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Introducción a la ingeniería geotécnica

(84.07) Mecánica de Suelos y Geología

Alejo O. Sfriso: asfriso@fi.uba.ar

Índice

• Contenido y organización de laasignatura Mecánica de Suelos y Geología

• Mecánica de suelos y rocas

• Ingeniería geotécnica

• Repaso de conceptos previos

• El suelo es un medio poroso

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Cuerpo docente

Profesor: Dr. Alejo O. Sfriso asfriso@fi.uba.ar

Proyectos investigación, Tesis de grado:Dr. Diego Manzanal

Cuerpo docente

• Ing. Mauro Codevilla

• Ing. Jorge G. Laiún

• Ing. Osvaldo Ledesma

• Ing. Ernesto Strina

• Ing. Ezequiel Zielonka

Colaboradores externos

• Ing. Mauro Sottile

• Dr. Nicolás Labanda

• Ing. William Gibson

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Programa y calendario

Busquen en www.fi.uba.ar/materias/6408

– El programa de la asignatura

– El calendario de clases

– El calendario de evaluaciones

– Material de clases y de consulta

Horarios de clase

– Las clases son teórico-prácticas, Ma y Vi 1500/1900

– Se toma lista: el alumno queda libre en la 8va falta

Lista obligatoria:

http://listas.fi.uba.ar/mailman/listinfo/mecanica_de_suelos

mecanica_de_suelos@listas.fi.uba.ar

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Evaluaciones

Cuatro módulos (M1 a M4) mas coloquio integrador

• Semana 4: Evaluación M1

• Semana 8: Evaluación M2 y Recuperación M1

• Semana 12: Evaluación M3 y Recuperación M2

• Semana 16: Evaluación M4 y Recuperación M3

• Semana 17 y 18: Recuperación M1 a M4 (hasta dos módulos por día)

Coloquio integrador

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Modalidad de evaluación

Módulos

• Evaluaciones escritas, a libro cerrado y duran dos horas

• Cada examen puede repetirse hasta dos veces

• Los exámenes son públicos y quedan en la cátedra

Coloquio integrador

• Evaluación oral o escrita, a libro cerrado, dura 30 minutos

• El coloquio puede repetirse hasta dos veces

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Calificación final

Deben aprobarse todas las instancias de evaluación

La calificación final es

Nota = (M1 + M2 + M3 + M4) / 4 +/- 2

El alumno interesado en mejorar su nota puede solicitar que se le tome un examen extendido

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Desconocimientos descalificatorios

En cualquier instancia de evaluación, el desconocimiento de cualquiera de estos temas significa el fin del examen

• Clasificación de suelos: límites de Atterberg; granulometría; clasificación SUCS.

• Propiedades índice: humedad; relación de vacíos; densidad relativa, pesos unitarios.

• Caracterización de rocas: roca intacta; macizo rocoso; diaclasas y fallas; RQD.

• Hidráulica: presiones totales, efectivas y de poros; hipótesis y fórmula de ley de Darcy; concepto de red de escurrimiento; gradiente hidráulico crítico; leyes de filtro.

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Desconocimientos descalificatorios

• Compactación de suelos: densidad Proctor y humedad óptima.

• Compresión unidimensional: presión de fluencia (preconsolidación); diferencia entre suelos normalmente consolidados y preconsolidados; cálculo de asentamientos por compresión unidimensional.

• Consolidación unidimensional: fundamentos u uso de la teoría de consolidación 1D; parámetros que se obtienen en el ensayo de consolidación unidimensional.

• Resistencia al corte: criterio de Mohr-Coulomb; definición de ángulo de fricción interna máximo y crítico; de cohesión efectiva; de resistencia al corte no drenada.

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Desconocimientos descalificatorios

• Ensayos de campo: ensayos SPT, CPT y cross-hole, propósito, procedimiento y resultados que se obtienen.

• Elasticidad: fórmula de Boussinesq para carga concentrada; concepto de base rígida y flexible; coeficiente de reacción de la subrasante.

• Equilibrio límite: teorema de límite inferior y superior; ejemplos geotécnicos.

• Empuje de suelos: tensiones de suelos en reposo; empuje activo y pasivo; métodos de Rankine y Coulomb; diferencia entre estructuras de contención rígidas y flexibles; definición de seguridad al deslizamiento y volcamiento.

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Desconocimientos descalificatorios

• Capacidad de carga: fórmulas de Terzaghi y BrinchHansen; resistencia de punta y fuste de pilotes; procedimiento de diseño por capacidad y por asentamientos; crítica al concepto de presión admisible; pilotes hincados y perforados; concepto de grupo de pilotes; fricción negativa.

• Estabilidad de taludes: concepto de métodos de dovelas; coeficientes de seguridad; falla plana y falla en cuña; análisis drenado y no drenado.

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Índice

• Contenido y organización de laasignatura Mecánica de Suelos

• Mecánica de suelos y rocas

• Ingeniería geotécnica

• Repaso de conceptos previos

• El suelo es un medio poroso

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Suelos y rocas

Los suelos son – para los ingenieros – conjuntos de partículas, aire y agua con escasa resistencia mecánica

Un terrón (de suelo) ensucia

Las rocas son – para los ingenieros – materiales geológicos consolidados con importante resistencia mecánica

Una piedra (de roca) lastima

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Mecánica de suelos y rocas

La Mecánica de Suelos/Rocas es una ciencia aplicada que estudia el comportamiento mecánico e hidraúlico de suelos y rocas

El comportamiento del terrenoes el resultado de la interacción – a veces muy compleja –entre sus diferentes elementosconstituyentes

La ciencia nació en 1934 (K. Terzaghi)

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Suelos de grano gruesoIn

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(FHWA 2006 Soils and Foundations)15

Suelos de grano fino (Pampeano)In

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(Ledesma et al 2014 tesis doct)16

Macizos rocososIn

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(Aliviadero Caracoles 2007)17

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La Mecánica de Suelos y Rocas es parte de la Mecánica del Sólido

(Torre de Pisa 2005)18

Partículas sólidas en contacto+Deformaciones reversibles (elásticas)+Deformaciones permanentes (plásticas)+Deformaciones diferidas (viscosas)=Los suelos y rocas son sólidos friccionales-elasto-visco-plásticos

Se estudian los fundamentos y las aplicaciones

Parte I: Propiedades físicas, mecánicas, hidráulicas

Parte II: Diseño ingenieril

Ejemplo: Este es un ensayo de laboratorio de un suelo expansivo

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(Sfriso - Ensayos en bentonita - Curso Mecánica de Fractura Alvaredo 1998)19

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Se estudian los fundamentos y las aplicaciones

(US Army – TM 5-808-7 C1 Foundations on expansive soils)

Ejemplo: Esta es la consecuencia práctica

http://www.nrcs.usda.gov/wps/portal/nrcs/detail/nc/soils/?cid=nrcs142p2_054256

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Karl Terzaghi (1883-1963)In

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Libros fundamentales(y fundadores)

• Erdbaumechanik (1925)

• Mecánica Teóricade los Suelos (1934)

• Mecánica de Suelosen la Ingeniería Práctica(1948, 1963, 1996)

(http://www.igb.tuwien.ac.at/uploads/pics/terzaghi_marke_01.jpg)

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Índice

• Contenido y organización deMecánica de Suelos

• Mecánica de suelos y rocas

• Ingeniería geotécnica

• Repaso de conceptos previos

• El suelo es un medio porosoIntr

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Estabilidad de taludes naturales

(http://www.reviewcivilpe.com/pressfolder/wp-content/uploads/Taiwan-Landslide.jpg)

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Asentamiento de construcciones

(http://www.treklens.com/gallery/North_America/photo136834.htm) (Torre de Pisa 2005)

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Suelos colapsables

(Presentación Redolfi 2009)25

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Fundacionesen suelosblandos

(http://archiseek.com/gifs/winnipeg_grainsilos.jpg)26

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Túneles

(Sfriso – Primer túnel Subte con NATM – 1998)27

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Presas

(http://www.technoproject.com.mx/images/thumb_01%20Foto%20Portada.JPG)

(Sfriso – Los Caracoles – 2008)28

Efecto del agua sobre el terrenoIn

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(Sfriso – Los Caracoles –2008)29

Rajos minerosIn

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(Sfriso – Bajo La Alumbrera – 2014)30

Excavaciones a cielo abiertoIn

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(Sfriso y Terratest – Edificio Territoria - 2009)31

Índice

• Contenido y organización…

• Mecánica de suelos y rocas

• Ingeniería geotécnica

• Repaso de conceptos previos

– Tensión vs resistencia

– El criterio de Mohr-Coulomb

– Principio de Arquímedes

• El suelo es un medio poroso

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Tensión vs resistencia

Tensión vs resistencia (pizarrón)

Un bloque de 10 kg está apoyado en un plano horizontal. La interfaz tiene un coef. de fricción 0.3. ¿Cuanto es la tensión de corte? ¿Y la resistencia?

Estabilidad de un bloque rígido sobre un plano inclinado (pizarrón)

El plano se inclina 15º

¿Cuanto es la tensión de corte? ¿Y la resistencia?

¿Cual es el coeficiente de seguridad?

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Círculo de Mohr

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El criterio de Mohr-Coulomb para superficies en contacto

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El criterio de Mohr-Coulomb para superficies en contacto

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El criterio de Mohr-Coulomb y el ángulo de fricción interna

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� = � � � Coeficiente de fricción

Ángulo de fricción interna

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El criterio de Mohr-Coulomb en tensiones principales

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El criterio de Mohr-Coulomb en tensiones principales

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El criterio de Mohr-Coulomb en tensiones principales

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El criterio de Mohr-Coulomb en tensiones principales

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El criterio de Mohr-Coulomb en tensiones principales

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Principio de Arquímedes

Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja

La aplicación de este principioa los suelos dio origen a la Mecánica de Suelos

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(Michael Malak, Wikipedia)44

Índice

• Contenido y organización…

• Mecánica de suelos y rocas

• Ingeniería geotécnica

• Repaso de conceptos previos

• El suelo es un medio poroso

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Definición de medio poroso

Un medio poroso es un sólido con poros

Los poros pueden estar interconectados o aislados

Ejemplos de medios porosos

• Suelos, rocas y hormigones

• Maderas, plantas, huesos

• Polvos industriales, papel, esponjas

• Granos, alimentos

• Nosotros

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Fases de un medio poroso

En un medio poroso siempre hay dos fases

• Sólida: partículas de suelo y hielo

• Fluida: agua, aire, CO2, hidrocarburos

A escala macroscópica, en un medio poroso hay dos o mas materiales que comparten un mismo espacioIn

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Bibliografía básica del curso

Ingeniería Geológica

• Waltham. Foundations on Engineering geology. Spon

Mecánica de Suelos

• Jimenez Salas y otros. Geotecnia y Cimientos. Rueda

• Powrie. Soil Mechanics. 3 Ed. Spon Press

• Olivella, S. Problemas resueltos. Geotecnia. Mecánica de Suelos. UPC, 2003.

Mecánica de Rocas

• Goodman. Rock Mechanics. Wiley

Ingeniería Geotécnica

• USACE y FHWA. Serie de manuales de diseño

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Bibliografía complementaria

Ingeniería Geológica

• Bell. Engineering Geology. Elsevier

• Blyth. A Geology for Engineers. Elsevier

• Goodman. Engineering Geology. Wiley

• Price. Engineering Geology. Springer

Mecánica de Suelos

• Fredlund. Soil Mechanics for Unsaturated Soils. Wiley

• Mitchell. Fundamentals of Soil Behavior. 3ª Ed. Wiley

• Terzaghi, Peck y Mesri. Soil Mechanics in EngineeringPractice. 2ª Ed. El Ateneo (español); 3ª Ed. Wiley (inglés)

• Wood. Soil Behavior and Critical State Soil Mechanics. Cambridge Univ Press

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Bibliografía complementaria

Mecánica de Rocas

• Brady. Rock Mech for Undeground Mining. Springer

• Hudson. Engineering Rock Mechanics. Pergamon

• Mogi. Experimental rock mechanics. Balkema

• Pariesau. Design Analysis in Rock Mech. Balkema

Ingeniería Geotécnica

• Dunnicliff. Geotechnical Instrumentation for Monitoring Field Performance. Wiley

• Kramer. Geotechnical Earthquake Engineering. Prentice-Hall

• Poulos. Pile Foundations Analysis and Design. Rainbow Bridge Press

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