Exploración subsueloMecánica de Suelos II: Exploración Subsuelo Prof: José Campaña Z
EXPLORACIONES PARA ESTUDIOS GEOTECNICOS
“Foundation Engineering is a clever combination of soil mechanics, engineering geology and proper judgement derived from past experience, i.e. Foundation Engineering is more art than science.”
Greg T. Saretzky
“La Ingeniería de Fundaciones es una hábil combinación de Mecánica de Suelos, Ingeniería Geológica y juicio experto adquirido de experiencias previas, es decir, la Ingeniería de Fundaciones es más un arte que una ciencia”
OBJETIVOS
Caracterización de los materiales para el diseño de la obra,
Tipo de fundación,
COSTO EXPLORACION
0.5 a 3%, eventualmente 10%, costo total de construcción del proyecto (Chile),
15 a 25% costo proyectos grandes (Europa)
< 10% costo proyecto menores (Europa)
LA INVESTIGACION DEBERA DAR RESPUESTA A:
Tipo de fundación: superficial, intermedia ó profunda,
Capacidad de soporte de los suelos/rocas,
Nivel freático, napas colgadas, fluctuaciones, etc,
Predicción de asentamientos,
Interferencias con otras estructuras,
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METODOS EXPLORATORIOS
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Adaptado de “González de Vallejo, Ingeniería Geológica”
De Freitas, 1992
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Foto Satelital Salar de Atacama
Toma de muestras
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Antecedentes mínimos a incluir por horizonte:
Granulometría aproximada, incluyendo sobretamaño (> 3”)
Humedad, Plasticidad, Materia orgánica, Basuras
Compacidad ó consistencia,
Nivel freático, filtraciones,
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SONDAJES
Auger: suelos finos (arena, limo, arcilla)
Percusión: suelos gravosos, “sin bolones importantes”
Aire reverso: todo tipo de suelo (prospecciones mineras)
Martillo de fondo: todo tipo de suelo (pozos de agua)
Sondaje a Rotación
Sondaje tipo Auger
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Sondaje a rotación inclinado
Sondaje a rotación vertical
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Testigo de sondaje a rotación, en suelo
Testigo de sondaje a rotación, en roca
Sondaje a percusión
Sondajes destructivos - Triconos
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REGISTRO SONDAJES (LOG)
Nivel freático,
Grado de meteorización y resistencia de la roca,
Descripción de fracturas (rugosas, limpias, rellenas, oxidadas, etc.),
Resultados ensayo SPT, CPT, Presiómetro, Ensayos de agua, u otros,
Fracturas por metro y RQD,
Toma de muestras
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ENSAYO DE PENETRACION NORMAL SPT - CUCHARA NORMAL
(Standar Penetration Test, ASTM D1586, AASHTO T-206):
Mide la resistencia a la penetración, Nº de golpes/30 cm, (Nspt),
Limitado a suelos de granulometría fina (arenas, limos y arcillas),
Ensayo ampliamente utilizado en Chile y el mundo,
Debido a los múltiples errores y defectos que se pueden cometer durante la ejecución, actualmente es un ensayo cuestionado. Pero se puede seguir utilizando en forma criteriosa,
Existen múltiples correlaciones: Densidad relativa, consistencia, ángulo de fricción interna, resistencia al corte no-drenada, resistencia al corte cíclica, etc. (ver artículo “Ensayo de Penetración Estandar (SPT): Pasado, Presente y Futuro?)
Actualmente en el mundo se está reemplazando por el ensayo CPT (Cone Penetration Test)
ENSAYOS EN SONDAJES
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ENSAYO PENETRACION CPT - (Cone Penetration Test):
Mide la resistencia a la penetración, de forma similar al SPT, pero se introduce a velocidad constante,
Limitado a suelos de granulometría fina (arenas, limos y arcillas),
Ensayo ampliamente utilizado en el mundo, en Chile sólo en forma esporádica
Los más modernos permiten separar la resistencia de punta y fuste, presión de poros, temperatura, velocidad de onda de corte, etc.
Existen múltiples correlaciones que permiten relacionar los resultados del ensayo SPT con: Densidad relativa, consistencia, ángulo de fricción interna, resistencia al corte no-drenada, resistencia al corte cíclica, etc.
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LOG ENSAYO CPT
LOG ENSAYO SPT
Muestreador de Pistón (ASTM D 4700)
10
30
20
40
2
50
6
4
8
10
12
14
Nspt
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PRESIOMETRO DE MENARD
b) Canastillo, muestras arenas,limos?
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Presiómetro (de Menard):
Ensayo de tipo no destructivo, que se utiliza para evaluar el módulo de deformación de un suelo (Es),en forma indirecta,
También, en teoría, permite evaluar el coeficiente de empuje en reposo en forma directa,
Existen autores que han propuesto formulaciones matemáticas para obtener el ángulo de fricción interna,
Las bases teóricas fueron desarrolladas por Lame (1852), quien formuló las expresiones matemáticas de una cavidad radial en un medio elástico infinito,
Basado en el trabajo de Lame, Menard definió el módulo presiométrico o módulo de Menard, de la siguiente forma:
n= módulo de Poisson
P0
Pl
Pf
V0
Vf
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ENSAYO PLACA DE CARGA
v= Coeficiente Poisson suelo
Arena suelta
4800 – 16000
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PRUEBAS DE BOMBEO
Uno de los métodos utilizados para medir la permeabilidad en terreno de un estrato de suelo bajo el nivel freático, corresponde a la ejecución de una prueba de bombeo en estado estacionario.
Para ejecutarla se perfora un pozo de donde se extrae agua por bombeo, manteniendo un caudal constante y se mide el descenso del nivel freático en dos pozos de observación.
- En condiciones de estado estacionario (nivel freático abatido constante), se considera un flujo a través de un cilindro elemental de suelo con un radio “r”, espesor “dr” y altura “h”.
- Gradiente hidráulico, i= dh/dr
- Area a través de la cual se verifica el flujo, A= 2**r*D
- Utilizando la ecuación de Darcy,
v=k*i ==> q= A* k* i ==> q= 2**r*D*k*dh/dr
==> dr / r = (2**D*k / q)*dh
Integrando, con r variando de r1 a r2 y h, de h1 a h2, se tiene:
ln (r2 / r1) = (2**D*k / q)*(h2-h1)
k = q / (2**D) * ln (r2 / r1) / (h2-h1)
Estrato Impermeable
Estrato Impermeable
Estrato Permeable
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k = q / * ln (r2 / r1) / (h22-h12)
Pruebas de Medición de Permeabilidad
- Packer test (Lugeon) , Lefranc
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ESTUDIOS GEOFISICOS
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1764.bin
1762.bin
1763.bin
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Ensayo cross-hole
Densidad,
Resistencia al corte (ángulo de fricción, cohesión),
Velocidad de propagación de ondas de corte y compresional,
Ripiabilidad o excavabilidad de los suelos
Material
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EJERCICIOS PROPUESTOS
1) Para determinar la permeabilidad de un estrato uniforme se excavan dos zanjas separadas por una distancia L. En la perforación de aguas arriba se introdujo un trazador colorante y se midió el tiempo “t” que demoró en aflorar en la excavación efectuada aguas abajo. Se desea encontrar una expresión para evaluar la permeabilidad en forma “aproximada”.
2) Se realiza un perfil de refracción sísmica, con dos puntos de perturbación A y E, obteniendo las lecturas que se indican en la tabla. Determinar el valor de la velocidad de onda compresional en 2 estratos, el espesor y la eventual inclinación del estrato.
3) Para los ensayos de placa de carga que se muestran a continuación, se pide determinar: coeficiente de balasto, módulo de elasticidad y módulo de corte dinámico. Asumir =0.3
f= 60 cm f=76 cm
h1
h2
Pto A
EN FUNCION DE LAS FASES DE UN PROYECTO
FASE
OBJETIVOS
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Explotación / Operación
Ingeniería Básica – Detalle
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