructurals greus.

-Zones amb règim climàtic àrid sever en presència d’argiles altament expansives ruïna de les estructures.

Casos propers a tenir en compte


Sessió 1 diap. 67

-Algunes formacions de sòls i sediments terciaris de les conques prelitorals (Vallès – Penedès).

-Casos més significatius en formacions terciàries de la fossa del Camp (p.e. Santa Oliva).

-Materials margosos del Pliocè del pla de Barcelona en cas de descàrrega significativament important per la construcció de soterranis.

24/12/2011

34


Sessió 1 diap. 68

Aqüífers i construccions sota rasant

Efectes recíprocs aqüífer - edifici


Sessió 1 diap. 69

Efectes aqüífer – edifici (directes):

- modificacions estat de càrregues- intrusions

Efectes obra –> aqüífer -> terreny -> edifici / obra

- modificacions estat de tensions- efecte drenefecte drenefecte pantalla- rentat de fins- sifonament

24/12/2011

35

Efectes / accions directes de l’aqüífer sobre l’edifici

modificació de l’estat de


Sessió 1 diap. 70

l’estat de càrregues

NovaEmpentaAscens de la

cota piezomètrica

Empentahidràulica

Efectes / accions directes de l’aqüífer sobre l’edifici

intrusions


Sessió 1 diap. 71

24/12/2011

36

Efectes de l’obra en execució sobre l’aqüífer i el seu contextmodificació de l’estat de tensions local


Sessió 1 diap. 72

Situació inicial

Q(f) Q(i) ?

Q(i)

Descens deNivell freàtic

¿ Q(f) = Q(i) ?

Efectes de l’obra sobre l’aqüífer

efecte dren de l’edifici -> abatiment del N.F.


Sessió 1 diap. 73

flux

dren

24/12/2011

37

Efectes de l’obra sobre l’aqüífer

efecte pantalla de l’edifici -> ascens / abatiment del N.F.


Sessió 1 diap. 74

flux

barreraflux

Efectes de l’obra en execució sobre l’aqüífer -> el terreny

rentat de fins per bombament


Sessió 1 diap. 75

rentat de fins per bombament

flux hídric

grans arrossegats

24/12/2011

38

Sinkholes: cas extrem de dissolució + arrossegament de finsprof = 100 m


Sessió 1 diap. 76

Sinkholes domèstics... Prof = 12 m


Sessió 1 diap. 77

24/12/2011

39

Sinkholes... a Bellaterra (v = 350 m3)


Sessió 1 diap. 78

Efectes de l’obra en execució sobre l’aqüífer -> el terreny

sifonament


Sessió 1 diap. 79

sifonament

σ’ = σ - u ; (si C = 0) --> τ = σ’ tg ϕ’ ... si u = σ ... σ’ = 0 --> ?

24/12/2011

40

Sifonament... cas pràctic


Sessió 1 diap. 80


Sessió 1 diap. 81

Danys per efecte de sisme

24/12/2011

41

Danys per efecte de sisme


Sessió 1 diap. 82

-incidència directa sobre el terreny: liqüefacció del sòl i falla general de la superestructura

-Incidència directa sobre l’estructura:

-Cisalla

-Ressonància

-Palmeig

Dany per sisme: liqüifacció del sòl (Nagata)


Sessió 1 diap. 83

24/12/2011

42

Danys per sisme: esquerdes en “creu de Sant Andreu” (Cali)


Sessió 1 diap. 84

Dany per sisme: cisalla a nivell dels forjats (Cali)


Sessió 1 diap. 85

24/12/2011

43

Danys per sisme: ressonància


Sessió 1 diap. 86

Danys per sisme: “palmeig” (Ciutat de Mèxic)


Sessió 1 diap. 87

24/12/2011

44


Sessió 1 diap. 88

RESUM DEL DIA

PROCESSOS I AGENTS QUE RELACIONEN EL TERRENY AMB L’EDIFICI I QUE SÓN SUSCEPTIBLES DE DESENVOLUPAR DANYS / PATOLOGIES:QUE SÓN SUSCEPTIBLES DE DESENVOLUPAR DANYS / PATOLOGIES:

- PÈRDUA DE CONFINAMENT LATERAL- SOBRECÀRREGA- CANVIS EN EL GRADIENT HIDRÀULIC- CANVIS D’HUMITAT

EFECTES DE LES ACCIONS QUE PODEN CONDUIR A DANYS / PATOLOGIES

- FALLA GENERALITZADA- ASSENTAMENT- AFECCIONS PER O SOBRE L’AQÜÍFER- INFLAMENT / COL·LAPSE- SISME


Sessió 1 diap. 89

moltes gràcies per la vostra atenció

Documents

Patologies CAATB Sessió 1 v2011 01