0 Facultad de Ciencias Geológicas Universidad Complutense de Madrid MÁSTER UNIVERSITARIO EN INGENIERÍA GEOLÓGICA Curso 2021-2022 APLICACIÓN DE LA SÍSMICA MASW PARA IDENTIFICAR EL ORIGEN DE UNAS PATOLOGÍAS EN UNA CONSTRUCCIÓN Y PODER DETERMINAR LAS MEDIDAS CORRECTORAS APPLICATION OF THE MASW SEISMIC TO IDENTIFY THE ORIGIN OF PATHOLOGIES IN A CONSTRUCTION AND TO BE ABLE TO DETERMINE THE CORRECTIVE MEASURES MIKEL RUIZ DOISTUA (autor/a) TUTOR/ES: ENRIQUE ARACIL AVILA Fdo.: Fdo.: Facultad de Ciencias Geológicas Universidad Complutense de Madrid DECLARACIÓN DE NO PLAGIO D. Mikel Ruiz Doistua con NIF 79179977Q, estudiante del Máster en Ingeniería Geológica en la Facultad de Ciencias Geológicas de la Universidad Complutense de Madrid en el curso 2021-2022, como autor/a del trabajo de fin de máster titulado Aplicación de la sísmica MASW para identificar el origen de unas patologías en una construcción y poder determinar las medidas correctoras y presentado para la obtención del título correspondiente, cuyo/s tutor/es son: Enrique Aracil Ávila. DECLARO QUE: El trabajo de fin de máster que presento está elaborado por mí y es original. No copio, ni utilizo ideas, formulaciones, citas integrales e ilustraciones de cualquier obra, artículo, memoria, o documento (en versión impresa o electrónica), sin mencionar de forma clara y estricta su origen, tanto en el cuerpo del texto como en las referencias bibliográficas. Así mismo declaro que los datos son veraces y que no he hecho uso de información no autorizada de cualquier fuente escrita de otra persona o de cualquier otra fuente. De igual manera, soy plenamente consciente de que el hecho de no respetar estos extremos es objeto de sanciones universitarias y/o de otro orden. En Madrid, a 25 de Julio de 2022 Fdo.: I RESUMEN En zonas de rellenos, el empuje de los materiales puede generar cuantiosos daños materiales debido a los efectos que estos pueden generar sobre las estructuras a las que afecta. Por esta razón el estudio de los empujes de los rellenos es fundamental, sobre todo para tener en cuenta los daños geotécnicos que estos pueden generar en las estructuras. Sin embargo, en muchas ocasiones, las propiedades del relleno son conocidas, y es por eso que se le da menor importancia al estudio de los empujes, haciendo las estructuras posteriormente construidas más vulnerables. Así pues, esto puede llegar a generar daños geotécnicos, y en los casos más extremos, la pérdida de vidas humanas. Por lo tanto, la importancia que tiene el estudio geotécnico de empujes sobre rellenos se ha seleccionado como tema del presente Trabajo de Fin de Máster. Este trabajo analiza el subsuelo, centrándose en determinar las características de la unidad de relleno, de la unidad de reoca y del contacto entre ambas unidades en el frontón del municipio de Ereño, donde se ha utilizado el método sísmico tipo MASW para obtener un conocimiento importante de los materiales en profundidad. Estos materiales son rellenos de características geotécnicas conocidas, por lo tanto, el cálculo de los empujes se facilita. Una vez obtenidos los resultados, tanto de los perfiles de sísmica MASW como los resultados de los cálculos, se han planteado soluciones posibles a la problemática de empujes sobre el muro, empleando un supuesto tacón o bulones. II II ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................2 2. ENCUADRE GEOGRÁFICO ...........................................................................................3 3. ENCUADRE GEOLÓGICO ..............................................................................................5 4. METODOLOGIA..............................................................................................................8 5. PLANTEAMIENTO DE CAMPAÑA ................................................................................13 6. ANÁLISIS Y RESULTADOS ..........................................................................................15 7. CÁLCULO APROXIMADO DE EMPUJES ....................................................................24 8. SOLUCIONES EMPLEADAS AL PROBLEMA ..............................................................32 9. CONCLUSIONES..........................................................................................................34 10. ANEXOS....................................................................................................................36 11. BIBLIOGRAFÍA ..........................................................................................................38 1 1. INTRODUCCIÓN El Trabajo Fin de Máster que se presenta en esta memoria consiste en proyectar e interpretar los datos obtenidos en una campaña de prospección geofísica realizada en la zona de estudio, con esos datos de investigación indirecta del terreno, tratar de determinar las características del terreno e identificar el contacto entre el suelo y el macizo rocoso en profundidad y, con todo ello, determinar la naturaleza de las patologías observadas en la zona de estudio. La prospección geofísica se utiliza para tratar de determinar y estudiar las propiedades físicas del terreno e intuir las distintas características que este puede presentar en profundidad (Alvarado, 1959). En este trabajo se han aplicado métodos de prospección sísmica para determinar la estructuración que tiene el subsuelo lo que, combinado con otros ensayos de campo como sondeos, permitirá obtener una información mucho más completa y fiable (Ramírez Cárdenas, 2021). La técnica geofísica utilizada ha sido el método sísmico de ondas superficiales (símica MASW, Multichannel Analysis of Surface Waves), que se basa en el estudio de ondas superficiales a través de una serie de geófonos desplegados a una separación determinada, para tratar de determinar la estratigrafía del subsuelo basándose en el cambio de propiedades dinámicas que conforman dicho suelo (Ramírez Cárdenas, 2021). Cada uno de los geófonos medirá la velocidad de las ondas superficiales que, por transformación a ondas S, permitirá conocer las características geotécnicas en base a su relación directa con las características de los materiales. Las patologías se han observado en los pilares que sostienen el frontón del pueblo. El sostenimiento de la estructura se basa en una serie de pilares, de los cuales algunos presentan un desplazamiento que puede llegar a dañar tanto la estructura como la plaza del pueblo, situada en la parte superior del frontón. Por lo tanto, a través del Método de Análisis Multicanal de Ondas Superficiales (MASW) se pretende estudiar, caracterizar y cuantificar el problema para, posteriormente, abordar mejor el planteamiento de la solución. 2 2. ENCUADRE GEOGRÁFICO La zona donde se ha realizado la campaña geofísica se sitúa en el litoral vizcaíno, exactamente en la Biosfera de Urdaibai. La Biosfera de Urdabai está situada en la zona norte de la península ibérica y en la región mejor conocida como Busturialdea (figura 1). La zona delimitada como Biosfera de Urdaibai está formada por pequeñas montañas que forman una topografía de un desnivel considerable, generándose valles de fino relieve. Figura 1: localización geográfica de la Biosfera de Urdaibai y la localización exacta de la zona de estudio (Ereño) (obtenido de Egia Albizuri, 2014) La localidad de Ereño (43º21´20´´N, 2º37´24´´W) se sitúa en la margen derecha del estuario de Urdaibai, al este. Se trata de un pequeño pueblo de alrededor de 300 habitantes, donde se encuentran las canteras de las que se obtienen calizas rojas urgonianas conocidas como “Rojo Ereño” (LIG 15) (figura 2). 3 Figrua 2: la foto de la izquierda representa el corte de la Cantera de Atzarraga y la foto de la derecha representa una muestra de la caliza de “Rojo Ereño” (LIG 15) Para terminar, cabe destacar que la campaña se ha realizado sobre la plaza del pueblo, situada encima del frontón objeto de estudio. 4 3. ENCUADRE GEOLÓGICO La zona de estudio se sitúa dentro de la cuenca Vasco-Cantábrica (CVC), al norte de la península ibérica. Es, en realidad, la prolongación occidental de los Pirineos (Cuevas et al,. 1999), formando la zona de pliegues y cabalgamientos de este. Debido a la fase de extensión relacionada con la apertura del Golfo de Bizkaia, desarrollada entre el Jurásico Superior y el Cretácico Inferior (Rat, 1988), se produce una sedimentación de materiales Mesozoicos y Cenozoicos que, posteriormente en la Orogenia Pirenaica, son deformados (Rat, 1988). Desde el punto de vista estructural, en la Orogenia Alpina se desarrollan los conjuntos estructurales generales que, a su vez, son los que delimitan la cuenca tanto por la zona norte y sur como por el este y el oeste. La cuenca está delimitada en el este por la Falla de Pamplona, en el oeste por el Macizo Asturiano, mientras que por el norte y el sur está delimitada por dos cabalgamientos de vergencia opuesta: En el sur, por los cabalgamientos de la Sierra de Cantabria y, en el norte, por la Falla Norpirenaica, quedando al norte de esta falla la cuenca de Aquitania (Figura 3) (Cuevas et al,. 1999) Figura 3: Esquema de la cuenca Vasco-Cantábrica donde se muestran los límites geológicos y la localización geográfica de esta (Figura de Cuevas et al,. 1999) La tectónica que ha afecta a la cuenca Vasco-Cantábrica es intensa, donde evoluciona desde una fase de tectónica extensiva a una fase orogénica, lo que causa un proceso de inversión tectónica. Aun así, como bien indican algunos estudios anteriores (Rodríguez et al., 2008), la cuenca es un claro ejemplo de una tectónica de inversión geométricamente complicada, atribuida a la formación de pequeñas cuencas de tipo pull-apart, al desencadenamiento del desarrollo de un diapirismo local y al efecto producido por la tectónica regional (Rodríguez et al., 2008). Esta etapa de extensión 5 comienza en el Triásico, junto a la apertura del Atlántico, proceso que controla la apertura de la cuenca y explica la diferencia de potencia en los materiales Triásicos (Curnelle, 1983, cita tomada de Rat, 1988). A su vez, la apertura del Golfo de Bizkaia controla la sedimentación del Jurásico y del Cretácico Inferior, con lo que se explica la diferencia de potencia de los materiales de la época en la cuenca (Rat, 1988). Esta fase de extensión sigue adelante. La corteza continental está hiperextendida, pero es en el Cretácico Superior cuando esta se fractura, aunque no lo suficiente para la rotura de la litosfera y la creación de corteza oceánica (Rat, 1988). La cuenca Vasco-Cantábrica está dividida en dos dominios de características totalmente distintas, tanto en potencia y litología de materiales como en el desarrollo estructural (Rat, 1988). El Bloque Alavés se sitúa al sur, donde aparecen depósitos de materiales continentales y no se aprecian grandes cambios en la potencia en ellos. A su vez, en el Arco Vasco, situado al norte, los materiales del Cretácico Superior y del Terciario muestran grandes cambios en su potencia, siendo estos materiales depositados en gran profundidad (Rat, 1988). Figura 4: Mapa geológico de la cuenca Vasco-Cantábrica donde se muestran los nombres de los conjuntos estructurales generales de la cuenca (Tomada de Abalos, 2016) La cuenca Vasco-Cantábrica está formada por cuatro conjuntos estructurales generales, los cuales pertenecen al Arco Vasco. El anticlinorio del N de Bizkaia, el Sinclinorio de Bizkaia, donde en su flanco norte se sitúa la zona de estudio (Figura 4), el Anticlinorio de Bilbao y el Monoclinal de Gipuzkoa (Cuevas et al.,1999). Estas estructuras muestran orientaciones de N120ºE en el sector occidental y N60ºE en el sector oriental (Monoclinal de Gipuzkoa) (Rodríguez et al., 2008). 6 En el entorno de Ereño, perteneciente al Anticlinorio de Bizkaia, destacan materiales Cretácicos sedimentados en un ambiente marino somero tropical (subtropical) con gran proliferación de plataformas carbonatas de carácter somero separados por surcos colmatados por materiales de naturaleza siliciclástica (Mollá, 2018). Estas calizas Urgonianas completan las calizas de Markina (Agirrezabala 1996:429). El anticlinorio de Bizkaia ha sufrido procesos tectónicos intensos, que generalmente se relacionan con la Orogenia Hercinica (Devónico - Carbonífero) y con la Orogenia Alpina (Cenozoico) y es por ello que muchas de las unidades pertenecientes a este sector de la cuenca se ven falladas, invertidas o en posición subvertical (Damas- Mollá et al., 2011). 7 4. METODOLOGIA La determinación de la velocidad de ondas a través de los métodos sísmicos es un parámetro fundamental para conocer la dinámica y características del terreno, así como las condiciones elásticas que este puede presentar (Ali Murillo, 2016). Estos parámetros se pueden determinar a través de prospecciones sísmicas basadas en una fuente de energía pasiva (ruido ambiental) o activa (fuente de energía generada a través de métodos dinámicos como el golpeo) (Pérez Cuevas, 2015). Entre estos métodos extendidos en los últimos tiempos, el método de análisis multicanal de ondas superficiales (MASW) ha sido uno de los más resolutivos. El Método de Análisis Multicanal de Hondas Superficiales (MASW) es un método sísmico de hondas superficiales generadas por una fuente de energía con frecuencia entre 2 y 30 Hz (Pérez Cuevas, 2015) que permite medir y determinar la distribución de las ondas de corte (velocidad de ondas de corte o de cizalla) (Gonzales, 2017) y así obtener medidas de las velocidades de las ondas S (Vs) en los geófonos situados a una determinada distancia en superficie, donde estas velocidades de onda están directamente ligadas a la densidad de los materiales. Los resultados obtenidos se representan en un modelo de velocidad de ondas Vs (Park et al., 2001). El método MASW ha pasado en pocos años a ser uno de los métodos más comunes para la clasificación y diferenciación de suelos en profundidad, ya que es un método sencillo y económico (Gonzales, 2017). Además, el método MASW facilita una redundancia de velocidad de fase, mejorando así la calidad de los datos. La propagación de las ondas de superficie (Rayleigh) se utiliza para obtener datos y resultados gráficos de la variación de la velocidad de ondas S en profundidad y así identificar los contactos entre materiales de distintas características (porosidad, densidad, dureza…). Por lo tanto, en la mayoría de circunstancias, el valor de Vs obtenido para cada uno de los terrenos es un indicador directo de la compacidad del subsuelo, por lo que el valor obtenido se utiliza comúnmente para determinar la capacidad de carga de un terreno (Ali Murillo, 2016). La utilidad del método en profundidad depende del espaciado de los geófonos (los espaciados comunes varían entre 0.5 y 10 m), siendo útil para el análisis de materiales hasta una profundidad de subsuelo generalmente variable entre 20 y 60m. 8 Figura 5: Modo de propagación de las honda Raleygh, cuya principal característica es su carácter dispersivo. Las ondas superficiales se caracterizan entre otras propiedades físicas, sobre todo por presentar fenómenos de dispersión. Es decir, presentan variaciones de la velocidad de la propagación frente a la función del tiempo (t) o de la frecuencia (f) (figura 5). El fenómeno de la dispersión se manifiesta cuando en el material a estudiar se presenta una heterogeneidad vertical, acentuándose más rápidamente aquellas ondas caracterizadas por tener longitudes de onda más pequeñas (Ivanov et al. 2001), mientras las ondas de mayor longitud se propagan más en profundidad. Así pues, la propagación de las ondas en profundidad va directamente relacionada con la longitud de la misma. El método MASW puede ser tanto activo como pasivo, donde ambos miden las propiedades de dispersión que se propagan en el terreno directamente del rebote en los contactos de las capas (Park et al., 2007). En ambos casos se obtienen los resultados directamente en la extensión horizontal de los geófonos. Aun así, se pueden considerar varias diferencias entre los dos métodos. El método MASW activo consiste en generar una energía a través de una fuente activa, es decir, se trata de generar la onda con un método dinámico como el golpe de un martillo (Pérez Cuevas, 2015) (figura 6) Depende la energía que se le aplique al golpeo, la profundidad máxima de investigación varia, siendo en general menor de 30 m (Park et al., 2007). Aun así, esta profundidad máxima puede llegar a ser hasta 40 m ya que la transitividad de onda de los materiales varía con cada uno de ellos. A partir de estas profundidades, el método MASW activo deja de ser económicamente viable por el hecho de que hay que incrementar considerablemente las ordenes de magnitud (frecuencia, energía de golpeo…) (Park et al., 2007). 9 Figura 6: Configuración del método MASW activo donde “x” representa la distancia entre el punto de tiro y el primer geófono activo (offset) y “d” es la longitud entre receptores (shot-offset) (Tomada de Pérez Cuevas, 2015 El método MASW pasivo (figura 7) trata de medir las propiedades de dispersión del terreno utilizando ondas generadas por el ruido ambiental, como corrientes, oleaje, o tráfico (Pérez Cuevas, 2015). Estas ondas suelen ser de baja frecuencia y eso hace que la profundidad máxima de investigación pueda ampliarse hasta unos cientos de metros (Park et al., 2007). La curva de dispersión obtenida a través de este método se hace con una distribución convencional de geófonos, teniendo en cuenta que la onda puede venir desde diferentes direcciones. La utilidad del método se debe a que no requiere de gran espacio para su empleo (Pérez Cuevas., 2007).  Figura 7: Grafica de la frecuencia de hondas (tomada de Park et al., 1998b) y método pasivo Roadside MASW El método MASW presenta importantes ventajas sobre otros métodos geofísicos:  En la sísmica de refracción se asume que las velocidades de las ondas incrementan con la profundidad, mientras que en el método MASW, no es necesario que se cumplan esas condiciones (Ali Murillo, 2016).  El método MASW no se ve apenas afectado por el ruido urbano ya que 10 las ondas superficiales tienen amplitudes mucho más largas (Ali Murillo, 2016). Así, es una técnica que ofrece infinidad de ventajas en aquellas zonas en las que el resto de técnicas han fallado o han dado resultados inadecuados (Miller et al. 2001). La conductividad de los suelos, el ruido eléctrico, los servicios públicos… no reflejan la afección de los resultados obtenidos por el método MASW, ya que estos factores tienen poco impacto en la propagación de ondas y ninguno a la hora de la interpretación de resultados (Pérez Cuevas, 2015). En este trabajo se han realizado perfiles de 12 y 24 geófonos, de una frecuencia de 4.5 Hz, con una separación de geófonos de 1 m para así obtener perfiles unitarios lineales de 11 a 23 metros, respectivamente (figura 8). Figura 8: esquema del perfil de prospección sísmica tipo MASW En cada uno de los perfiles se han realizado diferentes adquisiciones, con distancia de tiro (offsets) y registros de tiempos variables, realizándose un procesado in situ en campo con el objetivo de definir y obtener la curva de dispersión con el mayor rango de frecuencias y amplitud posibles. El equipo utilizado ha sido un sismógrafo marca PASI, modelo GEA24, 24 geófonos de 4.5Hz y, como fuente de energía un martillo de 8 kg, realizando el golpeo sobre una placa de teflón. El procesado de datos se ha realizado con el programa SURFSEIS (Versión 4.0.2.5), desarrollado por Kansas Geological Survey (EEUU), y se ha dividido, de forma resumida, en tres etapas: 1. Adquisición de datos. 11 2. Generación de la curva de dispersión de las ondas Rayleigh mediante algoritmos matemáticos según una secuencia lógica de procesamiento de los datos sísmicos, obteniendo así el diagrama espectral Velocidad de Fase-Frecuencia. 3. Realización, en dicho diagrama, del picado de las ondas de máxima amplitud, y así obtener el modelo final de la velocidad de cizalla (Vs,) a partir de la ejecución de algoritmos matemáticos para llevar a cabo la inversión de las curvas de dispersión. Una vez obtenida la distribución en profundidad de los datos de velocidad Vs, se calcula mediante la aplicación de una media ponderada el valor de Vs30 (valor de la velocidad Vs en los primeros 30 metros de profundidad) que permite clasificar los suelos en base a diferentes categorías. En el caso de estos trabajos se han empleado las clasificaciones de suelos propuestas por la NEHRP (National Earthquake Hazards Reduction Program, 2001, como se puede ver en la figura 9 . Figura 9: Clasificación de tipos de suelos en función de los valores Vs30 (NEHRP, 2001) 12 5. PLANTEAMIENTO DE CAMPAÑA Para la recogida de datos de la campaña, se han realizado 6 perfiles sísmicos de ondas superficiales, de los cuales 4 de ellos se han situado en una traza longitudinal y dos de ellos en una traza transversal. Las medidas se han tomado situando los geófonos y el golpeo en la plaza del pueblo, que se ubica justamente encima del frontón sobre el que se ha realizado el estudio geofísico. Los perfiles situados longitudinalmente y orientados NW-SE (P-1, P-2, P-3 y P-4) (figura 10), están compuestos por 24 geófonos, separados 1m entre sí. Cada uno de los geófonos tiene una frecuencia de 4.5 Hz y se ha utilizado una maza de 8kg para realizar los puntos de golpeo. De la misma manera, en la figura 10, se han representado los perfiles transversales de color azul (P-5 y P-6) y con una orientación de N-S, donde se han utilizado 14 geófonos separados 1m entre sí. Figura 10: Foto aérea sobre la que se han situado los perfiles realizados en la campaña, siendo los perfiles de color rojos los longitudinales y los perfiles de color azul los transversales. Cada uno de estos perfiles recoge información 1D en cada uno de los geófonos dentro de ese perfil, así, se obtiene distinta información a distintas profundidades en la vertical de cada uno de los geófonos y se completa un mapa 2D. Finalmente, de forma más intuitiva, con 13 cada uno de los perfiles 2D, se trata de generar un mapa de velocidades de hondas S (Vs) en 3D. Finalmente, se han ejecutado un total de 165m lineales de método MASW repartidos en 6 perfiles unitarios cuyas longitudes y orientaciones quedan resumidas de la siguiente manera: Tabla resumen de perfiles realizados, longitudes y orientaciones de cada uno de ellos 14 6. ANÁLISIS Y RESULTADOS A continuación, se describirán los resultados obtenidos en cada uno de los perfiles unitarios que se han comentado anteriormente (Figura 10), y dependiendo de las velocidades de hondas S (Vs) se han tratado de identificar los distintos terrenos y el contacto que estos tienen en común. Los 6 perfiles realizados se interpretaran de forma unitaria, y teniendo en cuenta los emplazamientos de cada uno de ellos, se tratara de definir el contacto. Una vez definido ese contacto uno por uno, podremos hacernos a la idea de la forma del contacto en un ámbito general en la zona y la profundidad media a la que se sitúa. Para la clasificación de tipos de terreno se ha tenido en cuenta la clasificación de Vs30 de NERPH, 2001 (figura 9). Los perfiles muestran una escala de colores, donde las velocidades bajas de hondas S tienen una tonalidad azul. Estas bajas velocidades se aprecian a partir de 200 m/s hasta unos 400 m/s, donde a partir de ahí los valores se representan con un tono más verdoso. De la misma manera, los valores de alta velocidad, en este caso en torno a 900-1000 m/s, se representan con tonos rojizos. Los materiales con valores de Vs más pequeños corresponderán a materiales de suelo blando o menos compacto (Vs<400 m/s), que asemejándolos con lo observado in situ, se aprecia que son materiales de rellenos. Los materiales de color verde corresponden a suelos más rígidos (Vs entre 400-600 m/s), que seguirán perteneciendo a rellenos, pero esta vez algo más densos o con más rigidez. Finalmente, los valores más rojizos se asemejan a una unidad rocosa. Por lo tanto:  Valores de Vs menores que 400 m/s: suelos blandos poco rígidos  Valores de Vs entre 400-600 m/s: suelos rígidos  Valores de Vs a partir de 600 m/s: roca blanda Ahora se definirán los perfiles uno por uno, desde el primero hasta el último: - Perfil 1: el primero de los perfiles presenta los siguientes resultados de velocidades de ondas S en profundidad (figura 11). Este perfil se ha realizado en dirección NW-SE, donde el golpeo se realiza en el extremo NW del perfil. 15 Figura 11: Perfil 1 de sísmica con el método MASW. El perfil presenta un rango de velocidades de ondas S (Vs) entre 200 y 1000 m/s, donde la velocidad aumenta, en profundidad, de forma gradual. Este incremento del valor indica que el terreno se va rigidizando en profundidad, donde probablemente habrá un contacto entre unos materiales de tipo suelo y unos materiales de tipo roca. En este perfil de velocidades, se puede observar a simple vista y con la escala de colores, que se diferencian tres tipos de materiales según sus densidades. Las unidades que se llegan a diferenciar son las siguientes:  Unidad superficial o unidad superior: Es la unidad de velocidades más bajas (Vs < 400 m/s) y que se representa con tonos azules. Como se puede observar en la figura 11, el límite que separa esta unidad de la subyacente varía a lo largo del perfil entre cerca de 8 m, en el centro, y 11 m, en las zonas más profundas, en ambos extremos. Estos valores corresponden a rellenos poco consolidados.  Unidad intermedia: La Vs varía entre 400 m/s y 600 m/s y está representada con tonos verdes. Se trata de materiales algo más densos y rígidos que el material superficial. Este límite varía entre 11 y 18 m de profundidad. Esta unidad corresponde a rellenos más densos.  Unidad inferior o unidad de base: Esta unidad presenta unos valores de Vs mayores 16 a 600 m/s, valores que según la clasificación de NEHRP (2001) corresponden a materiales rocosos (roca sana). - Perfil 2: este perfil presenta los siguientes resultados de velocidades de ondas S en profundidad (figura 12). Este perfil se ha realizado con dirección NW-SE, donde el golpeo se realiza en el extremo NW del perfil. Figura 12: Perfil número 2 de sísmica con método MASW Al igual que en el anterior perfil, en este caso se vuelven a distinguir tres unidades de materiales según las velocidades de ondas S (Vs) que cada una de estas presenta. Además, tal y como presenta el perfil anterior, la zona con mayor espesor de materiales de relleno se sitúa en el inicio del perfil, en el extremo NW, por lo que el contacto entre el suelo y la roca muestra las mayores profundidades en esa zona, donde los valores varían entre 200 m/s y 1.200 m/s. Las unidades que se diferencian en este perfil son las siguientes:  Unidad superficial o unidad superior: se observa a lo largo de casi todo el perfil excepto en el extremo NW, donde los valores representativos de este relleno no se ven representados. Estos valores pertenecen a materiales de rellenos, donde probablemente no hayan sido muy compactados y muestren una menor densidad. El 17 contacto con el material más compacto está a una profundidad máxima de 11m, manteniéndose constante en gran parte del perfil.  Unidad intermedia: se representan con un color verde donde las velocidades varían entre 400- y 600 m/s, que se atribuyen a un material de relleno bastante compacto o una roca bastante alterada. En este caso, se asemeja a un relleno más compacto o denso. En este caso, el perfil nos indica que a partir del décimo metro del perfil, esta unidad de rellenos tiene un espesor medio constante de 6-7m (desde los 12m de profundidad a los 18m aproximadamente). Sin embargo, en el primer tramo del perfil, el espesor medio de esta unidad de rellenos aumenta hasta un espesor máximo de 24-25m.  Unidad inferior o unidad de base: se representa con colores más rojizos que superan los valores de velocidades de ondas S de 600m/s, que se atribuyen a rocas alteradas en los valores mínimos (alrededor de 600m/s), y a medida que aumenta ese valor pasa progresivamente a ser una roca sana. Esta unidad presenta una morfología irregular, observándose el contacto con la unidad intermedia a 24m al principio del perfil y a 19m al final, disminuyendo la profundidad de forma gradual. - Perfil 3: este perfil presenta los siguientes resultados de velocidades de ondas S en profundidad (figura 13). Este perfil se ha realizado en dirección NW-SE, con el golpeo en el extremo NW del perfil. Figura 13: Perfil número 3 de sísmica con método MASW 18 La velocidad de las ondas S (Vs) varía en un rango de valores entre 200 y 900 m/s, donde se observa un aumento gradual en profundidad y una subdivisión de tres unidades principales:  Unidad superficial o unidad superior: como en el caso del perfil número dos, se observa que en los metros iniciales del perfil no se ven representados valores menores a 400 m/s en profundidad. A partir del metro 5 del perfil, se observa esa unidad superior con valores de ondas S entre 200 y 400 m/s (color azul) que corresponden a esos materiales de rellenos poco compactos o densos, con un espesor que aumenta de forma gradual hasta el metro 18 del perfil, a partir de ahí se mantiene a una profundidad constante de 6 m.  Unidad intermedia: los valores medios de esta unidad pertenecen a un rango de entre 400 y 600 m/s (colores verdes) que pertenecen a la unidad de rellenos compactos o la roca alterada. Esta unidad geomorfológicamente es muy irregular, ya que presenta un espesor máximo de 22 m en los metros iniciales del perfil hasta un espesor mínimo de 13 m que se mantiene constante a partir del metro 15 del perfil.  Unidad inferior o unidad de base: presenta unos valores de ondas S a partir de 600 m/s y hasta 900 m/s (colores rojizos), observándose el contacto con la anterior unidad en torno a los 20 m a lo largo de todo el perfil. Cabe destacar que el contacto muestra cierta geometría irregular en los primeros 10 m del perfil, variando su profundidad entre 18 y 22 m, a partir de ahí, se mantiene constante en los 20 m aproximadamente. - Perfil 4: este perfil presenta los siguientes resultados de velocidades de ondas S en profundidad (Figura 14). Este perfil se ha realizado en dirección NW-SE, con el golpeo realizado en el extremo NW del perfil. Las velocidades de ondas S en este perfil varían desde un valor mínimo de 300 m/s hasta un valor máximo de 1.200-1.300 m/s, observándose un ascenso de velocidades gradual en profundidad. A partir de estos valores de Vs se han diferenciado tres unidades, que descritas de techo a muro, son las siguientes: ● Unidad superficial o unidad superior: la primera unidad pertenece desde las velocidades de ondas S más pequeñas hasta valores de 400 m/s, donde este valor 19 se considera el contacto entre esta unidad y la siguiente. Se representa con colores azules y pertenecen a materiales de rellenos poco compactos, probablemente compuestos de materiales tipo arcillosos o gravas. Como muestra el perfil, tiene una geometría muy uniforme a lo largo de todo el perfil, manteniendo un espesor entre 5 y 6 m. Este espesor aumenta ligeramente en el tramo final del perfil (SE), pero de manera poco sensible. Figura 14: Perfil número 4 de sísmica con método MASW ● Unidad intermedia: con velocidades de ondas S desde 400 m/s hasta 600 m/s y representada de color verde, esta unidad pertenece a rellenos muy compactos pudiendo llegar a ser incluso la roca más meteorizada (cerca de esos valores de 600 m/s). La morfología que muestra el contacto del valor de 600 m/s frente a la próxima unidad en profundidad es bastante irregular, por lo que el espesor de estos rellenos también es notablemente irregular. Cabe destacar que el espesor mínimo de esta unidad es de 6 m en la zona central del perfil y el máximo (en los últimos metros del perfil) de 10 m. Aun así, no mantiene un cambio de espesor progresivo de principio (NW) al final (SE) del perfil. ● Unidad inferior o unidad de base: muestra valores a partir de 600 m/s y se representa con colores amarillos y rojizos. Estos valores pertenecen a un macizo rocoso, los valores más pequeños a roca alterada y los valores más elevados a roca 20 sana. La roca se encuentra aproximadamente entre los 12 y 17 m de profundidad al inicio y al final del perfil, teniendo una geometría irregular, por lo que aparecerá en torno a esas profundidades a lo largo de todo el perfil. - Perfil 5: estos últimos dos perfiles se orientan en dirección N-S, colocando los geófonos de norte a sur y generando las ondas con un golpe en el flanco norte. Figura 15: Perfil número 5 de sísmica con método MASW Presenta velocidades de ondas S de 200 m/s a 900 m/s, donde los valores van creciendo de forma gradual con la profundidad (figura 15). Así, según los valores de las velocidades, se pueden diferenciar tres unidades principales que, de techo a muro, son las siguientes: ● Unidad superficial o unidad superior: morfológicamente hablando se trata de una unidad muy irregular. Esta unidad superior se representa con colores azules, caracterizados por velocidades menores de 400 m/s. Estos valores pertenecen a 21 materiales de relleno poco denso o no compacto, donde en los primeros 6 metros, su espesor varía desde 12 a 16 m (extremo N). En el extremo sur, en cambio (entre el metro 8 y 12), su espesor se mantiene constante entre 5 y 6 m. ● Unidad intermedia: esta unidad representada de color verde muestra valores de velocidades de ondas S entre 400 y 600 m/s, atribuibles a una unidad de relleno muy compacta o a un macizo rocoso alterado. La morfología de esta unidad intermedia es irregular, por lo que su espesor varía de forma considerable. En el inicio del perfil se aprecia que el espesor de la unidad de rellenos compacta es de alrededor de dos metros, mientras que en la mitad sur del perfil, ese espesor pasa a ser de 10-12 metros. ● Unidad inferior o unidad de base: presenta velocidades mayores a 600 m/s y se representa con colores amarillos y rojos. Estos valores representan un macizo rocoso alterado al principio, y a medida que esos valores van aumentando se identifica el material interpretado como macizo rocoso más sano. Se identifica el macizo rocoso a una profundidad de 14 m en el inicio del perfil y a unos 17 m al final. En el centro del perfil (en torno al metro 6-7) es donde más profundo estará ese inicio de la unidad, a unos 18 metros. - Perfil 6: este último perfil se orienta en dirección N-S, colocando los geófonos de norte a sur y generando las ondas con un golpe en el flanco norte. Este último perfil presenta valores de velocidades de ondas S entre 200 m/s y 1.000 m/s, observándose un incremento gradual de la velocidad de las ondas en profundidad (figura 16). Haciendo una distribución de las velocidades de las ondas se pueden dividir tres unidades principales que, de techo a muro, son las siguientes: ● Unidad superficial o unidad superior: se observa que a lo largo de todo el perfil muestra una morfología irregular, donde las velocidades varían en profundidad con valores entre 200 y 400 m/s (colores azules). Estos valores corresponden a materiales de relleno poco compacto. Cabe destacar que entre los metros 5 y 8 aproximadamente, esta primera unidad no aparece en superficie, por lo que no tiene una continuidad a lo largo de todo el perfil. Además, se puede explicar esa morfología irregular con la variabilidad de espesor que muestra la unidad, teniendo 22 un espesor máximo de alrededor de 14 m, en su inicio y un espesor de 5 m, al final del perfil. ● Unidad intermedia: presenta velocidades entre 400 y 600 m/s (color verde) que se atribuyen a una unidad de rellenos cada vez más compactos o a una roca alterada. Al igual que la unidad de rellanos superior, presenta una morfología muy irregular, teniendo una variabilidad de espesor considerable. A diferencia del resto de perfiles, en este caso se observa que esta unidad aparece en superficie entre los metros 5 y 8 desde el inicio del perfil, donde el espesor de unidad es de 22 m. Sin embargo, el espesor mínimo se encuentra en el inicio del perfil y es de algo más de 4 metros. ● Unidad inferior o unidad de base: presenta valores de velocidades de ondas S superiores a 600 m/s que se atribuyen a macizos rocosos alterados (colores amarillos y rojos). Muestra una morfología irregular, que hace que en el extremo norte la unidad esté a 18 m de profundidad, en el extremo sur a 12 m (siendo el punto más somero del perfil) y en el centro a unos 22 m de profundidad (punto más profundo en el perfil). Figura 16: Perfil número 6 de sísmica con método MASW 23 7. CÁLCULO APROXIMADO DE EMPUJES Este frontón se realiza en una excavación a media ladera, donde años más tarde de su construcción se empiezan a haber ciertas irregularidades y problemas en los pilares de la estructura, relacionados directamente con los rellenos posteriores a la colocación de la estructura, que generan unos empujes que se ven reflejados en desplazamientos y grietas. La pared del frontón es un muro vertical cimentado de forma directa al terreno a unos 12 m de profundidad, ya que según el perfil Nº 4 (el que se sitúa más cercano al muro y a la estructura), la roca está aproximadamente a unos 12-13 m de profundidad. Después de construir la estructura, se colocan los rellenos. Lo más probable es que los rellenos se hayan compactado por tongadas. Los perfiles muestran que estos rellenos se han compactado, sobre todo en los metros de muro, donde esas velocidades de ondas S reflejan materiales más densos que en el techo. Por lo tanto, estos materiales de relleno generan empujes sobre la pared del frontón, que geotécnicamente actúa como un muro de contención. Así pues, se han realizado varios cálculos aproximados de estados de límite últimos y de empujes que generan los rellenos sobre este muro. Antes de realizar cualquier tipo de obra a media ladera, han de tenerse en cuenta una serie de posibles problemas que pueden surgir, entre los cuales destacan los siguientes: ● Estabilidad global de la ladera (antes de realizar cualquier tipo de movimiento de tierras) ● Excavaciones, donde habrá que estabilizar la ladera antes de realizar cualquier tipo de cimentación, sobre todo si es superficial. ● Estados límites últimos y de servicio ● Colocación de la estructura Es importante tener en cuenta este proceso, ya que la mayoría de problemas en las estructuras a media ladera aparecen por el incumplimiento de alguno de estos conocimientos. Aun así, la problemática de este proyecto se da debido a la falta de previsión de los posibles empujes del relleno. A través de los cálculos aproximados realizados, se tratará de demostrar que el problema no ha sido de la base de la cimentación superficial, 24 sino del exceso de empujes frente al propio muro y el vuelco que esto ha generado en el bloque general (zapata + muro). Para realizar el cálculo de los empujes aproximados, se tendrán en cuenta los datos típicos de los materiales de rellenos que aparecen en la zona de estudio. Dicho esto, el cálculo de los empujes activos se realiza de la siguiente manera: Para empezar, se realiza el cálculo suponiendo que el muro se sujetase por gravedad frente a los empujes del relleno. El terreno empuja sobre el muro, por lo que se está ante empujes activos o de reposo, pero nunca pasivos. Los valores del terreno y los materiales son los siguientes: Estos rellenos están formados mayormente por arcillas y gravas. Para facilitar los cálculos, se ha considerado una cohesión con valor 0, siendo más favorable para los cálculos. Aun así, el valor medio del ángulo de rozamiento interno considerado en relleno también se ha reducido para compensar ese valor de cohesión nula. Además, lar características y medidas del frontón utilizadas en el cálculo se resumen en la siguiente tabla: PARÁMETRO MAGNITUD UNIDAD dF 8 m 21 Kn/m 25 Kn/m ka 0.37 - H_tacón 1 m H 12 m t_muro 0.5 m Peso específico (Kg/m3) Ang. Roz. Interno (º) Cohesión (Kg/m2) RELLENO 21 27 0 HORMIGON 25 - - 𝜸𝒕 (Kn/m) 𝜸H (kn/m) 25 1. Calculo en muro de gravedad En el estudio del proyecto del frontón de Ereño y los empujes de los rellenos, la situación es un muro de ménsula o de contención, sobre el que el terreno genera unos empujes. Así pues, el terreno empuja la estructura de contención y esta se desplaza o gira hacia el exterior una magnitud “x”, lo que genera una descompresión del terreno. Este empuje presenta un valor mínimo respecto a los otros dos empujes (pasivo y en reposo) de terreno. Esquema 1: representación de empujes de los rellenos en muros por gravedad. Espesor de muro (t); peso de muro (W); altura total de muro (H); empuje horizontal que ejercen los rellenos (Eh); momento flector del empuje (d_Eh); brazo mecánico (d_W) 𝑘𝑎 = 1−𝑠𝑖𝑛𝜑 1+𝑠𝑖𝑛𝜑 𝑘𝑎 = 0.37 𝐸ℎ = 1 2 ∗ 𝛾 ∗ 𝐻2 ∗ 𝑘𝑎 𝐸ℎ = 559.44 𝑘𝑛/𝑚 𝑑𝐸ℎ = 1 3 ∗ 𝐻 𝑑𝐸ℎ = 4 𝑚 𝑊 = 𝛾ℎ ∗ 𝐻 ∗ 𝑡 𝑊 = 150 𝑘𝑛/𝑚 𝑑𝑊 = 1 2 ∗ 𝑡 𝑑𝑊 = 0.25 𝑚 Una vez calculados los esfuerzos tanto desestabilizadores como estabilizadores considerando un espesor de muro de 1 m (t = 0.5 m), se realiza el cálculo del factor de seguridad frente a vuelco rígido (FS vuelco rígido), para así comprobar cuál es el equilibrio del muro: 26 𝐹𝑆 (𝑣𝑢𝑒𝑙𝑐𝑜 𝑟í𝑔𝑖𝑑𝑜) = 𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 𝑣𝑜𝑙𝑐𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 = 𝑊 ∗ 𝑑𝑊 𝐸ℎ ∗ 𝑑𝐸ℎ 𝐹𝑆 (𝑣𝑢𝑒𝑙𝑐𝑜 𝑟í𝑔𝑖𝑑𝑜) = 0.25 𝑚 ∗ 150 𝐾𝑛/𝑚2 2237.76 𝐾𝑛/𝑚 = 0.017 Estos cálculos muestran que es inviable que el muro sea de gravedad, ya que los esfuerzos desfavorables tienen una magnitud mayor que los esfuerzos favorables. Por lo tanto, si el muro fuese de gravedad, los empujes horizontales vencerían a los verticales y este muro volcaría de forma automática. El factor de seguridad frente al vuelco rígido es de 0.017. El factor de seguridad mínimo en caso de situación permanente frente al vuelco rígido en muros es de 2, por lo tanto:  El muro vuelca ya que su factor de seguridad es menor que 1, que indica la estabilidad del muro.  El valor es menor que el mínimo fijado por el Código Técnico de Edificación (CTE), no es válido. En este caso, la absorción de agua que pueda tener el terreno no se ha tenido en cuenta. El agua actúa como factor desfavorable, por lo que la estabilidad del muro empeoraría aún más. El empuje del agua se ve reflejado a través del triángulo de color rojo (esquema _). Dicho esto, queda claro que el muro del frontón no es de gravedad. 2. Calculo de muro con posibles sostenimientos (tacón y bulones) El muro consta de una zapata con tacón que ayuda a estabilizar este tanto por el peso propio que ejercen los rellenos sobre el muro, como con la consistencia que le da el peso de la propia zapata la estructura entera. Así pues, partiendo de los datos y parámetros iniciales, se comprobará con qué dimensiones de la zapata y el tacón que se obtendría el valor mínimo de FS frente a vuelco rígido para este muro (esquema 2): 27 Esquema 2: representación de empujes sin agua en los rellenos en muro con tacón (explicación en el texto). Espesor de muro (t); peso de muro (W); altura total de muro (H); empuje horizontal que ejercen los rellenos (Eh); momento flector del empuje (d_Eh); brazo mecánico (d_W); peso de las tierras sobre tacón (Wtierras); medida de la longitud del tacón (L_tacon). Los valores de coeficiente empuje activo (ka = 0.37) y carga horizontal (𝜎ℎ = 𝐸ℎ = 559.44 KN/m2) se mantienen respecto a los calculados anteriormente. El valor de la carga vertical en cambio, pasa a ser la suma del peso propio del muro (W1 = 150 KN/m) y del peso propio del tacón (W2), junto a la columna de relleno que genera una presión vertical sobre el tacón (W3), siendo la siguiente la ecuación: 𝜎𝑣 = 𝑊(𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙) = 𝑊1 + 𝑊2 + 𝑊3 En el siguiente cálculo se va a tener en cuenta el factor de seguridad mínimo frente al vuelco rígido en muros (FS vuelco rígido) y respecto a ese dato se calculara la medida necesaria de tacón que se debería de realizar. La presencia del tacón añade estabilidad a la estructura, gracias al peso propio del terreno y la presión vertical que este ejerce sobre el tacón, siendo estas sus fórmulas. En este caso, se considera que el tacón tiene una altura de 1 m (h = 1 m), lo que hace que la H sea 11 m. 𝑊𝑡𝑖𝑒𝑟𝑟𝑎𝑠 = 𝛾 ∗ 𝐻 ∗ 𝐿𝑡𝑎𝑐𝑜𝑛 𝑑𝑊𝑡𝑖𝑒𝑟𝑟𝑎𝑠 = 1 2 ∗ 𝐿𝑡𝑎𝑐𝑜𝑛 + 𝑡 28 Teniendo en cuenta las dimensiones del tacón, el valor de W3 será el que aumente o disminuya, ya que el área de afectación de la presión vertical de los rellenos actuará como variable. Por lo tanto, se han realizado cálculos de la presión vertical total cambiando el valor de las dimensiones del tacón (L_tacón) (esquema 2) y fijando el valor de la profundidad de la zapata en 1 m (h1=1 m) para los cálculos de W2 y W3. Con todos los factores comentados anteriormente y aplicando la fórmula de factor de seguridad frente a vuelvo rígido que le corresponde, se obtienen una serie de resultados que dependen de la longitud del tacón (Tabla 1). 𝐹𝑆 (𝑣𝑢𝑒𝑙𝑐𝑜 𝑟í𝑔𝑖𝑑𝑜) = 𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 𝑣𝑜𝑙𝑐𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 = 𝑊 ∗ 𝑑𝑊 + 𝑊𝑡𝑖𝑒𝑟𝑟𝑎𝑠 ∗ 𝑑𝑊𝑡𝑖𝑒𝑟𝑟𝑎𝑠 + 𝑊𝑡𝑎𝑐𝑜𝑛 ∗ 𝑑𝑊𝑡𝑎𝑐𝑜𝑛 𝐸ℎ ∗ 𝑑𝐸ℎ Tabla 1: Tabla de cálculos de presión vertical total y FS variando las medidas del tacón (L_tacón) Teniendo en cuenta que según el CTE el valor del factor de seguridad para un caso de situación permanente en muros frente a vuelco rígido tiene un valor de 2, en la tabla anterior (tabla 1) se observa que este muro con estas características debería tener un tacón de algo más de 3.75 m para estar en equilibrio, cosa que para un muro de espesor de 0.5 m es demasiado. Proceder a realizar esta solución supone un movimiento de rellenos antes de poder realizar cualquier tipo de maniobras, por lo que se consideran otras posibles opciones para hacer frente a la problemática de desplazamientos y el posible vuelco del muro. Estas otras soluciones consisten en inyectar bulones para tratar de sostener la estructura en terreno firme y evitar que esta vuelque (esquema 3). 29 Esquema 3: representación de empujes sin agua en los rellenos en muro con tacón (explicación en el texto). Espesor de muro (t); peso de muro (W); altura total de muro (H); empuje horizontal que ejercen los rellenos (Eh); momento flector del empuje (d_Eh); brazo mecánico (d_W); peso de las tierras sobre tacón (Wtierras); medida de la longitud del tacón (L_tacon); fuerza total de bulones (F); brazo mecánico de los bulones (d_F). Para realizar el cálculo de la fuerza que deben ejercer los bulones, los siguientes cálculos se mantienen respecto a los anteriores: 𝑘𝑎 = 1−𝑠𝑖𝑛𝜑 1+𝑠𝑖𝑛𝜑 𝑘𝑎 = 0.37 𝐸ℎ = 1 2 ∗ 𝛾 ∗ 𝐻2 ∗ 𝑘𝑎 𝐸ℎ = 559.44 𝑘𝑛/𝑚 𝑑𝐸ℎ = 1 3 ∗ 𝐻 𝑑𝐸ℎ = 4 𝑚 𝑊 = 𝛾ℎ ∗ 𝐻 ∗ 𝑡 𝑊 = 150 𝑘𝑛/𝑚 𝑑𝑊 = 1 2 ∗ 𝑡 𝑑𝑊 = 0.25 𝑚 Dicho esto y teniendo en cuenta la siguiente formula de factor de seguridad a aplicar, el procedimiento es el siguiente. El cálculo de la fuerza de los bulones (F) lleva implícito el valor del factor de seguridad. Se considerara un factor de seguridad calculado un variable y otra con el factor de seguridad mínimo frente a vuelco rígido en situación permanente (FS = 2). Además, estos bulones se colocaran 4 m por debajo del techo del frontón, es decir, a una altura de 8 metros (dF = 8 m). 30 𝐹𝑆 (𝑣𝑢𝑒𝑙𝑐𝑜 𝑟í𝑔𝑖𝑑𝑜) = 𝑀 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑀 𝑣𝑜𝑙𝑐𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 = 𝑊 ∗ 𝑑𝑊 + 𝑊𝑡𝑖𝑒𝑟𝑟𝑎𝑠 ∗ 𝑑𝑊𝑡𝑖𝑒𝑟𝑟𝑎𝑠 + 𝑊𝑡𝑎𝑐𝑜𝑛 ∗ 𝑑𝑊𝑡𝑎𝑐𝑜𝑛 + 𝐹 ∗ 𝑑𝐹 𝐸ℎ ∗ 𝑑𝐸ℎ 𝐹 = 𝐸ℎ ∗ 𝑑𝐸ℎ ∗ 𝐹𝑆 − 𝑊 ∗ 𝑑𝑊 + 𝑊𝑡𝑖𝑒𝑟𝑟𝑎𝑠 ∗ 𝑑𝑊𝑡𝑖𝑒𝑟𝑟𝑎𝑠 + 𝑊𝑡𝑎𝑐𝑜𝑛 ∗ 𝑑𝑊𝑡𝑎𝑐𝑜𝑛 𝑑𝐹 La fuerza total que deben ejercer los bulones frente a los empujes de los rellenos es variable (tabla 2), para así alcanzar el valor mínimo de factor de seguridad en una situación permanente. Tabla 2: Fuerza que debe ejercer el grupo de bulones dependiendo de tacón (L-tacón) Asi pues, considerando que en la situacion sin bulones el muro esta casi en equilibrio (L- tacón = 3.75 m y FS = 0.95), el valor del total de los bulones a sostener es de 300 KN aproximadamente. Por lo tanto, y suponiendo que se utilizan bulones de 10 mm de diametro (d = 10 mm) y con una resistencia unitaria de 34,2 KN por bulón, se necesitaran 9 bulones. . 𝑁º 𝑏𝑢𝑙𝑜𝑛𝑒𝑠 = 𝐹 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐹 𝑏𝑢𝑙ó𝑛 = 294.26 34.2 = 8.604 (9 𝑏𝑢𝑙𝑜𝑛𝑒𝑠) Para terminar, se debe de tener en cuenta que todos estos cálculos se han realizado en condiciones secas. El agua influye de manera considerable en los empujes, aumentando la densidad (peso específico) de los materiales y generando un aumento de las fuerzas desestabilizadoras. La construcción de un buen sistema de drenaje junto a unas fibras impermeabilizantes situadas encima de los rellenos ayudaría a hacer frente a esa problemática. 31 8. SOLUCIONES EMPLEADAS AL PROBLEMA El empuje de los rellenos genera la problemática de vuelco y agrietamiento de la pared del frontón, y en consecuencia su rotura. Después de los estudios geofísicos realizados se llega a la conclusión de que hay rellenos tanto sueltos como densos, con sus respectivas propiedades geológicas y geotécnicas. Para hacerle frente al problema se deben tener dos factores en cuenta, el agua y el sostenimiento a realizar. Los materiales rellenos están compuestos tanto de materiales granulares (grava) como de cohesivos (arcilla), por lo tanto, el agua aumentara la densidad de los materiales de los rellenos (debido a la arcilla) y esto hará que el valor del empuje aumente. Además de eso, la posterioridad de los rellenos frente a la estructura (el frontón), genera unos esfuerzos y unas cargas horizontales que no estaban previstas, por lo que como norma general el empleo de sostenimientos es necesario. Para hacerle frente a la problemática del agua, una buena canalización y un sistema de drenaje es recomendable para hacerle frente a la escorrentía y las aguas superficiales. El material que se encuentra no deja de ser más cohesivo que granular, por lo que tendrá un coeficiente de permeabilidad más bajo (K<10^-4). Así pues, las filtraciones serán menores y más lentas, pero esa agua dentro del relleno generara un mayor aumento de la densidad del material, que a su vez derivara en un aumento del empuje. Dicho esto, es recomendable tratar de mantener lo más seco posible el relleno. De la misma manera, lo óptimo es contrarrestar estos empujes desestabilizadores con algún sostenimiento y así fijar la estructura. El material del relleno es un material “artificial” que se coloca con el fin de realizar una ampliación del pueblo sobre él, por lo que es un material con unas características concretas y conocidas. Aunque estos terrenos artificiales se compacten, en su mayoría actúan como materiales más sueltos que el suelo natural, por lo que es imprescindible contrarrestar los empujes en un material más estable, a poder ser sobre macizo rocoso competente. Finalmente, se considera que una buena canalización de las aguas superficiales y la escorrentía junto a unos drenes californianos cercanos entre sí es la manera que se ha considerado la mejor opción frente al problema del agua. Para afrontar el problema del desplazamiento o vuelvo de la estructura, propongo unos anclajes pasivos, ya que el propio terreno va a hacer que funcionen cuando se deforme. La propuesta en planta sería la siguiente: 32 Esquema 4: sección transversal representativa con los bulones situados de una manera aproximada. Relacionado con el anexo 3. Esquema 5: sección longitudinal representativa con las parejas de bulones situadas de forma aproximada. Relacionado con el anexo 1. Estos esquemas representativos (esquema 4 y 5) muestran de color rojo la colocación de los bulones o anclajes pasivos de manera aproximada, basándose en la teoría de que los empujes generan mayor inestabilidad y mayores daños en la mitad superior, por lo tanto, el bulonado se coloca en la parte superior. Además, en el esquema 1, se ha tratado de representar que la largura del sostenimiento debe de sobrepasar el material de relleno y fijarse en terreno firme, para una mayor eficacia. El hecho de sobrepasar el relleno hace que frente a los movimientos de esta masa de relleno el muro del frontón se mantenga sujeto y estable. 33 9. CONCLUSIONES Por lo tanto, después de haber recopilado todos los datos anteriormente mencionados se puede concluir lo siguiente: 1. Teniendo en cuenta los perfiles MASW obtenidos con los datos de campo, los resultados muestran que hay una diferenciación entre los rellenos menos compactos y los compactos, debido a los valores obtenidos en los resultados. Por lo tanto, con este método, apoyado por observaciones “in situ” se clasifican los dos tipos de rellenos y la roca alterada. 2. Los cálculos muestran que el muro del frontón tiene que tener un mínimo de zapata, ya que como muro de gravedad volcaría inmediatamente después de colocar el relleno. Aun así, y como se explica en el trabajo, la problemática tiene que ver con el vuelco del muro, por lo que se pueden concluir dos posibilidades: a. El tacón está lo suficientemente dimensionado para que aguante los empujes en seco del relleno, pero no se tiene en cuenta la afección del agua. Esta conclusión se obtiene observando que el problema aparece con el paso del tiempo, en una zona de climatología bastante adversa y con precipitaciones elevadas a lo largo de todo el año. b. Puede que se haya construido con una zapata suficiente como para elevar el factor de seguridad en situación permanente frente a vuelco rígido hasta 2, pero que las filtraciones del agua penetren en el muro y lo deterioren, de tal manera que con el paso del tiempo la resistencia del hormigón disminuya y a su vez disminuyan las fuerzas estabilizadoras. 3. Suponiendo el tacón de 3.75 metros que se acerca al valor del equilibrio límite del muro, los cálculos indican que 8-10 bulones de 10 mm de diámetro podrían dar una resistencia al muro y evitar que la problemática siguiese avanzando. En la solución (anexo 1 y 3) se ve que hay alrededor de 10 bulones colocados. 4. Habiendo que la afección del agua va a afectar de forma negativa, la fuerza total que deberían ejercer los bulones seria mayor, por lo que habría que colocar bulones de mayor diámetro y mayor resistencia unitaria. 5. Antes de realizar los cálculos, se observa que el ángulo de rozamiento interno es un 34 poco más elevado a lo habitual en rellenos. Eso se debe a que los cálculos como tal no incluyen ese parámetro, por lo que para contrarrestar el bajo valor del peso específico aparente, el valor del ángulo de rozamiento interno aumenta. 35 10. ANEXOS Anexo 1: Imagen general del frontón después de realizar el sostenimiento Anexo 2: pilares de sostenimiento del frontón en los que se empezó a percibir el desplazamiento y el agrietamiento 36 Anexo 3: vista del muro y la colocación de bulones Anexo 4: foto donde se observa la colocación de bulones 37 11. BIBLIOGRAFÍA 1. Ábalos, B., 2016. Geologic map of the Basque-Cantabrian Basin and a new tectonic interpretation of the Basque Arc. International Journal of Earth Sciences. 105(8), 2327- 2354. 2. Agirrezabala, L.M. 1996 El Aptiense – Albiense del Anticlinorio Nor – vizcaino entre Gernika y Azpeitia. Tesis doctoral, Universidad del País Vasco, 429. 3. 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