EXPLORACION GEOTCNICA Y EL RECONOCIMIENTO

DEL TERRENO

EXPLORACIN GEOTECNICA

Generalidades.

Una exploracin geotcnica, desde el punto de vista prctico; en el estudio

generalizado de que debe realizar en un lugar donde se proyecta la construccin

de cualquier obra de ingeniera civil.

Los estudios geotcnicos pueden establecer aspectos de relevancia en cualquier

proyecto relacionado con la cimentacin de una estructura, entre ellos se pueden

mencionar:

Se garantizan la seguridad de las obras civiles.

Sirve de apoyo en el diseo de la cimentacin u obras de proteccin.

Constituyen un instrumento de consulta al momento de construir las obras

diseadas.

La informacin que se recolecta de una exploracin geotcnicos depende de la

importancia de la obra civil que se proyecta construir, entonces se hace necesario

saber preliminarmente enterado de importancia y las caractersticas fsicas de la

misma, para estimar de una manera ptima los alcances del estudio. Desde el

punto de vista general, dice exploracin debe realizarse tanto externa como

internamente.

El estudio externo comprender las caractersticas topogrficas, hidrolgicas y

geolgicas superficiales del terreno y sus alrededores; adems debern

describirse las condiciones de servicio y el estado de las estructuras vecinas si las

hay, para estimar y evaluar las condiciones ssmicas. Tambin es importante

observar la vegetacin de lugar para poder predecir con aproximacin la humedad

del sitio.

El estudio interno estar formado por la informacin arrojada de la exploracin

misma.

Los datos que pueden ser recabados con el contenido de humedad del suelo, el

tipo con clase de suelo segn el sistema unificado de clasificacin de suelos

(SUCS), con lo que se determina tentativamente la capacidad de carga.

Por lo tanto, una exploracin geotcnica debe ser uno de los pasos inciales para

llevar a cabo un proyecto de ingeniera, sobre todo cuando se trata de obras de

gran magnitud e importancia social como es un relleno sanitario.

RECONOCIMIENTO DEL TERRENO

Estudio Geotcnico

Antes de construir cualquier obra de ingeniera, se debe tener presente:

Las condiciones del subsuelo y sus posibles problemas

Sus caractersticas como apoyo o soporte de obras de construccin.

Sus caractersticas como material de construccin

Un estudio geotcnico debe incluir entre otros temas:

Caractersticas del proyecto y objetivo del estudio

Caractersticas geotcnicas del sitio

Solucin de fundacin o del tema geotcnico de estudio

Recomendaciones para el procedimiento constructivo

TIPOLOGIA DE FUNDACIONES

FACTORES DETERMINANTES DE LOS TIPOS DE FUNDACION

Influencia del tipo de estructura.

Influencia del tipo de terreno.

Influencia de las condiciones del entorno.

Influencia de las posibilidades de riesgo durante la construccin.

Influencia de los medios, plazo y recursos econmicos disponibles.

Influencia de la experiencia de la

TIPOLOGIA BASICA DE FUNDACION

El que transmite las cargas por superficies normales a ellas, que se suele

denominar cimientos de superficie (zapatas aisladas, vigas de fundacin, losas.)

El que transmite las cargas por superficies paralelas a ellas, tambin

denominadas cimientos de rozamiento (pilotes in situ y prefabricados, pozos,

cajones.)

Por lo tanto el informe geotcnico no consiste en proyectar la fundacin, sino en

recomendar el tipo de fundacin ms adecuada en funcin del proceso de

ejecucin (por ejemplo, capa o estrato a alcanzar, tipo de pilote adecuado)

detectando y presentando los posibles problemas geotcnicos especiales.

El diseo de la fundacin se realizar posteriormente, apoyndose en el informe

geotcnico a un nivel superior, debindose realizar por un tcnico que ya est

relacionado directamente con el desarrollo del proyecto en cuestin, con la

tipologa estructural, plazos, presupuesto de las obras, etc.

En muchas ocasiones nos encontramos con que las campaas geotcnicas

puedan conducir a errores como son:

Niveles freticos mal estimados.

Resistencias de terrenos muy por encima o debajo de las indicadas en el

informe.

Estos errores frecuentemente son por efecto de:

Escasos presupuestos para la realizacin de los trabajos de campo.

Falta de testificacin y descripcin adecuada de los sondeos.

Sustitucin de reconocimientos en profundidad, realizado por calicatas.

Ausencia de tcnicos adecuados en la supervisin de la ejecucin de los

trabajos.

Seleccin de soluciones de fundacin sin tener en cuenta bien lo que indica el

estudio sobre las capas existentes, etc.

De lo anterior se pueden extraer las siguientes recomendaciones:

Los problemas relacionados con el terreno necesitan una planificacin inicial en

la que se contemple la repercusin que podra tener en el comportamiento de la

fundacin, el haber pasado por alto alguna caracterstica importante del terreno.

Tiene que darse una importancia primordial a la toma de datos geotcnicos y

que el presupuesto dedicado a ello debe de estar de acuerdo con el de la obra en

cuestin y no solo con las ofertas del mercado geotcnico.

Se debe planear bien las campaas de campo y utilizar, a ser posible, sistemas

de registro continuo que permita detectar anomalas en zonas de poco espesor.

Se deben combinar ensayos de penetracin, sondeos y testificaciones, en

conjunto con las tcnicas geofsicas para poder establecer marcos geotcnicos

adecuados y, sobre todo intentar corroborar y/o duplicar algn dato tomndolo con

diferentes sistemas para poder establecer escalas relativas.

Es necesario aplicar la experiencia a la interpretacin de los datos geotcnicos,

a fin de poder establecer modelos adecuados del terreno en cada caso.

La experiencia que obtenemos a travs de la instrumentacin y observacin del

comportamiento de obras es fundamental, como as tambin lo es la recopilacin

de antecedentes previos a la zona y obra en cuestin, los cuales nos permitirn

estimar el orden de magnitud de los parmetros geotcnicos, informacin que

puede y debe cubrir un posible mal ensayo de laboratorio o de campo.

Los profesionales encargados de solicitar los Estudios Geotcnicos, junto con

los ensayos de laboratorio y de campo, deben ser personas de experiencia en el

tema para poder optimizar de la mejor manera posible, el presupuesto destinado a

ello y lograr sacar el mejor beneficio de esto, y no agrupar innumerables ensayos

de los cuales es muy difcil concluir acerca de soluciones, parmetros, etc.

EL ESTUDIO GEOTCNICO PARA UN PROYECTO

El estudio geotcnico es un documento que resume los trabajos de terreno,

laboratorio, observacionales, histricos, etc. necesario para establecer:

La estratigrafa del terreno con relacin a su emplazamiento.

Las posibles influencias de las acciones geolgicas e hidrogeolgicas que

pueden jugar un papel en esa zona de terreno.

Las propiedades geotcnicas de cada capa afectada por la estructura u obra a

realizar, que se consideran necesarios para analizar el posible comportamiento

estructural

Un conjunto de recomendaciones sobre las etapas constructivas, diseo de

soluciones, parmetros geotcnicos para dicho diseo y otros.

UN PROYECTO GEOTECNICO SUPONE UN PROCESO COMPLEJO QUE

COMPRENDE LAS SIGUIENTES FASES:

Reconocimiento del medio (sismicidad, clima, anlisis de informacin existente,

exploracin in situ: prospecciones, sondajes, ensayos in situ y de laboratorio)

Formulacin de un modelo fsico idealizado de la realidad (geomorfologa o

relieve, geologa e hidrogeologa del subsuelo, parmetros caractersticos)

Aplicacin de mtodos de anlisis (modelos, estndares y manuales)

Preparacin de expedientes de ingeniera (recomendaciones para diseo,

planos y especificaciones de construccin, aspectos contractuales gravitantes)

Acompaamiento durante la construccin (inspeccin tcnica, ingeniera de

terreno, control e instrumentacin).

Seguimiento post construccin (monitoreo, anlisis, medidas de mitigacin)

PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS DE LAS ROCAS A OBTENER

Son el resultado de su composicin mineralgica, fbrica e historia geolgica,

deformacional y ambiental. La gran variabilidad de estas propiedades se refleja en

comportamientos mecnicos diferentes frente a las fuerzas que se aplican sobre

las rocas y por el comportamiento definido por la resistencia del material.

PROPIEDADES INDICES DE LOS SUELOS

RECONOCIMIENTO DEL TERRENO

Fases que pueden presentarse en un Estudio Geotcnico

1. Recopilacin de antecedentes y reconocimiento geolgico

2. Exploracin Preliminar

3. Exploracin detallada de muestras representativas y no perturbadas

4. Exploracin complementaria y/o exploraciones especiales

RECONOCIMIENTO

Etapas del Estudio Geotcnico

1.- RECOPILACION DE ANTECEDENTES Y RECONOCIMIENTO GEOLGICO.

Objetivo:

- Recopilar y evaluar los datos disponibles del subsuelo del sector

- Reducir la extensin de la exploracin.

Como fuentes preliminares de informacin se tienen:

Registros Geolgicos y Geofsicos Comportamiento de estructuras existentes

Topografa y fotografa area Zonificaciones de suelos Servicios (MOP,

Municipalidades, etc.) Sismicidad Clima Napa fretica

2.- EXPLORACIN PRELIMINAR

Objetivo:

- Obtener el Perfil del subsuelo y muestras representativas de los

estratos principales

- Obtener posicin del nivel fretico

- Determinar efecto de subpresiones

- Determinar la lnea de roca, etc.

Dentro de esta etapa algunos mtodos de exploracin son:

Reconocimiento Geofsico y ssmica de pozos Ensayos de Penetracin

- Sondajes por Presin, Percusin o Rotacin

- Veleta

- Mediciones presiomtricas

3.- EXPLORACIN DETALLADA

Objetivo:

- Obtener perfiles detallados del suelo (muestras inalteradas de

2 a 3 de dimetro) y propiedades principales.

- Obtener muestras aproximadamente continuas de emprstitos de

materiales

- Determinar el nivel de presin hidrosttica del agua subterrnea

Mtodos segn la profundidad:

Superficiales: Calicatas y Zanjones

Profundas: Muestradores tubulares abiertos, de pistn, testigos

de corona y sondeos de penetracin.

4.- EXPLORACIONES ESPECIALES

Objetivo:

Obtener muestras generalmente no perturbadas (a veces de 4 o ms de

dimetro) desde los estratos considerados como crticos

Se utilizan cuando :

La estructura es de gran tamao

Las condiciones del subsuelo se asocian a modelaciones muy difciles.

Se quiere determinar simultneamente caractersticas de resistencia y

deformabilidad en una misma capa y profundidad.

Se trata de suelos o condiciones de fundacin especiales

Trabajos a realizar

La cantidad y calidad de los trabajos de reconocimiento, queda definidos por:

Ubicacin de los sondajes

SONDAJE: Prospeccin que busca detectar en forma razonablemente confiable,

la extensin, espesor y carcter de suelos y rocas existentes destacando

irregularidades importantes del subsuelo.

Profundidad de los sondajes.

En muchas ocasiones las campaas geotcnicas puedan conducir a errores

como:

Niveles freticos mal estimados.

Resistencias de terrenos muy por encima o debajo de las indicadas en el

informe.

Estos errores frecuentemente son por efecto de:

Escasos presupuestos para la realizacin de los trabajos de campo.

Falta de testificacin y descripcin adecuada de los sondeos.

Sustitucin de reconocimientos en profundidad, realizado por calicatas.

Ausencia de tcnicos adecuados en la supervisin de la ejecucin de los

trabajos.

Seleccin de soluciones de fundacin sin tener en cuenta bien lo que indica el

estudio sobre las capas existentes, etc.

Mtodos de Reconocimiento

Mtodo de Muestreo Indirectos

CALICATAS, ZANJAS Y POZOS

Excavacin en el terreno, cuyo propsito es obtener la estratigrafa y muestras

inalteradas, para someterlas a los ensayos necesarios en laboratorio

El nmero mnimo de pozos por obra y su profundidad ya ha sido comentado,

pero sus dimensiones mnimas en planta y profundidad estn en funcin del tipo

de estructura y del tipo de suelo.

Dentro de ellos se miden a distinta profundidad densidad, humedad, pesos

especficos y se retiran muestras representativas.

Para suelos granulares limpios (sin cohesin) se moldean o fabrican muestras a

la humedad y densidad del terreno, como alternativa a ensayos in situ

SONDAJE S.P.T.

Ensayo de Penetracin Dinmica SPT

RQD (Rock Quality Designation Index)

El ndice RQD (Deere et. al. 1967) fue diseado como una herramienta para

estimar cuantitativamente la calidad del macizo rocoso a partir de testigos de

sondaje.

Es definido como el porcentaje de trozos intactos mayores a 10 cm en el largo

total del sondaje. El testigo debe ser de tamao no menor a NW (dimetro 54.7

mm o 2.15 pulgadas), obtenido de perforaciones con barras de doble tubo.

Ecosonda de Subfondo Multihaz Simrad SBP-120

Buque mercante hundido en la boca de la Baha de Concepcin

Mtodos de Muestreo Directos

Secuencia ensayos de penetracin dinmica CPT

FUNDACIONES SUPERFICIALES

Informe Geotcnico en proyectos de edificios

La Exploracin Geofsica en las Obras de Ingeniera.

La exploracin geotcnica tradicional estuvo siempre apoyada por una inspeccin

geolgica de la superficie del terreno, a lo que se sumaban algunas calicatas

someras para la descripcin y muestreo de los materiales, varios sondeos

mecnicos con recuperacin de testigos y ensayos de penetracin estndar

(SPT), y finalmente ensayos fsicos para caracterizacin de los materiales.

De ah que las secciones geolgicas del subsuelo eran definidas a partir de la

interpolacin y extrapolacin de los sondeos mecnicos ejecutados, lo que

muchas veces se traduca en serios problemas durante la etapa constructiva y

posterior a ella, ya que generalmente el subsuelo es muy heterogneo y presenta

bruscos cambios laterales que no siempre pueden ser detectados a travs de los

sondeos, debido a que un sondeo slo es representativo de su eje vertical y no

necesariamente representa la extensin lateral de la estratigrafa cortada.

Ante estos mrgenes de incertidumbre y los frecuentes problemas en importantes

obras de ingeniera, los pases desarrollados comenzaron a utilizar, cada vez ms,

los avances tecnolgicos de la exploracin geofsica, a fin de zonificar, horizontal y

verticalmente, todo el subsuelo de inters, antes de proceder a ejecutar los

sondeos mecnicos necesarios.

La geo-resistividad elctrica, la refraccin ssmica y las imgenes de geo-radar

son hoy da modernas y valiosas metodologas que bien combinadas nos permiten

zonificar adecuadamente el subsuelo e identificar reas cavernosas, depsitos

arcillosos, lentes o lechos de gravas y arenas, profundidad hasta la roca base,

rocas de pobre calidad, grado de desgarrabilidad (ripeabilidad) de la roca, mdulo

de Young (dinmico), relacin de Poisson, mdulo de rigidez, coeficiente ssmico,

vas de flujos subterrneos erosivos o disolventes, etc., etc.

Estos mtodos han sido exitosamente aplicados en nuestro pas en grandes y

modernas obras de ingeniera como presas, tneles, carreteras, puentes, torres

multipisos, tanques para almacenamiento de agua o combustibles, etc., al extremo

de que grandes y costosos proyectos, como el caso del nuevo puente sobre el ro

Higuamo, el ms largo del pas, han tenido que ser totalmente rediseados y

revalorados luego de que los estudios geofsicos mediante geo-resistividad

elctrica y refraccin ssmica demostraran fehacientemente que las condiciones

del subsuelo eran completamente dismiles y peores de las originalmente

establecidas.

Por el contrario, la refraccin ssmica desarrollada a lo largo del tnel de presin

de la presa de Moncin evidenci que el esquisto cortado era de superior calidad o

lo estimado en base a sondeos y a ensayos puntuales de esfuerzo/deformacin, lo

cual permiti modificar el blindaje interior y ahorrar millonarias sumas de dinero.

La combinacin de las imgenes geoelctricas y las imgenes de geo-radar ha

permitido identificar grandes reas cavernosas presentes en la caliza coralina de

la ciudad de Santo Domingo, donde hoy da se levantan altas torres multipisos que

generarn grandes esfuerzos unitarios en las reas de fundaciones. Estos

mtodos geofsicos son determinantes para ubicar las anomalas cavernosas y

entonces proceder a emplazar correctamente los sondeos de comprobacin, y de

ser necesarios, los sondeos para las inyecciones de cemento que habrn de

mejorar la capacidad de carga de la roca.

Un sondeo aleatorio siempre ser un sondeo ciego lateralmente, pero un sondeo

guiado por una zonificacin geofsica previa siempre ser representativo de las

reales condiciones fsicas del subsuelo, porque la zonificacin geofsica permite

definir con exactitud hasta donde se extiende, lateral y verticalmente, la litologa

cortada por el sondeo.

La eleccin de el o los mtodos geofsicos ms apropiados para un problema

especfico depender siempre de la experiencia previa del especialista y de los

objetivos bsicos del programa, aunque lo mas recomendable es combinar los

mtodos que ms se adapten a las condiciones del subsuelo, pero,

evidentemente, hay estudios que slo pueden ser desarrollados por un mtodo

exclusivo, como es el caso de la ripeabilidad de la roca o el clculo de los mdulos

dinmicos, donde la refraccin ssmica es el nico mtodo que aplica.