Reporte Estratigrafia General, pruebas de Presiómetro de Menard

EXPLORACION GEOTECNICA MEDIANTE PRUEBAS IN-SITU DE PRESIOMETRO DE MENARD Y FICOMETRO PROYECTO “TORRE MANACAR” MANACAR”

RES ULTADOS DE LA CAMPA ÑA DE RESULTADOS EXP L OR ORA A CÓ CÓN N G EO EOTÉ TÉCNICA ME MEDIA DIA NTE PRUE B A S IN-SI N-SITU TU D E P RESIÓ RESIÓMETRO METRO DE MENA ME NA RD Y FICÓ FICÓME METRO TRO PROYECTO “TORRE MANACAR”

INFORME PREPARADO PARA: Cons truc cio nes y Edificaciones Pal Palm m as, S. S.A. A. de C.V. C. V.

Enero de 2013 0


EXPLORA CION GEOTÉCNICA GEOTÉCNICA MEDIANTE PRUEBA S IN-SITU IN-SITU DE PRESIÓMETRO PRESIÓMETRO DE MEN AR D Y FICÓMETR FICÓMETR O PROYECTO “TORRE MAN A CAR”

C O N T E N I D O 1

INTRODUCCIÓN

2

SITIOS DE ESTUDIO ESTUDIO 2.1 Descripción del sitio de estudio 2.2 Información geológica 2.3 Zonificación geotécnica de acuerdo con el RCDF 2.4 Información geotécnica previa

3

TRABAJOS DE CAMPO CAMPO 3.1 Ubicación de barrenos para pruebas in situ

4

PRUEBAS DE PRESIÓMETRO DE MENARD 4.1 Descripción del Equipo 4.2 Calibraciones 4.3 Ejecución de la prueba 4.4 Ciclos de Carga y descarga 4.5 Interpretación de la prueba 4.5.1 Determinación del modulo de Menard Menard E m 4.5.2 Determinación del modulo de corte G

5

PRUEBAS DE FICÓMETRO 5.1 Descripción del equipo 5.2 Ejecución del ensaye de Ficómetro

5.3

5.2.1 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.3 5.2.4 5.2.4

Calibración de la son da Cámar a de pr ueb a Enden tación de la son da Etapa de Corte

Interpretación de la prueba

6

TRABAJOS DE LABORATORIO

7

PREPARACION DEL BARRENO PARA SONDA SUSPENDIDA 7.1 Materiales utilizados. utilizados.

8

COMENTARIOS COMENTARIOS FINALES

1


EXPLORA CION GEOTÉCNICA GEOTÉCNICA MEDIANTE PRUEBA S IN-SITU IN-SITU DE PRESIÓMETRO PRESIÓMETRO DE MEN AR D Y FICÓMETR FICÓMETR O PROYECTO “TORRE MAN A CAR”

C O N T E N I D O 1

INTRODUCCIÓN

2

SITIOS DE ESTUDIO ESTUDIO 2.1 Descripción del sitio de estudio 2.2 Información geológica 2.3 Zonificación geotécnica de acuerdo con el RCDF 2.4 Información geotécnica previa

3

TRABAJOS DE CAMPO CAMPO 3.1 Ubicación de barrenos para pruebas in situ

4

PRUEBAS DE PRESIÓMETRO DE MENARD 4.1 Descripción del Equipo 4.2 Calibraciones 4.3 Ejecución de la prueba 4.4 Ciclos de Carga y descarga 4.5 Interpretación de la prueba 4.5.1 Determinación del modulo de Menard Menard E m 4.5.2 Determinación del modulo de corte G

5

PRUEBAS DE FICÓMETRO 5.1 Descripción del equipo 5.2 Ejecución del ensaye de Ficómetro

5.3

5.2.1 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.3 5.2.4 5.2.4

Calibración de la son da Cámar a de pr ueb a Enden tación de la son da Etapa de Corte


6


7

PREPARACION DEL BARRENO PARA SONDA SUSPENDIDA 7.1 Materiales utilizados. utilizados.

8

COMENTARIOS COMENTARIOS FINALES

1


1.

INTRODUCCIÓN

Actualmente, Actualmente, se realiza el diseño geotécnico de la cimentación cimentación y estabilidad de taludes para el proyecto conocido como ”Torre Manacar”, qu e se desarrollará en un predio de 7,867m 2 de superficie en planta, delimitado por la Avenida Insurgentes Sur, Circuito Interior, calle Asturias y calle Murcia, al sur de la Ciudad de México (Fig.1.1). La Torre Manacar contará con 12 sótanos de estacionamiento, alcanzando una profundidad de excavación máxima de 40 m, y con 31 entrepisos sobre el nivel de banqueta.

Murcia

Asturia s

Sitio en Estudio Insurgente s Sur

Circuito

Interior

Figu ra 1.1

Ubicación en planta del proyecto “Torre Manacar”

Para realizar el diseño geotécnico, Geodesarrollo Integral planeó una campaña de exploración consistente en la ejecución de cuatro sondeos del tipo mixto, con recuperación de algunas muestras inalterada, complementadas con una campaña de ensayes in situ con situ con presiómetro de Menard (hasta 100m de profundidad) y con sonda de ficómetro (hasta 60m de profundidad), para lo cual contrató a la compañía Ingeum . Así mismo, encomendó encomendó la ejecución de pruebas de laboratorio, laboratorio, índice y mecánicas mecánicas de las muestras recuperadas en todos los sondeos ejecutados. 1

EXPLORACION GEOTECNICA MEDIANTE PRUEBAS IN-SITU DE PRESIOMETRO DE MENARD Y FICOMETRO PROYECTO “TORRE MANACAR”

En este informe se presentan los resultados de estos ensayes in situ realizados y algunos ensayes de laboratorio. El objetivo del presente documento es reportar los resultados obtenidos de las propiedades de deformabilidad ( E, Em y G) mediante las pruebas de Presiómetro de Menard, de los diferentes materiales que conforma la estratigrafía del sitio de estudio, hasta 100m de profundidad; asimismo, obtener los parámetros de resistencia al esfuerzo cortante mediante pruebas de Ficómetro (cp y p).

2


2

SITIO DE ESTUDIO

2.1

Descripción del sitio de estudio

El sitio de estudio se localiza en un predio con 7,867m 2 de área, delimitado por Av. Insurgentes Sur, Circuito Interior, Murcia y Asturias, al sur de la Ciudad de México (Fig.2.1). En el sitio de estudio en la parte noreste existía un complejo de cines y un restaurante; al sureste se encuentraba una torre de oficinas de 14 niveles. En la zona suroeste, existían diversas viviendas de tres niveles con un área al descubierto. (Fig.2.2).

D nttoo Deep pa arrtta am meen C Ciinneess C Ca assa ass

R Reessttaauurra annttee

TToorrrree d dee 1 144

Figu ra 2.1

Vista en planta de Estructu ras que existían en el sitio de estud io 3


Figura 2.2

Figu ra 2.3

2.2

Vista de los departamentos en la colindancia noroeste, ya demo lida.

Vista de la torre de Oficinas en la colin danc ia su reste, ya dem olida

Información geológica

Desde el punto de vista geológico, el proyecto se localiza al poniente de la cuenca del Valle de México. Los extensos rellenos aluviales y lacustres, tan característicos de zonas volcánicas, abundan en el valle de México, ya que la sierra del Chichinautzin localizada al Sur-poniente del valle, que se formó en el cuaternario superior (últimos 600,000 años), represó en la cuenca de México formando extensos rellenos aluviales, con espesores máximos de hasta 300 m (Fig.2.4). 4


Sitio de estudio

Ql

Depósitos lacustres

Qv

Lavas y Tobas

Qal

Depósitos aluviales

T

Abanicos Volcánicos, Laharares y flujos piroclasticos

Figu ra 2.4 Geolo gía y mo rfo log ía de la cuen ca (CFE-Moo ser, 1996)

2.3

Zonificación geotécnica de acuerdo con el RCDF

De acuerdo con la zonificación geotécnica propuesta en las Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Cimentaciones, del Reglamento de Construcciones del Distrito Federal (NTC,2004), el sitio se ubica en zona Transición, muy cerca de zona de Lomas, en la que los depósitos profundos se encuentran a 20 m de profundidad, o menos, y que está constituida predominantemente por estratos arenosos y limo arenosos intercalados con capas de arcilla lacustre; el espesor de éstas es variable entre decenas de centímetros y pocos metros. 5


Sitio de Estudio

Figu ra 2.5

Zon ificac ión geo té cn ica de acu erdo con el RCDF

Por otra parte, de acuerdo con la zonificación geotécnica de COVITUR (Fig.2.6), el sitio se ubica en la zona de Transición Alta. 6


Sitio de Estudio

Fig u ra 2.6

Zo n ific ación g eot é cn ica (COVITUR, 1998)

2.4 Resumen de información geotécnica. Para realizar el diseño geotécnico, Geodesarrollo Integral planeó una campaña de exploración consistente en la ejecución de cuatro sondeos del tipo mixto, con recuperación de algunas muestras inalterada, complementadas con una campaña de ensayes in situ con presiómetro de Menard (hasta 100m de profundidad ) y con sonda de ficómetro ( hasta 60m de profundidad ) apoyándose en los equipos compañía I n g e u m .

7


La recuperación de muestras inalteradas se efectuó mediante tubos dentados de cedula gruesa y Barril de triple camisa de diámetro HQ. Cabe mencionar que el material obtenido de las muestra inalteradas fue escaso, debido a la alta resistencia de los estratos y la composición del mismo (arenas y gravas), sin embargo se lograron obtener las cuales fueron ensayadas en el laboratorio. Una interpretación estratigráfica del sitio es la siguiente:

Suelos de Pradera: Este estrato se conforma por un relleno de arenas limosas de color café oscuro, hasta la profundidad de 7.5m en promedio, tiene número de golpes a la penetración estándar promedio de 8.5, y contenido natural de agua de w=18.5%, presenta limite liquido de LL=26.9%, Limite plástico, L p=16.3%.

Depósitos Aluviales: Posterior a los suelos de la pradera se tienen de depósitos aluviales conformados por: 

Arena Poco Limosa color café claro : posterior e los suelos de pradera se tienen arenas poco limosas de 7.5m a 9m, con numero de golpes promedio SPT de 50/19, contenido de agua de 11.5%



Arena Gruesa con gravillas y Gravas de color café grisáceo : Desde 9m hasta 16.2m se tienen arenas gruesas con gravillas de color café claro con contenido de agua promedio de w=11% y numero de golpes promedio SPT de 50/14.



Arena y gravillas pumiticas, de color gris blanquecino: Se detecto un estrato Arenoso con gravillas pumiticas hasta la profundidad de 18.5m, donde presenta numero de golpes promedio SPT de 21.



Arena limosa con gravillas y gravas de color café claro-amarillento: se presenta de18.5m a 23.2m, con contenido de agua promedio de w=20% y numero de golpes promedio SPT de 50/12.



Arena limosa color café claro: este estrato se detecto de 23.2m a 26.3m, donde se tiene contenido de agua promedio w=19.8%, y numero de golpes promedio SPT de 37.7.



Gravas empacadas en arena gruesa de color café claro: Este estrato se encuentra desde 26.3m hasta 33m, donde se tienen contenido de agua promedio de 12% y numero de golpes promedio SPT de 50/11.



Arena limosa con gravillas aisladas color café grisáceo claro: se tienen arenas limosas hasta 43m, con numero de golpes SPT promedio de 39.5.

8


Depósitos Profundos: Posterior a los depósitos aluviales se tienen los depósitos profundos conformados por los siguientes materiales: 

Arena poco limosa con gravillas y gravas de color gris claro: Estrato presente desde 43m hasta 51m, donde se tienen contenidos de agua promedio de 15% y número de golpes SPT promedio de 50/13.



Limo arenoso con gravillas aisladas de color café claro: Desde 51m hasta 56.3m se tienen limos poco arenosos de color café claro con contenido de agua promedio de 17.5% y numero de golpes SPT promedio 50/18.



Arena poco limosa con gravillas y gravas de color gris claro: este estrato cuenta con numero de golpes SPT promedio de 50/7, y contenido de agua promedio de w=15%, y se detecto hasta 62.3m



Arena poco limosa con gravillas y gravas de color gris claro: Desde 62.3m hasta 70.1m se encuentran arenas con finos lentes de limo, donde presenta contenido de agua promedio w=26.8%, y numero de golpes promedio 50/4.



Andesita de color rojizo y Gris claro: Este estrato se detecto desde 70.1m hasta 80.8m



Arena gruesa poco limosa con gravillas y gravas color gris claro: Después del

donde se tienen resistencias en compresión simple de Q u= 642kg/cm2 y modulo de elasticidad de E 50=2,918 kg/cm 2 y peso volumétrico de 2,390kg/cm 3

estrato de roca andesita se tienen arenas gruesas con numero de golpes SPT promedio de 50/11, contenido de agua promedio de w=14%, y se encuentra presente hasta 87.2m de profundidad. 

Arena gruesa poco limosa con gravillas y gravas de color café grisáceo: Este estrato se presenta hasta 98.2m, con contenidos de agua promedio w=12.5% y numero de golpes SPT promedio de 50/8.



Arena pumitica de color gris blanquecino : Finalmente se tiene un estrato de arena pumitica con contenido de agua promedio de 20% y numero de golpes SPT promedio de 11.7.

Cabe mencionar que durante la perforación no se detectó el NAF; sin embargo, se tienen tres niveles donde se tienen pérdidas totales de fluido de perforación a 52 m, 60 y 70 m. En la Figura 2.7 se muestra el perfil estratigráfico típico del sitio.

9


10


11


TRAMO: 70.20 - 72.20m

TRAMO: 72.20 - 74.50m

TRAMO: 74.50 - 75.20m

TRAMO: 75.20 - 76.20m

TRAMO: 76.20 - 78.40m

TRAMO: 78.40 - 79.60m

TRAMO: 79.60 - 80.80m

12


Figu ra 2.7

Perfil típi co del sitio . 13

3. TRABAJOS DE CAMPO 3.1 Ubicación de barrenos para pruebas in situ Se perforaron dos barrenos donde se ejecutaron pruebas in situ de Presiómetro de Menard y Ficómetro, a cada 5m, hasta la profundidad de 100 m para el Presiómetro y hasta 60m para el Ficómetro. En la Figura 3.1 se muestra la ubicación de los sondeos mixtos realizados por Geodesarrollo, así como los barrenos que se perforaron para la ejecución de las pruebas de ficómetro y de Presiómetro.

Ficómetros Geodesarrollo SM-1 Geodesarrollo

Presiometros de Menard InGeum

SM-2 Geodesarrollo

Fig u ra 3.1

Ub ic ación de la cam p añ a d e exp lo rac ión geo té cn ic a

10

4

Prueba de Presiómetro de Menard

El ensaye de Presiómetro de Menard que es un ensaye de carga lateral in situ, que consiste en expandir una membrana radialmente dentro de una cavidad cilíndrica (generalmente un barreno), mediante incrementos constantes de presión (método A) o mediante incrementos constantes de volumen (Método B). La prueba nos permite conocer los parámetros de deformabilidad (E, E m y G)

4.1.

Descripción del equipo

El Presiómetro de Menard que se empleó para los ensayes es de la marca APAGEO. Comprende básicamente la sonda presiométrica, una unidad de control de presión y medidor de volumen, ductos y mangueras (Fig.4.1). La unidad de control de presión está compuesta a su vez de un tanque de gas comprimido, un tanque de agua, manómetros y de un sistema automático adquisidor de datos llamado GeoSpad .

Figura 4.1

Esquema y vista de com pon entes principales del presiómetro (pr esi óme tro Mé n ard de A PA GEO)

La Sonda del Presiómetro está compuesta por dos celdas de presión, la primera y funcionando como núcleo es una membrana que se inyecta con agua, y se localiza en la parte central de la sonda, mientras que la segunda membrana se encuentra en la parte superior e inferior de la membrana de agua (Fig.4.1).

30


Agua a presión a la celda de confinamiento

Alimentación a la celda de medición

Manga exterior de neopreno

12 cm

Funda de láminas de acero

27 cm

Celda de medición Manga int erior de neopreno

12 cm

Celda de confinamiento

4.5 5.6

Mangas

Figura 4.2

4.2

Esquema de sonda presiométrica (Santoyo, 2010)

Calibraciones

En primera instancia se debe realizar una calibración de la sonda por perdida de volumen de la membrana de la sonda, para ello se colocar la sonda al lado del CPV, se efectúan incrementos de presión de 25kPa (0,25 bares) a 50kPa (0,5 bares) aproximadamente según se trate respectivamente de sondas con revestimiento sencillo de caucho (con o sin láminas metálicas) o revestimiento reforzado (incluso con tubo ranurado). Realizar las mediciones hasta alcanzar un volumen de 700cm 3, para las sondas con célula central corta diámetro 44mm en el tubo ranurado, no sobrepasar 650 cm 3. Al final del ensayo, trazar la curva dando los volúmenes leídos a 60 segundos en función de las presiones aplicadas. Posteriormente se realiza la calibración por volumen constante de la sonda dentro de un tubo de acero (diámetro de calibración). Permite, además, conocer el volumen de la célula central para la lectura cero en el volúmetro. 31


La curva de calibración se obtiene inflando la sonda dentro de un cilindro de acero rígido, reconocido como cilindro de calibración, determinando el volumen de fluido inyectado para incrementos de presión de 100 kPa hasta 500 kPa (contacto con el cilindro), para luego aplicar incrementos de 500 kPa en forma constante , hasta alcanzar el valor máximo de presión que se espera aplicar en los ensayes (3.0 MPa o mayor) o hasta la capacidad admisible de la membrana (el sistema tiene capacidad para aplicar hasta 10 MPa). Cada incremento de presión se debe mantener durante un minuto. Las lecturas de presión P r contra volumen V r se grafican, junto con una línea horizontal de acuerdo con lo que se indica en la Figura 4.3. El volumen corregido, se calcula restando Vs a los registros de volumen obtenidos durante la ejecución del ensaye. Según convención es

Dónde ls es la distancia entre los 2 bordes interiores del anillo de membrana (habitualmente 210 mm aprox.), di el diámetro interior del tubo de calibración, y V c la ordenada en el origen de la recta que da el mejor ajuste con la segunda parte de la curva de expansión.

V , A D N O

Vr S

Pc

Pérdida de presión

A L N E O D A T C E Y N I N

Pérdida de volumen Vc E M U L O V

Vi

Pendiente = a

Pr PRESIÓN EN LA SONDA, P

Figura 4.3

4.3

Calibraciones de la son da

Ejecución de la prueba

El ensaye se inicia con la purga de las mangueras, la verificación de saturación en el sistema y el ajuste de las lecturas “cero” en la unidad de control con la sonda libre o a presión atmosférica. Posteriormente, se desconecta la celda de la unidad de control (la sonda cuenta con válvulas de cierre rápido) y se programa el sistema para aplicar la presión diferencial a las celdas guarda con gas nitrógeno. La presión diferencial en las celdas guarda, está en función de la profundidad de la prueba y con ella se garantiza que la sonda se expanda radialmente y no verticalmente.

32


Una vez realizado lo anterior, se conecta la sonda a la unidad de control, con las válvulas cerradas de alimentación de agua a la sonda central y de presión a las celdas guarda y se desciende en el barreno suavemente mediante el tren de varillas, hasta la cámara de prueba, que se construye mediante perforación con broca triconica de 2 ½” e inyección de fluido, en una longitud de prueba de 2.5m, es decir para la prueba a la profundidad de 5m se perforo de superficie a 3.5m mediante broca triconica de 4 ½”, continuando con la broca de 2 ½” hasta 6m de profundidad, esto con el fin de realizar dos pruebas por profundidad de estudio, esta operación se repitió cada 5m hasta la profundidad de 100m, logrando un total de 20 pares de pruebas. (Tabla 3.1),

Tabla 4.1

Profund idad de pruebas de Presiómetro

Par Avance con broca 4 1/2 " Numer de (m) a (m) 1 0.0 3.5 2 3.5 8.5 3 8.5 13.5 4 13.5 18.5 5 18.5 23.5 6 23.5 28.5 7 28.5 33.5 8 33.5 38.5 9 38.5 43.5 10 43.5 48.5 11 48.5 53.5 12 53.5 58.5 13 58.5 63.5 14 63.5 68.5 15 68.5 73.5 16 73.5 78.5 17 78.5 83.5 18 83.5 88.5 19 88.5 93.5 20 93.5 98.5

4.4

Camara de Prueba 2 1/2 " Prof de Presiometro (m) de (m) a (m) 1 2 3.5 6.0 4.5 5.5 8.5 11.0 9.5 10.5 13.5 16.0 14.5 15.5 18.5 21.0 19.5 20.5 23.5 26.0 24.5 25.5 28.5 31.0 29.5 30.5 33.5 36.0 34.5 35.5 38.5 41.0 39.5 40.5 43.5 46.0 44.5 45.5 48.5 51.0 49.5 50.5 53.5 56.0 54.5 55.5 58.5 61.0 59.5 60.5 63.5 66.0 64.5 65.5 68.5 71.0 69.5 70.5 73.5 76.0 74.5 75.5 78.5 81.0 79.5 80.5 83.5 86.0 84.5 85.5 88.5 91.0 89.5 90.5 93.5 96.0 94.5 95.5 98.5 101.0 99.5 100.5

Ciclos de Carga y descarga

La ejecución del ensayo presiométrico se realiza aplicando al suelo escalones de presión mantenidas cada uno durante 2min ( 120”, el tiempo atiende la solicitud de ARUP), las lecturas de volumen se toman a 1 ”, 60” y 120” tras la estabilización de la presión de 20”. El paso de presión entre cado escalón se mantiene generalmente constante durante todo el ensayo, por ejemplo 100kPa (1 bar) para un terreno en el cual la presión límite se estima a 1MPa (10 bares). La primer Prueba de Presiómetro se realiza en un solo ciclo de carga (Prueba 1-Par 1, Fig.4.4a), mientras que el segundo Presiómetro (Prueba 2-Par 1, Fig.4.4b) se realiza en ciclos de carga descarga en el rango elástico de la prueba (mínimo dos ciclos). El ensayo se para cuando la última lectura se aproxima a 700 cm 3 con las sondas diámetro 60mm y 550cm 3 con las sondas de diámetro 44 mm de célula corta. Con los datos de la prueba se realiza una grafica de presión – Volumen (Fig.4.4).

33


0.600

0.500

0.400

) a P M ( n 0.300 o i s e r P 0.200

0.100

0.000 0.0

100.0

200.0

300.0

400.0

500.0

600.0

400.0

500.0

600.0

Volumen (cm3) Presiometro estandar

a)

Prueba 1 – Par 1

0.400

0.350

0.300

) a 0.250 P M ( n 0.200 o i s e r 0.150 P 0.100

0.050

0.000 0.0

100.0

200.0

300.0

Volumen (cm3 ) 1er Ciclo

b) Figu ra 4.4

2do Ciclo

Prueba 2 – Par 1

Pruebas 1 y 2 del Par de ensayes No.1

34


4.5


Inicialmente se realiza la corrección de la presión y el volumen de la prueba debido a calibraciones previas, la presión de la sonda se calcula con:

las

P = Pr + Pd - Pc Donde:

P es la presión ejercida por la sonda contra el suelo Pr es la lectura de presión tomada en la unidad de control Pd es la presión hidrostática entre la unidad de control y la profundidad de la prueba Pc es la corrección de presión determinada con la calibración previa Por su parte, el volumen corregido de la sonda es:

V = VR – Vc Donde:

V es el volumen corregido en la sonda VR es la lectura de volumen tomada de la unidad de control Vc es la corrección de volumen determinada con la calibración previa. Los valores corregidos de presión y volumen, se grafican en ejes coordenados, tal como se muestra en la Figura 4.5 La curva corregida de prueba es la que se emplea en la determinación de los parámetros de resistencia y deformabilidad. La curva de prueba muestra una parte prácticamente recta que evidencia la respuesta elástica del medio. Pasado este intervalo de presión, predomina el comportamiento plástico con deformaciones importantes.

Figura 4.5

Curva corregida de volum en-presión en la sond a

35


4.4.1

Determinación del mo dulo de Menard E m

De la grafica Presión-Volumen, se obtiene el modulo presiometrico Em para la rama elástica, así mismo que para la rama de descarga en cada ciclo (Fig.4.6), mediante la siguiente ecuación (Wroth, 1979).

Donde: Em es el módulo de menard es el módulo de poisson, 0.333

Vo es el volumen de agua en la sonda durante la calibración dentro del tubo de acero (V o=Vs) VB es el volumen de agua en el punto B de analisis e el rango elastico. VA es el volumen de agua en el punto B de analisis e el rango elastico. dp es la diferencia de presion en la sonda, en el intervalo de analisis. dV es la diferencia de volumen en la sonda, en el intervalo de analisis. 4.5.2

Determinación del mo dulo de cor te G

La expansión de una cavidad es un proceso incremental de esfuerzo cortante y no de compresión, por lo que es práctica común determinar el módulo de rigidez al corte G además del módulo presiométrico E m definido anteriormente, el Modulo de corte G, que esta definido como:

Donde:

G es el modulo de corte. Vo es el volumen de agua en la sonda durante la calibración dentro del tubo de acero (V o=Vs). dp es la diferencia de presion en la sonda, en el intervalo de analisis. dV es la diferencia de volumen en la sonda, en el intervalo de analisis.

36


Zona de Contacto

Zona Plástica Zona Elástica B descarga B carga A descarga A carga

Figura 4.6

Ensaye de Presiómetro y grafica de Presión –Volumen total

La determinación de los módulos de Menard Em y Modulo de corte G, se realiza en los ciclos de carga y descarga, donde a partir de G es posible determinar el modulo de deformación elástico de Young E por medio de la relación:

Donde: E es el modulo de de doformacion elastico de young. G es el modulo de corte. es el modulo de poisson, 0.333. Para cada una de las pruebas realizadas se realizo la determinacion de los modulos Em, G y E en los ciclos de carga y recarga. Los resultados de éstas pruebas se indican en la tabla del Capítulo 8.

37


5

PRUEBA DE FICÓMETRO

El ensaye de Ficómetro es una prueba de campo donde se ensaya al subsuelo en corte directo, que proporciona parámetros de resistencia tales como el ángulo de fricción interna p y la cohesión cp, teniendo su principal aplicación en suelos de difícil muestreo inalterado, como los suelos arenosos con o sin presencia de gravas, siempre y cuando éstas permitan la identacion de los anillos de la sonda, o bien, suelos arcillosos de consistencia media a dura, así como para rocas blandas tales como las tobas en el sitio de estudio.

5.1

Descripción del equipo

El Ficómetro consiste en una sonda cilíndrica denticulada, de acero, de 970 mm de longitud y diámetro de 6.1cm, con ranuras longitudinales que permiten su expansión por la acción de una membrana inflada a presión en su interior, penetrando así los dientes en el terreno. Posteriormente a la endentación, se aplica una fuerza ascendente a la sonda para provocar su desplazamiento y se mide la fuerza que vence la adherencia entre la sonda y el terreno.

Figu ra 5.1

Elemento s del Phicómetro (APAGEO-INGEUM) 38


La sonda se conecta a una unidad de control de presiones y volúmenes, y se sostiene mediante una serie de barras de acero. En superficie se coloca un gato hidráulico hueco por el cual pasan las barras y mediante este se aplica la fuerza ascendente que romperá la adherencia y fricción sonda-terreno. Asimismo, se cuenta con una celda de carga, micrómetro y cronómetro para controlar la velocidad del desplazamiento en la etapa de corte. La sonda es una coraza de acero hueca con estrías verticales y diez dientes anulares en una longitud de 23cm, que se hincan en las paredes del barreno. Las estrías dan flexibilidad a la coraza metálica para permitir la expansión de ésta por medio de una membrana de neopreno que se coloca en su interior y que se infla a presión controlada con agua mediante la unidad de control.

5.2

Ejecución del ensaye de Ficómetro

5.2.1

Calibrac ión de la so nd a

Como primer paso se conecta la sonda a un costado de la unidad de control de presiones y volumen. La sonda debe encontrarse libre para realizar la calibración, que consiste en inyectarle con agua a presión, y medir la presión necesaria cuando la sonda tenga 200cm 3 así mismo se mide el diámetro de la sonda en los dientes medios, repitiendo la operación en incrementos de 100cm3, hasta lograr 600cm 3. Los resultados graficados de presión y volumen inyectado así como volumen inyectado y diámetro constituyen las curvas de calibración que se emplean para corrección de la ejecución del ensaye (Fig.5.2). 700

600

y = 62.903e 0.0089x

) 3

m 500 c ( o d a 400 t c e y n i 300 n e m u 200 l o V 100

0 0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

250.0

300.0

350.0

400.0

78.0

82.0

86.0

90.0

Pe (kPa)

700

600

) 3 m c 500 ( o d a 400 t c e y n i 300 n e m u 200 l o V

y = 22.588x - 1338.2

100

0 58.0

62.0

66.0

70.0

74.0

ds (mm)

Figu ra 5.2

Curv as de Calibración, Volum en-Presión Volum en diámetro del Ficómetro 39


5.2.2

Cám ar a de p ru eb a

La sonda se instala a la profundidad de ensaye en un barreno de diámetro aproximadamente de 61mm a 66mm, cabe mencionar que el barreno se realizo de igual manera que la prueba de Presiómetro, barrenando con 4 ½” y construyendo la cámara de prueba mediante broca de 2 ½” , a las mismas profundidades para efectos de comparar resultados, la única diferencia es la longitud de la cámara de prueba, ya que se realizo de 2m. 5.2.3

Endentación de la son da

Posteriormente, se procede a la etapa de contacto, donde los dientes de la sonda penetran en paredes del barreno, inyectando agua mediante la unidad de control con incrementos de presión de 0.5bar, con ello se logra el hincado de los dientes de la sonda. La correcta penetración se observa claramente ya que al graficar el diámetro de la sonda para el volumen asociada a cada uno de los incrementos constantes de 0.5bar, la curva presenta una desviación respecto de la curva de calibración al aire libre, así como un comportamiento asintótico respecto al cambio de volumen.

700

600

) 3 m 500 c ( o d a 400 t c e y n i 300 n e m u 200 l o V 100

0 0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

250.0

300.0

350.0

400.0

Pe (kPa)

Figu ra 5.3 5.2.4

Enden tación de la so nd a

Etapa de Corte

Finalmente, se procede a la etapa de corte, donde se extrae la sonda en forma controlada con una velocidad de extracción igual a 2mm/min, izándola con el gato hidráulico y bomba colocados en el exterior (Fig.5.4) y llevando el registro de lecturas de carga y volumen de la sonda a los cada 30s hasta 210s, condición que se presenta la falla del material, que se alcanza si ocurren alguna de las siguientes condiciones:  Tres lecturas consecutivas de la celda de carga estables con deformación creciente sin necesidad de llegar a los 210s  Alcanzar una deformación de 7mm (que ocurre en 210s). La velocidad de extracción se controla visualmente con el seguimiento simultáneo del cronómetro y del micrómetro, logrando el movimiento sincronizado de una vuelta del cronómetro (30s) con una vuelta del micrómetro (1mm).

40


Figu ra 5.4

Diagrama de ejecución de la pru eba de Ficómetro

Esta operación se repite hasta la aplicación de 8 incrementos siguiendo la tabla 5.1 de incrementos y volumen que se mida durante la ejecución de la prueba, llevando el registro del Volumen-Presión en la sonda-Fuerza de extracción.

Tabla 5.1

Definición de los increm entos de pres ión radial (Katzenb ach et al., 2007)

Presion Limite Presion durante las etapas 1 a 4 Mpa estimada del suelo Mpa 0.3

ph <1

pl ≥ 1

N°1 0.20

0.25

N°2 0.25

0.30

N°3 0.30

0.35

N°4 0.35

0.40

41

Presion durante las etapas siguientes Condicion

N°5

N°6

N°7

N°8

Vf > 350cm

3

0.40

0.45

0.50

0.55

Vf

3

0.45

0.55

0.65

0.75

Vf > 350cm

3

0.45

0.55

0.65

0.75

Vf

3

0.55

0.70

0.85

1.00

350cm 350cm


5.3

Interpretación de prueba

La determinación de la resistencia del terreno de acuerdo con el criterio de Mohr-Coulomb, ángulo de fricción interna p y cohesión c p, se realiza al graficar la presión radial normal corregida -esfuerzo cortante para cada uno de los incrementos aplicados. La presión radial corregida, pc, se obtiene a través de las mediciones de la presión radial registrada en el manómetro de la unidad de control, pr corrigiéndose con la expresión siguiente:

pc = pr + ph – pe Donde:

pc es el esfuerzo normal radial efectivo en las paredes de la perforación. pr es la presión radial registrada en la unidad de control. ph es la diferencia de la presión hidrostática dentro de la tubería de la sonda y la presión de la columna de agua en el barreno a la profundidad de la prueba.

pe es la presión necesaria para deformar al sistema, obtenida mediante calibración El esfuerzo cortante actuando entre las paredes de la perforación y la sonda se calcula con la expresión siguiente: τ = T / (π ls ds) Donde: τ es el esfuerzo cortante en el suelo.

T es la fuerza axial máxima registrada por la celda de carga. ls es la longitud de la sonda determinada (23 cm). ds es el diámetro de la sonda en la falla, asociada al volumen en la falla. Así mismo, se realiza la gráfica volumen final menos volumen inicial de cada incremento ( V f – V o ) contra presión radial corregida p c . En esta gráfica se distinguen tres etapas: La primera etapa del ensaye corresponde a la fase donde la sonda logra el contacto y endentación con las paredes del barreno, al incrementarse la presión radial; la segunda etapa corresponde a la rama de comportamiento elástico del material, que es donde se obtienen los parámetros c p y p . La tercera etapa representa la rama de comportamiento no lineal, donde la presión radial aplicada empieza a plastificar las paredes del barreno (Fig.5.5).

42


Contacto

Comportamiento elástico

Comportamiento Plástico

Figura 5.5

Resultados de ensaye de Ficómetro

De la grafica se obtiene la cohesion cp y el angulo de friccion p, este proceso se repide de manera sistematica para las 12 pruebas a cada 5 mde profundidad, logrando estudiar las resistencias al esfuerzo cortante hasta 60 m. Los resultados de éstas pruebas se indican en la tabla del Capítulo 8.

43


6


De los sondeos realizados por parte de Geodesarrollo se realizaron una serie de pruebas de laboratorio a las muestras alteradas e inalteradas para la determinación de propiedades índice y Mecánicas. A continuación se listan las pruebas realizadas a las muestras alteradas obtenidas del sondeo SM-1, cabe mencionar que el programa de laboratorio fue proporcionado por Geodesarrollo: 

Clasificación visual y al tacto.



Contenido natural de agua.



Límites de consistencia líquido y plástico.



Porcentaje de finos o granulometría simplificada.



Gravedad específica de sólidos.

Por su parte, de las muestras inalteradas que se lograron obtener de los tubos de pared delgada y núcleos de Roca obtenidos mediante barril HQ, se les realizaron ensayes para conocer el valor de sus propiedades de resistencia, mediante la prueba triaxial UU a suelos y compresiones sin confinamiento para rocas. Los resultados de las pruebas realizadas se reportan en el capítulo 8. Es de importancia resaltar que debido a que solo se lograron obtener muy pocas pruebas inalteradas, y más aun el labrado de las probetas dificultaba su ensaye solo se logro realizar algunas compresiones simples y una prueba triaxial con un ciclo de carga y descarga, de donde se obtuvo el modulo de elasticidad E, en la rama de carga y descarga, al compararlo con el modulo de Elasticidad obtenido de la prueba de Presiometro a esa profundidad se observa una muy buena correlación (Tabla 6.2)

Tabla 6.1

Comparación de módulos E en Prueba de Laboratorio y prueba de Presiometro del SM-1 Prueba TX- UU Presiómetro 10 Presiómetro 11

Profundidad (m) E carga(kN/m2) E descarga (kN/m2) 52.7

67,475

211,600

50

134,279

225,805

55

108,731

221,646

44

7

PREPARACIÓN DE BARRENÓ PARA SONDA SUSPENDIDA

Como parte de los trabajos solicitados, se instaló el ademe de PVC necesario para realizar la prueba de Sonda suspendida hasta una profundidad de 100m. Todo de acuerdo a la especificación entregada por GEOvision en el documento P-S Log Borehole Preparation.PDF . Se utilizó el barreno del sondeo donde se realizaron las pruebas de Presiómetro, el cual tenía avance ya hasta la profundidad de 101 m con broca de 2 ½”. Se inició la re perforación con broca de 6” desde superficie y hasta 105 m (5 m adicionales para almacenar el azolve de material).

7.1 Materiales utilizados. La tubería utilizada es de PVC CED- 40 de 4” de diámetro (Fig.7.1) con campana en uno de los extremos, se requirieron 17 tramos para alcanzar los 100m de profundidad.

Figu ra 7.1

Tubería de PVC CED 40 de 4” de diámetro

La lechada se preparó con cemento portland compuesto (CPC 30R RS), bentonita y agua (Fig. 7.2)

32


Figu ra 7.2

Figu ra 7.3

Cement o y bent onita utilizadas en la lechada inyec tada

Con tenedo res de 200lt do nd e se prep aró la lechada.

La dosificación utilizada para la lechada fue la indicada en el inciso 5 de del documento P-S Log Borehole Preparation.PDF proporcionado por GEOvision. En los contenedores mostrados en la Figura 7.3 se agregó 150 lt de agua, medio bulto de cemento (25 kg) y medio bulto de bentonita (25 kg). A la tubería de PVC se lo colocó un tapón en la parte inferior y una manguera de ½ “como se aprecia en la Figura7.4a.

33


a)

Figu ra 7.4

b)

a) Tapón en la parte inferior de la tub ería y mang uera para inyec tar lech ada; b)u nión d e tram os d e tub ería PVC

Conforme fue bajando cada tramo de la tubería (inundando sección por sección con agua limpia) se fue añadiendo el siguiente uniéndolos con pegamento de PVC y cinta adhesiva (Fig. 7.4b). Al término de la unión de los 17 tramos que conformaron el ademe de PVC, se inyectó lechada de agua-cemento-bentonita (Fig. 7.5), de la cual ya se especificó la dosificación, desde los 105m de profundidad hasta superficie. Manguera para inyección de lechada

Tubería de PVC de 4" CED 40

Lechada agua-cemento-bentonita

Barreno de 6" de diámetro

m m 0

0

8.

5 5 0 1

1

Tapón para tubería de PVC

Figu ra 7.5

Esqu ema de inyec ción de la lechada

Al día siguiente de la colocación de la tubería se construyó un registro con tapa metálica para protección de la tubería (Fig. 7.6). 34


Registro metálico

Tapón para tubería de PVC

Lechada agua-cemento-bentonita

m m 0

0

.8

5 5 0 1

Figu ra 7.6

1

Esqu ema de la con figu ación final de la tub ería

La tubería se colocó desde el nivel de terreno actual hasta los 100.85 m de profundidad.

Figura 7.7

Vista del llenado de la tuberia de PCV con agua y la coloc acion del registro de acero para proteccion.

35

8

COMENTARIOS FINALES

Derivado de la campaña de exploración geotécnica realizada mediante pruebas in situ y las pruebas de laboratorio realizadas es posible proponer el siguiente modelo estratigráfico con las siguientes propiedades mecánicas, para la selección de parámetros se obtuvo la resistencia al esfuerzo cortante c y  a partir de la prueba de ficómetro, mientras que los módulos de elasticidad se obtienen a partir de la prueba de Presiómetro en la rama de recarga, debido a que se trabajará con excavación y recarga en un edificio claramente sobrecompensado.

Estrato

No.

Profundidad (m)

de

a

A

0

7.5

B

7.5

16.2

C

16.2

18.5

D

18.5

23.2

E

23.2

26.3

F

26.3

33

G

33

43

H

43

51

I

51

56.3

J

56.3

62.3

K

62.3

70

L

70

80.9

M

80.9

87.3

N

87.3

98.2

O

98.2

100.7

Descripcion Estratigrafica

Arena limosa poco arcillosa, de color café oscuro Arena gruesa con gravillas y gravas de color café grisaceo Arena y gravillas pumiticas, de color gris blanquezino Arena limosa con gravillas y gravas color café claro-amarillento Arena limosa de color café claro Gravas de varias coloraciones empacadas en arena gruesa de color café claro Arena limosa con gravillas aisladas de color café grisaceo claro Arena poco limosa con gravill as y gravas de color gris claro Limo arenoso con gravillas aisladas color café claro Arena poco limosa con gravill as y gravas de color gris claro Arena poco limosa con gravill as y gravas de color gris claro Andesita en coloraciones rojizas y gris claro Arena gruesa poco limosa con gravillas y gravas de color gris claro Arena gruesa poco limosa con gravillas y gravas color café grisaceo Arena pumitica color gris blanquezino

N SPT

Ficometro 2

Presiometro de Menard 2

3

c (KN/m )

 (°)

E(kN/m )

g (kN/m )



8.5

58

0

12,864

16

0.35

50/15

36

36.4

207,383

18

0.35

21

20

30

20,000

17

0.35

50/09

119

32.3

218,084

18

0.35

43

123

33.8

33,539

18

0.35

50/10

33

31.5

440,708

18.8

0.35

43

263

47.8

123,870

18

0.35

50/14

141

35

443,199

19

0.35

50/23

105

38.1

221,646

19

0.35

50/04

36

33.7

306,684

18

0.35

50/05

-

32.9

162,170

19

0.35

-

1,474,735

23.7

0.2

46.9

17,547

19

0.35

-

297,879

20.6

0.35

33.9

103,368

19

0.35

-

32,100

50/12 50/08 50/10

81.5 -

Dr. José Luis Rangel Nuñez Ingeum

M. en I. Enrique Ibarra Razo Ingeum

Ing. David Méndez Caporal Geodesarrollo Integral

36

Reporte Estratigrafia General, pruebas de Presiómetro de Menard

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