COLUMNAS DE GRAVA Y VIBROCOMPACTACIÓN TÉCNICA PARA MEJORAMIENTO DE SUELOS Y MITIGACIÓN DE LICUACIÓN DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ CON LA FINALIDAD DE EXPONER EL DISEÑO Y EJECUCION DE COLUMNAS DE GRAVA, SE TOMARÁ COMO REFERENCIA LOS TRABAJOS EJECUTADOS EN EL PROYECTO “MODERNIZACIÓN REFINERÍA TALARA UNIDADES AUXILIARES Y TRABAJOS COMPLEMENTARIOS “ FUENTE: GEOFUNDACIONES DEL PERU SAC. Los trabajos fueron ejecutados durante los meses de Enero a Julio del 2019 La Refinería de Talara está ubicada en la costa noroeste de Perú, al lado de la ciudad de Talara, en la provincia de Piura. Está limitada al norte por la bahía y el puerto de Talara; al sur limita con el área residencial de Punta Arenas, al este limita con el núcleo urbano de Talara y al oeste con el Océano Pacífico. El sitio está localizado en el centro-norte de la refinería. La planta general presenta 3 zonas: • Planta de Hidrógeno (PHP): pórtico principal para la sección convectiva, precalentador y equipos complementarios; • Planta de Nitrógeno (NIS): turbinas, filtros, compresores y otros equipos • Subestación (SE5): edificio de dos plantas de 15 m x 70 m en planta. • El nivel de plataforma terminada es +104.9m . DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ MUELLE DE CARGA LÍQUIDA PROBLEMÁTICA El perfil de terreno mostraba 13 m de suelos licuables que requerían tratamiento y la existencia de arcillas blandas inferiores que limitaban la presión de trabajo de las fundaciones superficiales e indirectas. Sin embargo, hay sectores en los que hay estratos gruesos de arenas densas a muy densas que no pueden ser atravesados por vibradores u otros equipos para mejoramiento de estratos profundos. DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ El fenómeno de Licuación La licuación es el fenómeno de pérdida súbita de rigidez y resistencia a corte del suelo sometido a una carga cíclica no drenada. Se caracteriza la respuesta del suelo a un terremoto mediante la relación de tensiones cíclicas 𝐶𝑆𝑅 (Cyclic Stress Ratio). La licuación se inicia si durante el sismo el 𝐶𝑆𝑅 excede un valor umbral, denominado relación de resistencia cíclica 𝐶𝑅𝑅 (cyclic resistance ratio) DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ ANTECEDENTES A LA EJECUCION DE COLUMNAS DE GRAVA ANTES DE EJECUTAR LAS COLUMNAS DE GRAVA, ES NECESARIO TENER CONOCIMIENTO DE L AS CARACTERÍSTICAS GEOTÉCNICAS DEL ÁREA DE ESTUDIO. DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ EXPLORACION GEOTÉCNICA DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ Realización de ensayo SPT: ZONA PHP-P1 Realización de ensayo SPT: ZONA SE5-P1 DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ Realización de ensayo SPT: ZONA NIS-P1 DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ Realización de Excavación Manual:PHP-CA1 DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ Realización de Excavación Manual:SE5-CA1 DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ Realización de Ensayo Cono Peck: PHP-CP1 Y CP2 DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ Interpretación geotécnica Nivel freático El nivel freático se estabilizó en los diferentes sondajes entre cotas +101.60 y +100.05. El nivel de plataforma terminada es: PHP: +104.90 NIS: +104.90 SE5: +104.90 Resultados obtenidos de ensayos DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ por lo que la napa freática quedará a unos tres metros de profundidad una vez completada la plataforma. Parámetros del suelo En PHP se efectuaron cuatro perfiles MASW, en NIS se efectuaron dos, y en SE5 se efectuaron otros dos, con los resultados que se muestran en la Tabla 2-8. Profundidad de contacto entre arenas sueltas (Unidad 2) y densas (Unidad DISEÑO 3). DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ Parámetros del suelo Análisis de licuación PHP-CPT2 vs PHP-P4 PHP-P01 vs NIS-P1 DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO PHP-CPT1 vsUNIPHP-P2 ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ Análisis estructural DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ Ensayos de desgaste en agregados DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ Diseño del pilote CARGA AXIAL y MOMENTO BALANCEADO Pnb (kg) : 286,677 Mnb (kg cm) : 5.31E+06 CAPACIDAD DE CARGA AXIAL MAXIMA Puo (kg) : 458,065 METODO Encontrar Pu y Mu para distintas posiciones del eje neutro cj : j * D /10 6 12 16.2 24 36 42 48 54 60 SOLICITACIONES J a (rad) Acomp. (cm2) xb (cm) Pn (kg) : CTE1 Mn (kg cm) carga de tracción máxima 1 0.59 115.87 27.0 -118640 -142277 782110 2 0.85 318.73 23.9 -37753 -102774 2437982 2.7 1.00 489.76 21.9 30411 -69500 3569285 4 1.25 847.70 18.1 139282 -33650 4861645 Carga axial y momento balanceado 286,677 5.31E+06 6 1.59 1449.71 12.4 329802 34060 5180521 7 1.76 1753.65 9.7 418948 61204 4718512 8 1.94 2047.43 7.1 497574 79897 3974105 9 2.13 2320.95 4.7 567911 94436 3036034 10 2.35 2561.48 2.6 626543 104000 2018244 Carga axial máxima N1 M1 V1 N2 M2 V2 65.00 6.85 6.50 65.00 6.85 6.00 1.55 1.55 1.55 1.55 1.55 1.55 100.75 10.62 10.08 100.75 10.62 9.30 DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ CTE2 144944 881001 1384918 1738969 1510724 1243545 992288 796866 680854 N1 M1 Q1 N2 M2 Q2 f 1.38 1.01 0.83 0.64 0.49 0.46 0.40 0.36 0.34 0.32 650.00 68.50 65.00 650.00 68.50 60.00 f 0.90 0.90 0.83 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 kN/m kN.m/m kN/m kN/m kN.m/m kN/m Pu (ton) -134.074799 -106.78 -33.98 25.12 104.46 215.01 247.35 314.21 373.18 425.93 458.06 458.06 Mu (ton*m) 0 7.04 21.94 29.48 36.46 39.85 38.85 35.39 29.81 22.77 15.14 0 Superficial Intermedios II. DURANTE DE LA ACTIVIDAD 3.1 A Cantidad de columnas a ejecutar I 3.2 A Separación entre columnas I 3.3 A Diámetro de columna de grava I 3.4 P La cota superior e inferior I 3.5 P Profundidad de penetración I 3.6 P Verticalidad I 3.7 P Ubicación de columnas de grava I P Volumen y peso de la grava I 3.9 P Empleo de drenes verticales I 3.10 C Intensidad de corriente P 3.11 C 3.8 3.12 3.Vibrocompactación Consumo energético durante la penetración y compactación Frecuencia del vibrador y fuerza horizontal media C sobre el terreno I I 3.13 C Volumen y presión de fluido I 3.14 C Tiempo de penetración y llenado I 3.15 C Contingencias I DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado por el supervisor S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado por el supervisor S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado por el supervisor S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado por el supervisor S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado por el supervisor S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Con desvíos menores al 5% S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Alejamiento máximo 150mm de la posición indicada en los planos S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado por el supervisor S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado por el supervisor S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado por el supervisor S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001 S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ USB RI 8507 S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado por el supervisor S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado por el supervisor S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001 Cada vez que sea requerido Cada vez que sea requerido Cada vez que sea requerido Cada vez que sea requerido Cada vez que sea requerido Cada vez que sea requerido Cada vez que sea requerido Cada vez que sea requerido Cada vez que sea requerido Cada vez que sea requerido Cada vez que sea requerido Cada vez que sea requerido Cada vez que sea requerido Cada vez que sea requerido Cada vez que sea requerido Conclusiones del análisis de licuación Para el factor de importancia de diseño sísmico asociado a este paquete, los suelos resultan licuables en todo su espesor. Se requiere el tratamiento de densificación mediante vibro sustitución con columnas de grava instaladas por vía húmeda o seca de 20 metros de profundidad. En el Anexo 5 se presentan los cálculos de asentamiento considerando este mejoramiento. En la Figura 3-1 Se presentan los asentamientos antes y después del mejoramiento. DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ Trabajos preliminares de Columnas de Grava Enrase y preparación de la plataforma de trabajo libre de obstáculos y razonablemente nivelada que asegure la transitabilidad de los equipos, la ejecución de los trabajos de vibroreemplazo y el drenaje superficial. Detalle de pilote DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ Control de calidad antes de la ejecución Cobra SCL GyM Subcontratista Actividades de Control Tipo N° RAC Alcance Actividades del Proceso de Construcción Criterio de aceptación. Referencias/Normas Formato de Inspección Muestra / Frecuencia I. ANTES DE LA ACTIVIDAD 1.1 C Porcentaje de material fino E S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001, AASHTO T-27 Informe de laboratorio externo EE.TT / Inicio de obra 1.2 C Gravedad específica E S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001, ASTM C127 Informe de laboratorio externo EE.TT / Inicio de obra 1.3 C Densidad del material sin compactar E S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001, ASTM C29 Informe de laboratorio externo EE.TT / Inicio de obra C Densidad del material compactado E S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001, ASTM C29 Informe de laboratorio externo EE.TT / Inicio de obra 1.5 Clasificación de suelos en todas las muestras de suelos recuperadas (análisis de granulometría por C mallas, análisis con hidrómetros y determinación de límites Atterberg) E Anexo 01-Trial&Works_Method Statement_18087 ESP RA Informe de laboratorio externo EE.TT / Inicio de obra 1.6 C Compacidad inicial del terreno (CPT) E S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001, ASTM D5778 Informe de laboratorio externo EE.TT / cada 2500 m2 2.1 C Ensayos CPT para ajustar los parámetros de diseño E S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001, ASTM D5778 Informe de laboratorio externo EE.TT / Uno antes y dos después C Medición de presiones de poros E S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001, Al menos una presión de poros vertical Informe de laboratorio externo EE.TT / Cada vez que sea requerido 1.4 2.2 1.Ensayos para el material granular 2.Ensayos en el campo de prueba DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ DURANTE LA EJECUCIÓN DE COLUMNAS DE GRAVA PROCEDIMIENTO DE CONSTRUCCIÓN DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ EQUIPOS Perforadora DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ Grúa EQUIPOS Vibrolanza DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ PROCEDIMIENTO Procedimiento de vibroreemplazo El proceso de vibroreemplazo sólo podrá comenzar una vez que haya finalizado la etapa de prueba El procedimiento recomendado es el siguiente: Se introduce el vibrador / columna de vibrado en el terreno hasta alcanzar la profundidad deseada o hasta que se produzca rechazo (la intensidad de corriente, a título de ejemplo ronda los 180-250 A y/o la tasa de penetración es menor a 0.5 m por minuto); (caso vía húmeda) se realizan una o dos operaciones de limpieza del pozo elevando el vibrador hasta la superficie del pozo y bajándolo rápidamente hasta la profundidad máxima; Se mueve el vibrador entre 0.5 y 1.0 metro hacia arriba y hacia abajo descargando el material granular en el interior del pozo y compactándolo hasta alcanzar la intensidad de corriente ajustada in situ previamente en el sector de prueba; l proceso de llenado y compactación se repite hasta alcanzar el nivel de la plataforma de trabajo. Se realizará el mejoramiento como mínimo hasta las profundidades indicadas en los planos y documentos del proyecto y hasta que se alcance el rechazo por presencia de suelos densos. DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ Procedimiento de vibroreemplazo En caso de utilizar el sistema por vía húmeda deberá ajustarse el caudal de agua tal manera que el nivel de agua esté 1.5 metros por encima del nivel freático o en correspondencia con la superficie del pozo para garantizar su estabilidad. Asimismo, deberá ejecutarse un sistema que permita evacuar de la zona de trabajo el material residual saliente del pozo. Este material residual deberá disponerse adecuadamente, garantizando que no filtre. DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ Control de calidad durante la actividad II. DURANTE DE LA ACTIVIDAD 3.1 A Cantidad de columnas a ejecutar I 3.2 A Separación entre columnas I 3.3 A Diámetro de columna de grava I 3.4 P La cota superior e inferior I 3.5 P Profundidad de penetración I 3.6 P Verticalidad I 3.7 P Ubicación de columnas de grava I P Volumen y peso de la grava I 3.9 P Empleo de drenes verticales I 3.10 C Intensidad de corriente P 3.11 C 3.8 3.12 3.Vibrocompactación Consumo energético durante la penetración y compactación Frecuencia del vibrador y fuerza horizontal media C sobre el terreno I I 3.13 C Volumen y presión de fluido I 3.14 C Tiempo de penetración y llenado I 3.15 C Contingencias I DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado por el supervisor S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado por el supervisor S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado por el supervisor S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado por el supervisor S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado por el supervisor S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Con desvíos menores al 5% S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Alejamiento máximo 150mm de la posición indicada en los planos S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado por el supervisor S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado por el supervisor S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado por el supervisor S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001 S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ USB RI 8507 S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado por el supervisor S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/ Aprobado por el supervisor S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001 Cada vez que sea requerido Cada vez que sea requerido Cada vez que sea requerido Cada vez que sea requerido Cada vez que sea requerido Cada vez que sea requerido Cada vez que sea requerido Cada vez que sea requerido Cada vez que sea requerido Cada vez que sea requerido Cada vez que sea requerido Cada vez que sea requerido Cada vez que sea requerido Cada vez que sea requerido Cada vez que sea requerido Control de calidad durante la actividad 1 CPTU antes de la instalación de las columnas de grava y 2 CPTUs después de la instalación de las columnas de grava, de las cuales: o 1 de estas CPTUs en el centroide de los triángulos de la cuadrícula; y o 1 de estas CPTU a una distancia media entre dos columnas de grava adyacentes. En cada área de verificación, los post-CPTU se llevarán a cabo no antes de 14 días después de completar las columnas de grava en dicha área DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ Interpretación de pruebas CPTU El índice normalizado de SBTn se correlacionará con el FC basado en la comparación entre los perfiles de CPTU y las pruebas de laboratorio. Además, la combinación crítica de FC y arcilla, para la cual el suelo no es compactable, se correlacionará con un valor específico del sitio del SBTn (SBTn-CRITICO). Evaluación de asentamientos El cálculo del asentamientos se hará con base en el promedio de los perfiles (𝑞𝑡 ), asumiendo un PGA = 0.47𝑔 y con magnitud = 7.8. DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ POST EJECUCIÓN DE COLUMNAS CONTROL DE CALIDAD DE COLUMNAS DE GRAVA DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ Control de calidad después de la actividad III. DESPUÉS DE LA ACTIVIDAD E S-TAL-GEN-CIV-MRQ-1001/Anexo 01Trial&Works_Method Statement_18087 ESP RA/ Aprobado por el supervisor 4.1 4. Auscultación C Ensayos CPT 5.1 C Filtrado de resultados de la prueba CPTU Anexo 01-Trial&Works_Method Statement_18087 ESP RA C Cálculo de asentamientos Anexo 01-Trial&Works_Method Statement_18087 ESP RA/ menor o igual a 25mm 5.Análisis de resultados 5.2 A P C RAC - Responsable de Actividad de Construcción Almacén del Proyecto Producción Aseguramiento y Control de Calidad DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ I P E Tipo de Actividad de Control Inspección Visual & Mecánica Prueba (sobre el entregable en campo) Ensayo (sobre especimen @ Laboratorio) H W S R Informe de laboratorio externo Alcance de la Inspección Aprobación con presencia obligatoria Aprobación con presencia opcional Punto de Vigilancia Punto de revisión documentaria No menor a dos semanas de haber finalizado el trabajo, cada 1000m2 Si el asentamiento calculado esta es superior a 25 mm, el proceso de evaluación será conducido en un segundo par de CPTUs. En el caso de que la evaluación del segundo par de CPTUs falle, se llevarán a cabo columnas de grava adicionales en el área de verificación prevista para ayudar el ARR a superar el 22%, tal como se describió anteriormente. DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ Sistema de monitoreo de registro de control de calidad DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ CPT ANTES DEL MEJORAMIENTO DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ CPT ANTES DEL MEJORAMIENTO DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ CPT ANTES DEL MEJORAMIENTO DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ SPT ANTES DEL MEJORAMIENTO DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ SPT ANTES DEL MEJORAMIENTO DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ CPT DESPUES DEL MEJORAMIENTO DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ CPT DESPUES DEL MEJORAMIENTO DISEÑO DE CIMENTACIONES ESCUELA DE POSTGRADO UNI ING.CIVIL. ANA JULIA BECERRA HERNÁNDEZ