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 “

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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 “

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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 “

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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 “

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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 “

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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 “

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-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 “

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-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 “

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-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 “

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-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 “

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-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 “

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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 “

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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 “

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

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