8. exploracion subsuelo (1)
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EXPLORACION GEOTECNICA
(o prospección Geotécnica):
Investigación mediante métodos invasivos,
que pueden ser complementarios con
métodos no invasivos, del subsuelo con
fines geotécnicos.
Habitualmente incluye la obtención de
muestras del subsuelo
EXPLORACION DE SUELOS
(GEOTECNICA)
Objetivo principal:
Detectar, reconocer e identificar los materiales geomecánicos y profundidades de napas y roca basal en sector de emplazamiento (o trazado) de obras de ingeniería que se proyectan ( a profundidades influenciadas por ella -bulbo de presión), en el area en que pueden influenciarla (taludes adyacentes) o en profundidades donde se requiera prevenir efectos en aguas subterraneas
EXPLORACION GEOTECNICA
Identificar horizontes o estratos de suelos => Descripción estratigráfica
Definir posible secuencia estratigráfica => Programar campaña en extensión
Efectuar trabajos de terreno que permitan caracterizar los materiales representativos de los horizontes
Exploración geotécnica
Procedimientos
Excavación de calicatas
Excavación de zanjas
Perforación de sondajes
Desarrollo de procedimientos geofísicos
Programa
Se debe definir mediante:
Cantidad de puntos a investigar
Profundidad a alcanzar en cada punto
Distribución de los puntos en la
superficie del terreno
Numero y tipo de muestras a extraer
Numero mínimo de calicatas de investigación
para profundidades de entre 4 y 8 m
Superficie a explorar (m2) Cantidad de puntos de
exploración
Hasta 1000 2
De 1001 a 4000 3
De 4001 a 10000 4
Mas de 10000 Según lo indicado por el ing.
Geotécnico con un minimo de 5
Numero mínimo de calicatas de investigación
para profundidades de hasta 4 m
Superficie a explorar (m2) Cantidad de puntos de
exploración
Hasta 500 2
De 501 a 1000 3
De 1001 a 2000 4
De 2001 a 5000 5
De 5001 a 10000 6
Mas de 10000 Según lo indicado por el ing.
Geotécnico con un minimo de 7
Profundidad mínima a alcanzar en
cada punto de exploración
Se entiende como profundidad mínima de
exploración aquella dentro de la cual se
produce la interacción suelo-estructura de
la obra en proyecto
Profundidad mínima a alcanzar en
cada punto de exploración
Fundaciones superficiales
Edificación sin subterráneo
Zp = Df + z
Edificaciones con subterráneo
Zp = h + Df + z
En ambos casos z= 1,5 B
y B el ancho menor de fundación
Df profundidad de fundación distancia desde terreno a sello de fundación
Profundidad de exploración
z puede tener el valor de B, con un
mínimo de 2 m
Zp no puede ser menor a 2,5 m
Fundaciones profundas
Zp = h + Df + z
Con Df el extremo de la fundación profunda pilote, pilas
Debe profundizarse un mínimo de 3 m por debajo de su punta
En caso de cepas o estribos de puentes, un mínimo de 7 m
EXPLORACION Y ESTABILIDAD DE
TALUDES
COMPUESTA La superficie de falla consiste
en dos secciones curvas y el
plano basal.
Ocurren cuando los
horizontes subyacentes son
profundos
EXPLORACION Y ESTABILIDAD DE
TALUDES
Diversas superficies de falla circulares con radios variables desde un
solo centro de rotación
Centro de rotación Sup. de falla crítica
Swedish Fall Cone (suitable for very soft to soft clays)
The test must be calibrated
Soil sample
Cu ∞ Mass of the cone
∞ 1/(penetration)2
Presiometro (Menard)
Pozo
Celda
Celda medición
Celda
Tubo
coaxial Agua
Aire Pre
sió
n
Exp
an
sió
n v
olu
men
Tiempo
Presión Exp
an
sió
n V
olu
men
Fase
Pseudo-
elastica
Fase
elsstica
Penetrometro
estatico de
cono
Aquellos que pueden
medir presiones de
poros se les llama
piezoconos
40 mm
40 mm
40 mm
40 mm
Standard Penetration Test, SPT
63.5 kg
0.76 m
Barra
de perf
0.15 m
0.15 m
0.15 m
Numero de golpes = N1
Numero de golpes = N2
Numero de golpes = N3
Resistencia a penetración Standard (SPT N) = N2 + N3
Puede aplicarse cada 1 m
Existen diversas coreelaciones (c, f, ect) para N
PLANTA
Veleta
Para resistencia al corte no drenada (Cu) y sensibilidad de arcillas
blandas
Diametro
perforación
(diametro = DB)
h > 3DB)
Veleta
D
H
Torque, T
Veleta T
Superficie
de
ruptura
Suelo no
perturbado
Velocidad de rotación : 60 – 120 por minuto
El ensaye puede efectuarse cada 0.5 m
verticales
Veleta
Como el ensaye es rápido
se espera una condición no
drenada(UU)
Cu
Cu
T = Ms + Me + Me = Ms + 2Me
Me – Asumiendo una distribución uniforme
de resistencia al corte
2
0
).2(
d
ue rCrdrM
2
0
32
0
2
322
d
u
d
ue
rCdrrCM
1283
2 33 dCdCM uu
e
d/2 d/2
Cu
h
Corrección de resistencia al corte de veleta
Bjerrum (1974) propuso corregir los valores de terreno, Cu
en aras de la seguridad de los diseños.
Cu(diseño) = lCu(veleta)
Con, l = factor de correccion = 1.7 – 0.54 log (IP)
IP = Indice plasticidad
EXPLORACIÓN DEL
SUBSUELO
REFERENCIAS:
Principios de Ingeniería de Cimentaciones, Braja M.
Das, Thomson Learning, 4ª Edición, 2001.
Mecánica de Suelos y Cimentaciones, Crespo Villalaz,
Carlos, Noriega Limusa, 5ª Edición, 2006.
EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
PROGRAMA DE EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
Este programa se puede estructurar en 3 fases como sigue:
-Mapas de Levantamientos Geológicos.
-Reportes Confiables de Suelos.
-Mapas Agronómicos.
-Información hidrológica: registros de flujo de cauces, niveles de inundación,
registros de mareas, etc.
-Manuales de suelos de entidades estatales.
EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
PROGRAMA DE EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
ESPACIAMIENTO ENTRE PERFORACIONES:
DISTRIBUCIÓN DE PERFORACIONES (NSR-2010)
EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
PROGRAMA DE EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
SONDEOS
d)EXCAVADOR DE TORNILLO (Auger): Una varilla en forma de tornillo
se profundiza rotando y extrae muestras “ALTERADAS”.
e)SONDEO POR PERCUSIÓN Y ROTO PERCUSIÓN: Se realiza hincando
un tubo por percusión y/o ligeras rotaciones. La muestra se extrae por
medio de agua.
MUESTREO
No es real la obtención de muestras INALTERADAS en materiales NO
COHESIVOS (arenas y gravas), se pueden obtener muestras
razonablemente sanas en materiales cohesivos (arcillas). Para ello se
emplean muestreadores de pared delgada, en los que la calidad de la
muestra extraída depende de el funcionamiento del muestreador.
EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
PROGRAMA DE EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
ENSAYOS DE CAMPO
ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR
• El Ensayo de Penetración Estándar constituye el ensayo o prueba más
utilizado en la realización de sondeos, y se realiza en el fondo de la
perforación. Los pasos que se siguen en este ensayo son los siguientes:
• Consiste en medir el número de golpes necesario para que se
introduzca una determinada profundidad una cuchara (cilíndrica y hueca)
muy robusta (diámetro exterior de 51 milímetros e interior de 35
milímetros, lo que supone una relación de áreas superior a 100), que
permite tomar una muestra naturalmente alterada, en su interior. El peso
de la masa está normalizado, así como la altura de caída libre, siendo de
63'5 kilopondios y 76 centímetros respectivamente.
EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
PROGRAMA DE EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR
Una vez que en la perforación del sondeo se ha alcanzado la profundidad a la
que se ha de realizar la prueba, sin avanzar la entubación y limpio el fondo del
sondeo, se desciende el toma muestras SPT unido al varillaje hasta apoyar
suavemente en el fondo. Realizada esta operación, se eleva repetidamente la
masa con una frecuencia constante, dejándola caer libremente sobre una
sufridera que se coloca en la zona superior del varillaje.
• Se contabiliza y se anota el número de golpes necesarios para hincar la
cuchara los primeros 15 centímetros (N0 − 15).
• Posteriormente se realiza la prueba en sí, introduciendo otros 30
centímetros, anotando el número de golpes requerido para la hinca en cada
intervalo de 15 centímetros de penetración (N15 − 30 y N30 − 45).
• El resultado del ensayo es el golpeo SPT o resistencia a la penetración
estándar:
• NSPT = N15 − 30 + N30 – 45
EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
PROGRAMA DE EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR
• Si el número de golpes necesario para profundizar en cualquiera de estos
intervalos de 15 centímetros, es superior a 50, el resultado del ensayo
deja de ser la suma anteriormente indicada, para convertirse en rechazo
(R), debiéndose anotar también la longitud hincada en el tramo en el que
se han alcanzado los 50 golpes. El ensayo SPT en este punto se
considera finalizado cuando se alcanza este valor. (Por ejemplo, si se ha
llegado a 50 golpes en 120 mm en el intervalo entre 15 y 30 centímetros,
el resultado debe indicarse como N0 − 15 / 50 en 120 mm, R).
• Como la cuchara SPT suele tener una longitud interior de 60
centímetros, es frecuente hincar mediante golpeo hasta llegar a esta
longitud, con lo que se tiene un resultado adicional que es el número de
golpes N45 − 60. Proporcionar este valor no está normalizado, y no
constituye un resultado del ensayo, teniendo una función meramente
indicativa.
EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO ENSAYO CORTE CON VELETA
PROGRAMA DE EXPLORACIÓN DEL SUBSUELOENSAYO DE CORTE CON VELETA
EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO ENSAYO CORTE CON VELETA
T es el Torque máximo aplicado T=Ms+Me+Me
Ms=Momento resistente a cortante en superficie lateral del cilindro de suelo.
Me=Momento resistente a cortante en cada extremo.
Para calcular Me tenemos que pueden haber 3 distribuciones de movilización
de resistencia a cortante:
EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
PROGRAMA DE EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
ENSAYOS DE LABORATORIO (RECOMENDACIÓN) De muestras inalteradas recuperadas se recomienda como mínimo:
Para todas las muestras.
Granulometría
Humedad.
Límites de Atterberg.
Para de base de cimentación
Resistencia al corte (E, C, 𝟇).
Si el suelo es compresible
Consolidación
En casos particulares.
CBR, Expansibilidad y Permeabilidad.
EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
PROGRAMA DE EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
RECOMENDACIONES DE UN ESTUDIO DE SUELOS: Un estudio de suelos debe contener como mínimo recomendaciones con
respecto a.
Profundidad de Cimentación.
Sistema de subdrenaje.
Métodos de excavación.
Tipo de cimentación.
Estabilización de taludes.
Detalles particulares.
EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
PROGRAMA DE EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
GRADO DE ALTERACIÓN DE LAS MUESTRAS:
Por lo cual para este ejemplo estaría altamente alterada
EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
PROGRAMA DE EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
Datos del SPT
SENSITIVIDAD DE UN SUELO
EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
PROGRAMA DE EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
Datos del SPT
RELACIONES EMPÍRICAS PARA CN
EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
PROGRAMA DE EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
Datos del SPT
SENSITIVIDAD DE UN SUELO
EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
PROGRAMA DE EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
Datos del SPT
PARÁMETROS DE UN SUELO GRANULAR.
EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
PROGRAMA DE EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
Datos del SPT
PARÁMETROS DE UN SUELO GRANULAR.
EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
PROGRAMA DE EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
Datos del SPT
PARÁMETROS DE UN SUELO GRANULAR.
EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
PROGRAMA DE EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
Datos del SPT
PARÁMETROS DE UN SUELO GRANULAR.
EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
PROGRAMA DE EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
Datos del SPT
PARÁMETROS DE UN SUELO GRANULAR.
EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
TALLER DE EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO
FECHA DE ENTREGA: SABADO 20 DE ABRIL DE 2013.
1. Según la figura 2.22 mostrada en la presentación en la pagina anterior. Para un pozo con hw+ho=9 m,
𝞓t=24 horas, 𝞓h1=0,65 m, 𝞓h2=0,50 m y 𝞓h3=0,38 m. Calcule la profundidad del nivel de agua.
2. Determine si las siguientes muestras se encuentran o no alteradas:
a. Muestra tomada con tubo shelby 𝟇interno=80 m y 𝟇externo=91 mm.
b. Muestra tomada con cuchara SPT 𝟇interno=35 m y 𝟇externo=55 mm.
3. Se realizó un ensayo con veleta de corte cuyas dimensiones son: d=76 mm y
h= 152 mm, el promedio de 3 lecturas a la falla fue de 72 Nxm, determine para
Diseño la resistencia a corte no drenado si el IP=19%.
4.Se realizó un ensayo de CPT en una arena normalmente consolidada, con los
Siguientes resultados: qc=12 Mpa, profundidad=7,5 m, ϒ’=10,25 KN/m3. Estime el ángulo
De fricción interna del suelo, sabiendo que se usó un cono mecánico.
5.Determine los Ncorregidos de SPT N’60 para las profundidades mostradas, no hay nivel
Freático, ϒ’ suelo=21 KN/m3, diámetro de perforación=155 mm, Energía de martillo Er=50, Tipo
De muestreo= sin liner o encamisado.
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