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guillermomoyaturcios San Miguel, agosto 2015
Exploración Geotécnica Subsurface Investigations
Intro
Investigación del Sitio
Propósito de
Exploración de Suelos
Programa de
Exploración
2/59
Today´s topics
Soil Exploration
¿Un trámite o un recurso para el proyecto?
• Topography
• Soil profile
• Ground-water condition
The Scope of Site Investigation
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Definición La Investigación del Sitio generalmente es referida al proceso para determinar los estratos depositados del suelo natural, que pueden estar debajo de una estructura propuesta, las condiciones del suelo superficial y subsuperficial, sus propiedades físicas, en un área que puede influenciar el diseño y construcción, además de problemas posteriores.
La exploración del suelo es parte de la
investigación del sitio.
La investigación del sitio, en general se
ocupa de la determinación del sitio
apropiado para la construcción propuesta.
Site Investigation is the gathering of the
information about the proposed location
of a project,
Debe contener todos los datos relevantes para la
correcta construcción del proyecto.
Se elabora en base a ensayos de campo y de
laboratorio adecuados al tipo de proyecto para el que se
solicita.
Incluirá recomendaciones propias para cada tipo de
proyecto. Site investigation, in general deals with determining in general,
the suitability of the site for the proposed construction.
Representa una forma de asegurar la viabilidad del
proyecto, mejorando los costes del mismo. El terreno, es un
elemento estructural del proyecto, cuya respuesta también
requiere ser prevista. Sin un estudio geotécnico, la
resolución de los problemas que debe encarar el
proyectista en su relación con el terreno acostumbra a
requerir márgenes de confianza amplísimos, derivados de
la falta de conocimiento exacto sobre el comportamiento
del suelo, a consecuencia de los cuales los costes de la
obra se multiplican por su innecesario sobredimensionado
(en cimientos, estructuras de contención, taludes, etc.), e
incluso llegando a comprometer su seguridad.
Proceso Diseño Fundación
Para determinar el mejor (costo-efectividad) sistema
de fundación, se deben tomar en cuenta todas las
consideraciones para su diseño y construcción.
Capacidad de Carga del Suelo
Asentamiento de una Estructura
Efectos del Agua Subterránea
Diseño Algunos de los asuntos convenientes al cliente:
Tipos de suelos Soil and rock profile Agua subterránea Position and variation of ground water table Cimentación recomendada u otras alternativas Criterios constructivos, Excavabilidad
Profundidad de lecho de roca Properties of soil and rock
Contaminación Criterio de compactación en suelos Recomendaciones para taludes Gelogical features Diseño de muros de retención Sondeos y resultados de ensayos en laboratorios
Caracterizar significa comprender los materiales,
establecer un modelo de comportamiento, con el propósito de prever su reacción ante la estructura; a través de ensayos sobre el terreno, en el propio lugar “in situ” o bien sobre muestras tomadas durante la fase de prospección y evaluadas en laboratorio.
Cómo?
Los tres aspectos
importantes son
planeación, ejecución y
escrito del reporte.
Plan de Exploración Subsuperficial
Aspectos Críticos: • Situación del área a estudiar (Site-specific), accesible, y
exhaustivo. • Topografía original (perfiles) • Planta del Proyecto • Completa cobertura Substr/Subsuperficial (going back). • Planeación de Campo / Ensayes de Lab!
Responsabilidad y rol del Inspector!
Plazos
Plan de Exploración Subsuperficial
Cuántos, qué espaciamiento, cuánta profundidad
deberían tener los sondeos? dependiendo de tipo, tamaño e importancia de proyecto; si la investigación será preliminar o detallada (Guides / Elementos Críticos / Variabilidad Geológica …)
Minimizar costos de exploraciones y generar datos fidedignos
Otros datos: Propietarios de terrenos, arrendatarios, servicios afectados
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PROGRAMA DE EXPLORACION
El propósito del programa de exploración es determinar, dentro de límites prácticos, la estratificación y propiedades ingenieriles de los suelos subyacentes en el sitio. Las principales propiedades de interés pueden ser la resistencia, deformación, y características hidráulicas.
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Un Programa de Exploración Subsuperficial [Óptimo]
I. Demandas de la estructura y de la cimentación
II. Nivel deseado de confiabilidad
III. Efectividad en costo
Definir alternativas de cimentación
Establecer un nivel mínimo de
confiabilidad
Evaluar inversión de exploración vs
ahorro en diseño de cimentación
Cómo lograrlo?
The Purpose of Site Investigation
1. es destinado a proporcionar suficiente
subsuperficial información confiable
para most económica,
satisfactoriamente segura cimentación
para la estructura propuesta.
2. debería revelar suficiente información
subsuperficial para el diseño y
construcción de una cimentación a
stable foundation safe from both colapso
y movimientos perjudicial.
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Propósitos de una Investigación de Suelos
1. Tipo y la profundidad de la fundación (foundation type)
para una estructura dada.
2. Perfil de suelo y roca.
3. Propiedades físicas del suelo y roca. Diseño de la
cimentación (design of foundations)
4. Evaluación de la capacidad de carga de la fundación.
5. Estimación del asiento probable de una estructura.
6. Determinación de problemas potenciales en la
fundación (suelo expansivo, colapsable, rellenos
sanitarios, etc.).
7. Posición y variación de la tabla de agua subterránea.
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7. Posición y variación de la tabla de agua subterránea.
8. Predicción de presiones laterales de tierra para muros
de retención, tablestacas (sheet piles) mamparas
(bulkheads), y cortes apuntalados.
9. Planeación / Establecimiento de métodos de
construcción para modificar las condiciones del
subsuelo.
10. Presupuesto de Contratistas reales y ofertas
competitivas.
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Weathering
Profile
11. Selección equipo adecuado para la construcción.
12. Factibilidad del sitio. Factores geológicos de la región.
13. Costos estimados para desarrollo del sitio.
14. Estudio de impactos ambientales de la
construcción propuesta (contaminación).
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15. Datos generales de estructura adyacentes,
datos hidrológicos, topográficos, mapas de
suelos, sismicidad, etc.
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16. Selección de áreas de préstamo (borrow embankments).
17. Cualquier mejora necesaria del suelo.
18. Requerimiento de cualquier superficie o subsuperficie
de drenaje.
19. Selección de la ruta más adecuada y económicas para
carreteras con respecto a las condiciones del suelo.
20. Selección de áreas (mejor suelo) para estructuras
ingenieriles donde existe flexibilidad para reubicar la
estructura de este modo realizar considerables ahorros
en los costos de fundación.
21. El diseño de trabajos de extensión para estructuras
existentes.
22. La investigación de los casos donde ha ocurrido falla,
conocer las causas y el diseño de trabajos de
remediación
Tabla de Agua Subterránea
Capacidad de carga del suelo es reducida cuando la tabla de
agua esta próxima al cimiento.
Reducción en estabilidad de la fundación estructuras suben a la superficie de terreno (high ground water table)
peligrosidad o rellenos de desechos tóxicos – contaminación
Ubicación de la tabla de agua pozos existentes, determinación de niveles y presiones
realizar agujeros
– Nivel el cual agua subterránea alcanza en un agujero en esa área.
– Mediciones de la permeabilidad de los materiales subsuperficiales
3. Study of ground water conditions and collection of sample for chemical analysis
GWT apúntese datos del GWT, profundidades a las que se perdió líquido de sondeo, o las que se encontró agua artesiana. medir niveles agua antes/después de extraer tubo sondeo
arenas, medir nivel y, 30 min después de extracción; limos, al menos 24 hr después de extracción; arcillas, no es posible medidas precisas del nf, a menos que existan estratos permeables, pero, apuntar, nivel 24 hr después de extracción.
Observaciones en Obra.
si usa fango, introducir, tubo entibación c/trozo inferior con perforaciones, limpiar agujero, vaciándolo c/cuchara de válvula.
apuntar nivel agua @ 30 min, desde que agujero haya quedado limpio de trazas de fango y, luego altura del agua a 24 hr.
Estudio Geológico Inspecciones realizadas en el terreno y con el fin de determinar:
Fisiografía
Geología superficial
Litografía y estratigrafía
Tectonismo
Geología de rocas
Geomorfología
Hidrogeología
Los resultados deberán ser utilizados para complementar el
mapeo de reconocimiento de campo.
Geología
Regional
Mapeo geológico y reconocimiento de campo, con el
objetivo de identificar los materiales geológicos
presentes en el área del Proyecto.
Condiciones
geomorfológicas,
Ubicación y condiciones
de afloramientos de roca
existentes.
Zonas inundables
Suelos colapsables
Suelos kársticos
Se deberá prestar especial atención a las posibles zonas
de alineamientos y fallas identificadas como de tipo
local en los estudios foto-geológicos, si existieren.
Se realizará un plano de planta geológica a las escalas
recomendadas de 1/10,000 o 1/20,000 en horizontal y
1/500 o 1/1,000 en vertical, con un ancho de banda
mínimo de 500 metros, acompañado de la leyenda
estratigráfica correspondiente y de la información
hidrogeológica (puntos de agua, fuentes, nacimientos de
agua, etc.). Se acompañará de los planos a escala
1:50,000 y 1:100,000 existentes.
Desarrollo de parámetros geológicos para utilizarlos en
el diseño del Proyecto.
FOTOINTERPRETACIÓN
Fotografías antes y después evento Dic
1999. a) Vistas cono deyección de quebrada
San José de Galipán (Macuto). b) Imagen
satélite SPOT cono de deyección de San
Julián. C) Área de Carmen de Uria. Nótese
desplazamiento hacia el mar de línea de
costa debido a cantidad de sedimentos
transportados y depositados por flujos
torrenciales, y los daños severos en
población de Carmen de Uria (600 casas
destruidas y murieron > 1000 personas en
esa cuenca).
• Topografía
• Patrones de drenaje
• Factores de erosión
• Vegetación
• Asentamientos humanos
Reconocimiento de fenómenos geodinámicos
Interpretación geológica del sitio
Método de resistividad eléctrica
Método sísmico de refracción
Reconocimiento de discontinuidades
Pruebas de penetración
Muestreo de suelos y rocas
Pruebas de resistencia y deformabilidad
Pruebas de permeabilidad
Propiedades indice
Propiedades mecánicas
Indicadores de nivel fréatico
Piezómetros
Bancos de nivel
Puntos de referencia superficiales
Levantamiento
Geológico
Exploración
Geofísica
Exploración,
Muestreo y
Pruebas de
Campo
Investigación
Geotécnica
Pruebas de
Laboratorio
Instrumentación
de Campo
1. Reunión de toda la información disponible
Dimensiones, separación de columnas, tipo y uso de la estructura, requerimientos de sótano, y cualquier consideración especial arquitectónica de la propuesta de edificación. Colección de información general, datos existentes tales como estudios geológicos, mapas sísmicos, etc. próximos al sitio.
Debieran ser consultados Regulaciones de Códigos Locales para fundaciones, por cualquier requerimiento especial. Antecedentes históricos del sitio, usos previos: agrícola, industrial, etc.
Pasos del Programa de Exploración
Subsuperficial [Fase 1]
Etapa de gabinete u oficina 28
Información de Geología y Geotecnia previa
Desk study and site reconnaissance
Un buen inicio es usar Mapas Topográficos los cuales permiten la selección del sitio obteniendo una red georeferenciada.
También mapas antiguos para obtener información histórica del uso del suelo; conseción de minas; in filled ponds; old pits; disused quarries; cambios en áreas de deslizamiento potencial, etc.
1. Geological map
give and excellent indication of the sort of ground conditions
like to be encountered.
2. Aerial photography
source of information on topography and ground conditions.
3. Records of previous investigation
the many sources of site investigation data include previous
company and Public Works Departement.
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2. Reconocimiento del área:
Este puede ser en la forma de visitas de campo al sitio, el cual puede develar información en el tipo y comportamiento de estructuras adyacentes, tales como grietas, hundimientos notables, y posibilidad que puertas y ventanas se peguen. Un juicio general apropiado, decidir técnicas de exploración. El tipo de estructura local existente puede influir, a una considerable extensión, el programa de exploración.
Pasos del Programa de Exploración Subsuperficial [Fase 2]
Inspección visual del emplazamiento
The reconnaissance phase of a site investigation
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3. Una investigación preliminar del sitio:
En esta fase son hechos pocos sondeos o un ensayo de pozo abierto, para establecer en una manera general y representativa la estratificación, tipos de suelo a ser esperado, y posiblemente la ubicación de la tabla de agua subterránea por investigación geofísica o sondeos. Uno o más sondeos deberían ser tomados de la roca, o de estratos competentes, si los sondeos iniciales indican que los suelos superiores están sueltos o altamente compresibles. Esta cantidad de exploración es usualmente la extensión de la investigación de sitio para estructuras pequeñas.
Pasos del Programa de Exploración Subsuperficial [Fase 3]
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Pasos del Programa de Exploración Subsuperficial [Fase 4]
4. Una investigación detallada del sitio:
De la etapa anterior ha sido establecida la factibilidad del proyecto, en esta fase, la extensión de los ensayos. Agujeros más profundos, muestreo extenso, ensayos in situ y lab. Los datos de sondeos preliminares son usados como una base para ubicar sondeos adicionales, los cuales deberían ser confirmatorios en naturaleza, y determinantes en las muestras adicionales requeridas.
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5. ensayos de lab
Pasos del Programa de Exploración Subsuperficial
6. escrito del reporte
– Descripción condiciones del sitio, topografía, hidráulica, estructuras existentes, complementado por plans/drawings.
– Naturaleza, tipo e importancia de la construcción propuesta
– Descripción de pruebas de campo y lab a efectuarse.
– Análisis y discusión de datos recolectados
– Preparación de tablas, diagramas, gráficos
– Cálculos realizados y Recomendaciones
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Pasos del Programa de Exploración Subsuperficial
7. seguimiento de investigaciones durante diseño &
construcción
• Construcción y mantenimiento si se requiere las expectativas del procedimiento de investigación han sido realizadas.
• Nadie puede asegurar que parámetros del suelo usados para el diseño fueron los más representativos de las condiciones del suelo en el sitio a menos que la respuesta sea observada.
• Observación de campo para diagnosis temprano.
• Mediciones durante el monitoreo: asentamiento, desplazamiento, deformación, inclinación, y presión de poro.
8. evaluación de desempeño
METODOLOGIA
Reconocimiento
Examen preliminar (visita al sitio)
– Datos geológicos, sísmicos
– Información topográfica (aérea)
– Información tabla de agua subterránea
– Utilidades del agua subterránea
Sondeos – agujeros perforados en el suelo
Auger boring Wash boring Test pit
Muestreo - remueve suelo del agujero
Ensayo – características y propiedades del suelo (lab)
Ejecución
Conducción ensayos in-situ de material subsuperficial y obtención de propiedades directa o indirectamente.
Colección de muestras perturbadas y/o
no perturbadas de estratos
subsuperficiales de campo.
Sondeo Geotécnico – Qué estamos observando?
• Clasificación del suelo
• Suelo suave compresible
• Suelo de fundación competente
• Lecho de roca
• Agua subterránea
• Cualquier otro problema sub-superficial
que pueda afectar el proyecto
Perforación de diámetro relativamente pequeño, que se hace para reconocer la naturaleza del terreno, para lo cual se extraen muestras del mismo y se ejecutan pruebas in situ o en laboratorio.
Uso de métodos invasivos para
determinar las características y
propiedades del suelo debajo de
una estructura para diseñar una
cimentación que la soporte
Borings ? 1. Collection of disturbed or undisturbed samples of subsurface strata from field
Dir
ec
tos
In
dir
ec
tos
Sondeos Mecánicos
Calicatas
Penetraciones Dinámicas
• Rotación, Extracción continua de testigo
• Ensayos In Situ: SPT, Muestras Inalteradas Ensayos de Permeabilidad, Lefranc (suelos), Lugeon (roca)
• Estabilidad de paredes
• Nivel de Agua
• Muestras Alteradas e Inalterada
• Ensayos In Situ: Soil Test, Vane Test
• DPSH
• Borros
4. Geophysical exploration, if necessary
Barrenador – no bueno para arcilla blanda o arena gruesa
Perforación con lavado - simultánea perforación y
chorro de agua (similar al aceite de taladrar pozos).
Pruebas de Campo – excavaciones permiten inspección de estratos
Ventajas
- Relativamente rápido - Económico - Imagen clara de los estratos
Desventajas
- Profundidades de observación (10 - 15 pies) - Tabla agua subterránea alta
Núcleos de Sondeos - perforación suelo y/o roca con un fragmento de
núcleo barrenado.
Núcleo removido con suelo o núcleos de roca intacto,
Suelo o roca removida por ensayos más lejos
– Suelo y roca probada para resistencia, compresión y permeabilidad.
Investigación de Laboratorio
Ensayos más comunes:
• Plasticidad (Atterberg)
• Granulometría
• Humedad
• Peso Unitario
• Proctor
• Pruebas de Resistencia (no confinada, corte directo)
5. Laboratory testing on samples
Instrumentación Geotécnica
Permite Monitoreo de:
• Asentamientos (velocidad)
• Presión de poro (Presión del Agua) tanto
en el suelo como en Terraplenes
• Control velocidad de colocación para
mantener FSmínimo
• Socavación
Sliding Collar Sensors SONAR Vibrating Wire Settlement Cell
Vibrating Wire Piezometro
Instrumentation incluye pre-construction surveys, monitoreo de
construcción, monitoreo post construcción, y forensic monitoring
Slope inclinometers
Piezometers
Crack gauges
Tiltmeters
Monitoring of load strain gauges
Floor level (manometer) surveys Slope Inclinometer Equipment, usado
para monitorear movimiento de ladera
Downhole logging de
sondeos profundos por
geólogos
Plano de deslizamiento Slide
plane observado durante
downhole logging de boring
Slope Inclinometer Readings
• Es un trámite obligatorio según RSEC.
• Es un trámite sencillo y relativamente económico si
comparamos su coste, el de un proyecto de edificación y
la información que proporciona (%).
Las soluciones a la cimentación son directamente proporcional a la inversión en investigación y en materia gris.
Ensayos más sencillos resultan más económicos pero implican un F.S. mayor.
Un EG cuesta ~ 2% del coste de la cimentación. Ésta, a su vez, 10% del coste de construcción de un edificio
Los sondeos (obligatorios) representan > costo de un EG
Ensayos lab/in situ representan entre un 15% -20% del costo de los sondeos
La inversión aumenta con el nivel de exploración y con métodos ineficientes.
El costo de la obra disminuye con el nivel de exploración.
Se deben combinar para optimizar el diseño
Diferentes técnicas geotécnicas pueden resultar en diferencias de Qadm (del dimensionado de la cimentación) del 100%
Los edificios son unas estructuras muy caras; invertir en geotecnia reduce su costo así como el riesgo de patologías asociadas a riesgos geológicos
The Stages of Site Investigation
In general, a site investigation program should:
Desk study and site reconnaissance,
Preliminary ground investigation,
Detailed ground investigation,
Laboratory Testing
Report Writing
Monitoring
Follow up Investigations during design & construction
Appraisal of performance
Field investigations
La asistencia técnica, responsable de dimensionar
correctamente (sin excesos ni defectos) los medios con que
debe contarse para satisfacer las necesidades de información de
la obra. Es cometido de la asistencia técnica traducir el
conocimiento geotécnico del terreno a soluciones constructivas
factibles que contribuyan al éxito del proyecto y de la obra.
Con sondeos y ensayos indiscriminados logramos una gran
cantidad de datos; sin embargo, sin gestión adecuada
(planificación, dirección, supervisión, evaluación) los datos
son improductivos y costosos.
“la calidad de un estudio geotécnico
nunca podrá ser mejor que la calidad de
la información obtenida en el campo”
Arthur Casagrande