unidad i geotecnia

GEOTECNIA

INTRODUCCIN:mecnica de suelo + geologia = geotecnia

La Ingeniera geotcnica es una rama de la Ingeniera Civil.Los ingenieros geotcnicos investigan el suelo y las rocas por debajo de lasuperficie para determinar sus propiedades y disear las cimentacionespara estructuras tales como edificios, puentes, centrales hidroelctricas,estabilizar taludes, construir tneles, carreteras, etc.

ESTUDIO GEOTCNICO:a) La naturaleza del terrenob) Las distintas capas de mismoc) La existencia y posicin de niveles freticosd) Las propiedades geotcnicas del terrenoe) Las condiciones de cimentacin

GEOTECNIA

GEOTECNIA

ESTUDIO GEOTECNICO INFORME GEOLOGICOPuntos fundamentales a tomar en cuenta en el estudio geotcnico: El tipo de cimentacin, superficial o profunda Las presiones admisibles La cota de implantacin de los cimientos La adopcin de medidas especiales frente a suelos expansivos,

agresivos al hormign, etc. Costos del proyecto

A la falta de un estudio geotcnico se puede encontrar con: Excavacin en roca Agotamiento o rebajamiento del nivel fretico Entibacin de cimientos o edificios adyacentes, etc.

TIPOS DE RECONOCIMENTO Y SUS PROBLEMAS ASOCIADOS

Los mas usados en edificacin:- Calicatas o pozos- Sondeos- Ensayos penetromtricos contnuos

Para la determinacin de caractersticas geomecnicas, se realizan ensayos in situ, sobre el terreno o en el interior de un sondeo:

- Pruebas de carga- Ensayos presiomtricos- Ensayos de molinete

Mtodos especiales, usados en estudios extensos (por ejemplo, en obras lineales, para interpolar entre sondeos), o cuando se requiere una informacin muy detallada y contina del material, atravesado por un sondeo, como son:

- Prospeccin gefsica (ssmica, elctrica, gravimtrica)- Diagrafas en sondeos (rayos , resistividad, etc.)

TIPOS DE RECONOCIMENTO Y SUS PROBLEMAS ASOCIADOS

TIPOS DE RECONOCIMIENTO Y LOS PROBLEMAS ASOCIADOS

a) CALICATASSon pozos o zanjas de reconocimiento donde, adems de

una observacin del terreno hasta la profundidad limitada (3-4m),se pueden tomar muestras en bloque de gran calidad. Se hacen amano (con o sin entibacin) y sobre todo con pala mecnica. Laseccin no es menor a 1m x 1m.

En general, las calicatas pierden aplicacin cuando:- Existen costras duras o capas de roca superficiale- Por debajo del nivel fretico- Cuando el terreno no se mantiene sin entibacin.- Materiales en los que la cuchara no es capaz de penetrar.


b) SONDEOS MECNICOSSon perforaciones realizadas a presin (suelos blandos), percusin (gravas, materialescementados) o rotacin (rocas, suelos duros), con dimetros habituales entre 65 y 140 mm, quesirven para la extraccin y reconocimiento del terreno (testigos), para la obtencin de muestrasdel terreno mediante herramientas apropiados (tomamuestras) y para la realizacin de algunosensayos in situ.

Tipos de tomamuestras:- Pared delgada (Shelby)-Pared gruesa- Tipo bipartido- Pistn (tipo Osterberg, Bishop, etc)- De doble pared (tipo Mazier, Craelius, etc.)- De triple pared (tipo stump).

En general , un tomamuestras puede ser incorrecto por:- No cumplir las normas geomtricas de longitud, espesor de pared, esbeltez, etc.- Reducido dimetro (65 mm).- Presentar la boca o zapata mellada, abollada, etc.- Vlvulas de retencin deficientes.


c) Ensayos en sondeos

Pueden citarse como ms frecuentes los siguientes:

- El de penetracin estndar (SPT): con cuchara bipartida (Di = 35 mm) opuntaza (gravas). Masa de 63,5 kg cayendo a 76 cm. Aplicacin en suelosgranulares.

- Ensayo de molinete o vela (vale test): aplicacin en arcillas blandas.Se emplea para medir la resistencia al corte sin drenaje de suelosblandos, haciendo girar unas aspas en el terreno y midiendo el paraplicado. Es til en suelos blandos (Su 0,5 kg/cm2).

- Ensayo presiomtrico: Se utilizan para medir la deformabilidad del terrenohaciendo dilatarse contra el mismo una clula cilndrica y estableciendo larelacin presin-deformacin volumtrica. El ms frecuente es el modeloMnard, de 60mm de dimetro y presin hasta kp/cm2.


f) Pruebas de carga

Aunque no se trata propiamente de un reconocimiento, se utilizan frecuentementepara determinar in situ las propiedades de resistencia a la deformabilidad del terreno,siendo la ms habitual la de carga de placa (30 cm x 30 cm).

Estos ensayos suelen presentar como defectos:

- Empleo de placas de dimetro inadecuado al tamao predominantedel suelo, y defectuoso ajuste de la placa.

- Apreciacin errnea de la deformabilidad, por efecto de los comparadores,puentes de referencia, efectos trmicos, deformaciones del sistema detransmisin de cargas, etc.

- Influencia de las dimensiones del pozo sobre la rotura del terreno bajo laplaca.

- Velocidad inadecuada de ensayo o falta de estabilizacin de lasdeformaciones.

TIPOS DE RECONOCIMIENTOS Y LOS PROBLEMAS ASOCIADOS

d) Muestras de aguaSuelen tomarse en sondeos, para analizar la composicin del agua y prever

eventuales problemas de abrasividad.

e) Ensayos penetromtricos contnuosConsisten en hacer penetrar en el terreno una puntaza de dimensiones

normalizada por aplicacin de una energa de impacto fija o una presin esttica controlada. Se tiene as los ensayos de penetracin:

- Dinmica: como por ejemplo del de tipo Borro (puntaza de 16 cm2 masa de 65 kg, cayendo desde 50 cm), el stump, el DIN ligero (10 cm2 y 10 cm2 y 50 kg/cm2), el DIN pesado (15 cm2 y 50x50 kg/cm), etc. Son tiles en suelos blandos y terrenos granulares flojos a medios.

- Esttica: (Holanda, Gouda): existen modelos de 6, 10 y 20 t. Punta de 10 cm2 y como de 60 grados. Velocidad de penetracin de del orden de 3 cm/seg. Presiones de punta de hasta unos 300 kg/cm2. Util en arcillas y suelos granulares de compacidad media a baja.

PLANIFICACION DEL RECONOCIMIENTO

1. EDIFICACION:

Es imposible dar reglas fijas respecto al nmero y situacin de los puntos de reconocimiento, ya que es el propio terreno, en funcin de su variabilidad, el que va exigiendo una densidad mayor o menor de datos para definirlo adecuadamente.

a) Urbanizacin y reas extensas: suelen realizarse dos campaas:

1. Campaa de viabilidad o evaluacin geotcnica: tiene por objeto definir las caractersticas generales del terreno, detectar los eventuales problemas de cimentacin y zonificar el rea respecto a su calidad geotcnica.

A ttulo orientativo, pueden recomendarse las siguientes prospecciones:


Estas densidades son mnimas, en terrenos de dificultad normal ycontando con un encuadre geolgico adecuado.

2. Campaa geotcnica de detalle: es la necesaria para definir lascondiciones de cimentacin en al ubicacin definitiva de los edificios y obrasimportantes. Aunque la campaa puede reducirse algo si las zonas edificablesson extensas, ya que pueden complementarse las reas de influencia de cadapunto de reconocimiento, no debe perderse de vista que, por el hecho deestar en una urbanizacin o grupo de viviendas, el estudio geotcnico de unedificio no debe ser menos intenso que si se tratase de una construccinindependiente.

Para este tipo de campaas pueden hacerse las siguientesrecomendaciones:

1-2 sondeos por edificio aislado1 sondeo cada 500 m2 edificados1 cata cada 800 m2 edificados o cada 150m de va.


b) Edificios: En una campaa estndar el nmero de reconocimientos viene fijadosobre todo por el rea y la naturaleza del terreno, mientras que la altura o importancia deledificio influye ms en la longitud de las prospecciones y la toma de muestras o ensayos in situ. Elnmero mnimo de sondeos es dos y lo aconsejable es de tres a cinco.

En lo que se refiere a la profundidad de los sondeos, la idea es investigar hasta una profundidaden la que las tensiones transmitidas por el edificio no superen el 10% de las aplicaciones ensuperficie.

Como referencia se han propuesto frmulas como:

z = 4 , (m) ; donde s es el nmero de plantas del edificio.

2. OBRAS LINEALES

El estudio geolgico-geotcnico es un documento bsico de cualquier proyecto de carreteras (obras lineales en general) siendo su alcance graduable segn la fase y nivel de desarrollo del mismo en que se encuentre.

Se diferencian tres grupos:

PLANIFICACIN Y RECONOCIMIENTO

a) Estudios de viabilidad (Planeamiento):- Es suficiente la localizacin de zonas con grandes problemas geolgicos-geotcnicos. - Evaluacin global de terreno- Escala de trabajo 1/200.000- Incluye otros factores como: estabilidad de laderas-geomorfologa, excavabilidad-ripabilidad, drenaje, topografa-relieve, y materiales.- Se complementa con otras tcnicas de reconocimiento como fotogrametra, levantamientos de campo, etc.

b) Estudio de trazado (Informativo, Anteproyecto, Proyecto de trazado): Es necesario llegar a una definicin, lo ms exacta posible, de la naturaleza del terreno y de sus propiedades con cuantificacin de estas.

- Elaboracin de un encuadre o marco geolitolgico en que se inscribe la traza.- Definida la traza, una banda de 500 m, determinar los reconocimientos puntuales a realizar,

detectndose los puntos o reas con potenciales problemas (inestabilidad, subsidencia, baja capacidad portante, etc.).- Recopilacin de antecedentes, estudios de fotointerpretacin de datos disponibles, comprobaciones de campo.- Escala de trabajo 1/5.000

c) Estudios que desarrollan soluciones concretas (proyecto de construccin).- Sondeos y ensayos muy variable.- Una media de : 1 por cada 1-4 km- Obras particulares: estructuras 1/ pila estribo

desmontes 1/200-400 mterraplenes 1/350-500 m

tneles 1/150-300 m

PLANIFICACION Y RECONOCIMIENTO

En un trazado normal, se requiere el estudio y anlisis de los siguientes aspectos:

a) Aspectos generales:- Evaluar capacidad soporte de explanacin- Caracterizar cimiento de terraplenes- Evaluar ripabilidad- Evaluar calidad productos de excavacin

b) Obras particulares:- Obras de paso- Desmonte- Terraplenes- Tneles

c) Zonas especiales (potencialmente problemticas)- Potentes depsitos suelos blandos- Rellenos artificiales- Zonas karstificadas- Materiales expansivos- Areas inestables

.

EVALUACION GEOTECNICA DEL TERRITORIO

CARTOGRAFIA:

Es importante un conocimiento previo de los problemas que puede plantear el terreno y poseer una calificacin del mismo respecto a su mayor o menor idoneidad como soporte de las obra previstas.Sin esta informacin previa puede darse la implantacin en:

- Zonas de marismas- Meandros abandonados- Cauces de inundacin- Laderas inestables- Rellenos antiguos- reas sin drenaje- Terrenos expansivos- Zonas de hundimiento- Etc.

Algunas de la s cartografas: Cartografa de estudios geotcnicos a detalle: 1/1.000 a 1/100 Cartografa de cimentaciones: 1/50.000 a 1/25.000 Cartografa que cuantifica asientos, cargas admisibles, taludes de excavacin, etc.: 1/20.000

a 1/10.000Con un mnimo de 10 m de profundidad.

RECONOCIMIENTO GEOTCNICO PARA OBRAS LINEALES

Cartografa disponible:

- Geologa- Hidrogeologa- Mapas de riesgos

Planta geolgica (E = 1/5.000 1/50.000) Topografa Anlisis del trazado: Planta

Perfil Encaje de volmenes de tierras Estudio previo de materiales y canterasGEOLOGA GEOTECNIA DEL TRAZADO Reconocimiento geolgico al detalle

- Planta- Perfil: longitudinales

transversales Tcnicas utilizadas

- Levantamiento geolgico de campo- Estaciones geomecnicas- Sondeos- Ensayos in situ- Penetrmetros- Geofsicos- Ensayos de laboratorio- Estaciones geomecnicias

Resultados- Cartografa geolgica-geotcnica de la traza: - Planta geolgica (E= 1/1.000 1/4.000)- Planta geotcnica (E=1/50.000 1/2.000)- Unidades geotcnicas y parmetros bsicos- Niveles freticos


ESTUDIO DE LAS UNIDADES DE OBRA Prstamos y canteras: materiales Explanadas Rellenos Desmontes Tneles Obras de fbrica Aspectos especiales (carstificacin, subsidencias, etc)

EXPLANADAS Clasificacin y tipo Capas de coronacin Medidas especiales (estabilizacin, sustitucin, etc.)


RELLENOS (TERRAPLENES Y PEDRAPLENES) Preparacin del cimiento: - desbroce y limpieza

- drenaje- abancalamiento- refuerzo mejora

Materiales Maquinaria Sistemas y medios constructivos: - Extensin tongadas

- Compactacin- Humectacin

Estabilidad y taludes Controles


DESMONTES Perfiles geotcnicos al detalle Estabilidad Medidas de contencin Drenajes Sistemas de excavacin: - mecnicas

- voladuras Bermas, cunetas, etc. Explanada obtenida Medidas complementarias


TUNELES

Planta y perfil geolgico-geotcnico de detalle

Secciones transversales geolgico-goetcnico

Niveles freticos

Incidencias especiales (falla, etc.)

Mtodos constructivos

Tipo excavacin

Sostenimiento

Medidas especiales

Secciones contructivas tipo


OBRAS DE FBRICAS Y ESTRUCTURAS

Perfil litogeotcnico del subsuelo

Caractersticas geomecnicas de las unidades

Cimentacin

Tipologa

Sistema constructivo

Bases de diseo

RECONOCIMIENTO GEOTCNICO EN TNELES

INTENSIDAD/TIPO/DISTRIBUCIN Tneles en general

- Un sondeo (testigo continuo cada 250-500ml)- Sondeos inclinados (15-20%)- Especial atencin a boquillas (1 2 sondeos como mnimo)- Aprovechar informacin: diagrafa y parmetros de perforacin (sondeo a destroza) (20%)- Estaciones geomecnicas: de forma masiva, para definir la geometra de

discontinuidades de todo tipo de modo suficientemente preciso.- Nivel fretico y piezometra: ensayos de permeabilidad de sondeo (50% de

los sondeos).- Ensayos en sondeo: SPT (en todos); presiomtricos (25-50%)

Tneles urbanosUn sondeo cada 100-200 m, como mnimo

NO HAY REGLAS GENERALES


SISTEMAS PARA LA INVESTIGACIN GEOTCNICA DEL MACIZO

Geofsica

Sondeos mecnicos (verticales+inclinados+horizontales)

- Testigo contnuo

- Testigo orientado

- Diagrafas

- Registro de parmetros de perforacin

- Ensayos presiomtricos

- Ensayos S.P.T.

- Ensayos de permeabilidad (Lugeon+Lefranc)


Pozos y galeras de reconocimiento- Observacin directa del macizo- toma de muestras grandes- Ensayos in situ a escala: - carga

- corte- permeabilidad- tensiones internas- alterabilidad

Ensayos de campo- Permeabilidad: bombeo- Resistencia y deformabilidad- Ensayos de tratamiento del terreno a escala real (inyecciones, congelacin, drenaje, etc.)


Ensayos de laboratorio in situ en roca:- Geomecnicos (doformabilidad/resistencia E,C, , U):

- Primarios o bsicos: carga con placacorte directopresiomtrico

- Secundarios: tilt testescleromtricospoint load test

- Estado(fracturacin, porosidad, agua, disposicin):- Testificacin sondeos: diagrafas

parmetros de perforacin- Permeabilidad- Tensiones in situ

Carga a escala (instrumentacin): Medidas en galerias, excavaciones, etc., a escala reducida


- Geofsica:

- Ssmico (velocidad propagacin de ondas):

- Superficie: Refraccin

Reflexin

- Profundos: Cross-holeDown-hole

- Elctricos (resistividad, conductividad, potencial inducido): Sondeos Calicatas

- Electromagneticos

RECONOCIMIENTO GEOTCNICO EN MACIZOS ROCOS

RECONOCIMIENTO:

Geologa - Trazado

Hidrogeologa - Mtodo constructivo

Geotecnia - Sostenimiento-revestimiento

- Tratamientos especiales

PLANIFICACIN DEL ESTUDIO GEOTCNICO:

- Situacin del reconocimiento

- Metodologa del reconocimiento

- Seleccin de datos bsicos

- Bases interpretacin y correlacin

.


ESTUDIO GEOLGICO: Objetivos:

- Estratigrafa y estructura del macizo- Litologa- Accidentes: fallas, milonitos, diques, etc.- Fracturas: familias, distribucin, reparacin, etc.- Problemas especiales: karstificacin, etc

FASES:

- Estudio bsico (cartografa, fotogeologa, bibliografa, campo):- Mapa geolgico de la traza (500 m) (E = 1/25.000-1/5.000)- Perfil litolgico longitudinal (E = 1/5.000)- Historia geolgica de la zona: - Tensiones residuales

- Actividad tectnica reciente- Paleoclima

- Inventario obras prximas: - Mineras- Tneles- Subsidencias- Deslizamiento


- Estudio de detalle:

- Mtodos a utilizar: - Levantamientos geolgicos de campo (estereografa, etc)

- Calicatas y sondeos mecnicos

- Diagrafas de sondeo

- Geofsica de superficie (ssmica y elctrica)

- Ensayos (in situ y laboratorio)

- Objetivos: - Litologa y estratigrafa del macizo: Planta (1/1.000)

Perfil longitudinal (1/500) - Estructura: - Direcciones, buzamiento y discontinuidades

- Fallas

- Pliegues

- Fracturas

- Diques

- Zonificacin del macizo

- Determinacin de incidencias significativas.


- Objetivos: - Litologa y estratigrafa del macizo: Planta (1/1.000)

Perfil longitudinal (1/500) - Estructura: - Direcciones, buzamiento y discontinuidades

- Fallas

- Pliegues

- Fracturas

- Diques

- Zonificacin del macizo

- Determinacin de incidencias significativas.

- Estudio geotcnico:

- Objetivos: - Complementos goelgicos (definicin precisa de estructura del macizo)

- Identificacin geomecnica de los materiales (mineraloga y estructura

cristalina)

- Caracterizacin geomecnica del macizo:

- Resistencia y deformabilidad

- Voladuras de transmisin de vibraciones

- Sistemas de excavacin: abrasividad, etc.


- Caracterstica hidrogeolgicas:

- Nivel fretico y piezompetrico

- Acuferos, permeabilidad, etc.

- Estado tensional del macizo

- Alterabilidad de los materiales

- Problemas especiales:

- Puntos singulares de paso

- Afecciones

- Niveles acuferos especiales

- Defectos del macizo

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