exploracion geotécnica de obras

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)



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.



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.


(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.


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


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.


NORMALIZACIN ENSAYO

Norma ASTM D1586-84 (Reaprobada 1992) exige las siguientes

caractersticas:


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


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:


CUCHARA PARTIDA ASTM D1586-84


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)


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)


Caractersticas y Distribucin de Sondeos

TTULO H.3 (NSR-10)


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)


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)


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)


EJ 1. APLICACIN DE LA CARACTERIZACIN GEOTCNICA

REGISTRO DE

PERFORACIN

REGISTRO DE

APIQUE

PERFIL ESTATIGRFICO Y

CARACTERIZACIN DE

MATERIALES

exploracion geotécnica de obras

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