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Indice
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FUNDACIONES SUPERFICIALES Informe Geotéc Geotécnico nico en proyectos proyectos de edificios edificios Antecedentes e información previa
Reconocimiento geotécnico Pruebas y ensayos
Tipo de edificio, cargas, etc.
Tipo de terreno
Terreno granular ( arenas, gravas )
Roca aflorante a pequeña prof.
Influencia del NF sobre la const.
Optimización de excavaciones
Terreno cohesivo ( arcillas ) Alta
Baja
Resistencia Media
Baja
Deformabilidad
Alta
Media
Tolerancias del edificio
Baja
Alta
Deformabilidad Media
Estrictas
Problemas de interacción con edif.adyacentes
Análisis según tipo de edificio
No
Positivo
Amplias Si
Cimentación directa (zapatas,losas )
Negativo
Cimentación profunda ( pilotes )
Etapas de un Proyecto de Fundaciones Estudio Geotécnico Antecedentes Geología
Normativa
Condicionantes
Tecnología
Coeficientes de seguridad
Implantación
Tipología
Hidrogeología
Reconocimientos
Definición de la cimentación
Correlaciones
Proyecto Ensayos
Modelos de comportamiento
Informe Geotécnico
Ejecución Sistema de estructuramiento del terreno
Parámetros geotécnicos
Problemas constructivos
Interacción con el entorno
Control del comportamiento
Acumulación de experiencia
Resultado
Mejora del proyecto
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Estudio Geotécnico Antes de construir cualquier obra de ingeniería, se debe tener presente :
• Las condiciones del subsuelo y sus posibles problemas • Su capacidad portante y deformabilidad • Sus características como material de c onstrucción
Un estudio geotécnico debe incluir entre otros temas:
Características del proyecto y objetivo del estudio Características geotécnicas del sitio Solución de fundación o del tema geotécnico de estudio Recomendaciones para el procedimiento constructivo
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Estudio Geotécnico Método de est udio Ensayos geot écnic os Naturaleza del suelo
Reconocimiento geológico
Problemas a resolver
Geología del lugar
Topografía
Problema Habituales a resolver
Cimientos
Asientos
Estabilidad
Contenciones
Adaptación al lugar
En desniveles y subterraneos
Estabilidad de pendiente
Condiciones de ejecuci ón Agotamientos
Socalzados
Estabilidad de fondo y paredes de la excavación
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Trabajos a realizar La cantidad y calidad de los trabaj os de reconocimiento, queda definidos por :
Tipo de terreno Nivel de estudio ( Factibilidad, previo, anteproyecto,proyecto)
Importancia de la obra Tiempo disponible
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Ubicación de los sondajes SONDAJE : Prospección que busca detectar en forma razonablemente confiable, la extensión, espesor y carácter de suelos y rocas existentes destacando irregularidades importantes del subsuelo.
Un criterio puede ser:
Reconocimiento preliminar
Uniformidad del subsuelo
Vías de acceso
Variabilidad del subsuelo
120 - 150 m entre sondajes
30 m entre sondajes o 1 c/ 1000 m2
15 a 7,5 m entre sondajes
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Otro Criterio de Ubicación de Sondajes ESPACIAMIENTO DE SONDEOS Estructura u obra Espaciamiento ( m ) Carretera Presa de tierra - Diques Excavació n para empr é stito Edificio de varios pisos Edificio industrial de un piso
300 - 600 30 - 60 30 - 120 15 - 30 30 - 90
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Profundidad de los sondajes La profundidad de los sondajes depende de :
Tamaño y características de la estructura propuesta Consideraciones del diseño : FS, asientos, infiltración de aguas, etc.
Profundidad del estrato con capacidad de soporte adecuado
Bulbo de presiones
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Profundidad de los sondajes Algunas recomendaciones son:
Teoría de sobrepresiones
Teoría de Boussinesq
Regla de E. de Beer
Otras recomendaciones
Prof. mín. 10% del bulbo
Prof. que cumpla ∆ σ = 0,10 σo’
Zapata aislada 1,5-2,0 B Zapata corrida 2,5 B
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Etapas del Estudio Geotécnico
1. Recopilación de antecedentes reconocimiento geológico
y
2. Exploración Preliminar 3. Exploración detallada de muestras representativas y no perturbadas 4. Exploración complementaria exploraciones especiales
y/o
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Etapas del Estudio Geotécnico 1.- RECOPILACION DE ANTECEDENTES Y RECONOCIMIENTO GEOLÓGICO. Objetivo : - Recopilar y evaluar los datos disponibles del subsuelo del sector - Reducir la extensión de la exploración. Como fuentes preliminares de información se tienen :
• Registros Geológicos y Geofísicos • Comportamiento de estructuras existentes • Topografía y fotografía aérea • Zonificaciones de suelos • Servicios ( MOP, Municipalidades, etc ) • Sismicidad • Clima • Napa freática
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Etapas del Estudio Geotécnico 2.- EXPLORACIÓN PRELIMINAR Objetivo : - Obtener el Perfil del subsuelo y muestras representativas de los estratos principales - Obtener posición del nivel freático - Determinar efecto de subpresiones - Determinar la línea de roca, etc. Dentro de esta etapa algunos métodos de exploración son:
• Reconocimiento Geofísico • Ensayos de Penetración
y sísmica de pozos
- Sondajes por Presión, Percusión o Rotación - Veleta - Mediciones presiométricas
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Etapas del Estudio Geotécnico 3.- EXPLORACIÓN DETALLADA Objetivo : - Obtener perfiles detallados del suelo (muestras inalteradas de 2” a 3” de diámetro) y propiedades principales. - Obtener muestras aproximadamente continuas de empréstitos de materiales - Determinar el nivel de presión hidrostática del agua subterránea Métodos según la profundidad : Superficiales : Calicatas y Zanjones Profundas : Muestradores tubulares abiertos, de pistón, testigos de corona y sondeos de penetración.
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Etapas del Estudio Geotécnico 4.- EXPLORACIONES ESPECIALES Objetivo : Obtener muestras generalmente no perturbadas (a veces de 4” o más de diámetro) desde los estratos considerados como críticos Se utilizan cuando :
• • • •
La estructura es de gran tamaño Las condiciones del subsuelo se asocian a modelaciones muy difíciles. Se quiere determinar simultáneamente características de resistencia y deformabilidad en una misma capa y profundidad. Se trata de suelos o condiciones de fundación “especiales”
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Métodos de Reconocimiento
Indirectos Resultados no inmediatos ( Ensayos en Laboratorio )
Calicatas, Zanjas y Pozos Manuales; por Presión; por Rotación y por Sondajes Percusión Prospección Geofísica
METODOS
Directos Resultados inmediatos ( Ensayos In Situ )
Manual Ensayos de Penetración Estático Dinámico:CPT,SPT Veleta de Corte Placa de Carga Ensayo Presiométrico Ensayo de Permeabilidad
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Método de Muestreo Indirectos CALICATAS, ZANJAS Y POZOS
•
Excavación en el terreno, cuyo propósito es obtener la estratigrafía y muestras inalteradas, para someterlas a los ensayos necesarios en laboratorio
•
El número mínimo de pozos por obra y su profundidad ya ha sido comentado, pero sus dimensiones mínimas en planta y profundidad están en función del tipo de estructura y del tipo de suelo
•
Dentro de ellos se miden a distinta profundidad densidad , humedad, pesos específicos y se retiran muestras representativas
•
Para suelos granulares limpios ( sin cohesión ) se “ moldean “ o fabrican muestras a la humedad y densidad del terreno, como alternativa a ensayos “in situ”
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Método de Muestreo Indirectos
SONDAJES
•
Perforaciones de pequeño diámetro ( entre 3 a 6 “ ) y de gran profundidad ( hasta 150 m )
•
En caso de obtener muestras inalteradas, éstas se protegen con parafina sólida y se llevan al laboratorio. ROTACION: testigos no perturbados ( rocas y suelos duros) Tipos de Sondajes
PERCUSION : Muestras alteradas (gravas, suelos cementados) POR PRESIÓN : inalterados (suelos blandos)
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Método de Muestreo Indirectos TIPOS DE SONDAJES
Sondaje por Presión
• Se usa para perforaciones en suelos blandos • Profundidad máx. 5 - 6 m • Para la extracción de la muestra, el barreno
se
reemplaza por un tubo de muestreo
Barreno manual y muestreador
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Método de Muestreo Indirectos
Sondaje por Percusión
Equipo de perforación por Percusión
• Eficiente en suelos granulares medios a finos
y menos en suelos blandos libres de piedras o rocas. • El método consiste en introducir mediante un martinete, un conjunto de barras con un muestreador en la punta • Se obtienen muestras o testigos alterados • La obtención de muestras inalteradas es con muestreadores cilíndricos del tipo Shelby
Muestreador Cilíndrico φ interno 1 3/8” φ externo 2” Largo variable ( 6 -42” )
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Sondeo y ensayo de Penetración Dinámica SPT
• Se
hinca en el suelo el muestreador, por medio de un martinete de 65kg de masa, que cae desde 0,76 m de altura • Se registra el número de golpes N para los últimos 30 cm de penetración • Diámetro de perforación entre 150 y 300 mm • Profundidad máxima de 50 - 60 m • Se obtiene el índice de resistencia a la penetración N y permite estimar la densidad relativa y otros parámetros de resistencia y deformación.
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SONDAJE S.P.T.
CUCHARA NORMAL SPT
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Ensayo de Penetración Dinámica SPT Informe estratigráfico obtenido mediante ensayo SPT
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Método de Muestreo Indirectos Sondaje por Rotación
• • • • •
Utilizado en rocas y suelos duros Obtiene muestras inalteradas, mediante rotación, empuje vertical y lavado. El muestreador emplea en la punta, un material más duro que el que se quiere penetrar, del tipo corona diamantada. Necesidad de un líquido lubricante, agua a presión controlada La calidad de la roca se puede medir relacionando el n de trozos menores de 10 cm, con el largo total: Indice de Recuperación o RQD Existen otras alternativas de perforación por medio de Trepano
•
Perforadora con broca de corona que gira a velocidad de 600 a 1200 rpm El barril muestreador posee diámetro de 30 a 100 mm
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SONDAJE POR ROTACION Cabezal conductos
Tubo exterior
Tubo interior Broca cortanúcleos Muestreador
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Métodos de Muestreo Indirectos PROSPECCIÓN GEOFÍSICA
• •
•
Procedimientos económicos para determinar límite de los estratos del suelo, niveles de roca y freáticos Se basa en la variación de un estrato a otro de: Resistencia eléctrica Elasticidad Susceptibilidad magnética. Se pueden emplear 3 métodos: - Método de resistividad eléctrica - Método de reflexión sísmica - Método de refracción sísmica
Electrodo de corriente
Electrodo de potencial
amperímetro
I
E d
voltímetro
d
d
h
Configuración de Wenner para Método de Resistividad Tiempo x
Onda directa Onda refractada Curva de tiempo de primer arribo
Distancia
Método de Refracción Sísmica
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Métodos de Muestreo Indirectos • Resistividad Eléctrica
•
Refracción Sísmica
Se basa en la presencia de aguas subterráneas que contienen sales, las que conducen corrientes apreciables a corta distancia. Se hincan 4 eléctrodos separados entre sí y a medida que cada uno cruza una interfase, se registran cambios en la resistividad.
• Se basa en la diferencia de velocidad de las ondas sísmicas al atravesar diferentes materiales • Afectan a la velocidad : ondas de choque, humedad, densidad, textura, presencia de vacíos y elasticidad. • Se genera una onda sónica recepcionada por geófonos, los cuales registran los cambios de la velocidad de onda.
Reflexión Sísmica
• Se utiliza en exploraciones profundas ( > 300 m ) y para exploraciones bajo agua a poca profundidad.
• Similar al anterior, se emite una pulsación sónica que se •
refleja en el lecho marino y el arribo de ondas se detecta con hidrófonos . Se obtienen rápidamente perfiles laterales y verticales
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Métodos de Muestreo Directos
Métodos Directos Resultados inmediatos ( Ensayos In Situ ) MEDICIÓN REQUERIDA Resistencia al corte Capacidad de carga Esfuerzo in situ
PRUEBAS De Penetración: SPT Veleta de corte Presiómetro Placa de carga Piesómetro
MEDICIÓN REQUERIDA Compacidad relativa y N Compresibilidad Presión de Poros
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Métodos de Muestreo Directos Fuerza variable o continua
ENSAYOS DE PENETRACIÓN Manómetro
Revestimiento
Ensayo de Penetración Estática ( Deep soundering ) Popular a nivel mundial (poco en Chile) Uso en obras de fundaciones profundas y en suelos blandos • Se utiliza un gato hidráulico con carga, y una camisa, en donde se introduce la punta • •
Anclajes
Punta o barra
Presión ( barra ) Kg- f / cm2 Pres ión para hundir barra z Presión para hundir punta Resistencia de punta
Resistencia de roce
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Métodos de Muestreo Directos Ensayo de Penetración Dinámica CPT
• • • • • •
Un conjunto de barras terminadas en un cono normalizado, se hunde mediante la energía de la masa de 63,5 kg que cae desde 75 cm de altura Se registra N ( n de golpes ) cada 30 cm. Este sondaje no permite extraer muestras La correlación entre N y la resistencia del suelo es buena en arenas y regular para suelos cohesivos Se limita su validez hasta profundidades del orden de 10 m Este sondaje no registra la profundidad de la napa
Ver diagramas de equipo
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Ver Ensayo portatil
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Métodos de Muestreo Directos Ensayo de Penetración Dinámica CPT
N <4 4-10 10-30 30-50 >50
COMPACIDAD muy floja floja media alta muy alta
φ <29 29-30 30-36 30-41 >41
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Métodos de Muestreo Directos
ENSAYO VANE TEST
Radio
T
• Ensayo de Paleta o Veleta de corte • Se utiliza en suelos cohesivos blandos • Mide la resistencia al corte en función
φ
de la cohesión, a través del torque necesario para hacer girar una paleta τ = c
• La paleta se introduce dentro del pozo de sondaje • Dependiendo de la naturaleza del suelo es posible aplicarlo hasta 60 o 70m
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Métodos de Muestreo Directos ENSAYO DE PLACA DE CARGA
•
El ensayo consiste en aplicar al suelo distintos estados de carga y registrar la deflexión producida en ellos.
•
Se utiliza para evaluar la capacidad de soporte de subrasantes, bases o pavimentos completos.
•
La carga se aplica por medio de un gato hidráulico y la deflexión producida se mide con diales colocados cerca del borde inferior y distribuidos regularmente en su perímetro.
•
La deflexión para cada carga se alcanzará cuando no se aprecie un mayor incremento de ella , generalmente cuando la deformación no sea mayor a 0,025 mm por minuto.
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Métodos de Muestreo Directos Información por obtener de un ensayo de placa : E, Cc , K , Valor de soporte n ó i c a m r o f e D
Tiempo
Curva deformación v/s tiempo l a m r o N n ó i s e r P
Deformación Def.Plástica
l a m r o N n ó i s e r P
Deformación
Curva Presión v/s Deformación con descarga l a m r o N n ó i s e r P
Ciclos de def.
Rebote elástico
Curva con aplicación cíclica de la presión
Curva de carga repetida
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Métodos de Muestreo Directos
Con los resultados obtenidos del ensayo Placa de carga , se obtiene el módulo de reacción según :
K = p / δ
• • •
K = Módulo de Reacción p = presión ( Kpa ) δ = reacción o deflexión
El módulo de reacción del suelo depende de la deformación que se tome como referencia La medición del módulo de reacción es sensible al diámetro de placa empleada El valor del módulo de reacción depende del estado de humedad del suelo.
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Métodos de Muestreo Directos
ENSAYO PRESIOMÉTRICO
Manómetro
Ensayo de carga in situ , en el cual se expande una membrana flexible en el interior de un sondaje previamente excavado, determinando características mecánicas del suelo a un costo reducido y en una situación más cercana al estado natural del suelo.
Gas Agua Pared inalterada Célula de medida Célula de guarda
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Métodos de Muestreo Directos
Los resultados que se obtienen son : • Presión límite de ruptura ( Pl ) • Módulo presiométrico ( Em ) • Em / ( pi - po ) - Historia de la rigidez del suelo
l a t o t . c n i = V
Presión
Aplicaciones del ensayo :
• • • •
Capacidad de soporte de fundaciones superficiales o profundas Asentamientos totales o diferenciales Esfuerzos horizontales sobre muros de contención Esfuerzos y desplazamientos de pilotes solicitados horizontalmente
v
∆
p
Curvas presiométrica y de fluencia
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO ENSAYO DE PERMEABILIDAD Tubo vidrio
IN SITU (Ejemplo) • Se mide la cantidad bombeada de agua de un pozo o el nivel de descenso del agua en el terreno • Se busca alcanzar un estado estacionario cuando a flujo constante de bombeo, se mantienen constantes los niveles en pozos de observación • Medición de la velocidad de infiltración: • Se utilizan dos perforaciones o pozos de prueba, de tal forma de que exista entre ellos un gradiente hidráulico natural. • En la perforación superior se introduce colorante y se mide el tiempo que demora en llegar a la otra perforación.
dh h1 h2
h L
suelo
Pozos de prueba
NF h L
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Profundidad de los sondajes PROFUNDIDAD DE LOS SONDAJES EN MUROS DE CONTENCIÓN :
H
Considerar : - Fallas por resistencia al corte - Asentamientos Estrato normal : D = 0,75 - 1,5 H Estrato ancho : D = 2H
D PROFUNDIDAD DE LOS SONDAJES EN CORTES PROFUNDOS : Considerar : - Estabilidad de los taludes en la altura de la excavación H
D
Material estable : D = 1,8 - 3,0 m B <<< H :D=H
B
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Profundidad de los sondajes PROFUNDIDAD DE LOS SONDAJES EN EMBALSES Y DIQUES : Considerar : - Filtraciones de agua
L H
H = Debe permitir estimar : - Estabilidad - Permeabilidad - Presiones hidrostáticas
D PROFUNDIDAD DE LOS SONDAJES EN TERRAZAS Y TERRAPLENES : 2L
Considerar : - Cruzar zona meteorizada - Definir condiciones de drenaje - Definir riesgo de heladas
H
Cargas livianas : D = 1,0 - 1,5 m Cargas pesadas : D = 2,0 - 3,0 m
D
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Profundidad de los sondajes PROFUNDIDAD DE SONDAJES EN TÚNELES : B Considerar : - Estabilidad del suelo - Presión del suelo en las paredes Condición normal : D = B
D
PROFUNDIDAD DE SONDAJES EN FUNDACIÓN DE ESTRUCTURAS :
Profundidad estimada
Prof. z
σ’ Sello de fundación ∆ σz - incremento de presión vertical
L < 2B => D = 0,8 pB L > 2B => D = 0,1 p ( Zapata corrida ) L = largo fundación B = ancho fundación p = presión media en el área
0,1 de la presión vertical
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Caracterización Geohidráulica En Ingeniería de Fundaciones , el agua juega un rol muy importante, ya que genera variados problemas , los que se agrupan en : Influencia del tiempo en el escurrimiento en suelos saturados
Fuerzas de Percolación en taludes
Depresión de la Napa
Estanqueidad y protección de la contaminación
El control del agua en la construcción tiene por finalidad :
•
Facilitar faenas constructivas en “ ambiente seco “ compactar, rellenar, concretar,etc.
•
Aumentar la estabilidad de los taludes de las excavaciones (en arenas podría excavarse cerca de la vertical)
• •
Reducir solicitación al sistema de entibación
para
Evitar riesgos de situaciones artesianas en sello de fundación
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Caracterización Geohidráulica Los siguientes métodos de control de napa y / o procesos geotécnicos asociados, son utilizados en excavaciones de fundaciones y obras de movimiento de tierras :
Bombeo de resumideros abiertos
Bombeo de Pozos
Bombeo de pozo filtrante de pequeño diámetro
Bombeo de pozos horizontales
Electro - osmósis
Bitumen Lechada con cemento Suspensión de arcilla Geosintéticos
Consolidación química
Aire comprimido
Congelamiento
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Detalles Cono C.P.T
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