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exploracion
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Clase 2. Exploracin geotcnica
de obras
PRINCIPIOS DE GEOTECNIA
EVALUACION GEOTCNICA DE OBRAS
En todo proyecto de ingeniera, incluidas las acciones y obras de estabilizacinde laderas y taludes, debe contar con una evaluacin geotcnica del terreno
donde se ha propuesto su ejecucin.
El alcance de dicha evaluacin depende de las condiciones del terreno comotal y de las caractersticas del proyecto, y de la etapa de desarrollo que se trate.
En cada caso deber combinarse en diferente medida la informacin general yde conjunto, donde puede jugar un papel importante la experiencia y el
conocimiento previo del rea por parte del especialista, con la informacin
puntual generada en los sondeos y ensayos decampo y de laboratorio.
El resultado final de la evaluacin geotcnica integral de un terreno permitehacer una apreciacin general sobre su aptitud y limitaciones para el desarrollo
de un proyecto en particular y presentar la caracterizacin geotcnica del
terreno.
Exploracin del suelo
EVALUACION GEOTCNICA DE OBRAS
Conjunto de investigaciones de campo y laboratorio
necesarias para tener un adecuado conocimiento de las
propiedades fsicas y mecnicas de los suelos que
conforman un lugar determinado.
Tipo de depsito de suelo
Depsito homogneo: distribucin de estratos
regular, claramente definida.
Reducir nmero de perforaciones o sitios de
exploracin.
Incrementar ensayos de laboratorio.
Depsito heterogneo: perfil errtico, irregular
Incrementar nmero de perforaciones y ensayos de
campo (determinar suelos blandos y duros).
Ensayos de laboratorio sobre suelos ms
representativos.
Factores que influyen
Tipo de proyecto
Proyectos pequeos: edificios de dos pisos, casas, bodegas livianas,pavimentos, etc. Requieren en general pocas exploraciones no muy profundasy ensayos de laboratorio sobre los suelos ms representativos.
Proyectos grandes: edificios entre 3 y 7 pisos, plantas industriales, etc.Incrementar el nmero y profundidad de las perforaciones y los ensayos delaboratorio.
Proyectos especiales: edificios de ms de 8 pisos, tanques, silos dealmacenamiento, etc. Gran nmero de perforaciones muy profundas y grancantidad de ensayos de laboratorio.
FACTORES QUE INFLUYEN
TRABAJOS PRELIMINARES DE CAMPO
Recoleccin de informacin disponible.
a. Estudios de suelos de construcciones existentes.
b. Estudios geolgicos: mapas, tipos de formaciones superficiales, fallas,alteraciones, procesos erosivos, tipos de roca.
c. Registros de actividad ssmica.
Inspeccin directa del lugar y las reas adyacentes.
Topografa, forma del drenaje, erosin, tipo de vegetacin, uso de la tierra,taludes de carreteras, mrgenes de los ros, afloramiento rocoso, filtraciones,nacimientos de agua, morfologa, funcionamiento de las estructuras vecinas.
Reconocimientos areos.
Cubren mayor rea en menor tiempo y permiten obtener informacin (paresfotogrficos) de reas de difcil acceso.
Fotointerpretacin.
Planteamiento del programa de trabajos de campo necesarios para cumplir conlos alcances proyectados
INVESTIGACIONES DE CAMPO
Objetivos de una investigacin de campo :
Evaluacin de la problemtica que se desearesolver, desde todos los puntos de vista:Geolgico, geomorfolgico, ambiental.
Reconocimiento del perfil estratigrfico:composicin, espesor y sucesin de losdistintos estratos de suelo o roca.
Evaluacin de las propiedades mecnicas delsubsuelo mediante ensayos en el sitio.
Determinacin de la profundidad del nivelfretico.
Toma de muestras de suelo para ensayos delaboratorio.
MUESTREO
El muestreo e identificacin de materiales del subsuelo, implica tcnicascomplejas acompaadas de procedimientos e interpretaciones diferentes, lascuales estn influenciadas por condiciones geolgicas y geogrficas, por elobjeto de la investigacin y por los conocimientos, experiencia y entrenamientodel ingeniero a cargo del proyecto.
El nmero, tipo, y localizacin de las muestras debe definirse en funcin de losresultados del reconocimiento geolgico y de las caractersticas del proyectopara el que se elabora el estudio
Ensayos de Laboratorio
ESTABLECER PARMETROS
DE RESITENCIA
CARACTERIZAR
CH, CL, GP, GW, SM, SC.
Cohesin y friccin
TOMA DE MUESTRAS
Inalterada: se conserva la estructura original del suelo.
Toma de muestras tanto superficiales como profundas. La forma ms simple es tomar la muestra y guardarla en una
bolsa plstica. Este procedimiento se utiliza para tomar muestras
superficiales.
Las muestras profundas se toman usualmente con elmuestreador normal o estndar (cuchara o tubo partido). Este
muestreador es un tubo de acero, partido longitudinalmente, de
2 de dimetro externo y 45 cm. de longitud.
Alteradas o remoldeadas: no se conserva la estructura original del suelo.
MUESTRAS ALTERADAS
MUESTRAS INALTERADAS
Coeficiente de superficie o
Relacin de reas Ar
Ar (%) = (De2-Di2)/De2
TUBOS DE PARED DELGADA (Tubo Shelby)
Toma de muestras tanto superficiales como profundas. Para considerar la muestra tomada en tubo como inalterada sedebe cumplir que Ar 15% (relacin de reas menor o igual al
15% ).
El shelby es un tubo de aluminio o acero con bordes afilados. Seusan tubos con dimetro de 2-5 y longitudes de 20 a 60 cm
Una vez se saca el tubo deben parafinarse sus extremos oguardarse en bolsa plstica para evitar la prdida de humedad.
MUESTRAS INALTERADASMUESTRAS DE CAJON
ENSAYOS DE LABORATORIO vs. ENSAYOS IN SITU
EN
SA
YO
S D
E
LA
BO
RA
TO
RIO
Permiten estudiar propiedades del suelo en condiciones estrictamentecontroladas.
El punto de partida es la MUESTRA INALTERADA.
La toma de muestras es algo brutal que altera ms o menos las propiedades delsuelo.
El posterior traslado y almacenamiento pueden aumentar aun ms laperturbacin.
La toma de muestras inalteradas es posible en suelos con algo de cohesin.
Las muestran representan poco de la masa total del suelo.
Los ensayos de laboratorio son lentos y costosos.
Plantean objeciones desde el punto de vista terico.
EN
SA
YO
S I
N
SIT
U
Permiten estudiar el suelo en su medio natural sin tenerse el problema dealteracin de la muestra.
Son rpidos, econmicos y permiten obtener datos abundantes, pudindosehacer anlisis estadsticos.
Consisten de una excavacin, manual o con mquina, de las capas ms superficiales de
suelos, para permitir examinar en forma detallada el material in situ presente en el
terreno estudiado.
Permiten conocer en forma directa algunas de las caractersticas fsicas del perfil de suelos
en un rea determinada, tales como la profundidad de los estratos ms superficiales, la
naturaleza, textura, discontinuidades y nivel fretico del terreno. Tambin permiten
extraer muestras alteradas o inalteradas de dichos estratos para ser analizadas en el
laboratorio y determinar las propiedades geotcnicas de los suelos. Pueden ser usados
para la realizacin de algn ensayo de campo.
Excavacin Manual Excavacin con Mquina
MTODOS DE INVESTIGACIN IN SITU
(CALICATAS O APIQUES)
MTODOS DE INVESTIGACIN IN SITU
(CALICATAS O APIQUES)
Seccin mnima recomendada de 1,0 m por 1,40 m. Profundidad mxima de 3.0 m pero vara segn el material y la profundidad
del nivel fretico.
Proceso constructivoUbicacin, excavacin, registro fotogrfico, muestreo,
descripcin y tapado final.
El muestreo alterado consiste en tomar aproximadamente 2 kg de suelo enuna bolsa plstica y resistente, se marcar en el formato diseado para este
efecto cubrindolo as mismo con un protector plstico.
Para el muestreo inalterado se utilizar un molde de acuerdo con losrequerimientos, el cual podr ser un tubo shelby, un cajn de madera o un
molde para CBR. Las muestras debern ser tomadas tratando de perturbar lo
menos posible la estructura original del suelo.
Apique Sin N.F. Apique Con N.F.
El establecimiento del nivel fretico puede tomar tiempo si se tiene un material
muy impermeable en el subsuelo. En estos casos se considera prudente esperar
varias horas para descartar la presencia del nivel fretico.
MTODOS DE INVESTIGACIN IN SITU
(CALICATAS O APIQUES)
Consisten de una excavacin, manual de la
capa ms superficial del subsuelo para
examinar en forma detallada el material
in situ presente en el terreno estudiado.
Normalmente se hacen angostas, de menos
de 50 cm de ancho.
La longitud que alcanzan puede ser grande,
tanto como la del talud en que es frecuente
hacerlas. Pueden fcilmente reemplazar
una perforacin, reduciendo as
enormemente el costo de la exploracin.
Permiten la toma de muestras alteradas e
inalteradas.
Tienen el inconveniente de ser difciles de
tapar, razn por la cual su ejecucin est
restringida en ocasiones.
MTODOS DE INVESTIGACIN IN SITU
(TRINCHERAS)
Los perforaciones se caracterizan por su pequeo dimetro y por la ligereza,
versatilidad y fcil desplazamiento de las mquinas.
Estas pruebas pueden alcanzar una profundidad de unos 150 m, a partir de la cual los
equipos son ms pesados.
Permiten atravesar cualquier material y extraer muestras y efectuar ensayos en su
interior (ensayos in situ).
Los procedimientos dependen de la naturales del terreno y del tipo de muestreo y
testificacin que se vaya a realizar. Los ms usuales son:
Sondeos helicoidales.
Sondeos a percusin.
Sondeos a rotacin.
MTODOS DE INVESTIGACIN IN SITU
PROSPECCIONES GEOTCNICAS (PERFORACIONES)
MTODOS DE INVESTIGACIN IN SITUCONCEPTOS BSICOS DE LA PERFORACIN A PERCUSIN
Consiste en la hinca de tubos de acero
mediante el golpeo de una masa de 120 kg
que cae desde una altura de 1 m. La
herramienta va golpeando el fondo de la
perforacin.
Las tuberas, que pueden tener dimetros
exteriores de 91, 128, 178 y 230 mm,
actan como entibacin durante la
extraccin de muestras.
En la punta se tiene un pico o trpano que
golpea y deshace la formacin y una pala
o cuchara de vlvula que recoge el terreno
triturado.
Polea
Cable d
e p
erc
usin
Tr
pano
Tubera de
revestimiento
Varillaje de
perforacin
Gua de golpeo
Martillo
Manila
para izar
el martillo
Trpode
Motor a
gasolina
MTODOS DE INVESTIGACIN IN SITUCONCEPTOS BSICOS DE LA PERFORACIN A PERCUSIN
Se utilizan tanto en suelosgranulares como en suelos
cohesivos, pudiendo atravesar
suelos de consistencia firme a muy
firme.
Este tipo de sondeos puedealcanzar profundidades de hasta
de 30 40 metros, si bien la ms
frecuentes son de 15 a 20 metros.
No permite la obtencin demuestras inalteradas de calidad.
Las muestras corresponden a los
residuos que se pueden obtener a
travs del retorno de la inyeccin
(aire, agua u otros fluidos).
MTODOS DE INVESTIGACIN IN SITUPERFORACIN A ROTACIN
Rotacin
Fuerza
El principio utilizado por este sistema consiste en
aplicar energa a la roca haciendo rotar una herramienta
conjuntamente con la accin de una gran fuerza de
empuje. La herramiento gira sobre el fondo del
agujero.
El material disgregado y
sobrante es extrado a la
superficie por medio de un
fluido (aire o algn
lquido) que impulsado
por una bomba, circula en
el interior del varillaje,
para retornar al exterior.
El agua utilizada para favorecer la perforacin y eliminar los detritus, puede desmenuzar
suelos parcialmente cementados, rocas blandas o alteradas, y areniscas poco cementadas.
Por ello conviene en estos casos la utilizacin de tubo o batera doble.
MTODOS DE INVESTIGACIN IN SITUPERFORACIN A ROTACIN
Pueden perforar cualquier tipo de suelo o roca
hasta profundidades muy elevadas y diferentes
inclinaciones.
La profundidad habitual no excede los 100 m,
aunque pueden ser hasta de 1000 m.
La extraccin es continua y la recuperacin
puede ser alta dependiendo del tipo de
extraccin.
Los materiales aluviales gruesos son difciles
de perforar debido al arrastre del fluido de
perforacin.
Las bateras de perforacin constan de una
cabeza, un tubo portatestigo, un extractor,
mango porta extractor y corona de corte.
MTODOS DE INVESTIGACIN IN SITUTOMA DE MUESTRAS EN PERFORACIN A ROTACIN
MTODOS DE INVESTIGACIN IN SITU
COSTO DE LOS SONDEOS EXPLORATORIOS
No hay reglas definidas para estimar cual es el presupuesto adecuado para las
investigaciones geotcnicas.
Generalmente se destina entre el 0.1% y el 0.5% del costo de la estructura en la
exploracin de campo (Braja M. Das, 2006).
Para obras importantes, debera ser del 15% al 25% del costo del proyecto y del orden
del 10% o inferior para proyectos menos importantes (Gonzlez de Vallejo, 2004).
Si la complejidad geolgica es alta, los anteriores porcentajes pueden verse superados.
Mas de la mitad de los incrementos en los costos de las obras pblicas se debe a
la insuficiencia en las investigaciones durante la etapa de los estudios (Tyrrel et
al, 1983).
GEOTECNIA vs. INCERTIDUMBRE
LAS INVESTIGACIONES IN SITU SIEMPRE SE PAGAN, ANTES O DESPUS DE LA CONSTRUCCIN
ENSAYOS GEOTCNICOS IN SITU
SPT CPTCPTu
DMT PMT VST
ENSAYOS GEOTCNICOS IN SITU
ENSAYO DE PENETRACIN ESTNDAR SPT
ASPECTOS GENERALES
Naci en el ao 1927 en Amrica del Norte. Un perforador de la Raymond
Concrete Pile Co propuso a Terzaghi el mtodo para contar el nmero de golpes
necesarios para hincar 1 pie el muestreador utilizado para obtener muestras en
suelos sin cohesin (arenas).
Para su ejecucin se lleva la perforacin hasta la cota deseada y en el fondo se
introduce la cuchara partida, la cual se hinca en el terreno 45 cm, contando el
nmero de golpes necesarios para penetrar tramos de 15 cm.
Los golpes se dan con un martillo de 63.5 kg que cae desde una altura de
76.2 cm sobre una cabeza de golpeo o yunque aplicando un trabajo de 0.5 kJ
por golpe.
ENSAYO DE PENETRACIN ESTNDAR SPT
NORMALIZACIN ENSAYO
Norma ASTM D1586-84 (Reaprobada 1992) exige las siguientes
caractersticas:
ENSAYO DE PENETRACIN ESTNDAR SPT
EJECUCIN DEL ENSAYO
Barra Gua
Perforacin
Cabeza de golpeo
Martillo 63.5 kg
0.1
5 m
0.1
5 m
0.1
5 m
NSPT
Cuchara partida
Primer Incremento
Segundo Incremento
Tercer Incremento
NSPT
ENSAYO DE PENETRACIN ESTNDAR SPT
EJECUCIN DEL ENSAYO
La resistencia a la penetracin estndar Nspt se obtiene como la suma de los
golpes necesarios para hincar los dos ltimos tramos de 15 cm.
La lectura de golpeo del primer tramo no se tiene en cuenta por posible
alteracin del suelo o derrumbes de las paredes del sondeo.
Cuando se requieren 50 golpes para hincar un tramo de 15 cm.
Cuando se aplican 100 golpes en total.
Cuando no se observa que haya penetracin alguna despus de
haber dado 10 golpes.
Cuando el terreno es muy resistente, se detiene la prueba por rechazo. De
acuerdo con la Norma ASTM D1586-84, la prueba se da por terminada:
ENSAYO DE PENETRACIN ESTNDAR SPT
CUCHARA PARTIDA ASTM D1586-84
ENSAYO DE PENETRACIN ESTNDAR SPT
REPRESENTATIVIDAD DE LA PRUEBA
El ensayo est diseado
para suelos arenosos. Se
debe tener mayor reserva
con sus resultados en la
medida que mayor sea la
fraccin fina (limos y
arcillas) o la gruesa
(gravas).
Informacin Previa Requerida
TTULO H.3 (NSR-10)
CARACTERIZACIN GEOTCNICA DEL SUBSUELO
El ingeniero geotecnista debe recopilar y evaluar los datos disponibles sobre
las caractersticas del sitio, tales como geologa, sismicidad, clima, vegetacin,
existencia de edificaciones e infraestructura vecinas y estudios anteriores. El
ingeniero debe dar fe de que conoce el sitio y lo ha visitado para efectos de
la elaboracin del estudio.
El ordenante debe suministrar al ingeniero geotecnista la informacin del
proyecto necesaria para la ejecucin del estudio, como el levantamiento
geotcnico, , niveles de construccin, cargas, redes de servicio, , y los
otros aspectos adicionales que el ingeniero geotecnista considere necesarios.
Clasificacin Unidades de Construccin
Se incluyen todos los
pisos, stanos, terrazas y
pisos tcnicos.
Se aplica combinacin de
carga muerta ms viva
debida al uso y ocupacin de
la edificacin.
Para la clasificacin se usar la categora
ms desfavorable de la tabla.
TTULO H.3 (NSR-10)
CARACTERIZACIN GEOTCNICA DEL SUBSUELO
Exploracin de Campo
El cumplimiento de estas normas mnimas no exime al ingeniero
responsable de realizar todos los sondeos exploratorios necesarios
adicionales para obtener un conocimiento adecuado del subsuelo,
de acuerdo con su criterio profesional.
TTULO H.3 (NSR-10)
CARACTERIZACIN GEOTCNICA DEL SUBSUELO
Caractersticas y Distribucin de Sondeos
TTULO H.3 (NSR-10)
CARACTERIZACIN GEOTCNICA DEL SUBSUELO
Profundidad de Sondeos
Por lo menos el 50% de todos los sondeos debe alcanzar la profundidad dada en la tabla, afectada
adems por los siguientes criterios:
TTULO H.3 (NSR-10)
CARACTERIZACIN GEOTCNICA DEL SUBSUELO
Profundidad de Sondeos
Por lo menos el 50% de todos los sondeos debe alcanzar la profundidad dada en la tabla,
afectada adems por los siguientes criterios:
TTULO H.3 (NSR-10)
CARACTERIZACIN GEOTCNICA DEL SUBSUELO
Ensayos de LaboratorioLas propiedades bsicas mnimas a ejecutar para la caracterizacin de las diferentes capas de
suelos y rocas son las siguientes:
TTULO H.3 (NSR-10)
CARACTERIZACIN GEOTCNICA DEL SUBSUELO
EJ 1. APLICACIN DE LA CARACTERIZACIN GEOTCNICA
REGISTRO DE
PERFORACIN
REGISTRO DE
APIQUE
PERFIL ESTATIGRFICO Y
CARACTERIZACIN DE
MATERIALES
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