ETAPAS DEL ESTUDIO GEOTECNICO NORMAS, PROCEDIMIENTOS Y MÉTODOS
NORMATIVIDAD GENERAL
NORMATIVIDAD GENERAL
NORMATIVIDAD GENERAL
PUENTES
ETAPAS DEL ESTUDIO GEOTECNICO Definir el programa de investigación Ejecutar el trabajo de campo y toma de muestras Ensayos de laboratorio de mecánica de suelos y químicos Interpretación de los resultados Elección y diseño del tipo y profundidad de cimentación En caso de obras viales y canales: clasificación de la subrasante y elección del tipo tratamiento de ser necesario, elección del tipo de talud de corte y con ello el calculo del presupuesto final de la obra.
Elaboración del informe
1 PROGRAMA DE INVESTIGACIÓN Deberá estar orientado a la obtención de los parámetros necesarios para el adecuado diseño de las estructuras en contacto con el suelo. Previamente se deberá Identificar el tipo de proyecto u obra (Vial, edificación, puente, canal, saneamiento, etc.) y revisar la normatividad especifica y aplicarla en las diversas etapas del estudio. 1.1 Recolección de información existente. • Estudios previos, geología (mapas geológicos), topografía, fotos aéreas, sismicidad, etc. • En el caso de edificaciones el tipo de edificación, Cargas de servicio a transmitir al terreno, espaciamiento de columnas, numero de sótanos. • En el caso de carreteras el tipo de carretera • En el caso de puentes la luz del puente. • Tipo de terreno
PARA CONOCER ASPECTOS DE GEOLOGIA DEL PERÚ Instituto Geológico, Minero y Metalúrgico (INGENMMET) www.ingemmet.gob.pe
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1 PROGRAMA DE INVESTIGACIÓN
1.2 Reconocimiento del lugar. • Topografía.Evaluación de evidencias de deslizamientos ocurridos, derrumbes, rellenos, filtraciones de agua, etc.) • Observación de los perfiles del subsuelo en trincheras naturales o excavaciones adyacentes, usual en obras lineales como carreteras. • Evaluación de los procesos geodinámicas externos en el sector. • En el caso de edificaciones observación del comportamiento de viviendas aledañas.
1 PROGRAMA DE INVESTIGACIÓN
1.3 Hipótesis del terreno Una vez recolectada toda la información preliminar y habiéndose reconocido el lugar, se debe plantear una hipótesis razonable sobre el perfil del terreno a encontrar. Esta hipótesis será la base para la elección del método de exploración y de muestreo.
1.4.- Técnicas de prospección.
• •
• •
• •
Calicatas y/o trincheras a cielo abierto. Ensayos in situ en sondeos (SPT, DPL, PDC y otros.) Exploración con barra posteadora. Perforaciones profundas con recuperación muestras. Estaciones geomecánicas (en macizos rocosos) Ensayos geofísicos (Refracción sísmica, Masw, otros)
a. CALICATAS Y/O TRINCHERAS
Constituye una de las técnicas más eficaces para la exploración directa del subsuelo y permite la obtención de muestras con fines de investigación.
OJO: Es importante hacer un buen registro de calicatas
Pueden ser ejecutadas manualmente o con maquinaria. En caso sea necesario, se deberán entibar las paredes.
NORMATIVIDAD PARA LA TOMA, TRANSPORTE Y CONSERVACIÓN DE MUESTRAS
AUSCULTACIONES CON BARRA POSTEADORA (NTP 339.161 / ASTM D1452) Este equipo consiste en una cuchara de 10” de longitud por 2” de diámetro, unido a una tubería de F°G° de 1” de diámetro y 40” de longitud, que van añadiéndose según necesidad; en la parte superior lleva una manivela con la finalidad de cortar y extraer muestra del suelo. Este método reemplaza a la calicata en suelos donde el nivel de agua es alto sin alterar el medio donde se realiza el ensayo. La profundidad alcanzada será la que se permita o sea indicada en campo y dependerá de los tipos de suelo (por lo general se aplica sólo para suelos cohesivos normalmente consolidados).
Auscultaciones con barra posteadora
Es importante realizar un buen muestreo
Perforaciones profundas Normalmente es estos sondeos exploratorios, la muestra de suelo obtenida es completamente alterada (excepto cuando se emplea equipo muy especial) Las perforaciones pueden ser llevadas a cabo en estado seco; así mediante el método de lavado. Las herramientas para sondeo exploratorios por rotación son barrenos helicoidales (mayormente en perforaciones secas) o barrenos de perforación (herramientas de ataque).
Perforaciones profundas En ciertos casos, hay que emplear un sondeo entubado (en suelo muy suelto). Para el muestreo se utiliza herramientas especiales, como las cucharas muestradoras. Cuando un sondeo alcanza una capa de roca más o menos firme, no es posible lograr penetración mediante herramientas (arriba mencionadas), sino se ha de recurrir a herramientas (brocas de cincel, brocas de diamantes, etc.)
ENSAYO DE SPT Método de ensayo dinámico común en el Perú y Sudamérica.
Consiste en introducir un toma muestras en el interior de un sondeo realizado previamente determinando la resistencia del suelo a la penetración, al tiempo que permite obtener una muestra para su identificación.
Muchos países han establecido sus propias correlaciones empíricas para sus suelos
Ensayo estándar de SPT
Muestreador del SPT
ENSAYO DE SPT
CORRELACIONES A PARTIR DEL ENSAYO DE N SPT
Arenas
Arcillas
Terzaghi Peck, (1948)
PARA MAYOR CONOCIMIENTO REVISAR
PARA MAYOR CONOCIMIENTO REVISAR
CONO PECK
En suelos con grava y en roca se remplaza el extremo abierto del equipo por un cono. Las investigaciones muestran una similitud general entre los valores N para ambos tipos de suelo con la misma densidad. Este método consiste en penetrar una punta cónica en el suelo y medir la resistencia que el suelo ofrece. En la prueba dinámica puede usarse un penetrómetro cuyo ángulo en la punta corresponde a 60º y un diámetros de 50.8 mm. Este aditamento es atornillado al extremo de la tubería de peroración del equipo SPT, que se golpea en su parte superior de un modo análogo al que se realiza en la prueba de penetración estándar. Esta prueba se realiza por dos razones básicas, su economía y su rapidez pues al no haber operaciones de muestreo no existe procedimiento de retirar la tubería de perforación y obtener las muestras.
ENSAYO DE PENETRACIÓN DINÁMICA LIGERA (DPL) (NTP 339.159 / DIN 4094) Consiste en el hincado continuo en tramos de 10 cm de una punta cónica de 60º utilizando la energía de un martillo de 10 kg de peso, que cae libremente desde una altura de 50 cm. Este ensayo nos permite obtener un registro continuo de la resistencia del terreno a la penetración, existiendo correlaciones para encontrar el valor “N” de resistencia a la penetración estándar en función del tipo de suelo, para cada 30 cm de hincado. 0 0. 0
ML
0. 5
1.00
1. 0
1.40
1. 5
2.00
2. 0
CH 2. 5
3. 0 3.00
3. 5
3.40
4. 0
SC
10
20
30
40
50
Aplicación y auscultación
limitación
de
ensayos
de
NORMA TÉCNICA E.050-SUELOS Y CIMENTACIONES
ENSAYOS GEOFÍSICOS (REFRACCIÓN SÍSMICA, MASW, OTROS)
INVESTIGACIONES GEOFÍSICAS: Método sísmico: Este proceso se funda en la diferente velocidad de la propagación de las ondas vibratorias de tipo sísmico a través de diferentes medios materiales. En los suelos, la velocidad de propagación varía entre 150 y 2500 m/seg. Correspondiendo los valores mayores a mantos de grava muy compactas y los menores a arenas sueltas; los suelos arcillosos tienen valores medios, mayores para las arcillas duras y menores para las blandas. En roca sana la velocidad de propagación fluctúa entre 2000 y 8000 m/seg. El método consiste en provocar explosiones en la zona a explorar, colocando registradores de ondas (geófonos) que captan las vibraciones transmitiéndolas a un oscilógrafo central. Las ondas directas y refractadas (por fronteras entre estratos) llegan al geófono en tiempo diferentes. Y por medio de gráficos y cálculos, se averigua la estratificación del terreno.
ENSAYO DE REFRACCIÓN SÍSMICA
Método indirecto mas usual para estimar el perfil estratigráfico del subsuelo Permiten cubrir grandes extensiones siendo relativamente económico.
ENSAYO DE REFRACCIÓN SÍSMICA
Ubicación del ensayo de refracción sísmica
Método indirecto más usual para estimar el perfil estratigráfico del subsuelo. Permiten cubrir grandes extensiones siendo relativamente económicos.
DETERMINACIÓN DE LA LONGITUD DE TENDIDO L h
L > 4h - 3h
ENSAYO DE REFRACCIÓN SÍSMICA
•
Nos permite conocer propiedades dinámicas de los materiales.
•
Nos permite conocer la alteración en rocas, y el soporte necesario. Vp - 3500
Vp = 2000 m/s
Vp = 3000-5000 m/s
1000
Q = 10
(Vp - 3600 ) Q= 50
•
Nos permite determinar la superficie de deslizamiento.
Método de resistencia eléctrica:
La principal aplicación de este método está en el campo de la minería, pero en mecánica de suelos también se ha aplicado, para determinar la presencia de estratos de roca en el subsuelo. La base de este método, consiste en mediciones de la resistividad eléctrica de los suelos, la cual varía con la naturaleza del mismo.
ENSAYO DE RESISTIVIDAD ELÉCTRICA VERTICAL - SEV
Valores representativos de la resistividad (Tomado de Braja Das, quinta edición 2006)
OTROS ENSAYOS DE CAMPO
CONO DE ARENA (ASTM D 1556) MTC E 117
La medida de la densidad del material en el terreno puede hacerse, así mismo, extrayendo una muestra de suelo y midiendo el volumen del hueco dejado por el material extraído. Este puede medirse mediante el empleo de agua, aceite o arena. Este ensayo se ejecuta bajo la norma ASTM D 1556. (Uso exclusivo para suelos granulares)
CORTE EN SUELOS COHESIVOS (VELETA)
CORTE EN SUELOS COHESIVOS (VELETA)
ENSAYO DE CORTE DIRECTO A GRAN ESCALA IN-SITU
CBR INSITU
CBR INSITU CON (PDC) PENETRACIÓN DINÁMICA DE CONO
(Penetrómetro Dinámico de Cono) = PDC (Dynamic Cone Penetrometer) = DCP Fue desarrollado por Van Vuuren en 1969, fue empleado durante una extensiva investigación del comportamiento de los pavimentos, en un esfuerzo por estimar en forma simple la resistencia in situ de los materiales de subrasante y capas que conforman el pavimento. Mide la penetración por golpe en un pavimento a través de la totalidad de sus capas bajo carga constante. Esta penetración es función de la resistencia de corte in situ. El perfil de penetración obtenido, no solo da una indicación de las propiedades de los materiales sino que también permite conocer el valor del CBR in situ y del Módulo Efectivo de cada una de las capas que conforman la estructura del pavimento. EQUIPO El PDC de 8 Kg. que se muestra en forma esquemática en la Figura consiste de los siguientes componentes: una barra de acero de 15.8 mm (5/8”) de diámetro, con una punta-cono recambiable o desechable, un mazo de 8 Kg. (17,6 lbs) el cual es soltado de una altura de 575 mm (22,6”), un ensamblaje de acople y una empuñadura. La punta-cono tiene un ángulo de 60°y un diámetro en la base de 20mm (0,79”).
NORMAS DE REFERENCIA DENOMINACIÓN
MTC E
ASTM
AASHTO
Densidad en el sitio – Método nuclear a profundidad reducida
124
D 2922
T 238
Humedad del suelo en el terreno. Método nuclear (Profundidad reducida)
125
D 3017
T 239
ENSAYOS DE LABORATORIO
ENSAYOS ESTANDAR
NORMAS DE REFERENCIA
DENOMINACIÓN
MTC E
ASTM
AASHTO
Análisis granulométrico de suelos por tamizado
107
D 422
T 88
Contenido de humedad de un suelo
108
D 2216
Análisis granulométrico por medio del hidrómetro
109
D 422
T 88
Determinación del límite liquido de los suelos
110
D 4318
T 89
Determinación del límite plástico e índice de plasticidad
111
D 4318
T 90
Determinación de los factores de contracción de los suelos
112
D 427
T 92
Gravedad específica de los suelos (picnómetro)
113
D 854
T 100
ENSAYOS COMPLEMENTARIOS
NORMAS DE REFERENCIA
DENOMINACIÓN
MTC E
ASTM
AASHTO
Equivalente de arena, suelos y agregados finos compactación de suelos en laboratorio utilizando una energía modificada (56 000 pie-lb/pie3) Compactación de suelos en laboratorio utilizando una energía standard Ensayo para determinar la densidad de los suelos en el campo por el método del cono de arena
114
D 2419
T 176
115
D 1557
116
D 698
117
D 1556
Densidad en el sitio – Método nuclear a profundidad reducida
124
D 2922
T 238
Humedad del suelo en el terreno. Método nuclear (Profundidad reducida)
125
D 3017
T 239
Contenido de humedad en suelos método del carburo de calcio
126
D 4944
T 217
ENSAYOS ESPECIALES Permiten determinar parámetros para el diseño especifico de un componente del proyecto En el caso de cimentaciones y taludes la resistencia al corte de un suelo determina factores tales como, la capacidad de carga admisible para una cimentación, la estabilidad de un talud y el empuje de un suelo contra un muro de contención” Se busca determinar propiedades del suelo simulando las condiciones a las cuales serán sometidas en el momento en el que se realice la obra proyectada; con este fin se busca reproducir las condiciones in situ en el laboratorio. “PARAMETROS DE LA RESISTENCIA AL CORTE “c” y “f”
En el caso de obras viales se busca determinar parámetros para el diseño de los pavimentos como el CBR y MR
ENSAYOS ESPECIALES NORMAS DE REFERENCIA
DENOMINACIÓN
MTC E
ASTM
AASHTO
Comprensión no confinada en muestras de suelos
121
D 2166
T 208
Corte directivo (Consolidado Drenado)
123
D 3080
T 236
Módulo resiliente de suelos de subrasante
128
D 2844
T 190
Mediciones de la presión de poros
130
Determinación de parámetros de resistencia al corte mediante compresión triaxial
131
D 2850 D 4767
T 296 T 297
CBR de suelos (Laboratorio)
132
D 1883
T 193
T 252
ANGULOS DE FRICCION INTERNA DE ALGUNOS Arena gruesa SUELOS Compacta TIPO DE SUELOS
CONSISTENCIA
Arena gruesa o arena con grava
Compacta Suelta
Arena media
Compacta Suelta
o arena con grava Suelta ANGULO DE FRICCION INTERNA, Arena media EN GRADOS Compacta Suelta 40 Arena Limosa35 Compacta fina o limo arenosos Suelta 40
Arena Limosa Compacta fina o limo arenosos Suelta
30 Limo Uniforme 30 Arcilla - limo 25
Compacta Suelta
Arcilla limosa30 25 Arcilla
Limo Uniforme Arcilla - limo
Suave a mediana
20
Arcilla limosa
Suave a mediana
15
Arcilla
Rigida Suave a mediana
12 - 15 0 - 10
40 35 40 30 30 25
Compacta Suelta
30 25
Suave a mediana
20
Suave a mediana
15
Rigida Suave a mediana
12 - 15 0 - 10
CUADRO G-03
VALORES REFERENCIALES DE LA COHESION EN Kg /cm2 CUADRO G-03 ARCILLA RIGIDA
ARCILLA VALORES REFERENCIALES DE LA COHESION EN KgSEMIRIGIDA /cm2
0.5
0.25
ARCILLA RIGIDA
ARCILLA FIRME 0.5
0.1
ARCILLA SEMIRIGIDA
ARCILLA BLANDA 0.25
0.01
ARCILLA FIRME
ARCILLA ARENOSA 0.1
0.05
ARCILLA BLANDA
LIMO 0.01RIGIDO O DURO
0.02
Tipos de Ensayos Triaxiales - Ensayo No Consolidado - No drenado (UU) Construcción rápida en arcillas blandas Análisis al final de la construcción de presas de tierra - Ensayo Consolidado - Drenado (CD) Construcción en arenas. Construcción lenta en arcillas. Análisis en el estado de infiltración constante de presas de tierra. - Ensayo Consolidado - No Drenado (CU) Construcción rápida sobre arcillas sobreconsolidadas. Análisis de desembalse rápido de presas de tierra.
ESTACIONES GEOMECÁNICAS – MACIZOS ROCOSOS En cimentaciones apoyadas sobre el macizo rocoso, se deberá caracterizar el mismo a través de estaciones geomecánicas de acuerdo a las técnicas establecidas por la mecánica de rocas. A partir de las mismas se podrá evaluar la carga a la rotura Clasificación de Bieniawski (RMR) Clasificación de Hoek Brown
• Masa Rocosa: Roca intacta + Discontinuidades
Resistencia al corte del macizo rocoso Indice RMR de Bieniawski (1979) •
Resistencia de la roca intacta.
•
Designación de la calidad de la Roca (RQD)
•
Espaciamiento de Discontinuidades.
•
Estado de las Discontinuidades.
•
Condiciones del Agua Subterránea.
•
Orientación de las Discontinuidades.
Indice Q de Barton (1974) Indice RSR de Wickmac (1972) Criterio Empírico de Hoek y Brown
• Carga Puntual
Caracterización Roca Intacta
Discontinuidades
EQUIPO UTILIZADO EN CAMPO - EVALUACION DE DISCONTINUIDADES
ESTABILIDAD DE TALUDES EN ROCA (RMR - SMR) Resistencia de la roca intacta
Ajuste por daño de voladura
Valoración 0-15
0.80 - 1.0 Densidad de las discontinuidades RQD : 0-20 Espaciamiento: 0-20 Valoración 0-40
RMR Básico 0 - 100
Ajustes por esfuerzo in-situ y cambio de esfuerzo
0.60 - 1.2
Condición de las discontinuidades
Fallas y fracturas mayores
Valoración 0-30
0.70 - 1.0
Condición de l agua subterránea
Ajuste por orientación de las discontinuidades
Valoración 0-15
SMR 0 - 100
Determinación del Número de Familias (Sistemas) de discontinuidades
EFECTO DE LA DIRECCION DE DISCONTINUIDAD
EFECTO DE LA DIRECCION DE DISCONTINUIDAD
GRADOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES EN MACIZOS ROCOSOS
Interpretación de los resultados •
•
•
Evaluar e interpretar los resultados de los ensayos de laboratorio Evaluar e interpretar los resultados de los ensayos de campo Evaluar las condiciones geodinámicas del entorno al sitio del proyecto
Elección y diseño de tipos de cimentación •
Cimentaciones superficiales Df/B<5
ZAPATAS AISLADAS • ZAPATAS CORRIDAS • LOSAS DE CIMENTACIÓN •
•
Cimentaciones profundas
PILOTES • PILAS •
Elaboración del informe (memoria descriptiva)
Definir el alcance y limitaciones del estudio
Identificar las condiciones geodinámicas del sector .
Detallar las exploraciones de campo y ensayos de laboratorio efectuados. (presentar hojas, registros, resultados).
Describir
las condiciones del subsuelo (planos, ubicación de las exploraciones geotécnicas) . Definición
de la capacidad de carga admisible del terreno y los asentamientos permitidos (diferenciales y/o totales). Memorias de cálculo. Conclusiones
y recomendaciones de la investigación.
