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EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO Y CARACTERIZACIÓN GEOTECNICA DEL TERRENO Introducción Todo proyecto de ingeniería, incluidas las acciones y obras de estabilización de laderas y taludes, debe contar con una evaluación geotécnica del terreno donde se ha propuesto su ejecución. El alcance de dicha evaluación depende de las condiciones del terreno como tal y de las características del proyecto, y de la etapa de desarrollo que se trate. En cada caso deberá combinarse en diferente medida la información general y de conjunto, donde puede jugar un papel importante la experiencia y el conocimiento previo del área por parte del especialista, con la información puntual generada en los sondeos y ensayos de campo y de laboratorio. El resultado final de la evaluación geotécnica geotécni ca integral de un terreno permite hacer una apreciación general sobre su aptitud y limitaciones para el desarrollo de un proyecto en particular y presentar la caracterización geotécnica del terreno.  Aunque la caracterización caracterización geotécnica geotécnica de un terreno forma parte de todo estudio geotécnico, sea éste preliminar o definitivo, debe diferenciarse, en todo caso, entre la caracterización geotécnica y las recomendaciones de diseño. Este capítulo, basado en las normas ASTM D 420 e INV 101, en el Titulo H del Código Códig o Sismorresistente Colombiano, en los procedimientos recomendados en la guía Exploration and Sampling Sampling de la ASCE, y en la práctica aceptada de la consultoría geotécnica, es una guía para la selección y uso de las normas y prácticas aplicables a la investigación de suelos, rocas y aguas subterráneas en proyectos de construcción, sean sean ellos ellos superficiales o subterráneos, o de recuperación de terrenos degradados por la erosión en masa. Los ensayos de laboratorio pertinentes son objeto de normas propias que están enunciadas en uno de el anexo 1 este texto. Las condiciones del subsuelo en un terreno dado son el el resultado de de una combinación de procesos naturales en los que intervienen factores topográficos, geológicos, climáticos y antrópicos. Un programa de investigación geotécnica, adecuado y consistente, permitirá la evaluación de los resultados de estos procesos y la determinación de los valores de las propiedades de los suelos y de las rocas requeridos para la evaluación evaluación de las condiciones generales del terreno y para la preparación de los diseños geotécnicos. El objetivo de la investigación del subsuelo es identificar, localizar y delimitar, tanto horizontal como verticalmente, los diferentes tipos de suelos y rocas en un área dada, relevantes para un proyecto determinado, y caracterizar sus condiciones de ocurrencia, con el objeto de definir las propiedades geotécnicas de los materiales en el subsuelo por muestreo y ensayos de campo y de laboratorio. Ing. Fabián Hoyos Patiño

Un estudio adecuado del subsuelo debe generar la información pertinente sobre los siguientes puntos.  Localización tanto vertical como horizontal de la obra propuesta.   Localización y evaluación de canteras y zonas de préstamo, o para la protección de taludes. subra sante o de la fundación de  Propuestas de tratamiento o drenaje de la subrasante estructuras.   Propuestas de investigaciones detalladas del subsuelo para el diseño y construcción de estructuras particulares. Investigacion es de estabilidad de laderas y taludes en cortes y terraplenes.  Investigaciones Identificaci ón de de áreas que requieren tratamientos y precauciones especiales de  Identificación protección del medio ambiente.   Identificación de problemas de diseño y construcción que requieran de soluciones geotécnicas especiales.  Propuestas de técnicas especiales para las excavaciones y los drenajes requeridos en el proyecto . Desde las primeras etapas de investigación se hará todos los esfuerzos por generar información cuantitativa y cuantificable, y, en la medida de lo posible, se evitará el uso de estimaciones cuando se pueda contar con mediciones. En la descripción del terreno y de los materiales se debe privilegiar el uso de elementos cuantitativos sobre los cualitativos.

1. Reconocimiento del área del proyecto 1.1.  Antes de iniciar cualquier programa de campo, se debe recopilar y evaluar toda la documentación técnica disponible: mapas topográficos, fotografías aéreas, mapas geológicos, fuentes de minerales, generales o locales, mapas geotécnicos, e informes que cubran el área del proyecto. Igualmente deben estudiarse, cuando los haya, informes de investigaciones del subsuelo de proyectos adyacentes o cercanos. Es necesario tener en cuenta que aún cuando los mapas e informes anteriores sean obsoletos y de valor limitado a la luz del conocimiento presente, una comparación de lo viejo con lo nuevo, a menudo revela información valiosa e inesperada. En esta etapa de reconocimiento es necesario necesari o hacer énfasis en la descripción de los rasgos y procesos que se observan más que en su interpretación.

1.2.

Los mapas agrológicos y edafológicos, y los informes edafológicos de fecha reciente, pueden ayudar al ingeniero para establecer de manera general las características geotécnicas del suelo hasta 1.5 m de profundidad.

1.3.

Los mapas geomorfológicos son de gran ayuda en la delimitación de los diferentes tipos de suelos. Las unidades geomorfológicas usualmente están asociadas con formaciones superficiales que corresponden a tipos particulares de Ing. Fabián Hoyos Patiño

suelos. Cada formación superficial está asociada a una unidad geomorfológica y tiene un perfil de suelo que lo distingue debido al material de origen, al relieve, a las condiciones climáticas y a la vegetación. Estas variables pueden ayudar a identificar y correlacionar los diferentes tipos de suelos, cada uno de los cuales pueden requerir análisis y tratamiento especifico. A menudo se encuentran propiedades geotécnicas similares para determinadas unidades geomorfológicas y las correspondientes formaciones superficiales y perfiles de suelos. Los cambios en el material de origen o en el relieve, normalmente están asociados a cambios en las propiedades del suelo, y estos pueden ocurrir en distancias cortas. 1.3.1.  Algunas formaciones superficiales comunes son: Escarpes rocosos: Este tipo de unidad geomorfológica está caracterizada por o la ocurrencia de extensos afloramientos de roca y pendiente abrupta del terreno, usualmente superior a 45%. En condiciones tropicales es posible que en ella se desarrolle vegetación arbórea y matorrales que enmascaren los afloramientos rocosos, en cuyo caso las pendientes fuertes deben ser consideradas como un indicio fuerte de su ocurrencia que debe ser verificada con una inspección de campo. Colinas saprolíticas: forman conjuntos extensos de colinas con un relieve local o bajo, entre 40 y 100 m, con drenaje dendrítico, a menos que haya un fuerte control estructural. Esta unidad es característica de las penillanuras y de los altiplanos. El espesor del regolito en esta unidad puede ser excepcionalmente grande, y superar el centenar de metros. Laderas en suelos residuales: Las laderas modeladas en suelos residuales o presentan un regolito relativamente delgado, que puede encontrarse en el intervalo de metros a un par de decenas de metros y que usualmente está en relación con su posición en la ladera y con la pendiente del terreno. En general puede afirmarse que existe una relación inversa entre la pendiente del terreno y el espesor del suelo residual. En ocasiones es difícil diferenciar entre laderas modeladas en suelos residuales y los depósitos de ladera, a menos que se haga una cuidadosa observación de campo. Vegas y llanuras aluviales : Los suelos de las llanuras aluviales y terrazas o aluviales están formados normalmente por una acumulación de gravas, arenas y limos, y ocasionalmente lentes de arcilla. Las arenas y gravas corresponden normalmente a depósitos del lecho del río, en tanto que las arenas finas y los limos se depositaron en la faja más o menos amplia que es inundada periódicamente y forma la vega o llanura aluvial; donde predominan las arcillas probablemente la sedimentación tuvo lugar en tramos de cauce abandonados conocidos como madreviejas. Este tipo de suelos es común en el fondo de los valles amplios, aunque también pueden presentarse e estrechas vegas a lo largo de las corrientes ó en cauces abandonados. En general conviene tratar de discriminar entre vegas y llanuras aluviales con base en la extensión de la unidad geomorfológica que se esté describiendo. Terrazas aluviales. Si el terreno formado por un depósito aluvial se encuentra o elevado varios metros por encima del curso del río y hay una discontinuidad vertical entre él y la llanura o vega aluvial, de tal modo que no está sujeta a Ing. Fabián Hoyos Patiño

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inundaciones, el depósito forma una terraza aluvial. La naturaleza de los materiales que forman las terrazas aluviales es similar a los depósitos de la llanura aluvial.  Abanicos aluviales: están formados por una acumulación de bloques, cantos, gravas y arenas; ocasionalmente pueden encontrarse limos. Los conos o abanicos aluviales se forman donde los ríos de montaña abandonan el cauce encañonando y encuentran un valle amplio y de pendiente suave. La súbita pérdida de velocidad de las corrientes da lugar a la acumulación de los sedimentos que ellas transportan. La forma en planta más corriente de estos depósitos semeja un abanico, de donde procede su nombre. Son conocidos también como conos aluviales o conos de deyección. Depósitos torrenciales: acumulación desordenada de sedimentos gruesos cuyo tamaño comprende desde arena hasta bloques de varios metros de diámetro. Este tipo de suelos es depositado por las corrientes de agua en las zonas donde el valle que las contiene se ensancha sin que se llegue a tener la amplitud necesaria para formar una terraza aluvial. Muchas poblaciones andinas se han desarrollado sobre este tipo de depósito. Depósitos lacustres: Formados por la sedimentación en cuerpos de agua como lagos, embalses y cauces abandonados; están compuestos de limos finos y arcillas. Usualmente presentan colores grises y azulados, tienen una densidad baja y un alto grado de saturación. En la Sabana de Bogotá y en el Valle de México son comunes este tipo de suelos. Ocasionalmente se encuentran tipos especiales de depósitos lacustres de baja densidad y color blanco, de baja plasticidad conocidos como diatomitas o tierras de diatomaceas. Depósitos marinos y parálicos : Acumulación de sedimentos en zonas costeras y en deltas. Los depósitos marinos están formados por arenas y fragmentos de conchas. Los depósitos parálicos se han formado por la sedimentación en los deltas, barras, rías y estuarios y están compuestos normalmente por arenas finas y limos, en ocasiones con un alto contenido de materia orgánica. En este tipo de depósito es común encontrar el nivel freático cerca de la superficie. Depósitos de ladera:   estos depósitos son conocidos también como depósitos gravitacionales y han sido formados por la acumulación de materiales arrancados y transportados por procesos de erosión en masa, deslizamientos, flujos de tierra, flujos de lodo y flujos de escombros. El elemento común en este tipo de depósito es a presencia de cantos y bloques de roca en una matriz limoarcillosa. Ocasionalmente puede encontrarse un contenido relativamente alto de arena en la matriz. Estos depósitos son llamados impropiamente coluviones y depósitos de talud en forma genérica. Ente los depósitos de ladera pueden diferenciarse Depósitos de flujos de lodo y escombros: s on el resultado del arranque y transporte de suelo con un alto contenido de agua. La masa de agua y suelo forma un fluido viscoso cuyo movimiento depende de las características de la topografía del terreno. El depósito resultante consiste en una matriz de arcilla, limo y arena en la que se encuentran embebidas gravas, cantos, bloques de roca. Normalmente estos suelos tienen densidades más altas que los suelos

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residuales. Los depósitos de flujos de lodo se diferencian de los depósitos de flujos de escombros con base en el contenido de material grueso. Si el contenido de partículas de tamaño arena o mayores supera el 50% da lugar a clasificar el depósito como un flujo de lodo. Los depósitos de flujos de escombros pueden ser confundidos con los depósitos torrenciales. Desde el punto de vista geotécnico la diferencia entre unos y otros puede no ser relevante. Coluviones: depósitos de materiales transportados y depositados por agua de o escorrentía; están formados por arenas y gravas angulares; el espesor de estos depósitos rara vez es mayor de 1 metro Talus o depósito de talud: a cumulación de fragmentos de roca al pie de un o escarpe rocoso. Pueden ser reconocidos por el fuerte contraste entre el escarpe rocoso y el depósito de talud y el ángulo de la pendiente del talud, alrededor de 30 , que corresponde al ángulo de reposo de un material angular grueso granular. Escombros de deslizamiento : acumulación de material suelto en los que o predominan los limos y las arcillas en la base de los deslizamientos. Pueden reconocerse por su aspecto suelto y caótico, su baja densidad y por la posición respecto a las cicatrices de deslizamientos. Depósitos glaciares: materiales transportados y depositados por acción de los o glaciares actuales o pretéritos reciben el nombre de morrenas o depósitos glaciares. En Colombia se encuentran en algunas zonas por encima de los 2800 metros sobre el nivel del mar. Estos suelos tienen un aspecto muy similar a los depósitos de flujos de lodo y escombros y pueden ser confundidos fácilmente con ellos; la diferencia entre unos y otros desde el punto de vista geotécnico puede no ser relevante. Depósitos eólicos: s uelos transportados y depositados por la acción del viento. o Existen tres tipos principales de suelos de esta categoría cuya característica común es una alta uniformidad en la granulometría: a renas de desierto, cenizas volcánicas y loess. o Depósitos antrópicos: los terraplenes y llenos artificiales de cualquier naturaleza son clasificados como depósitos antrópicos. Algunos depósitos de este tipo han sido construidos con estricto control del proceso y pueden ser considerados como uniformes y homogéneos, tal es el caso de los terraplenes de carreteras y de las presas de tierra. Usualmente, sin embargo, los depósitos antrópicos son llenos de escombros y materiales de desecho arrojados en depresiones sin ningún control. La característica más destacada de estos depósitos es su heterogeneidad. Los rellenos hidráulicos son un tipo especial de depósito antrópico en cuya construcción se aprovecha el agua como medio de transporte, lo que puede dar lugar a importantes economías en obras donde deban moverse grandes volúmenes de material. Los rellenos sanitarios deben ser identificados como tales y destacar su carácter de materiales con una extrema heterogeneidad y un alto potencial de generación de gases y de lixiviado, cuyo comportamiento no puede ser asimilado directamente al de una masa de suelo. Ing. Fabián Hoyos Patiño

1.4.

En áreas donde la información descriptiva sea insuficiente debido a la escasez de mapas geológicos, geomorfológicos o edafológicos, deberá estudiarse los suelos y rocas en cortes abiertos en la vecindad de la obra, y anotar los diferentes perfiles de suelos y rocas. Las correspondientes notas de campo deberán incluir los datos a que hace referencia el numeral 8.8.

1.5.

Cuando se desee contar con un mapa preliminar que cubra el área del proyecto, puede prepararse con base en mapas aerofotogramétricos o con mapas y preparados con la ayuda de fotografías aéreas, que muestren las condiciones del terreno. La distribución de los depósitos de suelos y rocas predominantes, que probablemente se encontrarán durante la investigación, podrán mostrarse empleando datos obtenidos de mapas y de reconocimiento del terreno, edafológicos, geomorfológicos y geológicos. Los expertos en la interpretación de fotografías aéreas pueden deducir muchos datos del subsuelo a partir del estudio de fotografías en blanco y negro, a color e infrarrojas, debido a que las condiciones de los suelos y de las rocas, de regiones con clima o vegetación similares, generalmente presentan patrones específicos en las fotografías aéreas, que dependen de sus características propias. Un mapa preliminar puede transformarse en otro con más detalles geotécnicos, localizando las perforaciones de ensayo, los apiques y abscisas de muestreo y precisando mejor los límites determinados con la exploración detallada del subsuelo.

1.6.

Durante la etapa de reconocimiento en la evaluación de zonas degradadas por movimientos de masa deben identificarse y registrarse en un plano o, al menos en un diagrama a escala, todos los rasgos asociados a los movimientos de masa: grietas y deformaciones en el terreno y en las estructuras, incluidos los pavimentos, manantiales y cuerpos de agua, redes de servicios públicos, estado de los cercos, de los postes de energía y de la vegetación.

1.7.

Conviene recopilar y examinar críticamente información secundaria se fuentes diferentes a los informes técnicos, incluidas las versiones de los habitantes del lugar sobre antecedentes de los procesos que pueden observarse sobre el terreno en el momento de la investigación.

2. Plan de exploración 2.1.  Antes de desarrollar un plan de exploración

es necesario revisar el proyecto en la etapa en que se encuentre. La densidad de información necesaria para el proyecto y la escala de presentación de los resultados varía en función de la etapa y de la complejidad del proyecto. La exploración preliminar debe planearse para indicar las áreas o las condiciones del terreno que requieran una investigación más amplia. La escala de la cartografía resultante debe ajustarse como mínimo a los requerimientos de la Tabla 1. Ing. Fabián Hoyos Patiño

Tabla 1. Escala de cartografía geológica y geotécnica aplicable a la caracterización geotécnica de terrenos Etapa

Tipo de cartografía

Escala recomendada

Reconocimiento

Regional

1.25 000 1:100 000

Factibilidad. Evaluación de estabilidad.

Local

1: 2 000 1:10 000

Diseño

Detallada

1: 100 - 1:1 000

Tipo y densidad de información

Geológica, geomorfológica, hidrogeo- lógica. 1 km-2. Información secundaria y revisión de campo. Geológica, geomorfológica, hidrogeo-lógica, caracterización de masas de suelo y roca, caracterización de mate-riales, propiedades índice. 10 km-2. Exploración de campo: sondeos, aflora- mientos naturales y cortes de caminos y carreteras. Caracterización de masas de suelo y roca, caracterización de materiales, propiedades índice, propiedades geomecánicas. Sondeos y ensayos de campo y de laboratorio. Ver la Tabla 2.

Nota 5. La densidad de la información puede variar en función de la complejidad geológica del terreno y de la magnitud y características del proyecto.

2.2.

Una investigación geotécnica del subsuelo debe incluir las siguientes actividades: 2.2.1. Recopilación y revisión de la información disponible, tanto regional como local, sobre la historia geológica y geomorfológica, las condiciones de los suelos, de las rocas y del agua subterránea, en la localización propuesta y en su inmediata vecindad. La información secundaria tanto de informes técnicos preparados sobre el mismo sitio y sus alrededores como de fuentes diferentes a ellos puede aportar elementos muy valiosos en la investigación. 2.2.2. Interpretación de mapas topográficos, de fotografías aéreas y de otras imágenes de sensores remotos. En toda investigación, y particularmente cuando se trate de la evaluación de estabilidad del terreno, conviene examinar imágenes de diferentes épocas con el objeto de conocer y evaluar sus antecedentes. La presencia o ausencia de cicatrices de deslizamiento, el tipo y distribución de la vegetación, la localización de los cauces de agua y de las estructuras pueden ser indicios importantes en la evaluación de la estabilidad del terreno 2.2.3. Reconocimiento de campo para la identificación de la condiciones geológicas superficiales, la identificación, delimitación y descripción de las formaciones superficiales, la cartografía de los afloramientos de suelos y rocas, y el examen del comportamiento de las estructuras existentes. Investigación de campo de los materiales del subsuelo mediante apiques, perforaciones mecánicas, y sondeos geofísicos.  Antes de iniciar cualquier sondeo es necesario verificar la existencia de instalaciones subterráneas, o de materiales o condiciones que constituyan un peligro para las personas que intervienen en el proyecto o que pueden tener alguna relación con él. Si en el curso de la investigación del subsuelo se encuentra alguna evidencia de la existencia materiales o condiciones Ing. Fabián Hoyos Patiño

peligrosas, debe suspenderse el trabajo hasta que dichas circunstancias hayan sido. La perforación mecánica de sondeos o pozos puede requerir permisos especiales de instalación y cierre por parte de las autoridades ambientales. Tabla 2. Espaciamiento y número de sondeos en la investigación geotécnica detallada Categoría estructural del proyecto

Complejidad geotécnica del sitio Baja Media Alta

Baja Media Alta Especial

60/2 A 45/2 A 45/3 A 50/2 A  40/2 A  30/3 A 40/2 A  35/3 A  25/3 A La exploración de campo depende del proyecto específico y de las condiciones particulares del terreno que deben ser evaluadas por el ingeniero geotecnista en cada caso.  A El numerador de cada fracción indica el espaciamiento mínimo entre sondeos, dado en metros, y el denominador el número mínimo de sondeos en el terreno de cada proyecto en particular.

2.2.4. Recolección de muestras. Las muestras pueden ser alteradas o inalteradas según el tipo de ensayos que el ingeniero a cargo del proyecto o estudio, considere pertinentes a la investigación. 2.2.5. Localización de los manantiales y de las zonas anormalmente húmedas; la posición del nivel piezométrico; la identificación de los diferentes niveles de agua subterránea, si existe más de uno, y el carácter libre o confinado de los acuíferos. Debe considerarse la variabilidad del nivel freático en el corto y largo plazo. La coloración y el moteado del suelo, la presencia de plintita, y otros rasgos particulares pueden ser indicativos de las posiciones estacionales o seculares del nivel freático. En esta actividad es necesario frecuentemente la instalación de piezómetros para determinar la posición del nivel freático y complementar la red de puntos con base en los cuales se construya un mapa de isopìezas o de equipotenciales. 2.2.6. Identificación y evaluación del nivel y del material de cimentación, sea éste roca o suelo. 2.2.7. Identificación y caracterización de las rocas y depósitos superficiales, con referencia particular al grado de descomposición (suelo residual maduro, saprolito, gruss, roca sana, aluviones, depósitos gravitacionales, etc.), a la profundidad de su emplazamiento, y los tipos y localización de las discontinuidades estructurales. 2.2.8. Evaluación del comportamiento de las instalaciones existentes en relación con su material de cimentación en la inmediata vecindad de la localización propuesta. 2.2.9.  Anotación de condiciones particulares que deban tenerse en cuenta en la caracterización del sitio, en el diseño geotécnico y estructural, o en la construcción: rasgos de inestabilidad, ocurrencia de suelos activos, colapsables, o sensibles, calificación de la excavabilidad del terreno, cuando éste puede presentar dificultades particulares, etc Ing. Fabián Hoyos Patiño

3. Equipo 3.1.

El tipo de equipo requerido para una investigación subsuperficial depende de la topografía del terreno, del material del subsuelo, de la profundidad del sondeo y del tipo de datos que se intente obtener. 3.1.1. Barrenos manuales, para la investigación de depósitos superficiales de suelo, entre1 y 5 m. 3.1.2. Taladros de percusión apropiados para la ejecución del ensayo de penetración estándar. 3.1.3. Barrenos y taladros rotatorios motorizados, con puntas y muestreadores, adecuados para la investigación y muestreo tanto de rocas como de suelos, para investigación del subsuelo a profundidades mayores de 5 m . 3.1.4. Equipo de excavación del tipo retroexcavadora, barrenos mecánicos de gran diámetro tipo Auger, excavadoras de pilas, para sondeos que permitan la inspección directa del subsuelo. 3.1.5. Muestreadores de tubo de pared delgada. 3.1.6. Muestreadores de turba, similares al muestreador Davis para investigar áreas compuestas por suelos orgánicos. 3.1.7. Herramientas manuales: llaves de tubo, martillo, pala. 3.1.8. Recipientes apropiados para el transporte de muestras 3.1.8.1. Cajas con cierre hermético, de 0.5 a 1 dm 3  de capacidad, de vidrio, metal o plástico. 3.1.8.2. Recipientes herméticos o bolsas plásticas o de un tejido tupido, libres de material contaminante, de manera que no permitan la pérdida de partículas finas y que tengan una capacidad de por lo menos 16 kg. 3.1.8.3. Cajas apropiadas para muestras de núcleos de roca. Una lona de 2 x 2 m, para transportar muestras de suelo a granel para su examen en el laboratorio. 3.1.9. Otros elementos igualmente necesarios son: brújula, nivel de mano, libreta de campo, cámara fotográfica, estacas, y cinta métrica de 20 o de 30 m, ácido clorhídrico diluido en un frasco de 50 ml con gotero, para la determinación de carbonatos al identificar minerales en rocas y suelos. Elementos de instrumentación in situ, para medir asentamientos y 3.1.10. movimientos del terreno: extensómetros, inclinómetros, etc.

4. Exploración geofísica Los métodos de exploración geofísica pueden ser utilizados en combinación con las técnicas de exploración directa. La técnica más corriente de aplicación es la interpolación de la información geofísica entre sondeos. Los métodos sísmicos y geoeléctricos y el radar de penetración pueden ser particularmente útiles cuando existen diferencias claras entre las propiedades de materiales subsuperficiales contiguos. La investigación geofísica de superficie puede ser una guía útil para determinar la localización de los sondeos . En la medida de lo posible la interpretación de los estudios geofísicos debe ser verificada mediante sondeos. Ing. Fabián Hoyos Patiño

4.1.

Las técnicas de sísmica somera de refracción o de reflexión, y el radar de penetración pueden ser utilizados para cartografiar horizontes de suelo y perfiles profundos, la profundidad del nivel freático y la profundidad del sustrato. La profundidad de penetración y la resolución de los métodos puede variar con las condiciones locales. Las técnicas de inducción electromagnética, la resistividad eléctrica y la polarización inducida (o resistividad compleja) pueden ser utilizadas para cartografiar variaciones de contenido de humedad, horizontes arcillosos, estratificación y profundidad del sustrato rocoso y del nivel del agua subterránea. Otras técnicas geofísicas como la gravimetría, la magnetometría y la termometría somera pueden ser útiles en condiciones particulares. La sísmica profunda y los métodos geoeléctricos se utilizan rutinariamente para cartografiar la estratigrafía y la estructura de las rocas conjuntamente con los registros eléctricos. Los registros de velocidad de ondas cortantes obtenidos en pruebas de sísmica cruzada (crosshole) y descendente (downhole) dan información de las propiedades dinámicas de los materiales del subsuelo. 4.1.1. El método de refracción sísmica puede ser particularmente útil donde se encuentran estratos o zonas de roca cuya densidad aumenta con la profundidad, para determinar la profundidad de la roca y su susceptibilidad al desgarre con máquinas. 4.1.2. El método de reflexión sísmica es útil para delinear las unidades geológicas a profundidades mayores de 3 m, no está limitado por la presencia de capas intermedias de baja velocidad, y es especialmente útil en áreas donde la litología cambia rápidamente. 4.1.3. El método de resistividad eléctrica puede ser útil para determinar la profundidad del nivel freático y del estrato rocoso, y las anomalías en el perfil estratigráfico, particularmente donde un estrato más denso suprayace uno menos denso, y en la localización y delimitación de zonas de préstamo en depósitos aluviales. Los valores de resistividad del terreno son también necesarios para el diseño de sistemas de protección catódica para estructuras enterradas y de puestas a tierra de redes eléctricas. 4.1.4. El método de radar de penetración puede ser útil para diferenciar capas de suelo y rocas y estructuras antrópicas en el rango de 0.5 m a 10 m, y para la localización de estructuras enterradas.

5. Técnicas de sensores remotos Las técnicas de sensores remotos pueden ser de utilidad en la cartografía de las formaciones superficiales y en la evaluación de las variaciones de los suelos y rocas. Las imágenes de radar y de satélite, que pueden captar y registrar diferentes bandas del espectro electromagnético, pueden ser utilizadas para encontrar y cartografiar la extensión superficial de materiales y estructuras geológicas en el subsuelo. La interpretación de fotografías aéreas e imágenes de satélite constituyen un herramienta básica para identificar y localizar rasgos geológicos importantes que pueden ser indicativos de estructuras de interés como Ing. Fabián Hoyos Patiño

fallas y patrones de fracturas. La identificación y delineamiento de contactos litologicos y de estructuras geológicas exige una escala adecuada de la imagen que puede ser muy diferente, y normalmente mucho menor, que la escala apropiada para la identificación y delineamiento de formaciones superficiales y de unidades y rasgos geomorfológicos. Generalmente debe hacerse un control de campo para verificar la interpretación de la información obtenida mediante sensores remotos.

6. Muestreo En la investigación del subsuelo deberá obtenerse muestras de suelo y roca suficientemente grandes y de calidad tal que permitan determinar la clasificación geotécnica del suelo o de la roca, su mineralogía, y las propiedades geotécnicas pertinentes al diseño propuesto. El muestreo e identificación de materiales del subsuelo, implica técnicas complejas acompañadas de procedimientos e interpretaciones diferentes, las cuales están influenciadas por condiciones geológicas y geográficas, por el objeto de la investigación y por los conocimientos, experiencia y entrenamiento del ingeniero a cargo del proyecto. El número, tipo, y localización de las muestras debe definirse en función de los resultados del reconocimiento geológico y de las características del proyecto para el que se elabora el estudio. El muestreo siempre estará orientado a la generación de la información relevante para el proyecto y deberá estar supervisada por un geotecnista con la experiencia y el conocimiento de las características del proyecto que aseguren la calidad de la información generada en esta etapa de la investigación.

6.1.

Debe tomarse muestras representativas de los materiales del subsuelo apropiadas para generar la información necesaria para el diseño y la construcción del proyecto. El número, la distribución y el tipo de las muestras requeridas depende del alcance del proyecto o estudio, y de los ensayos que se vayan a efectuar. En la Tabla 3 se encuentran los requerimientos generales sobre el tipo y tamaño de las muestras.

6.2.

El tamaño de las muestras depende del número y del tipo de ensayos que se requieran y del porcentaje de partículas gruesas en la muestra. El tamaño de las muestras alteradas, en bruto, puede variar a criterio del ingeniero a cargo del proyecto, pero se sugiere seguir las indicaciones de la Tabla 4 donde se encuentran los tipos y tamaños de muestras recomendadas para ensayos.

6.3.

Cada muestra debe identificarse cuidadosamente con el numero del respectivo sondeo y la anotación de la profundidad a la cual fue tomada, y protegerla en una bolsa de lona o plástico fuerte, cerrada en forma segura y, preferiblemente, sellada. La identificación a prueba de agua debe colocarse por Ing. Fabián Hoyos Patiño

dentro y por fuera de la bolsa o recipiente. Si es del caso coloque las muestras en un recipiente rígido que garantice su conservación durante el transporte hasta el laboratorio y márquelo en su exterior con una identificación apropiada. Guarde las muestras para la determinación de la humedad natural en recipientes herméticos sellados para evitar pérdidas de la misma. Cuando el secado de muestras pueda afectar la clasificación y los resultados de los ensayos, use bolsas de plástico sellables, o cúbralas con alguna sustancia impermeable, para minimizar la pérdida de humedad.

6.4.

Debe tomarse muestras de suelo y agua para determinar la acidez, el pH y el contenido de compuestos metálicos del material, cuando pueda esperarse que tengan un efecto inaceptable en su medio ambiente. El tamaño de la muestra de suelo no deberá ser menor de 2.5 kg. Las muestras de agua deben tener un volumen mínimo de 1 l.

6.5.

En los casos en que el proyecto haga necesario un análisis de estabilidad de taludes o laderas, puede ser necesario tomar muestras de agua para análisis físicoquímicos, bacteriológicos o isotópicos que orienten al ingeniero sobre el origen inmediato del agua subterránea.

Ing. Fabián Hoyos Patiño

Tabla 3. Requerimientos de muestreo Etapa del proyecto

Ensayos a ejecutar Tipo de muestra

Tamaño de la muestra

Reconocimiento

Clasificación visual. Ocasionalmente, humedad, granulometría y límites de consistencia.

Bolsa.

1 kg: 0,5 kg para ensayos y 0,5 kg para verificación.

Exploración detallada

Caracterización. Humedad, gravedad específica, granulometría y límites de consistencia y capacidad de intercambio catiónico. Peso unitario, compresión simple, cizalladura

Bolsa.

1 kg: 0,5 kg para ensayos y 0,5 kg para verificación.

Preferiblemente de cajón. Usual-mente tubo de pared delgada. Relación altura/diámetro 2 en ensayos de compresión.

 Al menos dos especímenes por muestra.   mm para compresión simple;   mm para cizalladura.

Permeabilidad Compresibilidad y consolidación Compresión triaxial

Preferiblemente de cajón. Usualmente tubo de pared delgada. Relación altura/diámetro 2 en ensayos de compresión.

 Al menos cuatro especímenes por muestra,   mm para permeabilidad y compresión triaxial; tres   mm para consolidación

Exploración especial

Materiales de construcción (Terraplenes y pavimentos) Caracterización, compactación, CBR, Solidez

Ing. Fabián Hoyos Patiño

Representativa. 50 – 100 kg de cada Normalmente debe estrato u horizonte. ser una muestra 500 kg de muestras compuesta compuestas. En canteras muestreo sistemático cada 10 m, y reducción por cuarteo.

 Agua

Núcleos de roca

(Agregados para morteros y hormigones) Inspección visual, Gravedad específica, granulometría,  Análisis petrológico, potencial de reacción álcali/agregado Análisis físico químico  Análisis bacteriológico  Análisis isotópico Inspección visual, análisis petrológico, RQD Compresión

Representativa. Normalmente debe ser una muestra compuesta

50 – 100 kg de cada estrato u horizonte. 500 kg de muestras compuestas. En canteras muestreo sistemático cada 10 m, y reducción por cuarteo.

1000 ml 50 – 100 ml para los análisis isotópicos.

Debe ser evaluada toda la columna de perfora-ción

Tabla 4. Tipos y tamaños de muestras para ensayo Ensayo

Tipo

Tamaño muestra

Clasificación visual Densidad Gravedad específica Humedad Granulometría

C A-B C C C

Limites de consistencia Potencial de expansión Compactación Permeabilidad Compresión simple

C B-C C A-B B

Compresión triaxial

B

200 g 100 g 50 g 50 g Entre 125 y 5000 g (depende del tamaño máximo de partículas presentes) 250 g 4 kg 10-20 kg (depende de la granulometría) B:   75 mm L = 150 mm  50 mm L = 150 mm 2-3 especímenes por ensayo  50 mm L = 150 mm 5-7 especímenes por ensayo

Corte directo Consolidación CBR  Abrasión

A A-B C C

mínimo

de

la

B:  63 mm L = 150 mm 50-100 kg 5-10 kg

 A. Muestra intacta. Cubo de 25 cm de lado, de este cubo se labran los especímenes en el laboratorio. B. Muestra tomada de un tubo de pared delgada. C. Muestra alterada.

7. Ensayos de campo y de laboratorio Ing. Fabián Hoyos Patiño

Los ensayos de campo y de laboratorio deben ser programados y ejecutados con miras a una adecuada caracterización de los materiales presentes en el terreno y a proporcionar la información geotécnica necesaria en cada etapa del proyecto. La mayor parte de los ensayos están normalizados. Las normas más conocidas y seguidas en el medio son las ASTM. Otras como las ICONTEC o las INV son traducciones de las ASTM.

7.1.

Los ensayos de campo son útiles para la determinación de las propiedades y características del suelo en condición inalterada, con todos los efectos y restricciones debidos a la carga, al suelo circundante y para hacer medidas rápidas sin necesidad de muestreo. Los ensayos de campo más coirrientes comprenden: Ensayo de penetración estándar. Norma ASTM D 1586. o Ensayo de penetración cuasiestática con cono. Norma ASTM D 3441. o Ensayos comparados de permeabilidad de campo en la zona vadosa. Norma o  ASTM D 5126. Ensayos de infiltración con infiltrómetro de doble anillo. Normas ASTM D 3385 o y D 5093., Ensayos de placa. Normas Normas ASTM D 1194, D 1195 y D 1196. o Descripción e identificación de suelos. Norma ASTM D 2488 o Determinación de CBR in situ. Norma ASTM D 4429. o Determinación de densidad in situ. Normas ASTM D 1556, D2167, D 2937, D o 4564, D 5030, D 5195 y D 5220. Determinación del potencial matricial en la zona vadosa. Norma ASTM D 3404. o Determinación de resistencia al cortante. Norma ASTM D 2573. o Determinación de las características de compresibilidad del suelo con el o presurómetro. Norma ASTM D 4719. Exploración del suelo con Rayos X. Norma ASTM D 4452. o

7.2.

La lista siguiente incluye las normas de los ensayos utilizados corrientemente en la ingeniería de suelos: Transporte y preparación de muestras. Normas ASTM D 421 y D 2217, D o 4220, D 4223 Determinación de la gravedad específica de los sólidos del suelo. Norma o  ASTM D 854 . Determinación de humedad. Normas ASTM D 425, D 2216, D4643, D 4959 o o  Análisis granulométrico. Normas ASTM D422, D 1140, Determinación de los límites de consistencia. Normas ASTM D 427, D 4318, D o 4943 y BS 1377 Determinación de las características de compactación. Normas ASTM D 698, o D 1557, D 1558, D 4718, D 5080. Determinación de la resistencia a la compresión simple. Norma ASTM D 2166, o D 5102 y D 5202 Determinación de la permeabilidad. Normas ASTM D 2434, D 5084 o Ing. Fabián Hoyos Patiño

o

o

o

o o o

o o

o

o o

Determinación de las propiedades de compresibilidad y consolidación unidimensional de los suelos. Normas ASTM D 2435, D3877, D 4186, D 4219. Determinación de parámetros de resistencia al cortante. Normas ASTM D 2850, D 3080, D 4648, D 4767, D 5202 Determinación de propiedades dinámicas de los suelos. Normas ASTM D 399, D 4015, D 5311, Determinación de potencial matricial. Normas ASTM D 2325, D 3152, 5298 Determinación de Relación de soporte. Normas ASTM D 1883 Determinación de potencial de expansión y encogimiento. Normas ASTM D4546, D 4829, D2844. Determinación del pH en los suelos. Norma ASTM D4972 Determinación del contenido de carbonato de calcio en los suelos. Norma  ASTM D 4373. Determinación de las características dispersivas de los suelos arcillosos. Norma ASTM D 4221. Determinación del potencial de colapso de los suelos. Norma ASTM D 5333. Extracción del agua de los poros del suelo y la determinación del contenido de sales solubles. Norma ASTM D 4542.

8. Determinación de las condiciones del subsuelo 8.1.

Las condiciones generales del subsuelo pueden definirse rigurosamente sólo en el sitio del sondeo, o en el corte abierto que se haya examinado. Las condiciones entre los puntos de observación pueden ser sustancialmente diferentes de los que se observan en cada sitio de sondeo o de observación. Deberá presentarse un perfil detallado del suelo únicamente donde la relación continua entre profundidades y abscisas de los diferentes tipos de suelo y roca pueda inferirse con razonable certidumbre. Esta fase de la investigación puede complementarse mediante registros gráficos de los afloramientos de suelos y rocas observados en paredes de excavaciones o de áreas de cortes, o mediante la correlación de los registros de perforaciones, interpolando entre estos registros mediante el empleo de relaciones geológicas y geotécnicas con otros datos de suelos y rocas pertinentes al área. El espaciamiento entre los sondeos en esta clase de investigaciones dependerá de la complejidad geológica del área, de la naturaleza del proyecto, y de la importancia de la continuidad del suelo y de la roca con respecto al diseño. Las perforaciones, deberán ser de suficiente profundidad para identificar todos los estratos que puedan ser afectados significativamente por el uso propuesto para el terreno, y para generar la información requerida para el diseño y construcción del proyecto en cuestión.

8.2.

La profundidad de los sondeos para vías, aeropuertos y parqueaderos debe tener un mínimo de 1.5 m por debajo de la subrasante de diseño esta profundidad puede ser mayor en circunstancias especiales.

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8.3.

La profundidad de los sondeos para el diseño de la cimentación de estructuras debe alcanzar el nivel donde el incremento de esfuerzos en el suelo, por efecto de su construcción deja de ser significativo. Como regla práctica puede aceptarse que dicho nivel puede definirse como áquel en el que el incremento de esfuerzos en el suelo, por efecto de las cargas de diseño, es igual a una décima parte de la presión geostática original.

8.4.

Donde las condiciones de construcción o de funcionamiento del proyecto puedan ser afectadas por un acuífero, o donde el drenaje interno pueda ser afectado por materiales impermeables que lo obstaculicen, las perforaciones deberán prolongarse suficientemente dentro de estos materiales para determinar las propiedades hidrogeológicas y geotécnicas relevantes para el diseño del proyecto.

8.5.

Los sondeos en la investigación de estabilidad de taludes y laderas deben permitir la localización de la zona de cizalladura y la evaluación de la presión intersticial y de los parámetros de resistencia al corte.

8.6.

En la investigación de las zonas de préstamo los sondeos deben ser suficientes en número y en profundidad para delimitar el depósito y permitir un cálculo confiable de las cantidades de material que cumpla con las especificaciones de calidad requeridas en el proyecto

8.7.

En los proyectos localizados en zonas áridas y semiáridas, donde la variación de humedad pueda ser importante para el comportamiento del suelo, los sondeos deben permitir la delimitación de la zona activa.

8.8.

Los registros de perforaciones para cada proyecto se efectuarán de manera sistemática y deberán incluir: 8.8.1. Localización y descripción de cada sitio o área investigada, con la localización (horizontal y vertical) de cada sondeo, con referencia a algún sistema establecido de coordenadas o a un punto arcifinio. 8.8.2. Registro de cada sondeo, o de cada superficie de corte expuesta, en la cual se muestre claramente la descripción de campo y localización de cada material encontrado, mediante símbolos o textos. Las fotografías en colores de núcleos de roca, muestras de suelos, y estratos expuestos, pueden ser de gran utilidad para el ingeniero a cargo del proyecto. Cada fotografía deberá identificarse con la fecha de impresión y un número o símbolo específico. 8.8.3. La identificación de los suelos deberá corresponder a la Clasificación Unificada de Suelos, CUS, y a la clasificación AASHTO de materiales para construcción de carreteras, acompañada, en lo posible, de su clasificación genética y de una descripción de unidad superficial a la que correspondan. También puede acompañarse la identificación del suelo con una caracterización del perfil para lo cual puede seguirse las propuestas de Brand (1988), Deere & Patton (1977), Little (1969), o de Pastore (1995). Ing. Fabián Hoyos Patiño

8.8.4. Las categorías de la clasificación genética de los suelos comprenden, entre otros: o Solum: suelo orgánico, que se desarrolló en la parte superior del regolito, tiene como características destacadas su alto contenido de raíces y otros restos de materia orgánica, su elevada porosidad y permeabilidad y, con frecuencia, la coloración oscura asociada a la acción del ácido húmico. o Suelo residual maduro : el que se desarrolla en la parte superior del perfil de meteorización, comúnmente está formado por limos de color pardo amarillento y ocre, de textura plana o lisa, en los que se conservan las estructuras de la roca madre o protolito. Corrientemente alcanza unos pocos metros (1-5) de espesor. o Saprolito: s uelo limo arenoso o arenolimoso que conserva la textura y las estructuras de la roca madre; estos suelos se caracterizan por su baja densidad y los colores abigarrados en los que predominan el pardo rojizo y el violeta. El espesor de este intervalo varía entre unos pocos metros y decenas de metros. o Gruss: suelo arenoso o arenolimoso que conserva la textura y las estructuras de la roca madre. Comúnmente está formado por arenas gruesas mal gradadas y limo, de color blanco, crema o gris. o Suelos aluviales : se agrupan en esta categoría los suelos que han sido transportados y depositados por la acción de los ríos y corrientes menores. Puede distinguirse varios tipos de suelos aluviales en términos de su granulometría y del ambiente y energía de sedimentación: de vega aluvial, de abanico aluvial, de terraza, de depósito torrencial. o Suelos coluviales : depósitos de materiales transportados y depositados por agua de escorrentía; están formados por arenas y gravas angulares; el espesor de estos depósitos rara vez es mayor de 1 metro. Este término ha sido utilizado en sentido lato para designar los depósitos de vertiente o suelos gravitacionales. o Suelos gravitacionales: formados por la acumulación de materiales arrancados y transportados por procesos de erosión en masa, deslizamientos, flujos de tierra, flujos de lodo y flujos de escombros. El elemento común en este tipo de depósito es a presencia de cantos y bloques de roca en una matriz limoarcillosa. Ocasionalmente puede encontrarse un contenido relativamente alto de arena en la matriz. o Piroclastos y cenizas volcánicas : los piroclastos son, fragmentos de roca lanzados a la atmósfera por los volcanes. Este material puede ser transportado a distancias de centenares de kilómetros de su origen y formar gruesos depósitos superficiales. El tamaño de las partículas en estos depósitos disminuye con la distancia al centro de la emisión. Los piroclastos de tamaño limo y arcilla son conocidos como cenizas volcánicas que pueden convertirse en una arcilla amorfa conocida como alofana, o adquirir con el tiempo un grado de cementación tal que permite el corte de taludes verticales de más de 10 metros de altura en ellas. Ing. Fabián Hoyos Patiño

Loess: depósito de material limoso, friable, poroso, normalmente con un alto contenido de carbonato de calcio que le confiere cierto grado de cementación. En la composición granulométrica de loess pueden entrar cantidades menores de arena fina y arcilla. 8.8.5. El perfil de meteorización puede ser caracterizado en términos de la propuesta de Deere & Patton (1971) siguiendo los criterios dados en la Tabla 4. 8.8.6. El perfil de meteorización puede ser caracterizado en términos de la propuesta de Pastore (1995) siguiendo los criterios dados en la Tabla 5. 8.8.7. El perfil de meteorización puede ser caracterizado en términos de la propuesta de E. Brand (1988) (oficina de control geotécnico de Hong Kong) siguiendo los criterios dados en la Tabla 6. 8.8.8. El perfil de meteorización puede ser caracterizado en términos de la propuesta Little. Al (1969) siguiendo los criterios dados en la Tabla 7. 8.8.9. Localización y descripción de los manantiales y acuíferos, y registro del nivel piezométrico hallado en cada sondeo o pozo. La localización y los resultados de los ensayos de campo, donde se 8.8.10. requieran, como los de penetración estándar, de veleta, de placa, u otros ensayos in situ  para determinar propiedades geotécnicas de suelos o rocas. La clasificación de la roca perforada, el porcentaje de recuperación 8.8.11. de los núcleos extraídos en las perforaciones con brocas de diamante y la estimación del índice de calidad de roca (RQD); cuando sea posible conviene agregar la calificación del macizo rocoso (RMR). La clasificación de la roca usualmente corresponde a la clasificación 8.8.12. petrológica de uso corriente entre geólogos. Una clasificación alternativa que puede ser más útil para los geotecnistas distingue cuatro categorías en términos de las propiedades mecánicas y de la textura de la roca. o Roca blanda:  término utilizado como sinónimo amplio de roca sedimentaria. Rocas que pueden fallar a través del material intacto a los niveles de esfuerzo existentes cerca de una excavación. Corresponde a materiales rocosos que no pueden ser excavados o removidos eficientemente con herramientas manuales y requieren para su excavación y remoción herramientas mecánicas de potencia y modo de operación equivalente a los martillos neumáticos. o Roca estratificada: termino de clasificación geotécnica de rocas propuesto para los cuerpos de roca formados por una secuencia de estratos, en la que coexisten capas con diferentes propiedades mecánicas, así cada una de ellas sea homogénea. Las rocas estratificadas más comunes están formadas por secuencias de areniscas, lodolitas y caliza. Las secuencias vulcanosedimentarias también deben ser consideradas como rocas estratificadas cuando la heterogeneidad de la masa rocosa asociada afecte su comportamiento en obras de ingeniería. o Roca foliada: término de clasificación geotécnica de rocas propuesto para las rocas duras homogéneas y anisotrópicas. Elementos típicos de esta categoría son: Esquistos, algunos neises y lutitas. o

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Roca masiva: término de clasificación geotécnica de rocas propuesto para las rocas duras, homogéneas e isotrópicas. Elementos típicos de esta categoría son granitos, gabros, basaltos, calizas, mármoles y areniscas cuando no se encuentran interestratificadas con otras rocas. De ser posible se presentará además la calificación del macizo 8.8.13. rocoso (RMR). La representación gráfica de la información de campo y de 8.8.14. laboratorio y de su interpretación facilita la comprensión de las condiciones generales del subsuelo. o

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Tabla 4. Perfil de meteorización (Deere & Patton, 1971) Denominación

Símbolo -A (Horizonte A)

 Suelo Residual

-B (Horizonte B)

-C (Horizonte C Saprolito)

 Roca Meteorizada

-A (Suelo residual o saprolito a roca alterada)

-B Roca parcial-mente meteorizada.

 Roca sana

 Roca sana

Tabla 5. Perfiles de meteorización (Pastore, 1995)

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Descripción Es la zona de eluviación, la infiltración de agua transporta hacia abajo los materiales en suspensión. Es generalmente rica en material orgánico. Es la zona donde se depo sitan los materiales sólidos provenientes del horizonte A. Los minerales son por lo general tamaño arcilla. Esta tan alterado que hay muy poca eviden-cia del material parental y ninguna estructura de la masa rocosa. Conserva las estructuras originales de la roca parental, pero el material es suelo. Las estructuras heredadas incluyen diaclasas, fallas y minerales con orientaciones idénticas a la de la masa rocosa y constituyen planos de debilidad en la masa de suelo. Los materiales que predominan son limos arcillosos y arenas limosas con apariencia de roca dura pero consistente de suelo. El contenido de bloques de roca es menor del 10% de su volumen. Es la zona de transición de saprolito a roca meteorizada. Contienen nú-cleos de roca que forman entre el 10% y el 95% de su volumen. La meteorización ocurre a lo largo de las diaclasas y fallas existentes. El suelo que rodea los bloques de roca es por lo general arena con algún contenido de limos. Es roca con algo de decoloración y alteración a lo largo de las discontinuidades. La roca alterada presen-ta menor resistencia al corte y módu-lo de elasticidad y mayor permeabi-lidad debido a la variación en el vo-lumen de los minerales; la solución de algunos más solubles y el aumen-to en l a abertura de las diaclasas por la erosión Es la roca no meteorizada, ningún material se encuentra alterado y las diaclasas presentan muy pocas o ninguna oxi dación. Esta roca puede ser en algunos casos intensamente fracturada.

Denominación Suelo residual o transportado

Símbolo I Horizonte de

Descripción

Mezcla de arena, limo y arcilla, que puede incluir gravas, con un alto contenido de m ateria orgánica Suelos residuales o transportados, maduros, que han estado sometidos a procesos de late-ritización. El tamaño de las partículas y el espe-sor del horizonte dependen de su posición en el relieve y en el tipo de roca de la que se derivan. No conserva ninguna estructura de la roca origi-nal. Contiene arcilla compuesta básicamente de caolinita, de óxidos de hierro y de aluminio. Co-lores predominantes de la gama rojo y amarillo. III Horizonte de Suelos residuales que conservan la textura y las Suelo residual suelo estructuras de la roca original con un contenido de saprolítico restos de roca menor del 10 %. El tamaño de las partículas y el espesor del horizonte depen-den de su posición en el relieve y en el tipo de roca de la que se derivan. Predominan los colo-res blanco, crema, amarillo y rosado. En este horizonte se puede reconocer fácilmente el tipo de roca original. Transición de suelo IV Horizonte de Horizonte de transición en el que se encuentra hasta 95 a roca saprolito % en volumen de restos de roca. Las fallas, las diaclasas y los planos de estratifica-ción heredados se distinguen claramente. El espesor es muy i rregular y puede estar ausente en algunos sectores. Puede presentar una elevada permeabilidad. Es el horizonte más difícil de identificar. V Horizonte de Corresponde al techo de la masa rocosa com-puesto Roca roca muy por minerales en diferentes estados de alteración. La meteorizada resistencia a la compresión es menor que la de l a roca sana. La alteración de la roca es mayor a lo largo de las discontinui-dades. La roca presenta cambios de color debido al e-fecto de VI Horizonte de los procesos de meteorización a lo lar-go de las roca discontinuidades de la masa rocosa. Su resistencia es meteorizada mayor que la del horizonte V. VII Horizonte Los minerales no presentan ninguna alteración a pesar de roca sana de que puede estar intensamente fracturada suelo orgánico II Horizonte de suelo laterítico

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Tabla 6. Perfil de meteorización (E. Brand, 1988) Denominación

Símbolo

Suelo residual

RS

Roca 0/30%

PW 0/30

Roca 30/50%

PW 30/50

Roca 50/90% Roca 90/100%

PW 50/90 PW 90/100

Roca no meteorizada

UW

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Descripción Suelo residual derivado de la meteorización “in situ”, la textura y estructura del material parental completamente destruida 100% suelo. Menos del 30% de roca preserva la textura y estructura del material parental (Saprolito). El contenido de roca no afecta el comportamiento a la cizalladura de la masa, pero si las discontinuidades heredadas del material parental. El contenido de roca puede ser significativo para efectos de investigación y construcción. 30 a 50% de roca. Tanto el contenido de roca como las discontinuidades heredadas pueden afectar la resis-tencia al corte de la masa. 50 a 90% de roca. Estructura interconectada. Más del 90% de la roca. A lo largo de las discontinuidades se presentan pequeñas cantidades de material convertido a suelo. 100% roca. Puede presentar una ligera decoloración a lo largo de las discontinuidades

Tabla 7. Perfil de meteorización (Little. Al, 1969) Denominación

Símbolo

Suelo residual

VI

Roca completamente meteor-izada

V

Roca muy meteorizada

IV

Roca moderadamente meteo-rizada

III

Roa ligeramente meteorizada

II

Material parental fresco

I

Descripción No se conserva la textura y la estructura del material parental. Los granos constitutivos pueden separarse con la mano. Se preserva la textura de la roca original. Los granos constituti-vos pueden separarse con la mano. Se afloja al ser sumer-gido en el H 2O Puede romperse en pequeños fragmentos con la mano. Cuando se raya con el martillo produce un sonido grave, pero no deja fácilmente huella. No se “afloja” cuando se sumerge en H2O. Usualmente no puede romperse con la mano, pero se rompe fácilmente con el martillo. Cuando se raya con el martillo produce un sonido ligero. No se rompe fácilmente con el martillo. Produce un sonido agudo cuando se raya. Se con-servan los colores del material parental, a través de las discon-tinuidades se presenta deco-loración. No se parte fácilmente con el martillo. Produce un sonido agudo cuando se raya. Conser-va el color del material parental.

9. Interpretación de los resultados 9.1.

Los resultados de la investigación deben interpretarse en términos de la información básica generada, aunque debe hacerse todo lo posible por recoger e incluir críticamente los datos de investigaciones anteriores en la misma área. La extrapolación de datos en áreas locales no investigadas puede hacerse sólo para estudios conceptuales. Tales extrapolaciones pueden hacerse sólo donde se conozca que existen relaciones estratigráficas y estructurales con base en otros datos. Las propiedades geotécnicas de los suelos y rocas de proyectos importantes, no deberán predecirse solamente con base en la simple identificación o clasificación en el terreno, sino que deberán comprobarse mediante ensayos de laboratorio y de terreno. 9.1.1. Debe dibujarse secciones transversales como parte de la caracterización del terreno si se necesitan para demostrar las condiciones generales del mismo. Ing. Fabián Hoyos Patiño

9.1.2. Las secciones transversales, incluidas con la presentación de la información básica de la investigación, deben limitarse al perfil del terreno y a la información obtenida en los sitios investigados durante el estudio. Las unidades estratigráficas entre sondeos deben ser indicadas solamente si su identificación está apoyada por información geofísica generada en perfiles continuos. 9.1.3. Las secciones transversales que presenten interpretaciones de unidades estratigráficas y otras interpretaciones entre sondeos, sin que su identificación esté apoyada por información geofísica, deben ser presentada como un informe de tipo interpretativo, o incluida en un apéndice donde conste su carácter interpretativo. Las secciones interpretadas deben estar acompañadas de notas que describan las anomalías u otras variaciones de importancia en las condiciones del terreno que puedan tener interés para el diseño y la construcción. 9.1.4. Debe considerarse la necesidad de hacer exploración adicional si la información disponible no es considerada suficiente para preparar secciones transversales interpretativas, que descripciones realisticas de las condiciones del subsuelo de interés para el proyecto.

9.2.

Cuando se trate de evaluar las condiciones generales de estabilidad del terreno debe definirse zonas homogéneas en términos de su estabilidad de acuerdo con las siguientes categorías, u otras equivalentes que sean definidas en el texto del informe: 9.2.1. Zonas estables: terrenos donde es muy baja la probabilidad de movimientos de masa o erosión lineal intensa. Corresponden a terrenos con una factor de seguridad igual a, o mayor que, 1.5. 9.2.2. Zonas relativamente estables : terrenos donde es baja a moderada la probabilidad de ocurrencia de movimientos de masa o erosión lineal intensa. Corresponden a terrenos con un factor de seguridad al deslizamiento entre 1.3 y 1.5. En ellas puede ser construidas obras superficiales sin necesidad de tomar precauciones especiales, salvo en zonas muy localizadas que deben ser identificadas y evaluadas mediante la investigación geomorfológica y geotécnica a una escala de mayor detalle. 9.2.3. Zonas potencialmente inestables : terrenos donde la probabilidad de ocurrencia de movimientos de masa y erosión lineal intensa es de moderada a alta. Corresponden a terrenos con un factor de seguridad al deslizamiento entre 1.1 y 1.3. La construcción en ellas de obras en superficie y de estructuras subterráneas relativamente someras exige estudios geotécnicos detallados y diseños especiales de movimientos de tierra, conformación y estabilización de taludes y estructuras de contención. 9.2.4. Zonas inestables: terrenos donde la probabilidad de ocurrencia de movimientos de masa y erosión lineal intensa puede calificarse entre alta y muy alta. Corresponden a terrenos con factores de seguridad iguales a, o menores que, 1.1. La construcción en ellos de obras de superficie y estructuras subterráneas someras es muy costosa y exige análisis geotécnicos detallados y diseños especiales, con altos factores de seguridad, que las hacen factibles sólo en condiciones muy particulares. Ing. Fabián Hoyos Patiño

9.3.

Las recomendaciones de parámetros de diseño deben ser formuladas únicamente por ingenieros o geólogos, especializados en geotecnia y familiarizados con los objetivos, alcances y condiciones del proyecto. Los conceptos de mecánica de suelos y de rocas, y de geomorfología, deben combinarse con un conocimiento de la ingeniería geotécnica y de la hidrogeología para lograr una aplicación cabal de los resultados de la exploración de suelos y rocas. Puede ser necesario un estudio más detallado que el descrito en esta norma, antes de que puedan hacerse recomendaciones para el diseño.

9.4.

Las recomendaciones resultantes de la caracterización geotécnica del terreno son aplicables a un proyecto específico y a la etapa del mismo para la cual se llevó a cabo. El cambio de etapa o de características del proyecto exige la revisión y actualización de la caracterización geotécnica, y de las recomendaciones pertinentes.

10. Informe 10.1. El informe de investigación del subsuelo deberá incluir: La localización del área investigada en términos pertinentes al 10.1.1. proyecto en un mapa topográfico a escala adecuada. Debe incluirse mapas, esquemas o fotografías aéreas en las cuales se localicen las perforaciones y ensayos de campo, y los sitios de muestreo, así como detalles topográficos y geomorfológicos relevantes para la determinación de los diferentes suelos y rocas. Estos datos incluyen curvas de nivel, lechos de corrientes, depresiones, escarpes, acantilados, etc. Descripción de los procedimientos de investigación, en la que se 10.1.2. incluya copias de los registros de los sondeos y mediciones geofísicas, y los resultados de los ensayos de laboratorio. Un resumen del reconocimiento del área, las condiciones generales 10.1.3. del subsuelo, y la interpretación de los resultados del estudio, y las recomendaciones pertinentes. En todos los casos debe plantearse explícitamente el campo de aplicación y las limitaciones del estudio. En cuanto sea posible, debe incluirse los siguientes mapas del área 10.1.4. investigada  Topográfico. En este mapa conviene registrar la localización del proyecto y del área evaluada, los sitios de sondeos y ensayos de campo, la localización de las muestras y el tipo de ensayos de laboratorio que se han ejecutado, lo que convierte el mapa topográfico en un mapa fiducial .  Geológico. En este mapa se presenta la litología del sustrato rocoso y las estructuras geológicas mayores. Para su elaboración normalmente se cuenta con los mapas preparados por el Servicio Geológico del país, Ingeominas en el caso de Colombia.

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 Geomorfológico. En este mapa se presenta las formaciones superficiales, los procesos morfogenéticos, las unidades geomorfológicas y las geoformas. En algunos casos puede ser conveniente presentar un mapa independiente de formaciones superficiales en el que se incluya la información pertinente sobre el sustrato rocoso, espesor del regolito, tipo de suelo.  Isopiezométrico. En este mapa debe incluirse, además de las isopiezas o líneas equipotenciales, la localización de cada uno de los puntos a partir de los cuales se prepara el mapa, sean ellos manantiales, pozos, o piezómetros.  Riesgo hidrogeológico . En este mapa se presenta las zonas de inundación para diferentes períodos de recurrencia.  Zonificación geotécnica , en términos de las propiedades geotécnicas del terreno y de las condiciones generales de estabilidad.  Excavabilidad , en los casos en los que esta característica del terreno tenga interés desde el punto de vista del proyecto. Este mapa debe prepararse cuando se evalúen terrenos donde se presenten depósitos gravitacionales o torrenciales, o donde se encuentre un desarrollo de depósitos de caliche que dificulte la excavación del terreno.   Aptitud y limitaciones al uso . Brand, 1988 Deere & Patton, 1971

Hermelin. M. Rocas, suelos y formaciones superficiales, Dyna, Little. Al, 1969 Norma ASTM D420. Guía para la caracterización geotécnica de terrenos. Norma Sismoresistente Colombiana. Título H. Pastore, 1995 Patton F.D. & Deere, D.U., 1971, Geologic factors controlling slope stability in open pit mines, in Brawner, C.O & Milligan, V., eds, Stability in open pit mining, Society of Mining Engineers, 242 p, New York.

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