PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE VALPARAISOPONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE VALPARAISOESCUELA DE INGENIERIA EN CONSTRUCCIÓNESCUELA DE INGENIERIA EN CONSTRUCCIÓN
GRUPO DE GEOTECNIAGRUPO DE GEOTECNIA
CICLO DE CONFERENCIAS CICLO DE CONFERENCIAS –– GRUPO DE GEOTECNIAGRUPO DE GEOTECNIA
GEOESTADISTICA y VARIABILIDAD ESPACIALGEOESTADISTICA y VARIABILIDAD ESPACIAL
CLAUDE BACCONNETCLAUDE BACCONNETDr.en Génie Civil de l’Université Blaise Pascal
Maitre de Conferences au CUST
Valparaíso, 22 de Abril de 2005
QUE ES EL CUST ?
Instituto de Ingeniería de la UniversidadBlaise Pascal
• se encuentra en Clermont Ferrand, capital de la región de Auvergne
• aproximadamente 200 ingenieros / año
• más de 4000 ingenieros titulados desde 1971
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
DONDE ESTA CLERMONT-FERRAND?
FRANCIA
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
Cadena de volcanes: “Chaîne des PUYS”
Puy de Dôme (1450 m)
Puy de Sancy (1886 m)
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
Puy de Côme
cadena de volcanes: “Chaîne des PUYS”
En invierno
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
CLERMONT –FERRAND
360 000 habitantes40 000 estudiantes
2 universidadesMás de 2 000
investigadores
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
Ciudad histórica
Plaza de Jaude
Catedral
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
CINCO DEPARTAMENTOS
en IngenieríaBioquímicaCivil
Eléctrica
Matemática y Modelación
Física
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
DEPARTAMENTO
De Ingeniería CivilLaboratorio de investigaciones LGC/CUST
Grupo de estructurasGrupo de geotecnia
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
Equipo de geotecnia: 4 profesores investigadores.
COMPETENCIAS : desde la micromecánica de los medios granulares hasta la caracterización de los suelos, la comprensión de su comportamiento, el diagnóstico de su estado.
TEMAS :-Caracterización de los suelos superficiales (algunos metros de profundidad)-Comportamiento de los suelos reforzados.
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
-Desarrollo de herramientas de caracterización y de reconocimiento in situ.
Caracterización de suelos superficiales:
Penetrómetroliviano Panda
Permeámetroliviano
Geoendoscopía
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
-Desarrollo de métodos de estudios de reconocimiento de obras en servicio.
Caracterización de suelos superficiales:
Caracterización y control de terraplenes, estudio
de licuefacción y diagnóstico de diques
Estudio de la escarificación de
suelos.
Análisis de obras en interacción con el suelo
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
-Desarrollo de herramientas de análisis de datos y de modelación aleatoria
Caracterización de suelos superficiales:
Base de datos del suelo
Complemento de ensayos, geoestadística
Simulación de campos aleatorios
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
-Modelación y estudio del comportamiento de los suelos por back análisis (con L Bodé y Ph Bressolette)
Caracterización de suelos superficiales :
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 1 2 3 4 5 6 7
Enfoncement (mm)
Pres
sion
(MPa
)
expérienceEF
Pointe
Arrondi
Pression q
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
-Estudios y aplicaciones concretas
-Estudio de la licuefacción de diques (Sol Solution, EDF, CNR, PUCV Chile, China…)-Previsión del riesgo de avalanchas (La Plagne…)-Caracterización física de los suelos agrícolas (Cemagref, Ademe…)-Estudio de la escarificación (DGA, Cemagref…)-Interacción suelo estructura (Sol Solution, RATP…)-Estudio del estado del balasto (Sol Solution, SNCF…)-Diagnóstico de plataforma (Sol Solution, SNCF…)-Caracterización de filtros de estaciones de depuración (Cemagref…)-Arqueología urbana-…
Caracterización de suelos superficiales:
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
-desarrollo de un proceso de reforzamiento del suelo mediante geosintéticos.
Técnicas alternativas para las obras :Muro de sostenimiento de geotextil
Intereses:
Estructura flexible (permite grandes deformaciones)
Económica (material liviano para su puesta en obra,
utilización de los materiales del sitio)
Paremento a elgir
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
Geoestadística y variabilidad espacial
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
Variabilidad espacial
Medio continuo ? Homogéneo ? Medio continuo ? Homogéneo ?
Qué valor de E, C’, Qué valor de E, C’, φφ’’, , ……
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
0,1 1 10 100
Resistance de pointe (MPa)
Prof
onde
ur (m
)
Efecto de una capa débil en el cálculo de estabilidad
Homogéneos Homogéneos F=1F=1.6.6
Heterogéneos Heterogéneos F=0F=0.9.9
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
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Estado de las investigaciones universitarias
• Dos direcciones de investigación– Mejoramiento de los modelos mecánicos para
suelo homogéneo y continuo• Ensayos de laboratorio sobre muestras de suelo
típico– Integración de la variabilidad espacial con un
modelo mecánico simple• Ensayos in situ, numerosos, asociados a un
acercamiento micro-mecánico
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
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El suelo : un medio granular particular
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
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3 familias de parámetros :• Naturaleza (Grano)
• Interacción (entre 2 granos, con fluidos)
• Ensamblaje (entre distintos granos)
Micro-mecánica de los medios granulares
• Caracterización del comportamiento mecánico del material a partir de la descripción de su micro-estructura [Jenkins] [Cambou] …
Comportamiento mecánico de un medio
granular
Naturaleza + Naturaleza + InteraccInteracciónn + Ensamblaje = Mecánica+ Ensamblaje = Mecánica
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
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La variabilidad espacial afecta cada tipo de parámetrosLa variabilidad espacial afecta cada tipo de parámetros
Características de la variabilidad
• Variabilidad de los materiales• Variabilidad de humedad• Variabilidad de densidad• Diferentes orígenes• Diferentes escalas
• Modelación de la variabilidad experimental– Ejemplo : Qd = f(x,y,z,t) imposible– Qd = f(ε) como una variable aleatoria– Qd = f(x,y,z,t,ε) como una función aleatoria
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
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Primer ejemplo de aplicación
ObjetivoObjetivo :: verificar la estructura verificar la estructura mecánica de la zanja y control de mecánica de la zanja y control de
compactacióncompactación
Lugar : Lugar : Zanja que contiene Zanja que contiene unun colectorcolector de de aguas lluviasaguas lluvias de de LapardieuLapardieu ((ClermontClermont--
FerrandFerrand, , FranceFrance))
Validación :Validación : comparación de comparación de los resultados con la los resultados con la
observación visual durante la observación visual durante la abertura de la zanjaabertura de la zanja
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
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Condiciones de ensayos
Ensayos PANDA punta 2cm²Ensayos PANDA punta 2cm²
Distancia entre ensayos : 8mDistancia entre ensayos : 8m
8 m8 m
Instalación de los ensayos : Instalación de los ensayos : 9 ensayos 9 ensayos enen 64 64 m de longitudm de longitud
64 m64 m
Ensayos Ensayos de penetracide penetracióónn
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
Estratigrafía a partir de los penetrogramas
0
0,5
1
1 ,5
2
2 ,5
3
3 ,5
0,1 1 1 0 1 00
0
0,5
1
1 ,5
2
2 ,5
3
3 ,5
1 1 0 1 00
0
0,5
1
1 ,5
2
2 ,5
3
3 ,5
0,1 1 1 0 1 00
0
0,5
1
1 ,5
2
2 ,5
3
3 ,5
0,1 1 1 0 1 00
0
0,5
1
1 ,5
2
2 ,5
3
3 ,5
0,1 1 1 0 1 00
0
0,5
1
1 ,5
2
2 ,5
3
3 ,5
1 1 0 1
0
0,5
1
1 ,5
2
2 ,5
3
3 ,5
0,1 1 1 0 1 00
0
0,5
1
1 ,5
2
2 ,5
3
3 ,5
1 1 0 1 00
0
0,5
1
1 ,5
2
2 ,5
3
3 ,5
1 1 0 1 00
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
Comparación con la observación
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0 8 16 24 32 40 48 56 64
p g ( )
prof
onde
ur (m
)
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0 8 16 24 32 40 48 56 64
prof
onde
ur (m
)“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
Enlace con la calibración
buena calidad de compactación calidad de compactación suficiente compactación
insuficiente
Conocimiento de un suelo in situConocimiento de un suelo in situ
Utilización de relaciones Utilización de relaciones γγdd / / qqdd
Control de laControl de la
compactacióncompactación
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
Estimación de la variabilidad
Proporciona una herramienta de ayuda al análisis de los Proporciona una herramienta de ayuda al análisis de los penetrogramaspenetrogramas
Encuentra las estructuras del suelo establecidoEncuentra las estructuras del suelo establecido
Permite el control de compactación y pone en evidencia los Permite el control de compactación y pone en evidencia los defectosdefectos
ElEl método propuesto es simple:método propuesto es simple:
La La geoestadgeoestadíísticastica permite describir de forma permite describir de forma mmááss completa la variabilidadcompleta la variabilidad
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
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2ndo ejemplo
Meseta de Meseta de loessloess
en Chinaen China
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
Campaña de reconocimientogeoestadístico
estudio horizontal estudio vertical 30 Points
N
30 points
3 m
3 m
test 11test 10
test 9test 8
test 7
test 6
test 5
test 4
test 3
test 2
0
10
20
30
40
50
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Horizontal distance (m)
Vert
ical
dis
tanc
e (m
)
test 1
test 12
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
penetrograma típico“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
Mapa de interpolación de qd“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
Tercer ejemplo :
estudio de licuación
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
Resultados de licuefacciónFactor de seguridad
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
Resultados de licuefacciónResistencia al corte residual
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
x
z
y
100 m
40 m
CuartoCuarto ejemploejemploRiesgoRiesgo
de avalanchas de avalanchas
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
z
y
Altitude en mAbscisse en m
500 kPa
5 kPadatYdatZ, datC,( )
z
y
x
Cartografía de la Resistencia de punta
buena continuidad de capas
x
z
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
Histogramme de F
F
fréq
uenc
e
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50
20
40
60
80Histogramme de F
F
fréq
uenc
e
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50
20
40
60
80
CCáálculolculo de de estabilidadestabilidad
300 300 SimulacionesSimulaciones
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A
Conclusión
• Variabilidad espacial importante• Se necesita una gran cantidad de ensayos
de campo• Mejor descripción de la realidad• Posibilidad de simulación de parámetros
geotécnicos con geoestadística• Integración de los parámetros en los
cálculos
“ E X P E R I E N C I A S D E L G R U P O D E G E O T E C N I A E N E L E X T R A N J E R O “
I I E N C U E N T R O D E E S T U D I A N T E S D E I N G E N I E R I A G E O T E C N I C A