Recomendaciones de exploración para localización y profundidad de otras estructuras

Estructura Número mínimo de puntos de exploración y localización de los puntos de exploración

Muros de contención

- Mínimo un punto de exploración por cada muro de contención. - Para los muros de contención de más de 30 m de longitud, los puntos de exploración se

espaciarán de 30 a 60 m, las localizaciones deben alternar delante y detrás de la pared. - Para los muros anclados, se deben realizar puntos adicionales a la exploración en la zona de

anclaje, espaciados de 30 a 60 m.

Terraplén

- Mínimo un punto de exploración cada 60 m (condiciones erráticas) o cada 120 m (condiciones uniformes) a lo largo de la línea central del terraplén.

- En los sitios críticos, (ej:., alturas máximas del terraplén, profundidades máximas de estratos suaves) un mínimo de tres puntos de exploración en la dirección transversal para definir las condiciones subsuperficiales existentes para los análisis de estabilidad.

- Para los terraplenes de acercamiento a un puente, por lo menos un punto de exploración en las localizaciones de cada estribo.

Taludes de corte

- Mínimo un punto de exploración cada 60 m (condiciones erráticas) o cada 120 m (condiciones uniformes) en la longitud del corte.

- En los sitios críticos, (ej:., alturas máximas del terraplén, profundidades máximas de estratos suaves) un mínimo de tres puntos de exploración en la dirección transversal para definir las condiciones subsuperficiales existentes para los análisis de estabilidad.

- Para los taludes cortados en roca, realice el trazado geológico a lo largo de la longitud del corte.

Cimentaciones superficiales

- Para estructuras (ej: embarcaderos o estribos) con anchos menores o iguales a 30 m, mínimo un punto de exploración por subestructura.

- Para estructuras con anchos mayores a 30 m, mínimo dos puntos de exploración por subestructura.

- Los puntos adicionales de exploración deben ser proporcionados si se encuentran las condiciones subsuperficiales erráticas o las superficies de la roca se inclinan.

Cimentaciones profundas

- 1 Para estructuras (ej: embarcaderos o estribos) con anchos menores o iguales a 30 m, mínimo un punto de exploración por subestructura.

- Para estructuras con anchos mayores a 30 m, mínimo dos puntos de exploración por subestructura.

- Los puntos adicionales de la exploración deben ser proporcionados si se encuentran las condiciones subsuperficiales erráticas.

- Debido al gran costo asociado a la construcción de los ejes de la cimentación en roca, las condiciones deben ser confirmadas en cada localización de eje.

Muestreadores comunes para la toma de muestras alteradas de suelo

Mu

estr

ead

or

Dimensiones típicas Suelos en los que se pueden

obtener los mejores resultados

Método de penetración

Causa de poca

recuperación Observaciones

Cuchara partida

Las estándar son: diámetro exterior de 50 mm, e interno de 35 mm.

Todos los suelos más finos que el tamaño de una grava que permita el muestreo; las gravas invalidan los datos tomados; un retenedor de suelo puede ser requerido en suelos granulares.

Golpes con martillo de 64 kg

Grava que se encuentre en bloque

Una prueba SPT puede ser desarrollada; son muestras altamente alteradas.

Broca helicoidal

El diámetro oscila entre 75 a 400 mm; la profundidad de penetración puede llegar hasta los 15 m Principalmente suelo sobre el

nivel freático; no penetrará en suelos duros o con contenido de guijarros o cantos rodados.

Rotación Suelos duros, guijarros, cantos rodados

Método para la determinación del perfil estratigráfico, se pueden obtener muestras en bolsa; se registra el tipo de muestra y la profundidad de la toma; hay necesidad de explicar el tiempo de retraso entre la penetración del pedacito y la llegada de la muestra a la superficie, reducir al mínimo errores en la estimación de la profundidad de la muestra

Taladro de disco

Diámetro hasta de1 m; tiene generalmente una penetración máxima en profundidad de 8 m

Tenazas (Taladro

Ancho hasta de 1.2 m con largos variables: con extensiones; son

Principalmente suelo sobre el nivel freático; puede penetrar en

Rotación Suelo muy difícil de

Varios tipos de tenazas están disponibles, incluyendo algunas con

bucket) posibles profundidades de hasta 25m.

suelos duros y con contenido de guijarros o cantos rodados, además se podrían tomar muestras en roca si el equipo es adecuado

penetrar dientes ripper y con herramientas de corte; el progreso es lento cuando se utilizan las extensiones

Taladro de prueba de muestras grandes (Large penetration test -LPT)

Diámetro interior de 50 a 75 mm, y exterior de 63 a 89 mm (ej: Muestreador converse, muestreador california)

En arenas a suelos gravosos Golpes con martillo de 160 kg

Gravas de gran tamaño, guijarros y cantos rodados

La muestra está intacta pero muy alterada; una resistencia puede ser registrada durante la penetración, pero no es equivalente al valor N del SPT, y es más variable debido a que el equipo y el método no son estándar.

Muestreadores comunes para la toma de muestras inalteradas de suelo

Mu

estr

ead

or

Dimensiones típicas Suelos en los que se pueden obtener los mejores resultados

Método de penetración

Causa de poca recuperación

Observaciones

Tubo Shelby

El más común tiene 76 m de diámetro externo y 73 de diámetro interno; pero están disponibles con diámetro externo desde 50 a 127 mm; la longitud estándar es de 760 mm.

Suelos cohesivos de grano fino o suelo blandos; suelos gravosos o muy duros deformarán el tubo.

Presión con movimiento relativamente rápido; se puede usar cuidadosamente martillo pero éste inducirá perturbación adicional

Presión errática aplicada durante el muestreo, martilleo, partículas de grava, prensar el borde del tubo, suelo incorrecto para el muestreo, penetrar el tubo más del 80% de la longitud de este.

El dispositivo más simple para las muestras inalteradas; la perforación debe estar limpia antes de que se baje el muestreador; poco área inútil en el muestreo; no es conveniente para suelos duros, densos o gravosos

Pistón estacionario

Tiene 76 m de diámetro externo; disponibles con diámetro externo desde 50 a 127 mm; la longitud estándar es de 760 mm.

Arcillas de consistencia media a blanda y limos finos; no adecuado para suelos arenosos

Presión continua

Presión errática durante el muestreo, permitir que la barra del pistón moverse durante la presión, el tipo de suelo incorrecto para el muestreo

En el extremo del pistón se requiere de un aparejo pesado de taladro con cabeza hidráulica para prevenir la entrada del líquido y la contaminación del material; muestras generalmente menos alteradas comparando con el tubo Shelby; no es conveniente para suelos duros, densos, o gravosos

Pistón hidráulico (Osterberg)

El más común tiene 76 m (3 plg) de diámetro externo y están disponibles con diámetro externo desde 50 a 100 mm (2 a 4 plg); la longitud estándar es de 910 mm.

Limos y arcillas, y algunos suelos arenosos

Presión hidráulica o neumática

Fijación con abrazadera inadecuada de las barras del taladro, presión errática

Solo necesita las barras estándar del taladro; requiere capacidad hidráulica o neumática adecuada para activar el muestreo; las muestras se alteran generalmente menos comparando con el tubo de Shelby; no es conveniente para suelos duros, densos, o gravosos

Denison

De diámetro externo de 89 a 177 mm (3.5 a 7 plg), produciendo muestras de 60 a 160 mm (2 3/8 a 6.3 plg); de longitud 610 mm (24 plg).

Arcillas duras a muy duras, limos y arenas con algo de cementación, roca balnda.

Rotación y presión hidráulica

Operación inapropiada del muestreador, procedimientos pobres de perforación

La cara del tubo interno se proyecta más allá del tubo externo, que gira; la longitud de la proyección puede ser ajustada; toma generalmente buenas muestras; no es conveniente para arenas sueltas y arcillas blandas

Muestreador Pitcher

De diámetro externo de 100 mm (4 plg); se usa de 76 mm (3 plg) para tubos shelby; de longitud 610 mm (24 plg).

Las mismas que para el Denison

Las mismas que para el Denison

Las mismas que para el Denison

Difiere del Denison en que la proyección del tubo interno es controlada por un resorte; sin embargo no es efectivo en suelos no cohesivos.

Muestreador Foil (de hoja)

Muestra continua en tubos de 50 mm (2 plg) de diámetro, y una longitud de hasta 2 m (65 pies)

Suelos de grano fino, incluyendo arcillas blandas sensitivas y limos

Penetración en el terreno con movimiento constante; Las pausas ocurren para agregar segmentos a la muestra barril

Los muestreadores no deben ser utilizados en suelos con contenido de fragmentos o bloques de roca

Muestras son rodeadas por tiras finas de acero inoxidable, almacenado sobre el cortador, para prevenir el contacto del suelo con el tubo.

La toma de muestras inalteradas o poco alteradas de suelos granulares limpios no es posible por procedimientos convencionales. En algunas arenas resultan eficaces los tomamuestras de pistón tipo Osterberg o tipo Bishop. Cuando se está considerando el muestreo en roca, las dimensiones, el tipo de muestreador, y el fluido para sondeos son variables importantes. La profundidad mínima del muestreo en roca debe ser resuelta basada en la geología local del sitio y el tipo de estructura que se construirá. La muestra se debe tomar a una profundidad que asegure que no se encuentre en un canto rodado. Ensayos in situ SPT , CPT, VELETA DE CAMPO Para el estudio de problemas geotécnicos que puedan tener una repercusión importante puede ser recomendable realizar pruebas de campo especialmente destinadas al análisis del problema en cuestión. Entre ellas se destacan las siguientes:

- Son relativamente frecuentes los estudios de asentamientos y consolidación de zonas blandas mediante terraplenes de prueba instrumentados.

- Son especialmente recomendables las pruebas de hinca de pilotes, que hoy se pueden instrumentar y analizar detalladamente.

- Son frecuentes, y recomendables en grandes obras, las pruebas de carga de pilotes y de resistencia de anclajes o elementos en tracción horizontal.

- Son de particular interés, por su menor dificultad de ejecución, las pruebas de empuje entre pilotes. De ellas puede deducirse con buena precisión los parámetros de deformabilidad del terreno para el estudio de pilotes sometidos a esfuerzos horizontales con distintas configuraciones.

- Los ensayos de bombeo son especialmente útiles en el análisis de problemas de filtración y se consideran imprescindibles cuando el reconocimiento está encaminado al estudio de obras que después requieran un drenaje forzado con achique permanente.

Ensayo de Placa Se trata de medir los asentamientos de una placa cuadrada o circular (de 30x30 cm normalmente) al ir aumentando la presión vertical transmitida. La presión a transmitir está limitada por los elementos de contrapeso y, lo habitual es no alcanzar la rotura del terreno. (INV E 168)

Ensayos Lefranc Los ensayos de permeabilidad más frecuentes en perforaciones consisten en el control del caudal del agua introducido en el terreno bajo ciertas condiciones de geometría de la zona de contacto del agua libre con el terreno circundante y ciertas condiciones de carga hidráulica.

Ensayos Lugeon Los ensayos Lugeon son exclusivos de rocas duras en las que la permeabilidad se mide en unidades Lugeon, UL. Una unidad Lugeon es aquélla que permite el paso de un caudal de 1 litro/minuto por cada ml de sondeo cuando la presión de ensayo es 10 bares. Sólo cierto tipo de rocas muy resistentes admiten tan altas presiones sin fracturarse.

Ensayos de densidad Los ensayos de compactación están indicados para el estudio del efecto de la humedad en la densidad máxima que puede alcanzarse al compactar un suelo. Se realizan con muestras de cualquier tipo de suelo hasta gravas que puedan tener 25 mm (1”) de tamaño máximo (aprox.). Los ensayos más tradicionales son el Proctor Normal (INV E- 141) y el Proctor Modificado (INV E-142). El segundo se realiza compactando en moldes más grandes y con energías mayores y por eso suelen alcanzar densidades claramente más altas (5 a 15% mayores que las correspondientes al P.N.). El resultado de estos ensayos es especialmente aplicable al control de calidad de compactación de rellenos. El control de la densidad alcanzada en campo, para ser comparada por los resultados de laboratorio de los Proctor, se logra a través de los ensayos más comunes enunciados a continuación:

- Método de cono y arena (INV E-161) - Método balón de caucho (INV E-162) - Método nuclear (INV E-164/166)

Construcciones experimentales (tramos de prueba) Tramos de prueba, término usado para la construcción experimental de diferentes sectores de un proyecto víal, que procuran ser desarrollados con algún parámetro constante y otros variables. Generalmente se emplean los mismos procesos de elaboración y ejecución con los mismos equipos y el mismo personal en todos los casos, se procura también que las condiciones meteorológicas sean similares. Este tipo de pruebas de campo, generalmente son utilizadas para evaluar el desempeño de algún material nuevo, ya sea nuevo totalmente, o modificado por algún aditivo. El costo de esta construcción casi siempre corre por cuenta del proponente del material alternativo. Estos tramos son controlados y/o instrumentados durante cierto periodo de tiempo, durante el cual son sometidos a las cargas reales (transito) del sector en el cual fue ros construidos. Cuando se tratara de evaluar y/o comparar diferentes tipos de materiales alternativos, se procura que los tramos sean consecutivos.

El piezocono. CPTU El piezocono o CPTU consiste en un penetrómetro estático continuo en cuya punta se añade un piezómetro. El equipo permite el registro continuo de resistencia por punta y por fuste y además el control de las presiones intersticiales generadas durante la hinca, así como la evolución de su disipación cuando la hinca se detiene.

El piezocono sísmico SCPTU Para la prueba sísmica del piezocone (SCPTu), un geófono está situado aproximadamente 1.6 pies (500 milímetros) por encima de la punta del cono. El geófono detecta las ondas de corte generadas en la superficie del terreno en intervalos de aproximadamente 3 o 5 pies (1 o 1.5 m), correspondiendo a las penetraciones sucesivas de la barra. Si es necesario, se deben hacer ajustes si son usadas tuberías de diámetros AW o EW para penetrar el cono en longitudes más largas.

Ensayos de laboratorio para rocas

Prueba Procedimiento Tipos de roca

aplicables

Propiedades de la roca aplicable

Limitaciones / Observaciones

Resistencia a la carga puntual

Especímenes de roca en forma de núcleos, bloques, o terrones irregulares son quebrados por el uso de una carga concentrada con un par de elementos esféricos truncados, de manera cónica.

Generalmente no apropiado para roca con una resistencia a la compresión uniaxial menor que 520 ksf (25 MPa)

Proporciona un índice de la resistencia a la compresión uniaxial

Puede ser realizado en campo con equipo portable o en el laboratorio; en roca suave o débil, los resultados de la prueba necesitan ser ajustados al equipo utilizado.

Resistencia a la compresión inconfinada de núcleos de roca intacta

Un espécimen cilíndrico de roca es ubicado en el aparato de carga y cortado bajo compresión uniaxial, y la cargas pico y de falla son obtenidas

Núcleo de roca intacta

Resistencia a la compresión uniaxial

Prueba muy rápida y muy simple para evaluar la resistencia de la roca; fisuras y otras anomalías podrán causar falla prematura

Prueba de laboratorio de corte directo

Un espécimen de roca es ubicado en la parte inferior de la caja de corte, y encapsulado con cualquier resina sintética o mortero. El espécimen debe ser posicionado de manera tal que la línea de corte esté en el plano de la discontinuidad a ser investigada. El espécimen entonces se monta en la caja superior del corte y la carga normal y la fuerza de corte son aplicadas.

Usado para encontrar la resistencia al corte pico y residual de una discontinuidad

Resistencia al corte pico y residual de una discontinuidad

Puede necesitarse realizar pruebas de corte in situ si el diseño es controlado por deslizamientos potenciales a lo largo de la discontinuidad, y estar rellena con diversos materiales débiles

Modulo elástico de núcleos de roca intacta

El procedimiento es igual que para evaluar resistencia a la compresión inconfinada en núcleos de roca

Núcleo de roca intacta

Módulo y relación de Poisson

El valor del módulo (y la relación de Poisson) varían debido a la no-

intacta. Las deformaciones laterales también son medidas

linealidad de la curva esfuerzo-deformación.

Durabilidad Slake

Los fragmentos secados de la roca se ponen en un tambor hecho del acoplamiento de alambre que se sumerge parcialmente en agua destilada. Se gira el tambor, la muestra secada, y la muestra es pesada. Después de dos ciclos de giros y secándose, la pérdida de peso y la forma del tamaño del los fragmentos restantes de la roca son registrados.

Shale u otra roca blanda o débil

Índice de degradación potencial de la roca

Control de calidad en los ensayos de laboratorio En Colombia, el control de la calidad de los ensayos de laboratorio es acreditada por el ONAC (Organismo Nacional de Acreditación), quien es el ente responsable de garantizar que el laboratorio quien ofrece servicios de ensayos cumpla con los parámetros mínimos que deberían darse:

- Idoneidad del personal - Equipos apropiados (Calibrados y verificados) - Condiciones ambientales (ubicación espacio necesario, temperaturas de los cuartos, etc) - Manipulación de las muestras - Cumplimiento de los métodos de ensayo, etc.

Los Laboratorios de ensayos para ingeniería, debe seguir la norma de calidad ISO 17025, la cual establece los parámetros mínimos que se deben cumplir, uno de los aspectos más importantes del cumplimiento de esta norma, es el cálculo y presentación de la incertidumbre del resultado. El cálculo de la incertidumbre del resultado, define el rango de variación que puede tener un dato, tiene las mismas unidades del mensurando (R) y ofrece una información directa de las condiciones de ejecución del ensayo, el valor de incertidumbre se debería presentar de la siguiente manera:

r

Donde: Vr: Valor real del parámetro, en las dimensiones del parámetro medido.

R: Valor obtenido del mensurando (parámetro medido), mismas unidades que Vr. I: Valor de la incertidumbre mismas unidades que Vr. Este valor se determina de

acuerdo a cualquier método válido por la ISO-17025 mediante el análisis estadístico de la diversa información que define un ensayo de laboratorio.

Este valor de Incertidumbre es de presentación obligatoria en cada resultado, se podría dar el caso que este valor ayude al ingeniero responsable a tomar la decisión de cambiar de laboratorio.

Taller. Responda las siguientes preguntas:

1. Existe un terraplén construido para una vía cuyo nivel de tránsito es bajo, se quiere valorar si es apto para incrementar el nivel de tránsito y se pueden enviar tractomulas por este corredor. Las dimensiones del terraplén de forma trapezoidal son: L=60 m, b1= 5 m, b2=10 m, y H=8 m; plantee el tipo de exploración y en cantidad el mínimo de esta.

2. El piston estacionario, será un muestreador adecuado para recuperar una muestra en una zona de afloramiento de la Formación Tilatá en la ciudad de Tunja?, porque? La formación tilatá es característica de contener arcillas de alta resistencia, de color rojizo, susceptibles a la erosión por surcos y tubificación.

3. Realizar el ensayo de placa, beneficiaría en algo el diseño de una cimentación superficial? Porque?

4. Porque creen ustedes que el ensayo de corte directo para rocas, solo se realiza en las discontinuidades?

5. Si usted fuera el ingeniero encargado de la calidad de los materiales en un proyecto, que exigiría al laboratorio de ensayos o a su grupo colaborador que cumplan legalmente?

6. Complementar el ítem: ensayos de campo.