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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

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¿Un trámite o un recurso para el proyecto?

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• 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,

Page 6: Exploración Geotécnica.pdf

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.

Page 7: Exploración Geotécnica.pdf

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.

Page 8: Exploración Geotécnica.pdf

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

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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

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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.

Page 11: Exploración Geotécnica.pdf

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

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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?

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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

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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

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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.

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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

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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

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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.

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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

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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

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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

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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

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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.

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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.

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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

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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

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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.

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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

Page 41: Exploración Geotécnica.pdf

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

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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

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• 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 (%).

Page 46: Exploración Geotécnica.pdf

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

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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

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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

Page 49: Exploración Geotécnica.pdf

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.

Page 50: Exploración Geotécnica.pdf

“la calidad de un estudio geotécnico

nunca podrá ser mejor que la calidad de

la información obtenida en el campo”

Arthur Casagrande