1.-Investigación Del Subsuelo Tipos Elementos Unv Los Andes

Universidad de Los AndesFacultad de IngenieríaDepartamento de Vías

Investigación del subsuelo Investigación del subsuelo - Tipos de Fundación y Tipos de Fundación y

Elementos de la FundaciónElementos de la Fundación

Prof. Silvio Rojas

Enero, 2007


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.::.:: Capitulo ICapitulo IInvestigación del Subsuelo Investigación del Subsuelo –– Tipos de Fundación y Elementos de la FundaciónTipos de Fundación y Elementos de la Fundación

I.I.Fases para Proyectos Ingenieriles.Fases para Proyectos Ingenieriles.Tabla Nº 1.-Objetivosde losestudios geológicos – geotécnicos en funciónde las fases del proyecto.

Fases del ProyectoFases del Proyecto Objetivo Geológico Objetivo Geológico –– Geotécnicos Geotécnicos

Estudios previos y de viabilidad

�Viabilidad geológica�Identificación de riesgos geológicosviabilidad �Identificación de riesgos geológicos�Condiciones geológico – geotécnicas generales

Anteproyecto �Selección de emplazamientos y trazados�Clasificación geotécnica de materiales�Soluciones geotécnicas aproximadas

Proyecto �Caracterización geotécnica detallada�Parámetros geotécnicas para el diseño de estructuras, excavaciones, cimentaciones, etc.

Construcción �Control geotécnico e instrumentación.�Verificación y adaptación del proyecto.

Explotación �Control de la respuesta terreno – estructura.�Auscultación

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Tabla Nº2.- Desarrollo de las investigaciones in situFases del Proyecto

Actividades Características

Trabajos de Investigación geológicas – geotécnicas

Revisión de Información(s.r intervienen diferentes disciplinas)

�Topografía y Relieve�Hidrología e hidrogeología�Mapas geológicos regionales�Historia geológica�Sismicidad y otros riesgos geológicos

Estudios previos y de viabilidad

�Sismicidad y otros riesgos geológicos

Foto-interpretación(s.r Puede ser hecho por un geólogo)

�Fotografías aéreas y teledetección.�Geomorfología�Litologías y estructuras�Riesgos geológicos�Cartografía geológicas de síntesis.

Visita y reconocimiento previo de campo(s.r geólogo, geotécnico, hidráulico, vías, geógrafo)

�Reconocimiento de suelos y rocas.�Fallas y estructuras.�Datos hidrogeológicos, drenaje�Geomorfología, estabilidad de laderas, subsidencias, hundimientos inundaciones, etc.�Problemas geoambientales�Accesos y situación de investigación in situ.

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Fases del Proyecto

Actividades Características

Trabajos de Investigación geológicas – geotécnicas

Anteproyecto(s.r permite definir los emplazamientos, trazados y soluciones aproximadas)

Cartografía geológica – geotécnica (esc 1:5000- 1:10000)

�Litoestatigrafiía y estructura.�Geomorfología e hidrogeología�Clasificación y propiedades de los materiales

Datos hidrológicos –hidrogeológicos

�Identificación de zonas inundables karsticas de encharcamiento, de escorrentías, etc. �Regionales y locales.

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aproximadas) hidrogeológicos �Regionales y locales.

Proyecto(s.r Propuestas definitivas de diseño)

Investigaciones geotécnicas básicas1

�Sondeos y calicatas �Prospección y geofísica�Ensayos in situ y ensayos de laboratorio

Investigaciones geotécnicas de detalle2

�Sondeos y calicatas �Prospección y geofísica�Ensayos in situ y ensayos de laboratorio

Cartografía geotécnicade detalle (esc 1:500 –1:2000)

�Mapas geológicos – geotécnicos de detalle.�Sectorización y propiedades geomecánicas.

1.- Investigaciones básicas: se refieren a sondeos espaciados y ensayos de identificación, principalmente2.- Investigaciones detalladas: se refieren a sondeos en cada estructura y en toda la zona del proyecto ensayos in situ y ensayos de laboratorio completos


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Fases del ProyectoActividades

CaracterísticasTrabajos de Investigación geológicas – geotécnicas

Seguimiento geotécnico(s.r inspección)

�Planos geotécnicos de la obra �Estabilidad de excavaciones y túneles.�Control de parámetros geotécnicos.�Cimentación de estructuras.

Construcción

�Cimentación de estructuras.

Instrumentación

�Instalación y lectura instrumental.(s.r inclinómetros, extensómetros, piezómetros)�Ensayo in situ (s.r densidad de campo, CBR, resistencia roca, etc. )�Control de calidad (s.r granulometría, concreto)

Explotación Auscultación �Seguimiento obra-terreno

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Tabla Nº 3.-Influencia del medio geologico y del relieveen la planificación de las investigacionesin situ.

Factores Geológicos y Geomorfológicos

Características Predominantes

Influencia en las investigaciones in situ

Rocas sedimentarias y metamórficas de

�Formacionesrelativamente uniformesen áreas extensas�Estructuras bien definidasy estratificadas

�Mayor fiabilidaden la explotación e interpretación geológica.�Menor numerorelativo de

metamórficas de origen sedimentario

estratificadas�Las rocas de origen marino son mas uniformes y continuas que la de origen continental

�Menor numerorelativo de prospecciones�Mayor utilidad de los sondeos.

Rocas ígneas extrusivas

�Estructuras estratiformes �Gran heterogeneidady anisotropía litológica

�Necesidad de mayor número de sondeos�Difícil interpretaciónde las técnicas geofísicas

Rocas ígneas intrusitas�Gran variación tanto litológicacomo geométrica de los cuerpos intrusivos

�Mayor dificultad en la extrapolación geológica�Difícil delimitación geométrica de los cuerpos intrusivos �Buena utilidad de la geofísica

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Factores Geológicos y Geomorfológicos

Características Predominantes

Influencia en las investigaciones in situ

Estructuras tectónica(s.r discontinuidades: diaclasas, foliación, estratificación, fallas,

pliegues, etc.)

�Gran continuidad�Materiales blandos de relleno�Anisotropías a cada lado de la estructura

�Gran utilidad de los métodos de geología estructuralcartografía geológica�Necesidad de sondeos y geofísica

�Predominio de medios �Bajo costo relativo de los sondeos

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Relieve bajo�Predominio de medios aluviales, suelos, rocas blandas. Mal drenaje

�Bajo costo relativo de los sondeos�Buena utilidad geofísica

Relieve moderado a alto

�Control litológico-estructural del relieve �Rocas, suelos, depósitos coluviales y aluviales

�Alto costo de los sondeos�Importancia de los accesos en la planificación.

Relieve accidentado y escarpado

�Rocas duras�Alto control litoestructural del relieve.�Depósitos coluviales e inestabilidad de laderas

�Alto costo de sondeos.�Limitaciones climáticas�Gran utilidad de la geología de superficie�Condiciones adversas para investigaciones in situ.


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Tabla Nº4.- Índices de costos – Beneficios en fases de investigación para un proyecto

Actividad Costo Beneficio Beneficio/Costo

Revisión de Información

Bajo Muy Alto 2.7

Reconocimiento de Campo

Bajo a medio

Bajo a medio

2.7 a 1.6

Ensayos de laboratorio

Bajo a medio

Alto a bajo

2.3 a 0.6

Investigaciones in situ preliminares (anteproyecto)

Medio a alto

Alto a bajo

1.4 a 0.4

Investigaciones in situ (proyecto)

Alto Alto 1.0

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Tabla Nº5.- Información a consultar durante la fase de estudios.-

Materia Documentación Fuentes de Información es España.

Topografía�Mapas Topográficos.�Fotografías aéreas.

�Instituto Geográfico Nacional (IGN)�Servicio Geográfico del Ejército (SGE)�Comunidades Autónomas.

Fotointerpretación y �Fotografías aéreas

�ING�SGE�IRYDA

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Fotointerpretación y teledetección.

�Fotografías aéreas�Imágenes de satélite.

�IRYDA�Comunidades Autónomas�Ayuntamientos

Geología

�Mapas geológicos.�Informes u memorias geológicas.�Fotografías aéreas�Mapas edafológicos.

�Instituto Geológico Minero de España (IGME)�Universidades y Centros de Investigación.�Comunidades Autónomas.

Problemas Geotécnicos

�Publicaciones geotécnicas.�Informes geotécnicos.�Mapas geotécnicos.

�Ministerio de Fomento.�Ministerio de Medioambiente�Confederaciones Hidrográficas.�IGME CEDES�Universidades y Centros de Investigación.


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Hidrogeología e Hidrología.

�Mapas hidrogeológicos.�Mapas topográficos.�Fotografías aéreas�Datos de pozos y sondeos.�Informes hidrogeológicos.�Mapas de riesgo de inundaciones

�IGME.�Ministerio de Medioambiente�Confederaciones Hidrográficas.�Comunidades Autónomas.�Universidades y Centros de Investigación.

inundaciones

Datos Metereológicos

�Registros pluviométricos y de temperaturas.

�Instituto Nacional de Meteorología.

Datos Sísmicos�Datos de terremotos y normas sismorresistentes.

�ING

Minería y Canteras

�Mapa de rocas industriales.�Registro de minas y canteras.�Mapas de investigación.

�IGME.�D. Gral de Minas; Jefaturas de Minas.�Comunidades Autónomas.

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Usos del Suelo.

�Planes de ordenación y usos del suelo.�Fotografías aéreas�Mapas Topográficos.

�Ayuntamientos.�Comunidades Autónomas.�Ministerio de Agricultura.

Datos �Registros mineros.�Ministerio de Medioambiente.

Datos medioambientales y de recursos naturales.

�Registros mineros.�Mapas medioambientales.�Estudios previos medioambientales.

�Ministerio de Medioambiente.�Comunidades Autónomas.�IGME

Construcciones y servicios existentes.

�Mapas Topográficos. �Fotografías aéreas.�Catastro Minero

�Comunidades Autónomas.�Ayuntamientos.�Jefatura de minas.

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PERFORACIÓNPERFORACIÓN

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II.II.-- AVANCE EN AVANCE EN UNAUNA PERFORACIÓNPERFORACIÓN

Tabla Nº6.-Descripción de los métodos de avance de una perforación.

Descripción Sondas LavadoBarreno

(Percusión)Rotación

Roto-percusión

EquipoVer figuras:

1,2,3,4,5

Ver figuras:

6,7,8,9

Ver figuras:

10,11

Ver figuras: 12,13,14

15,16,17,18,19,20


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1,2,3,4,5 6,7,8,9 10,1115,16,17,18,19,20

Diámetros y longitudes

Manuales:

Ø=1”a 4” cm

L=1m o más

Mecanizadas:

Ø=10 a 60 cm

Ø=0.4 a 1.5m

Ø=2m

Revestimiento:

Por ejemplo,

Ø=3 ½”

Øbarra=2 3/8”

Øsondeo= 3”

Long-barras= 3m

Øbarreno= 20-60 cm

Long-barreno= 1 m 1.60 m

Øbarras: diferente al utilizado en perforación por lavado.

Longitud, función de la cantidad de barras y cotas de interés.

Diámetros, ver tabla anexa. Se puede apli car en una extensa gama de profundida des y diámetros.

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(Percusión)

Rotación

Roto-percusión

Mecanismo de avance

Presión + rotación

Revestimiento, puede llegar a 5m.

*Inyectar agua a presión

El material de fondo es triturado por el barreno y se forma una

Se logra al rotar las barras de perforación, conectadas a las brocas que cortan, erosionan y muelen el


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a presión

*Izar, girar y dejar caer las barras.

*agua+barras+trepano, aflojan el material.

forma una especie de barro en el fondo.

erosionan y muelen el material del fondo. La rotación va acompañada de presión hidraulica o mecánica de las barras y brocas, contra el fondo.

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(Percusión)

Rotación

Roto-percusión

Extracción del material

Manuales: extracción de la barrena.

El agua de retorno trae en suspensión los detritos.

Cuando el técnico considera que el barro en el fondo interfiere al barreno, se limpia la perforación con

El material convertido en pequeñas partículas, se lava y se extrae por medio de agua inyecta da a presión a lo largo del interior de las barras y


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Mecanizadas: Extracción continua.

la perforación con una cuchara saca-lodos.

interior de las barras y cavidades de la broca.

Las partículas en suspensión suben a la superficie a través del espacio existente entre la barra y las paredes de la perforación.

La extracción del material también puede llevarse a cabo a través de un tubo single, con un retenedor. Esto permite el muestreo continuo.

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(Percusión)

Rotación

Roto-percusión

Agua en la perforación

No requiere agua por encima del nivel freático.

El único momento donde no se inyecta agua es en el

No se requiere agua en la perforación, solo una pequeña cantidad para

Es necesaria para el enfriamiento de las brocas y retorno del material a la superficie.


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es en el muestreo.

cantidad para formar una especie de barro.

superficie.

Alteración del material.

Totalmente.

Varía su estructura y un poco el tamaño de los fragmentos.

Totalmente. Los detritos que trae la suspensión, no sirven para hacer una buena descripción.

Totalmente. En materiales duros, puede mantenerse la estructura del material, en los cilindros cortados. Materiales blandos puede que se pierdan algunas partículas por acción de las brocas.

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(Percusión)

Rotación

Roto-percusión

Composición del material extraído.

La misma del suelo de fon do, con cierta variación del suelo del estrato de

No tiene la misma composición, especialmente cuando existen finos. Trepano

No se corresponde con el material ya está totalmente

Ver cuadro anterior.


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estrato de donde proviene

finos. Trepano también tritura el material.

totalmente triturado.

Avance con facilidad en materiales

Arcillas blandas, arenosas no muy cemen tadas, en suelos poco cementados y que no requieran revestimiento

En la mayoría de los suelos, excepto en excepcional

Mente duros o compactos.

No avanza con facilidad, pero es útil en suelos granulares

Gravosos, bolos y poco cementados.

En suelos con alta compacidad, consistencia ó cementación. En rocas o peñones.

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(Percusión)

Rotación

Roto-percusión

Dificultad para el avance en materiales.

En suelosarenosos ylimosos nocohesivos(derrumbamiento).

En suelosexcepcionalmente duros ycompactos.

En peñones,

No aplicar en arenas sueltas. Lento en arcillas y lutitas pegajosas.

Se vuelve lento en depositos que contengan gravas de gran tamaño, fragmentos de roca y cantos en matriz de


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ento).

En gravas,peñones, arenasmuycementadas(equiposmodernos yano tienen eseinconvenien te)

En peñones,bolos, gravasgruesas,tambiénpresentandificultad.

En estos casosel avance seríamuy lento.

pegajosas.

(trepano se pega al ese material y se dificulta su extracción)

cantos en matriz de mala cimentación.( S.R Material que puede sufrir desplazamientos relativos por la acción de la broca).

En algunos de estos casos problemáticos, se recurre a operaciones de cementado de la cavidad, para fijar elementos sueltos, y posterior reperforación.

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(Percusión)

Rotación

Roto-percusión

Longitud máxima de avance.

Manuales de 5 a 8 m.

Mecanizadas 50m o

Comúnmente entre 20 y 25m, hasta 30.

El espesor del estrato gravoso, de cantos, que se puede atravesar. (recuerde que es


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das 50m o más. lento) puede

aplicar le método de rotación.

Trípode. Manuales: es necesario armarlo para la extracción de las barrenas.

Necesario para hincar revestimiento y el hizado de las barras de lavado.

Necesario para aplicar impacto del barreno al suelo.

Es necesario para la extracción de las barras y el tubo toma muestras.

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(Percusión)

Rotación

Roto-percusión

Ubicación del nivel freático.

Fácilmente se ubica el N.F. en arcillas donde se hace difícil.(se perfora sin

Se dificulta por la constan te inyección de agua. Se debe extraer el agua y esperar a que

Dificultad por el agua que se agrega al fondo para formar una especie de lodo.

Difícil por la constante inyección de agua.


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perfora sin inyección de agua)

y esperar a que llene de acuerdo a la permeabilidad.

lodo.

Revestimiento. En materiales sueltos, especialmente por debajo del N.F. También en arcillas sensibles.

Se coloca por lo general los primeros 5 m.

En los materia les donde se aplica el método, existe dificultad en la colocación del revestimiento.

S.R. En suelos duros y roca, los primeros 3m, 0.6-1m (no es necesario). Suelos que pueden sufrir derrumbes, se debe colocar en toda la longitud de la perforación.


(Percusión)

Rotación

Roto-percusión

Revestimiento. En arenas por debajo del N.F. no es posible efectuar perforaciones, pues el material


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pues el material no permanece adherido.

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(Percusión)

Rotación

Roto-percusión

Otros comentarios.

Sondas de grantamaño puedenextraer cantos,peñones hastaun tamaño

Estrato de arcilla entre estratos de arena, pueden no apreciarse en la suspensión.

Dificil para detectar estratos delgados.

La

Este sistema de perforación permite definir con seguridad la profundidad del


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un tamañomenor que elpaso del hélice.Hay que teneren cuenta dequéprofundidadproceden esosdetritos, lavelocidad a lacual asciendenen sondeo.

suspensión.

El material que regresa a superficie nos indica que tipo de suelo predomina.

La acción del trepano o cin cel, pueden convertir G. gruesas en finas.

La perforación se acostumbra a mantener practicamente seca.

profundidad del manto base de roca, así como su grado de meteorización.

Costo de perforación, aproximadamente 3 a 4 veces la perforación por lavado.

En este sistema.

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Revestimiento

Porta testigosVarillaje

Revestimiento

Ø ext.

Anillo cortante del

Revestimiento

Corona

Ø ext.

Varillaje

Ø ext.

Diámetro aproximado del sondeo sin entubar

Diámetro aproximado del testigo.

Tabla Nº7.-Datos de diámetros de las barras de perforación y brocas


Fundaciones

EX E 1 13/16” 1 27/32” 1 7/16”1 5/16”

1 ½” 7/8”

AX A 2 ¼” 2 5/16”1 27/32”

1 5/8” 1 7/8” 1 3/16”

BX B 2 7/8” 2 15/16” 2 5/16”1 29/32”

2 3/8” 1 5/8”

NX N 3 ½” 3 9/16”2 15/16”

2 3/8” 3 2 ½”

3” 0.56”3” 0.5”2” 0.94” 2” 0.38” 2” 0.5”

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Tamaño Diámetro Exterior ( " ) Diámetro Nucleo ( " )

EX 1 ½ " 1 3/16

Tabla Nº8.-Diámetros de brocas.


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AX 1 15/16 1 3/16

BX 2 3/8 1 5/8

NX 3 2 1/8

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Fig.1 .- Barrenas para operación manual. (a) Helicoidal. (b) porteadora

Fig.2 .- (a) Brocas de desmuestre. (b) Sonda de mano con broca y las distintas piezas de sondeo.

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Fig. 3.- Sonda de broca montada en camión.

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Fig. 4.- Perforación y muestreo con barrena helicoidal

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Máquina hidráulica rotativa.

Diámetro máximo 2.5 m y 77 m prof. máx.

Fig. 5.- (a) Barreno de trayectoria continua. (b) Barreno de trayectoria corta.

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Fig. 6.- Esquema del equipo para perforación por lavado. Disposición para hincar el revestimiento.

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Fig. 7.- Esquema del equipo para perforación por lavado. Disposición para la remoción del suelo por lavado y barrenado.

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Universidad de Los AndesFacultad de Ingeniería

� La perforación por lavadoel material disgregado y sobrante es extraído a la superficie por medio de un fluido (aire o algún líquido) que impulsado algún líquido) que impulsado por una bomba, circula en el interior del varillaje, para retornar al exterior

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Fig. 8.- Sonda de Fig. 8.- Sonda de inyección y trépanos típicos.

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Fig. 9.- Hincadura del revestimiento. (a) Disposición del martillo de caída libre. (b Mordaza de la tuberíala tubería

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Barrón:

La longitud del barrón de perforación varía normalmente

Trepano:

disgregación y trituración de la roca.

100 y 500 kg para pozos pequeños y de mediano diámetro y

de 500 a 1200 kg para pozos de gran diámetro.

DESTRABADOR o tijera

permiten un juego longitudinal, de unos 20 ó 30 cms, gracias al cual se puede golpear hacia

º

Fig. 10.- Esquema de equipo para perforación por percusión.

entre 3 y 5 m y su peso entre 400 y 1000 kg.

sirve de guía

Y peso

cual se puede golpear hacia arriba, mediante tirones del cable y resolver los pequeños atranques que haya podido tener el trépano,

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Trepano estrella o cruciforme:

Adecuado para perforar formaciones estratificadas con buzamiento, donde exista una tendencia a producirse desviaciones en las perforaciones.

Trepano californiano:

Presenta hombros escurridizos y biselados para evitar atranques en su movimiento hacia arriba.

Trepano salomónico:

Adecuado para formaciones blandas, con tendencia al desprendimiento, sobre todo si son plásticas, pues las caras del trepano alisan y compactan con su roce las paredes de la perforación.

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Diámetro trepano Diámetro entubado

(mm) (mm)

580 – 590 500

480 – 490 400

380 – 390 300

Fig. 11.- Barreno o trépano para el

procedimiento de perforación con cable.

300 – 310 250

250 – 260 200

200 – 210 150

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Recipiente para recoger lodos

Barra de perforación

Macdril

Fig. 12.- Esquema de un equipo para perforación rota toria.

Gato hidráulico que hace presión al varillaje, para que penetre la corona en el terreno.

Barra de perforación

Broca que se cambia por el muestreador durante las operaciones de muestreo

Barra de perforación principal

Recipiente para sedimentos

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Coronas Tubería De Revestimiento

Sistema Tamaño (mm.)

Diámetro perforación (mm.)

Diámetro

Testigo (mm.)

Tamaño (mm.)

Diámetro exterior (mm.)

Diámetro interior (mm.)

Peso

(Kg/m.)

Sistema Métrico de craelius

36

46

56

66

76

86

101

116

131

36

46

56

66

76

86

101

116

131

22

32

42

52

62

72

84

86

101

35

44

54

64

74

84

98

113

128

35

44

54

64

74

84

98

113

128

29

37

47

57

67

77

89

104

119

1,4

3,5

4,4

5,2

6,3

7,2

10,5

12,4

13,8

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146 146 116 143 143 134 15,4

Sistema americano Diamond coreDril manuf.Assoc. of USA

EX

AX

BX

NX

HX

23/4" x37/8“

4' x 51/2“

6" x 73/4“

Wireline

AQ

BQ

NQ

HQ

37,7

48,0

60,0

75,5

99,2

98,4

139,6

196,9

48,0

60,0

75,7

96,0

21,4

30,1

42,0

54,7

76,2

68,3

100,8

151,6

27,0

36,5

47,6

63,5

EX

AX

BX

NX

4“

6“

8“

EX

AX

BX

NX

46,0

57,2

73,0

88,9

129,0

187,0

239,0

46,0

57,2

73,0

88,9

38,1

48,4

60,3

76,2

102,0

154,0

203,0

38,1

48,4

60,3

76,2

4,1

4,5

9,0

11,8

16

30

39

4,1

4,5

9,0

11,8


Notas:

. Sondeos con prof. > 100 m (ejemplo estudio de túneles), deberán

realizarse por el sistema “wire line”, que condiciones especiales en cuanto al tipo y potencia de maquinaria, tipos de tuberías de revestimiento y de las herramientas de corte, especialmente en revestimiento y de las herramientas de corte, especialmente en cuanto a los diámetros de perforación.

La principal de sus particularidades se basa en que en el tren de perforación el varillaje es casi del mismo diámetro que el tubo portatestigo, y permite extraer el testigo por el interior del varillaje sin sacar la maniobra.

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Fig. 13.- Sonda rotatoria de cuchara. La guiadera de la barra maestra no hallegado todavía al anillo de apoyo y de giro.

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Fig. 14.- Extremo de la cuchara rotatoria. Vista par cial del anillo que sujeta la guiadera de la barra maestra.

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Motor de bombaMotor de gasolina

Fig. 15.- Sonda rotatoria montada en remolque.

Motor de bomba

Cabrestante

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Nx:

Fig. 16.- Coronas de diamantes y ensanchador.

Nx:

Diámetro ext = 2 15/16”

Diámetro sondeo = 3”

Diámetro de testigo = 2 ½”

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� La perforación a rotaciónse realiza mediante el giro de una herramienta de corte que es impulsada por un varillaje.

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Esquemas de accesorios en un avance por rotación en rocas:

•· Tubo interno muestreador Longitud = 3m y diámetro de 2”

•· Culatín, conectado al tubo muestreador. Longitud = 0.80 m. Sirve para sacar el tubo

M muestreador de la perforación.

•· Pescante del culatín. Conectado a la guaya del cabrestante para sacar el tubo muestreador.


Fig. 17.- Tubo doble, tubo muestreador, accesorio para extr aer tubo interno y

broca enel extremo del tubo doble.Prof. Silvio Rojas


Fig. 18.- Detalles de conexión broca tubo doble; detalles de l extremo del tubo

interno donde encaja el Pescante para extraerlo.

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Fig. 19.- Sección de la máquina perforadora mostrando algun os detalles.

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Fig. 20.- Vista de la tubería de perforación dentro de la masa rocosa.

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Control de la longitud de perforación:

•·Las barras externas se les mide la longitud, las cuales por lo general sonde 3m.

•· Por ejemplo, si dentro de la perforación se han metido 10 barras de 3.05m, más el tubo doble de 4.10 m (el primero que está dentro de laperforación), significa que la longitud total de la perforación será: L = 10x3.05 m + 4.10 m.

•·Sin embargo la última barra, no penetra totalmente, debido a que parte deella que da dentro del mandril. Es decir la máxima longitud que penetra laúltima barra es cuando el pto A a llegado al pto A’; la distancia que existedel pto A’ al pto B, es lo que no penetra la barra, y esta altura tiene un valorde 1.40 m.

•·El pto B, es correspondiente a la superficie del terreno.

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III.- MUESTREO CON CALICATAS.

inspección directa del suelo

método de exploración que normalmente entrega la información más confiable y completa.

costo relativamente bajo

inspección directa del suelo

Exploración efectivapara muestreo de suelos de fundacióny materiales de construcción

la profundidad está determinada por las exigenciasde la investigación

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Muestra perturbadas:. La muestra o el testigodebe ser representativo del suelo o masa rocosa.. Debe tener los mismos componentes de la masa original.. De ser posible con la misma humedad.. Suestructuraes totalmentealterada.. Las muestras deben ser guardadas en recipientes y bolsas, donde sealterepocola humedad.

Existen dos tipos de muestras tomadas en campo: las perturbadas y las inalteradas

alterepocola humedad.

Utilidad de estas muestras:

. Descripción del material.

. Si todos sus componentes se están presentes y sin alteración deltamaño de los mismos, permite obtener la granulometría del suelo.

. Si todos sus componentes están presentes, permiten la determinaciónde la plasticidad del suelo.

. Puede ser útil para la determinación de la humedad.º

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Muestra no perturbadas:. La muestrao el testigorepresentativodelsueloo masarocosa.

Origen:

. De perforaciones por rotación o perforación con sondas, donde se ha alterado la estructura del suelo.

. De calicatas, donde el material se ha desmoronado.

. La muestrao el testigorepresentativodelsueloo masarocosa.

. Tiene todos sus componentes de la masa original.

. Tiene la misma humedad del suelo “in situ”.

. Su estructura es lo mínimo alterada.

. Las muestras deben ser guardadas en recipientes, donde se altere laestructura y libre de vibraciones.

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Utilidad de estas muestras:

. Descripción del material.

. Obtención de la granulometría del suelo.

. Determinación de la plasticidad del suelo.

. Determinación de la humedad.

. Ensayos especiales: Corte, permeabilidad, consolidación, compresión simple.

Origen:

. De perforaciones por rotación en suelos que permitan mantener su estructura compacta.

. De calicatas, donde la obtención de monolitos donde el material no se desmorone y donde sea posible la penetración de cilindros.

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Las fig. 21y 22, presentan la toma de muestra a través de un cilindrobiselado. Se hinca el cilindro y luego se excava alrededor del mismo,para su extracción.

Fig. 21.- Demuestre en superficie, ensuelos cohesivos sin gravas nicantos.

Fig. 22.- Demuestre en superficie en arenas.

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-Es útil para la determinación de la densidad relativa (Dr)en suelos granulares sin cementante.

-Útil para la determinación del CBR de determinada capa enun pavimento en servicio.

-Se puede usar en suelos granulares finos con arcilla olimos.

- En suelos granulares que contengan gravas, se puededañar el bisel del molde.

Las fig. 23 y 24, muestran la definición de un monolito en unacalicata. Esto solo es posible si el suelo tiene cierto cementante, delo contrario la calicata sólo serviría para obtener material y llevar allaboratorio en un saco, para ser usado en el ensayo granulométricoy de densidad relativa.

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Fig. 23.- Demuestre en superficie

en suelos cohesivos con gravas y cantos.

La calicata también sirve para ubicarse a cierta profundidad por debajo de la superficie para obtener muestras y hacer ensayos “in situ”.

Fig. 24.- Procedimiento para la obtencióndirecta de muestras inalteradas in situ.

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Fig. 25.- Modelo de registro de una calicata. Prof. Silvio Rojas


g. 4.- Perforación y muestreo con barrena helicoidal

Tubo muestreador (shelby) en el fondo de la perforación

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Fundaciones

Tubo muestreador (cuchara partida) penetra por golpes de martillo en el fondo de la perforación.

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Fundaciones

Fig. 26.- Corte esquemático del tomamuestras partido normal.

Nota: Penetra la masa de suelo en el fondo de la perforación, a través de golpes transmitidos a la barra de perforación por medio de un martillo y cabezal

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Fundaciones

Fig. 27.- Cuchara portatestigos para el ensayo normalizado depenetración.

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Fundaciones

L = 75 cm a 90 cm Do

DmDc

Fig. 28.- Corte esquemático del tomamuestras de pared delgada.

Fig. 29.- (a) Portatestigos de pequeña sección con tubo Shelby. (b)Portatestigos de mayor diámetro de pared delgada.

Penetra el fondo con presión y sin vibración Prof. Silvio Rojas

Revestimiento TuboNormalizado de 2 ½”

Aberturas

Varilla de SondeoTubo normalizado de 1”

Cabeza o AdaptadorDe Portatestigos

3/8” prisionero conCavidad hexagonal

2.875”

2 1/2”

3”

Varilla

Conducto de Aire

Enganche de Varillas “N”

Obturador

Cabeza De Portatestigos

AbrazaderasOrificios para llave inglesaAdaptador

Prisioneros

6 3/4”

5 1/2”

Tubo de Acero ShelbyDe 2”

33”

Guarnición de Goma

TuboPortatestigos

1/2”

3”

5.05”

5.25”

5”

15 1/2”

Fig. 29.- (a) Portatestigos de pequeña sección con tubo Shelby. (b)Portatestigos de mayor diámetro de pared delgada.

(a) (b)

84 cm

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Fundaciones

• Recomendaciones deHvorslev, para los tubos muestreadores con el fin de obtener muestras inalteradas.

� Para controlar la alteración por desplazamiento:Calibre No. 18 (1/20”) para Ø = 2” (calibre 1.27 mm)

No. 22 (1/8”) para Ø = 5” (calibre 3.18 mm)Ar ≈ 13% (relación de áreas)Ar ≈ 13% (relación de áreas)

o Relación de Áreas: 1002

220 ⋅−=

m

m

D

DDAr

Donde:D0= Diámetro externo del tubo.Dm= Diámetro interno del tubo. Ar<10% máx. 15%para disminuir la alteración del suelo cuando se desplaza dentro del tubo.

Ar, toma en cuenta disminuir los esfuerzos que obligan al suelo a entrar al tubo y a desplazarse hacia los lados alrededor del tubo. Prof. Silvio Rojas


Fundaciones

Veamos el valor de Ar para el tubo partido normal:

(muestra alterada totalmente)

•Para disminuir la fricción entre el suelo y las paredes internas del tubo:

Ci grande → expansión excesiva.

%56.901008.36

8.368.502

22

=⋅−

=Ar

⋅−= cm DD Ci grande → expansión excesiva.Ci pequeña → fricción excesiva.

Donde:Ci= tolerancia internaDc= diámetro en el extremo de la boquilla cortante

Recomendable:Ci= 0.75 a 1.50% Long. de muestreadores grandes.Ci≤ 0.50%. Long de muestreadores pequeños.

100⋅−=m

cmi

D

DDC

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Fundaciones

Veamos la tolerancia para el tubo partido normal:

(expansión grande)

También para los tubos muestreadores, sugiere:

Ls = (5 a 10) Dm suelos poco cohesivos, sueltos o densos.

%93.11001.36

1.368.36 =⋅−=iC

Ls = (5 a 10) Dm suelos poco cohesivos, sueltos o densos.Ls = (10 a 20) Dm suelos firmes, cohesivos o muy blandos.

Valores pequeños para diámetros grandes y valores grandes para diámetros pequeños.

Los muestreadores de paredes delgadas tienen longitudes entre 75cm y 90cm.

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Fundaciones

Tubo de pared delgada con pistón

El empleo de tubos de pared delgada provistos con pistón puede a veces extraer arenas ligeramente cohesivas, por encima del N.F. y dotadas de cohesión aparente por capilaridad.

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Fundaciones

Vp Vp Vp

cp.

r

cp.

r

El pistón se puede operar de manera de producir el vacío entre él y la parte superior de la muestra, lo que facilita su retención en el tomamuestra.

r

Tp

Tp

Pie delRevestimiento

Tp(1)

(2)

(3)

r - revestimientop – pistónvp – vástago del pistónt – testigocp – cabeza portatestigotp – tubo portatestigo

Fig. 31.- Obtención de testigo por tubo hincado empleando pistón estacionario:

(1) Descenso(2) obtención del testigo(3) extracción

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Fundaciones

Toma de muestra del pistón:

• Pistón cierra boca del muestreador, cuando se baja al fondo de la perforación y se fija a ese nivel.• el tubo muestreador penetra el suelo sin que el pistón se mueva.• El pistón se puede operar de manera de producir el vacío entre él y la parte superior de la muestra, lo que facilita su retención en el tomamuestra.• También evita que suelos blandos inestables asciendan más rápido que el descenso del tubo.• Evita que después que el tubo este parcialmente lleno la adherencia y la fricción entre el tubo y la muestra se oponga al avance de éste.

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Fundaciones

Para extracción de muestras inalteradas en arena:

La fig. 32, presenta el muestreador de Bishop, para este caso. Este muestreador se entiende así:

• La cámara contiene inicialmente al tubo muestreador el cual esta • La cámara contiene inicialmente al tubo muestreador el cual esta rodeado de agua (no existe vacío en la cámara).• Se introduce el tubo muestreador por presión en el suelo.• Luego se expulsa el agua que existe en la cámara con aire comprimido.• Halar el muestreador y colocarlo dentro de la cámara.• En el extremo del tubo se producen presiones capilares que ayudan al sostenimiento de la muestra dentro del tubo (s.r: Se produce tensión capilar por el contacto entre el agua y el aire, y esto le dá cierta tensión aparente).

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Fundaciones

Fig 32.Principio del muestreador

Bishop.

4 El cable hala elmuestreador y locoloca dentro de lacampana llena deaire.

1 Inicialmente el tubo muestreador se encuentra dentro de la cámara rodeado de agua

2 El muestreador es forzadodentro de la arena por mediode las barras de perforación yel aire comprimido desplaza elagua de la campana.

agua

3 Se inyecta aire comprimido y se explusa el agua de la cámra.

5 Al entrar el tubo a la cámra en el extremo del tubo se produce cierta tensión (presiones negativas)

Revestimiento

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Para suelos duros y compactos, donde no se puede usar tubos de pared delgada (Fig. 33 y 34):

•Cohesivos duros •Lutitas blandas•Arenas ligeramente cohesivas

Tubos concéntricos(similar al tubo single). El tubo exterior rota y corta el suelo:

•Tubos concéntricos•Ambos tubos son simultáneamente forzados hacia abajo, dentro del suelo.•Se obtienen buenas muestras de suelos cohesivos, firmes a duros, incluyendo lutitas duras.

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•Cohesivos duros •Lutitas blandas•Arenas ligeramente cohesivas

Tubos concéntricos(similar al tubo single).

Fig. 33Corte esquemático del muestreador rotatorio

de doble tubo, tipo Denison

(similar al tubo single). El tubo exterior rota y corta el suelo:

s.r Se observa que hay que extraer toda la tubería

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Revestimiento

Porta testigosVarillaje

Revestimiento

Ø ext.

Anillo cortante del

Revestimiento

Corona

Ø ext.

Varillaje

Ø ext.

Diámetro aproximado del sondeo sin entubar

Diámetro aproximado del testigo.

Tabla Nº7.-Datos de diámetros de las barras de perforación y brocas


Fundaciones

Tubería y broca para la toma de muestras

Tubería y broca de revestimiento

EX E 1 13/16” 1 27/32” 1 7/16”1 5/16”

1 ½” 7/8”

AX A 2 ¼” 2 5/16”1 27/32”

1 5/8” 1 7/8” 1 3/16”

BX B 2 7/8” 2 15/16” 2 5/16”1 29/32”

2 3/8” 1 5/8”

NX N 3 ½” 3 9/16”2 15/16”

2 3/8” 3 2 ½”

3” 0.56”3” 0.5”2” 0.94” 2” 0.38” 2” 0.5”

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Fig. 34Portatestigos Denison.

(s.r toma la muestra que corta la corona del tubo externo )

s.r Se observa que hay que extraer toda la tubería

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Long. de avance del muestreo

Descripción del

Tabla #10. Registros de sondeos

en suelos.

Ubicación N.F

Descripción del material

Muestreo y ensayo “in situ”

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Tabla #11. Registros de sondeo enroca.

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•PENETRÓMETRO (FIG 35 Y 36)Fig. 35

Corte esquemático del Cono Holandés

de doble movimiento.

V.- METODOS ESTATICOS DE SONDEO (CONOHOLANDES) – ENSAYO DILATOMÉTRICO - ENSAYO DEPLACAS – ENSAYO DE VELETA.

movimiento.

Velocidad a la cual se empuja1cm/seg (también 20 a40cm/min)-rápidos levantamientos dedepósitos erráticos de arcilla,limos y turbas blandas, se puedehacer auscultamientos de 10m en15min. Registros cada 20 a 25 cm

cono de 60 gradoscon un diámetro de36mm y 10cm2 deárea en la base.

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Buje de fricción del mismo diámetro con área superficial de 150cm².

Fuerza de penetración del cono + funda = resistencia por punta + resistencia lateral.

Fig. 36•Posición 2, el cono penetra 4 cm y se mide resistencia por punta.•Posición 3, penetración de 4 cm adicionales, mide resistencia por punta más resistencia por fricción lateral.

Longitud de funda para medir resistencia por fricción

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-Consiste básicamente en un cono de 60 grados con un diámetro de 36mm y10cm2 de área en la base.

-El cono va enroscado a la parte inferior de un vástago.

-Velocidad a la cual se empuja 1cm/seg (también 20 a 40cm/min)

-Útilesensuelosrelativamenteblandoso ningunacohesión.-Útilesensuelosrelativamenteblandoso ningunacohesión.

-El aparato holandés original se usa todavía para efectuar rápidoslevantamientos de depósitos erráticos de arcilla, limos y turbas blandas, sepuede hacer auscultamientos de 10m en 15min.

-Las lecturas de manómetros pueden registrarse cada 20 a 25 cma medida que profundiza el penetrómetro

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- Mide la magnitud y variación de la resistencia a la base del cono.

-Complementa la información obtenida de los muestreos hechos en lasperforaciones.

-Permiteidentificar la presencia de puntos blandos, ubicados entre perforacionesprevias.


-Mayor precisión en las variaciones de la resistenciaa la penetración de un conoque avanza por presión estática,que las variaciones dinámicas.

- Rápida exploración de depósitos blandos conequipos mecanizados, que puedellegar hasta 30 metros.

- Manuales hasta 10 metros.

- Mecanizados hasta 30 metros.Cono: 60 grados.Φ:35,7mmSección transversal = 10cm² Prof. Silvio Rojas

Correlaciones entre la resistencia no drenada y la resistencia a la penetración por punta del cono.

•Para arcillas normalmente consolidadas (N.C) qc ≤ 20kg/cm² (3)Cu= qc/15 a qc/18

•Para arcillas blandas donde se prevee una falla local. (4)

Cu=qc/10 a qc/14•Para arcillas preconsolidadas qc ≥ 25 kg/cm² (5)Cu=qc/22 a qc/26•qc=σvo + 2x 1.3 x 5.14 x Cu (otra expresión aproximada) (6)

Mayne y Kemper (1988)

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Composición del suelo no cohesivo qc/N

Correlación entre el CPT y el SPT

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Limos, limos arenosos, mezclas de limos y arena con algo de cohesión.

2

Arenas limpias finas a medias y arenas de algo limosas.

3-4

Arenas gruesas y arenas con algo de grava.

5-6

Gravas y gravas arenosas. 8-10

qc → kg/cm² N → Golpes/pie

Resultados en gravas son aleatorios

Lancellotta (1993), Jamiolkowski et al (1985): Para arena normalmente consolidada.

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Sonda de Piezocono

Piezocono

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La figura 37. Presenta unregistro obtenido con un conode penetración estática, el cualen este caso adicionalmentepermitió medir la presión deporosen cadapuntode registro

s.r: Suma de la hidrostática más la sobrepresión queproduce el equipo

porosen cadapuntode registrodel ensayo. Se observa como lasmayores presiones de porosocurrieron en suelos arcillosos,así como también las menoresresistencias por punta y porfricción coincidieron a ese nivelde presiones de poros.

s.r Probablemente no ha existido el tiempo necesario para la disipación del exceso de presión Prof. Silvio Rojas


Figura 38.Relación entre la resistencia porpuntaqcy el ánguloderozamiento

1 bar = 1 kgcm2

puntaqcy el ánguloderozamientointerno para arenas no cementadasnormalmente consolidadas.

Robertson y Campanella (1983)

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La figura 39 y 40 es referida al cono dinámico, cuyos resultados tienen cierta correlación con el ensayo SPT.

63.5 kg de peso,

registro del número de golpes NB se efectúa cada 20 cm

Figura 39.- Ensayo de penetración dinámica tipo Borros, dispositivos y puntazas.

Punta cuadrada ?? (caras planas)

Punta cónica

63.5 kg de peso,

cae libremente 0.50 m

más de 100 golpes para hincar los 20 cm de tubería se considera rechazo

Befectúa cada 20 cm

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Fundaciones

Ensayo Borros, puede realizarse a profundidades considerables, enocasiones superiores a 25 m.La maza, de 63.5 kg de peso, cae librementedesde una altura de 0.50 m. Las puntazas pueden ser cuadradas o cónicas.El registro del número de golpes NB se efectúa cada 20 cm. Si sonnecesarios más de 100 golpes para hincar los 20 cm de tubería se considerarechazo y se suspende la prueba.

Aplicaple unicamente a suelos arenososAplicaple unicamente a suelos arenososAplicaple unicamente a suelos arenososAplicaple unicamente a suelos arenosos

••Log(NB)=0.035N + 0.668 Log(NB)=0.035N + 0.668 ±± 0.044 (7)0.044 (7)

••N = 25log(NB) N = 25log(NB) –– 15.16 15.16 ±± 1.16 (8)1.16 (8)

Nota: las ecuaciones no están referidas a la tabla 12

Se puede estimar de forma aproximadaque N = NB, para NB comprendidoentre 8 y 12.

Para valores mayores, NB resulta seralgo mayor que N. Dhalberg (1974)propuso dos correlaciones, noestrictamente equivalentes , aplicablesúnicamente a suelos arenosos:

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Fundaciones

N. Dhalberg (1974)N. Dhalberg (1974)

Aplicaple unicamente a suelos Aplicaple unicamente a suelos arenososarenosos

Otros tipos de conos dinámicos

••Log(NB)=0.035N + 0.668 Log(NB)=0.035N + 0.668 ±± 0.044 (7)0.044 (7)

••N = 25log(NB) N = 25log(NB) –– 15.16 15.16 ±± 1.16 (8)1.16 (8)

Fig. 40.- Conos dinámicos.

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Universidad de Los AndesUniversidad de Los AndesFacultad de IngenieríaFacultad de IngenieríaDepartamento de VíasDepartamento de Vías

FundacionesFundaciones

Tabla #12 Relacion entre el Numero de Golpes y la densidad Tabla #12 Relacion entre el Numero de Golpes y la densidad relativa de suelos Granulares. Penetracion del cono 30cm (Parcher relativa de suelos Granulares. Penetracion del cono 30cm (Parcher

y Jeans (1968).y Jeans (1968).

Wmartillo=63.5kg Wmartillo=18.1kg Dr

hcaida=76.2cm hcaida=45.7cmhcaida=76.2cm hcaida=45.7cm

N Nc

0 a 4 Muy suelta

4 a 10 <25 Suelta

10 a 30 25 a 50 Mediana

30 a 50 50 a 80 Densa

> 50 >80 Muy densa

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Fundaciones

Ensayo para medir la resistencia del suelo a la Ensayo para medir la resistencia del suelo a la deformaciondeformacion.

La fig. 41, muestra unesquema del dilatómetro, usados en suelos. La fig. 42 y43, presenta correlaciones entre los parámetros estimados a partir del ensayo vsel coeficiente de empuje lateral en reposo y el suelo donde se realiza elensayo.ensayo.

El ensayo permite medir la resistencia del suelo a la deformación, a través delregistro de las siguientes presiones:

-Po: Presión medida para producir esta deformación de despegue de0,05mm.

-P1: Presión medida para una deflexión de 1.1 mm hacia el suelo.

- P2: Existirá una presión P2, cuando la membrana vuelva a su posición alliberar cuidadosamente el gas.

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Po despegue

Fig. 41.- Dilatómetro de Marchetti

Fig. 42 Correlación entre kD y ko (para las curvas de Schmertmann se requiere una estimación previa de φ).

Po despegue 0.05 mm

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00

01

µ−−

=P

PPI D

'0

00

vD

PK

σµ−

=

TablaTabla dede correlacionescorrelaciones

Definición de parámetros para el ensayoDefinición de parámetros para el ensayo

Indice del material de depósito

Indice de esfuerzo lateral

Fig. 43.- Correlación entre tipo de suelo, ID y ED.

'0vσ

( )201

17,34

ν−=−= s

DE

PPE

•σσσσvo’: Presión efectiva

•1 MPa = 1 N/mm2

•1 MPa = 1 000 000 Pa 1kgcm2 = 100 KNm2

•1 MPa = 10 Kg/cm2

Módulo dilatométrico

P1,P0 →MpaP1,P0 →MpaED→MpaED→Mpa

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Fundaciones

La fig. 44, 45,46 y 47, hacen referencia al ensayo de placa. La fig. 44 y46, presenta dos maneras de trasmitir la carga al suelo, donde elprimero es a través de un sistema de reacción de anclajes o pilotes y lasegunda fig. el esfuerzo trasmitido al suelo se logra a través de pesoscolocados sobre vigas las cuales las mantiene el gato al mismo nivel. Lafig. 45, muestra los resultados del ensayo de placa. En la fig. 47, se ve

Ensayo de placa

fig. 45, muestra los resultados del ensayo de placa. En la fig. 47, se veel efecto que produce la placa sobre el suelo de fundación en relacióncon la zapata real fundada a la misma cota.

Fig. 44.- Dispositivos para el ensayo de placa de carga

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Fig. 45.-Resultados del ensayo de placa de carga.

Fig. 46.- Pruebas de carga

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Fundaciones

Fig. 47.- Zonas relativas deinfluencia de la carga, bajoplaca soportante y bajoasientos de pies deconstrucciones.

- La ASTM hace una serie de recomendaciones para el ensayo, sin- La ASTM hace una serie de recomendaciones para el ensayo, sin

embargo, veamos las recomendaciones de Sowers (1961)

- Hacer los incrementos de carga en ¼ presión portante admisibleestimada

-Incrementos de carga ≈ ¼ presión portante admisible estimada

Máxima carga a colocar: Aproximadamente dos veces la presiónportante admisible en arenas y gravas

• Máxima carga a colocar: Aproximadamente 2,5 veces la presiónadmisible en arcillas

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Fundaciones

•Leer los asentamientos con una precisión de 0,025 mm yreferenciarlos fuera del área afectada por los posiblesasentamientos.

•Después de cada incremento no se vuelve a cargar hasta que lavelocidad del asentamiento sea 0,05 mm/hora.velocidad del asentamiento sea 0,05 mm/hora.

•El incremento final se dejará aplicado por lo menos por 4 horasantes de finalizar el ensayo.

•La ASTM dice que después de descargar el suelo, se debe medirla expansión por un tiempo igual a la de un incremento de carga.

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FundacionesEnsayo de veleta

Fig. 48.- Equipo del Fig. 48.- Equipo del ensayo de molinete o ensayo de veleta.

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Fundaciones

Para suelos:

•Arcillas con qu < 1 kg/cm2

•No recomendable si la arcilla tiene capas densas de arena y limo

•Menos recomendable si existen gravas o piedras

•La veleta penetra el suelo de fondo del fondo en forma lenta ycontinua, sin alterar apreciablemente el suelo.

•Luego se rota a una velocidad de 6º a 12º por minuto (ver fig 49).

•Se va registrando el par necesario para rotar determinado ángulo.

•El momento torsor requerido para girar las veletas es proporcionadopor la resistencia lateral que se genera en la superficie cilíndricagenerada por las paletas y por la resistencia en las bases.

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Fundaciones

Fig. 49.- Ensayo rotatorio de veleta in situ.

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223

2

2222

2

⋅

⋅⋅

⋅⋅+

⋅⋅

⋅= BBC

BL

BCM uuT ππ

Tomando en cuenta la figura 48 y 49 se plantea lasiguiente ecuación:

Donde:Cu: Resistencia cohesiva2π(B/2).L:Area lateral del cilíndro

⋅

+

⋅⋅⋅=3

2

222

22BBB

LCM uT π

⋅=32

2 BBCM uT π

vuuT SC

LB

M,2

2 ==⋅⋅π

2π(B/2).L:Area lateral del cilíndro(B/2): Brazoπ(B/2)²: Area base(2/B)(B/2): Brazo2: Ambos lados de la base

No tomando el termino

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La fig. 50, permite obtener el factor de corrección de la resistenciaobtenida con la veleta.

Sµ, v: resistencia obtenida con veleta

P0’: esfuerzo efectivo a la cota a la cual se hizo el ensayo

Sµ, diseño = λ.Sµ,v (16)

Puede diseñar con la figura 50.a o 50.b reinterpretación del gráfico deBjerrum por Aas et al. (1986) para incluir efectos de vejez y OCR.

Para la figura 50.b, define con (Ip, Sµ,v) un punto en la zona N.C. o en lazona O.C., luego baja y busca la curva NC o la curva OC, dependiendode la zona superior y determina λ.

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Fig. 50.- (a) Factor de corrección de Bjerrum para el ensayo develeta de corte. Según Bjerrum (1972) y Ladd (1977). (b)Reinterpretación del gráfico de Bjerrum por Aas et al. (1986) paraincluir efectos de vejez y OCR.

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Fig. 51.- Diferentes alturas y anchos de las paletas de la veleta.

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Enero, 2007


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VI.VI.-- ENSAYO DE REFRACCIÓN SISMICA Y DE RESITIVIDAD ENSAYO DE REFRACCIÓN SISMICA Y DE RESITIVIDAD ELECTRICAELECTRICA

El Método de Refracción Sísmica se usa para determinar los contornos de los estratosde diferente densidad, que constituyen las fronteras entre suelo o entre suelo y lasrocas. La Figura 52, presenta un esquema del registro del ensayo, perfil litológicodondeserealizael ensayoy pantalladeloscilógrafodondeseregistrala llegadadedondeserealizael ensayoy pantalladeloscilógrafodondeseregistrala llegadadela onda

El Método consisteentransmitir ondas al sueloy la resistenciase mide enfunción de lavelocidadde la onda.

Las ondas elásticas transmitidas son:

•Longitudinales a compresión

• Transversales de corte

• Superficiales

En el estudio lo mas importante,son lasondas longitudinales decompresión y su velocidad sedesignan por Vp.

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Tiempo para elcual las ondasdirectas yrefractadasllegan algeofono 3

Fig. 52.-Método sísmico por refracción.

Onda directa

Cargas de dinamita no mayor a 1 kg

Geofonos amplifican la onda y la transmiten al oscilografo

Separación de geofonos de 15 a 30 m. Otros indican que deben cubrir 25 a 100 m, con separ. De 5 m

Otros ensayos usan martillo de 8 kg impactando el suelo cada cierta distancia.

Onda directa

Onda refractada

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En la figura 52 (b), se observan que los geófonos, recogen la señal de laonda, la amplifican y la envían al oscilógrafo la señal.

• En el esquema se aprecia lo siguiente:

�En los geófonos 1 y 2 la onda directa llega primero que la onda�En los geófonos 1 y 2 la onda directa llega primero que la ondarefractada.

� En el geófono 3 la onda directa y refractada llegaron igual.

� En los geófonos 4, 5, 6 y 7 la onda refractada llego primero que la ondadirecta.

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La separación de los receptores por lo general varia entre 15 m. y 30 m. Estosreceptores deben cubrir de 3 a 12 veces la profundidad de penetración deseada.Otros autores indican que la longitud de los perfiles suele situarsehabitualmente entre 25 y 100 m., con separación entre geófonos que no sueleexceder los 5 m., con objeto de garantizar el detalle de la investigación. Lospuntosde golpeosuelenser,comomínimo 3 en cadaperfil, situadosal inicio,puntosde golpeosuelenser,comomínimo 3 en cadaperfil, situadosal inicio,mitad y final de cada perfil. Si los perfiles exceden los 60 m., el numero depuntos de golpeo es habitualmente 5.

En este ensayo se produce energía por vibración, con cargas de dinamita nomayor de 1 Kg. o con golpe de martillo de 8 Kg. emitiendo ondas similaresa las de un sismo, las cuales se transmiten en todas las direcciones pero adiferentes velocidades, según la densidad del estrato y propiedades elásticas.

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RELACIÓN ENTRE EL ANGULO DE INCIDENCIA Y LAVELOCIDAD DE LA ONDA

Un sistema de propagación cuando alcanza el contacto entre dosmedios, cambia de dirección bruscamente.

Esto permite postular que:

“La trayectoriaentredos puntos, que sigue la ondaes aquellaque le“La trayectoriaentredos puntos, que sigue la ondaes aquellaque leconduce al mínimo tiempo de viajey no la distancia mas cortaentrepuntos”

Fig. 53.- Trayectoria más cortade la onda ondulatoria.

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Respecto a la Fig. 53:

i: Angulo de incidencia de la trayectoria ondulatoria en la línea decontacto.

r: Angulodel rayorefractado.r: Angulodel rayorefractado.

a,b: Espesor de los respectivos medios.

AC: Recorrido de la onda en el medio 1.

CB: Recorrido de la onda en el medio 2.

A partir de la fig. 53 se deduce la relación entre el ángulo de incidenciay la velocidad de las ondas longitudinales, tal como se muestra acontinuación:

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22 xaAC +=

22)( bxdCB +−=

AC

ACt

ACV =1

CBt

CBV =2

CBACAB ttt +=

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Fundaciones

2

22

1

22 )(

V

bxd

V

xatAB

+−++= (22)(22)

Sustituyendo la Ecs 17 y 18 en 19 y 20 respectivamente, sedespejo y y se sustituyo en la Ec. 21, obteniéndose:

ACt CBt

Para obtener el mínimo tiempo de recorrido:

0=∂

∂x

t AB (23)(23)

Quedando:

( )[ ] 0)1)((21

2

1

)(

21

2

121

21

222

221

=+−

−−⋅⋅++

⋅⋅bxd

xd

Vxa

x

V(24)(24)

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Fundaciones

( )[ ]21

21

222

221

)(1

)(

1

bxd

xd

Vxa

x

V +−

−⋅=+

⋅

Por otro lado tenemos:

xx

2

122 )(

)(

ba

x

AC

xisen

+==

( )[ ]212

)(

bxd

xd

CB

xdrsen

+−

−=−=

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Fundaciones

Sustituyendo las Ecs. 26 y 27 en la 25, obtenemos:

2

1

21 )(

)()()(

V

V

rsen

isen

V

rsen

V

isen =⇒= (28)(28)

El ángulo de incidencia para el cual la mayor parte de la energía serefracta, es llamadoángulo criticoy se consigue para r = 90º, por lotanto:

2

1)(V

Visen = (29)(29)

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El espesor de los estratos(D.P. Krynine – W.R. Judo,Principios de Geología yGeotecnia para Ingenieros),se obtiene a través de (ver fig.52).

12 VVxH

−⋅=12

121 2 VV

VVxH

+−⋅=

Ecuaciones similares a la ecuación anterior, se pueden aplicar en losdiferentes estratos para determinar sus espesores, si se cumplen lacondición de que la velocidad de propagación de las ondas aumentan conla profundidad de los estratos. La fig. 54, ilustra la propagación de lasondas a través de 3 estratos, para lo cual se tiene:

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DF

OE: tiempo que tarda la onda directa, emitida desde la fuente, para llegar al OE: tiempo que tarda la onda directa, emitida desde la fuente, para llegar al geófono Nº 3.geófono Nº 3.

OA: tiempo que demora la onda en atravesar el estrato Nº 1.OA: tiempo que demora la onda en atravesar el estrato Nº 1.

AB: tiempo que demora la onda en atravesar el estrato Nº 2.AB: tiempo que demora la onda en atravesar el estrato Nº 2.

Fig. 54.- Exploración del subsuelo por refracción sísmica.

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AE

ECV =2

FD

BFAFAB

AEOEOABF

FDV

−=−=

=3

β

α

cos2

cos2

22

11

⋅⋅=

⋅⋅=

VABH

VOAH

Los espesores de los estratos sedeterminan a partir de:

(32)

(36)

(33)

(34)

(35)

(39)

(40)

OE

ECV =1

(31)

AF

FDV =2

−==>−=

2121

11

VVECOA

V

EC

V

ECOA

−==>−=

3232

11

VVFDAB

V

FD

V

FDAB

3

2

2

1

V

Vsen

V

Vsen

=

=

β

αSustituyendo (31),(32) en(34)

Sustituyendo (33),(36) en(35)

Los ángulos α y β, se obtienen de:

(36)

(37)

(38)

(41)

(42)

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Fundaciones

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Fundaciones

La relación entre la velocidad longitudinal (Vp) y la velocidad transversal (Vs) con losparámetros de elasticidad del material, se expresan como:

Donde:

(43)

(44)

ρ)21)(1(

)1(

vv

vEVp

−+−=

γρgGG

Vs⋅==

Donde:Vp: velocidad de la onda longitudinal o de compresión (m/seg)Vs: velocidad de la onda transversal o de corte (m/seg)E: módulo de elasticidad del material (ton/m2)v: coeficiente de Poisson: representa el cociente de las deformaciones normales en sentidotransversalρ: densidad del material

γ: peso unitario del material en ton/m3

g: gravedad (g=10 m/seg2)G: módulo de corte o de cizallamiento

)1(2 v

EG

+=

g

γρ =

(45)

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Fundaciones

γ⋅+⋅=

)1(2 v

gEVs

)21(

)1(22

v

v

Vs

Vp

−−=

Sustituyendo(45) en (44):

Relacionando(43) y (46):

(46)

(47))21( vVs −

Si por ejemplo

Vp=2·Vs3

1=v

(48)

Las tablas 13 y 14, presentan un rango de valores para la velocidad de la onda en distintostipos de suelos y rocas:

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Fundaciones

Suelo Velocidad (m/seg)

Arena suelta 150 a 500

Suelo Velocidad (m/seg)

Arena y gravas (poco a medianamente densa)

400 – 800

Tabla Nº13: Velocidad de propagación de las ondas sísmicas en la superficie del suelo o a poca profundidad.

Tabla Nº14: Velocidad de propagación de las ondas sísmicas (otra referencia)

Loess 300 a 600

Arcilla dura, parcialmente saturada

600 a 1000

Arcilla saturada 1000 a 1600

Suelos saturados 1200 a 3800

Roca sana 2000 a 6000

Granito 4000 a 6000

Cuarcita 6000 a 7500

medianamente densa)

Arenas y gravas (densas y muy densas)

1000 – 1800

Arcillas 1500 – 1800

Agua dulce 1450

Arenisca 2000 – 3500

Calizas y dolomía 3500

Esquistos 3000 – 4500

Gneis-cuarcitas 3500 – 5000

Granitos 4000 – 6000

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Fundaciones

Condiciones típicas donde la geofísica pueda dar resultados poco confiables:1.Cuando elsubsuelo está constituido por intervalos duros y blandos, alternados, larespuesta del sondeo sísmico está más influenciada por el material de mayorvelocidad de propagación y suprime la presencia del material más blando.

2.Cuando lasuperficie de refracción no es horizontal, también son afectados losresultados, obteniéndose diferentes velocidades en sentido ascendente yresultados, obteniéndose diferentes velocidades en sentido ascendente ydescendente. Si no se conoce elbuzamiento de la discontinuidad específica, no esposible corregir el resultado.

3.La presencia de agua en el subsuelo, cuya velocidad de propagación de la ondasísmica es de 1540 m/seg, aumenta hasta ese valor la velocidad de propagacióndesuelos pocos densos y rocas muy descompuestas con velocidades sísmicas menoresque dicho valor.

4.La presencia decantos rodados de roca en dimensiones considerablesen unamatriz más blanda, también afecta los resultados de la geofísica, dependiendodelporcentaje de cantos existentes.

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Fundaciones

En el ensayo de compresibilidad unidimensional, se plantea:

Aplicando la teoría de elasticidad, se escribe:

A partir de la velocidad de la onda se determina el módulo de elasticidad, por tantoel índice de compresibilidad volumétrico también será conocido. A continuación sepresentan algunas relaciones útiles entre estos parámetros:

'

1

Emv =

unidimensional, se plantea:

(49)

z

zEεσ=' (50)

Donde:mv: índice de compresibilidad volumétricoE’: modulo edométrioσz: esfuerzo en la dirección “Z” εz: deformación uniaxial en la dirección “z”

[ ]

[ ]

[ ]yxzz

zxyy

zyxx

vvE

vvE

vvE

σσσε

σσσε

σσσε

⋅−⋅−=

⋅−⋅−=

⋅−⋅−=

1

1

1

Donde:εx: deformación en la dirección “x”εy: deformación en la dirección “y”εz: deformación en la direcicón “z”

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Esfuerzo en la dirección X

Esfuerzo en la dirección Y

Esfuerzo en la dirección Z

Como la deformación X,Y esta restringida además también en el ensayo de compresión la compresión unidimensional , por tanto de la ecuación 51 o 52, se determina que.

(54)

Sustituyendo la ec. 54 en la 53, resulta

(55)


Fundaciones

:xσ:Yσ

:Zσ( )0,0 == Yx εε

YX σσ =

ZYX σν

νσσ ⋅

−==

1

ν1(55)

(56)

Como lo anterior esta referido al ensayo de deformación unidimensional o ensayo edométrico, el modulo para este ensayo de la ec. 56, se escribe como:

(57)

Conocido el modulo edométrico, se determina el índice de compresibilidad volumétrico a través de la ec. 49, lo cual permite estimar el asentamiento de consolidación, por bien conocida ecuación:

⋅

−⋅⋅−= ZZZ E

σν

ννσε1

21

−⋅−=

ννσε

1

21

2

EZ

Z

ννε

σ

−⋅−

==

12

1' 2

EE

Z

Z

HqmC **νδ =Prof. Silvio Rojas

Donde:Asentamiento por consolidación.

q: Carga aplicada al suelo en superficie.H: Espesor del estrato compresible.

: Índice de compresibilidad volumétrico

:Cδ

νm

La fig. 55, presenta un esquema del ensayo de resistividad eléctrica,donde se aprecia dos electrodos interiores conectados a unpotenciómetro para medir el voltaje del paso de la corriente entre los doselectrodos (son vasijas porosas que contienen una solución de sulfato decobre) y dos electrodos de corriente, conectados en serie a una batería ya un miliamperímetro para medir la intensidad I (estos electrodos sonbarras de metal). En el ensayo, los cuatro electrodos están en línea rectay a distancias iguales. En la fig. 55.a, se ve las líneas de corrienteatravesando el suelo entre electrodos.atravesando el suelo entre electrodos.

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Fig. 55._ Método eléctrico de resistividades.

I

Va ⋅⋅= .2 πρ

R

VI =

Dificultad al paso de la Dificultad al paso de la corriente se mide en ohmios “R”

La cantidad de corriente “I” que pasa por un conductor se mide en amperios

V: Diferencia de potencial entre los electrodos de potencial al pasar la corriente

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Para que se origine la corriente eléctrica es necesario que en el generador se produzca una fuerza electromotriz que cree una diferencia de potencial entre los terminales o polos del generador.A esta diferencia de potencial se le llama tensión o voltaje y se mide en VOLTIOS (V).La cantidad de electricidad que pasa por un conductor en un segundo se llama intensidad de la corriente y se mide en AMPERIOS (A).La dificultad que ofrece el conductor al paso de una corriente eléctrica se llama resistencia eléctrica y se mide en OHMIOS (W).

En la fig.55.b, se muestra un gráfico de la variación de la resistividad con laprofundidad a medida que se separan los electrodos; en este caso lasprofundidades más habituales de investigación están entre 0 y 200 m. En lafig. 55.c, se observa la resistividad medida a lo largo de un perfil; lasprofundidades más habituales de investigación están entre 0 y 50 m.

En general, la resistividad que se obtiene, no corresponde a una unidadlitológica concreta, sino que define al conjunto de materiales afectados por elpaso de la corriente, y se denomina resistividad aparente.

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Fundaciones

Tabla Nº 15. Valores de resistividad para distintos tipos de suelos y rocas

Suelos o rocas Resistividad

Arcillas orgánicas o suelos saturados orgánicos 500 a 2000 ohms-cm

Arcillas o limos saturados, inorganicos 1000 a 5000 ohms-cm

Arcillas o limos parcialmente saturados 5000 a 10000 oms-cmArcillas o limos parcialmente saturados 5000 a 10000 oms-cm

Arcillas o limos secos 10000 a 50000

Arenas y gravas saturadas 10000 a 15000

Arenas y gravas sacos 20000 a 100000

Rocas densas 100000 a 1000000

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Fundaciones

Las figuras 56, 57 y 58, presentan modelos de ensayos geofísicos hechosen perforaciones, los cuales permiten determinar propiedades físicascomo la densidad, porosidad, grado de saturación, etc., utilizando lainformación proporcionada por registros eléctricos nucleares y acústicos.También se obtiene información de sus propiedades mecánicas y estadonatural de los minerales. Permite investigar únicamente las zonascircundantes de los sondeos. Sondas eléctricas proporcionan informacióncircundantes de los sondeos. Sondas eléctricas proporcionan informaciónsobre resistividad eléctrica que rodea el sondeo (sin entubar y relleno delíquido).

Ensayos Cross – hole, se realiza entre dos o tres sondeos próximos. Endos de ellos se introduce la sonda triaxial a distintas profundidades y en elotro se realiza el golpeo también a profundidades variable. El resultado esuna sección de las diferentes velocidades del terreno entre los sondeos.Sonda traixial, registra los tiempos de llegada de las ondas P y S, a partirde los cuales se obtiene la velocidad. La fig. 59, presenta resultados eneste tipo de ensayo.

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� Equipo para la testificación geofísica de sondeo:Prof. Silvio Rojas

Figura 1: Componentes de un equipo de testificación geofísica

www.cedex.es/lg/geofis/introd.htm

información proporcionada por registros eléctricos nucleares

determinar propiedades físicas como la densidad, porosidad, grado de saturación, resistividad

únicamente las zonas circundantes de los sondeos


Fig. 56.- Equipopara latestificacióngeofísica desondeos.sondeos.

Únicamente da información de la zona circundante del sondeo.

•Densidad

• Porosidad

•Saturación

•Propiedades mecánicas

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Fig. 57.- Ejemplos de dispositivos degolpeo para la generación de ondas P ySi; SHH y Sv: ondas S polarizadas en elplano horizontal y vertical.

Dispositivo de golpeo en el ensayo Cross Hole Prof. Silvio Rojas

• Test cross-hole o de sondeos en paralelo.

http://www.eupm.upc.edu/~emrn/Geofisica.Xarxa/Ficha%2013.%20Tomografia.%20Hole.ppt#259,32,TOMOGRAFIA SÍSMICA

Útil para la medición de la variación del módulo cortante con la prof.

Aquí se mide la velocidad de Diámetro

Ademe de aluminio o plástico

Generación de ondas de cuerpo.

Trayectoria de ondas de cuerpo

Aquí se mide la velocidad de propagación de las ondas P y S, en ptos a la misma prof.

Se requiere mínimo dos perforaciones una fuente y la otra receptora-

Lechada para lograr un buen contacto entre el suelo y el ademe.

Diámetro mínimo 7.6 cm para la colocación de los geófonos acuñados al ademe

Perturbación en el sondeo fuente se puede realizar con penetrómetro del SPT. Un trastuctor de velocidad vertical se coloca en la barra de perforación. Cada vez que el martillo de 63.5 kg golpea, produce la señal eléctrica que dispara el oscilógrafo y los registros de las trazas de los geófonos. Prof. Silvio Rojas


. Sondeos de 7.6 cm

. Prof. Requerida

. ADEME poco rígido

Para el down-hole se construye bloque

Up-hole Down-hole

Para el down-hole se construye bloque de concreto de 0.60 m de lado aprox a 6 m de la perforación.

Geófonos a prof. Z y se golpea con martillo de 4.5 kg al bloque.

En el osciloscopio se registra impacto y trazas de llegada de ondas al geófono.

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Ejemplo de Investigación mediante Tomografía Sísmica

� La forma más común de tomografía es el crosshole.

� Para su aplicación son necesarios 2 o más sondeos.

� Una red de emisores de ondas se

Transmisor


� Una red de emisores de ondas se instalan en un sondeo y otra red de receptores se instala en el otro.

� Se obtienen Geófonos

http://www.eupm.upc.edu/~emrn/Geofisica.Xarxa/Ficha%2013.%20Tomografia.%20Hole.ppt#259,32,TOMOGRAFIA SÍSMICA

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Fig. 58.- Ejemplo de investigación mediante tomografía sísmica.

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Fig. 59.- Velocidades de propagación de ondas P y S en unensayo cross-hole.

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VII.-Ensayo de penetración estandar (SPT)

Las figuras 60 y 61, presenta esquemas del equipo y pasos delensayo.

Fig. 60.- Disposición para la toma demuestra y ejecución del ensayonormalde penetración en una perforación porlavado.

Fig. 26.- Corte esquemático del tubo partido

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Fig. 61.- Esquema de ejecución del ensayo SPT

bp2.blogger.com/.../j8Wg3Q4d0mw/s200/spt.bmp.jpg

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� Observaciones respecto a las figuras 60 y 61

1. El ensayo SPT se utilizará en el fondo de la perforación

2. Se determina el número de golpes para que el tubo penetre los últimos 30 cm en el fondo de la perforación, es decir aproximadamente 1 pie

3. El número de golpes se proporciona con un martillo que pesa 3. El número de golpes se proporciona con un martillo que pesa 63.5 kg (140 lb) y cae desde una altura de 76.2 cm (30 plg)

4. El tubo se debe penetrar 45 cm donde los golpes de los primeros 15 cm (N1), no se toman en cuenta para el ensayo. Los golpes correspondientes a los siguientes 30 cm, son los considerados como los representativos del ensayo, es decir N2 y N3

5. El SPT es la suma del número de golpes de N2 y N3

6. El resultado será Ninsitu = N2 + N3 (59)

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La energía que transmite el martillo a las barras esta afectadapor lossiguientes factores entre otros:

1. La técnica del operador

2. Tipo de máquina

3. Altura de caída

4. Tipo de martillo4. Tipo de martillo

5. No. De vueltas del cabrestante

Algunas recomendaciones para el ensayo:

1. Kovacs et al(1982), recomiendan dos vueltas del cablealrededor del cabrestante

2. Consideran que la energía típica que entrega el martillo a las barras esta entre un 50% y 60%de la máxima teórica, cuando se usa un martillo macizo.

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3. Kovacs et al(1982), mostraron que la energía entregadaa las barras puede variar entre 30% y el 80% del máximo teórico(480 joule)

4. Schmertman(1976) considera que una energía del 55% puede considerarse como norma promedio, con la cual se han hecho muchas correlaciones de parámetros con el SPT

5. Hanskat (1978) indica que los tipos de martillo utilizados en el ensayo no es el determinante en la diferencia de resultados, que proporcionan no es el determinante en la diferencia de resultados, que proporcionan los mismos, sino que posiblemente sea el tipo de yunque. El yunque del martillo de seguridad es pequeñomientras que el yunque del martillo macizo es grande.

6. Martillo macizo (diámetro = 23 cm, altura = 23 cm)

7. Martillo de seguridad (diámetro = 13 cm, longitud = 122 cm)

8. Kovacs, indica que el martillo de seguridad es más eficiente

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� Recomendaciones a seguir:

Emplear una energía promedio estándar para la normalización del SPT, para una energía distinta, corregir el conteo de golpes para expresarlo a una energía común de referencia


darsdars E

EER tan

tan =

donde: ERstandar: Relación de energía estándarEstandar: Energía estándarEmáxima: máxima energía proporcionada por el martillo

máximadars Etan

juole 87.483762.01kg

N 10 kg 5.63 =⋅⋅= mEmáxima

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� Nota:

ERstandar, es la relación de energía considerada por los autoresmencionados anteriormente, es decir puede tomar valores que están entreun 50% a un 70%. Para una energía aplicada diferente a la energía estándar,se plantea:

Ninsitu . ERaplicada= Nstandar. ERstandar (61)


donde:

Ninsitu: Nº de golpes obtenidos en el fondo de la perforación

ERaplicada: relación de energía que aplica la máquina en uso

Nstandar: No. De golpes referidas a la energía estandar utilizada en la correlación

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Lo que interesa es obtener el número de golpes estandar

Nstandar= Ninsitu . ERaplicada (62)

ERstandar

Ejemplo:

ERstandar = 0.60 ERaplicada= 0.40

Nstandar= 0.40Ninsitu


N = 0.40N

0.60

� Factores que deben tomarse en consideración para la corrección del SPT:

Ncorregido= Ninsitu . CN . η1 . η2 . η3 . η4 (63)

donde:

Ncorregido: número de golpes corregido (Nstandar)

Ninsitu: número de golpes obtenidos del conteo

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CN: corrección por efecto de sobrecapa por encima del punto de ensayo

η1: factor de corrección por efecto de la energía transmitida a la barra

η2: factor de corrección por efecto de la longitud de las barras de perforación

η3: factor de corrección por efecto de revestimiento


η3: factor de corrección por efecto de revestimiento

η4: factor de corrección por el diámetro de la perforación

Los factores se estiman a partir de

CN = 0.77 . Log (20/σvo’) (64)

donde:

σvo’ : esfuerzo efectivo a nivel de la cota del ensayo (kg/cm2)

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País Tipo de martillo Liberación del martillo η1

Japón Donut Caída Libre (se utiliza vapor o airecomprimido actuando sobre un pistónpara elevar una maza que cae librementegolpeando.)

78

Donut Cuerda y polea 67

Estados Unidos Seguridad Cuerda y polea 60

Braja Das (2006):

Seed et al. (1985) y Skempton (1986).

Estados Unidos Seguridad Cuerda y polea 60


Argentina Donut Cuerda y polea 45

China Donut Caída libre 60


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para η2 se tiene: Seed et al. (1985) y Skempton (1986).

longitud de la barra η2

> 10 m 1.00

6-10 m 0.95

4-6 m 0.85

0-4 m 0.75

Criterio: N es muy alto si L es menor a 10 m

Martillo de seguridad

Martillo macizo

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para η3 se tiene (Seed et al. (1985) y Skempton (1986):

η3

- Sin revestimiento 1.00

- Con revestimiento en arena densa, arcilla 0.80

- Con revestimiento, arena suelta 0.90


Criterio: N es muy alto si se usa revestimiento

para η4 se tiene (Seed et al. (1985) y Skempton (1986).

Diámetro de la perforación η4

60-120 mm 1.00

150 mm 1.05

200 mm 1.1

Criterio: N es muy bajo si el diámetro de la perforación supera los diámetros usuales

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Braja Das (2006)

Sin tomar en cuenta la corrección por sobre capa

Consistencia

N60

Resistencia a la compresión simple (kg/cm2) qu

Ensayo de identificación en campo

Muy blanda

0 - 2

0-0.25 Se escurre entre los dedos al cerrar la mano

Relación consistencia y N60:

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0 - 2 mano

Blanda

2 – 5

0.25-0.50 Se moldea fácilmente con los dedos

Firme

5 - 10

0.50-1.0 Se moldea con una fuerte presión en los dedos

Consistente

10 - 20

1.0-1.5 Se hunde con una fuerte presión en los dedos

Muy Consistente

20 - 30

1.5-2.0 Se hunde ligeramente con una fuerte presión de los dedos

Dura

> 30

>2.0 Se hunde ligeramente con la punta de un lápiz

� Correlación SPT densidad relativa

Mayerhof (1957) propuso

N70 / Dr2 = A + B . σv’ σv’ en kpa; Dr en decimales (66)


Skempton (1986) determinó

A 15-54

B 0.304 a 0.204

Se toma:

N70 / Dr2 = 32 + 0.288 . σv’

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Mayerhof (1956)

� Suelos granulares con másde 5% de finos

ф = 25º + 0.15Dr Dr en %

� Suelos granulares que tienen menos del 5% de finos

ф =30 º + 0.15Dr

� Otra correlación


� Otra correlación

ф = 28 + N/4

Braja Das (2006): Marcuson y Bieganousky (1977)

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Cu: Coeficiente de uniformidad de la arena

σvo’: Presión efectiva de sobrecapa (Kgcm2)

Dr en %

Braja Das (2006): Kulhawy y Mayne (1990)

OCR: Relación de sobreconsolidación

Pa: Presión atmosférica

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Braja Das (2006):

Cubrinovski e Ishihara (1999):

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La tabla 16 y 17, presentan el rango de valores de la densidad relativa y valores de la resistencia a la compresión simple, con métodos de determinación en campo

Tabla No. 16 Determinación en campo de la densidad en suelos granulares


Densidad Densidad Ensayo de campoDensidad Densidad relativa (%)

Ensayo de campo

Suelta 0-50 Una barra de acero de 12.5 mm (1/2”) de diámetro penetra fácilmente a mano

Firme 50-70 La barra de acero penetra fácilmente con un martillo de 2-3 kg

Densa 70-90 La barra de acero penetra 30 cm con el martillo

Muy Densa 90-100 La barra de acero solo penetra unos centímetros con el martillo

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Tabla No. 17 Determinación en campo de la consistencia en suelos cohesivos


Consistencia Resistencia a la compresión simple (kg/cm2) qu

Ensayo de identificación en campo

Muy blanda 0-0.25 Se escurre entre los dedos al cerrar la mano

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mano

Blanda 0.25-0.50 Se moldea fácilmente con los dedos

Firme 0.50-1.0 Se moldea con una fuerte presión en los dedos

Consistente 1.0-1.5 Se hunde con una fuerte presión en los dedos

Muy Consistente 1.5-2.0 Se hunde ligeramente con una fuerte presión de los dedos

Dura >2.0 Se hunde ligeramente con la punta de un lápiz


Interpretación de datos SPT, teniendo en cuenta la profundidad (Thornburn, 1963)

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Estimación del valor ф a partir del valor N en arenas (De Mello, 1971)

Fig. 63

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Correlación entre la densidad relativa, el valor de el valor de penetración estandar N, el factor de capacidad portante Nγ y el ángulo de fricción efectivo ф’

Fig. 64

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Respecto a la fig. 63 se tiene:

Para N = 20 y σvo’= 0.5 kg/ cm2 ……. Ф = 45º

Para N = 20 y σv’ ≈ 1 kg/ cm2 ……. Ф = 40º

Para N = 20 y σvo’ ≈ 2.5 kg/ cm2 ……. Ф = 30º

Debido a que si el suelo cerca de la superficie (σ ’= 0.5 kg/ cm2 ) tiene


Debido a que si el suelo cerca de la superficie (σvo’= 0.5 kg/ cm2 ) tiene un SPT de 20 en comparación con el suelo a mayor profundidad (σvo’ ≈ 2.5 kg/ cm2 ) que también tiene un SPT de N = 20, significa que el suelo más superficial tiene una que densidad relativa mayor y por tanto mayor grado en encaje.

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Enero, 2007


Fundaciones

Las tablas 18, 19, 20, 21, 22, 23 y 24, presentan correlaciones y valores deparametros de gran utilidad para el ingeniero en sus diseños preliminares.

Tabla N° 18.:Valores empíricos de Φ, γ, Dr con N del SPT en suelos granulares normalmente consolidados y una profundidad de 6 m ( Bowles).

Descripción Muy suelta Suelta Mediana Densa Muy densaDescripción Muy suelta Suelta Mediana Densa Muy densa

Dr 0 - 15 15 - 35 35 -65 65 - 85 85 - 100

N70 SPTFino

MedioGrueso

-1 – 22 – 33 – 6

-3 – 6 4 – 75 – 9

-7 – 158 – 2010 – 25

-16 – 3021 – 4026 – 45

--

> 40> 45

Φ FinoMedioGrueso

26 – 2827 – 2828 – 30

28 – 3030 – 3230 – 34

30 – 3432 – 3633 – 40

33 – 3836 – 4240 -50

> 50

γhum (ton/m3) 1.1 – 1.6 1.4 – 1.8 1.7 – 2.0 1.7 – 2.2 2 .0 – 2.3

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Fundaciones

Tabla N° 19: Relación de energía estándar (Bowles, 1988)

(ER)estándar Referencia

50 – 55 (usar 55) Schmertman (1983)

60 Seed et al (1985), Skempton (1986)

70 – 80 (usar 70) Riggs (1986)Guía preliminar para formar un criterio sobre la compacidad“in situ“ de los depósitosde suelos granulares sin cohesión.

70 – 80 (usar 70) Riggs (1986)

N° de Golpes Dr

0 – 4 Muy suelta

4 – 10 Suelta

10 – 30 Mediana

30 – 50 Densa

> 50 Muy densa

Tabla N° 20: Relaciónnumero de golpes ydensidad relativa(Terzagui y Peck)

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Fundaciones

Tabla N° 21: Correlación entre qu, consistencia y SPT.

Consistencia N SPT qu (Kg/cm2) γsat(ton/m3)

Muy blanda 0 – 2 0 – 0.25 1.60 – 1.90

Blanda 2 – 4 0.25 – 0.50

Media 4 – 8 0.50 – 1.00 1.76 – 2.07

Consistente 8 – 15 1.00 – 2.00 1.90 – 2.24

qu: resistencia a la compresión simple.

Una expresión para la determinación de qu en función del numero de golpes.

Valores de c:

- Arcilla de baja plasticidad, 0.1 a 0.20.

- Arcilla muy limosa o arenosa 0.05 a 0.15

Consistente 8 – 15 1.00 – 2.00 1.90 – 2.24

Muy consistente 15 – 30 2.00 - 4.00

Dura ≥ 30 ≥ 4.00

Ncqu ∗=

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Fundaciones

Tabla N° 22: Espaciamiento tentativo de las perforaciones Sowers (1970)

Estructura Espaciamiento (m)

Edificios industriales de un piso 30 – 40

Edificios de varios pisos 15 – 30

Excavaciones para préstamo 30 – 120

Suelos uniformes pueden duplicarlos espaciamientos. Suelos irregulares reducir a la mitad.

Excavaciones para préstamo 30 – 120

Presas de tierra, diques 30 – 60

Carreteras (investigar subrasante) 300 - 600

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Fundaciones

Tabla N° 23:Profundidad de sondeos. (Sowers 1970) condiciones promedio.

Ancho Del

edificio (m)

Numero de pisos

1 2 3 4 5

Profundidad del sondeo (m)

30 3.5 6.0 10.00 16.00 24.0030 3.5 6.0 10.00 16.00 24.00

60 4.0 6.5 12.50 21.00 33.00

120 4.0 7.0 13.50 25.00 41.00

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Tabla N°24: Factores de seguridad por falla portante. (Vesic 1975).

Puentes de ferrocarrilalmacenes, silos, murosde contención

Carga máxima de diseño,ocurre con frecuencia,consecuencias desastrosas sifalla

Exploración completa

3

Exploración no completa

4

Puentes viales,edificios livianos,industriales o públicos

Carga máxima de diseño,puede ocurrirocasionalmente.Consecuencia seria si falla


2.5


3.5

• Para estructuras temporales los factores se pueden reducir al 75% de los valores indicados.• Para edificios excepcionalmente altos tales como chimeneas y torres o cuando se tema una falla progresiva, los factores deben incrementarse en un 20 a 50 %.

no completa

Edificios deapartamentos y oficinas

Carga máxima de diseño,poco probable de ocurrir


2.0


3.0

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Fundaciones

Sowers. 1970 sugiere.

• Relación entre la profundidad de los sondeos Zb, con el numero depisos, S.

Estructura ligera de acero o estrecha de concreto.

Estructura pesada de acero o ancha de concreto.

S = 5 pisos Zb≈ 9 m estructura ligera

S = 5 pisos Zb≈ 18.5 m estructura pesada

A continuación, otras recomendaciones de la profundidad de lasperforaciones

70.03 SZb ⋅=70.06 SZb ⋅=

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Fundaciones

BB

1.5B1.5B1.5B1.5B BB

1.5B1.5B BB

BB DD 2/3D2/3D

1.5B1.5B

1.5B1.5B

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Fundaciones

Nota.

La profundidad de la perforación debe suministrar la información sobreaquellas características que permitan llevar a cabo las predicciones deasentamientos, y que comprenden todos los estratos que puedan consolidarseo comprimirse bajo las cargas de la estructura.

Recomendaciones de Hvorslev, refiriéndose a sugerencias de De Beer.

Llevar las perforaciones a una profundidad, tal que el incremento de presiónproducido por las fundaciones a esa profundidad, sea de un 10% de la presiónefectiva existente.

Nota.

Cualquier recomendación debe considerarse sin validez en los casos de suelosmuy comprensibles, o rellenos no controlados.

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Puede comprender desde un simple examen visual del suelo

Calicatas a poca profundidad

Perforaciones preliminares, ensayos “in situ“, muestreo, CPT, ensayos de laboratorio, estudio de

Perforacionescomplementarias entre lasya existentes. Chequeo dealgún parámetro “in situ“extracción del materialpara obtener nuevamenteparámetro de valoresdudosos o para ladefinición de los mismosa intervalosde Prof. mas

Fase 1

Fase 3

Fase 2

Fase 4

Por ultimo, a continuación se presenta un resumen de las fases de investigación:

estudio de aguas subterráneas, nivel freático

a intervalosde Prof. maspequeños

Costo 4Costo 3

Costo 2Costo 1

Costo 1< costo 2 << costo 3 Costo 3 ≥ Costo 4

La Fase 4 también puede referirse: Chequeo de la resistencia no drenada en campo para comparar con la de lab; definición de algún lente o estratos de pequeño espesor; Definición de la cota donde se encuentra la roca blanda de lutita.

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RECOPILACION DE LA INFORMACIONAlcaldíasMinisteriosUniversidadesInstitutos

RECONOCIMIENTO Vistas de campo (inspección visual)Planificación del trabajo de exploraciónPermite elaborar el presupuesto

TRABAJO DE CAMPORealización de calicatasEjecución de perforaciones Sondeos CPTEnsayos de refracciónEnsayos de placa, otros

FASE 0

FASE I

FASE II y IIIEnsayos de placa, otros

INVESTIGACIONDETALLADA

Sowers 1970 plantea:a.Estructuras muy seguras, el riesgo será pequeño de asentamientos. Por tanto no es necesario estudios adicionales. Con la información disponible se hace el diseñob.La estructura se presenta segura y con asentamientos admisibles. Sin embargo estudios adicionales permiten analizar otras alternativas de diseñosc.La estructura es insegura. Posiblemente con asentamientos no admisibles o falla general. Es necesario estudios adicionales para analizar otras propuestasd.Las estructura es totalmente insegura, no es necesario hacer estudios de exploración y geotécnicos

FASE IV

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Estructura segura

Estructura segura otra alternativa

Diseño insegura con la información

Se requiere una perforación más profunda

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VIII.-TIPOS DE FUNDACIÓN-ELEMENTOS DE LA FUNDACIÓN-REQUISISTOS DE UNA FUNDACIÓN-IMPORTANCIA DE UNA BUENAINVESTIGACIÓN SUBTERRÁNEA.Es un elemento estructural que sirve para transmitir las cargas de la superestructura al suelo de fundación.

Principio o fundamento de una fundación (Zapata o Cimiento):Recibirlas cargas de la superestructura para distribuirlasen el suelo de fundación, no permitiendo asentamientos mayores a los admitidospor la superestructura, y resistiendo los esfuerzos cortantes y momentosflectores producidos por la carga de la superestructura y la reacción del suelo. La figura muestra la distribución de esfuerzos que hace la zapata o fundación al suelo de soporte.

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Fig. 66.- En la figura se muestra la distribución de esfuerzos idealizada

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Fig. 67.- Tipos de Fundaciones

Superficiales

La figura presenta un esquema de los diferentes tipos de fundacionessuperficiales y profundas

Profundas

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Fundación directa cuadrada y rectangular• Se diseña cuadrada cuando no existe ninguna restricción de espacio para su construcción .• Se diseña rectangular cuando existe restricción de espacio en una dirección. Ejemplo: ubicación de ascensores, escaleras, depósitos subterráneos, etc.

Fundación cuadradaFundación rectangular

As para flexión

Fig. 68.- Sección y planta de una fundación cuadrada y rectangular.

Mayor

Concentración de acero en el centro

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Fundación combinada rectangular:• Se diseña en linderos para eliminar excentricidad de la zapata.• Cuando la distancia entre fundaciones directa sea pequeña.• Cuando exista solape entre fundaciones directas.

Secciónpasando por elcentro de laviga

Posible lindero

viga

Fig. 69.- Fundación combinada rectangularProf. Silvio Rojas


Fundación combinada rectangular

Sección de fundación combinada rectangular con viga rígida.Viga T invertida para una fundación combinada rectangular

Fig. 70.- Viga en T invertida para una fundación combinadarectangular.

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Fundación combinada trapezoidal• Se diseña en linderos para eliminar excentricidad de la columna del lindero.• Cuando la distancia entre fundaciones sea pequeña.• Cuando exista solape entre fundaciones directas.

Fundación combinada trapezoidal

Q1>Q2

Fig. 71.- Fundación combinada trapezoidal.

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Fundaciones combinadas en voladizo• Se usan cuando la separación entre columnas es grande y el terreno es de buena capacidad de soporte.• Evita grandes excavaciones.• Reduce la cantidad de acero y concreto, en comparación con una losa rectangular.

Fundaciones combinadas en voladizo (bases conectadas con

viga rígida en Cantilever)

Fig. 72.-Zapatas individuales enlazadas con viga rígida en cantilever

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Losa rígida• Distribución de la carga uniformemente.• Produce asentamiento uniforme.• En suelo donde existen grandes peñones, laso superficial evita removerlos mismos.• Sirve de puenteen suelos donde existen lentes de material plástico, transmitiendo las cargas al suelo mas resistentes que rodea esos lentes.• La losa puede ser de compensación parcialubicándola a cierta cota por debajo de la superficie del terreno, por tanto los esfuerzos transmitidos al suelo son menores a los que provienen de la estructura.• La losa puede ser de compensación totalubicándola a cierta cota por debajo de la • La losa puede ser de compensación totalubicándola a cierta cota por debajo de la superficie del terreno, por tanto los esfuerzos transmitidos al suelo son nulos.

Losa rígida armada en ambos sentidos, de compensación parcial o compensación total

Fig. 73 Losa rígidasuperficial, decompensación parcial ocompensación total.

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Fundación continua para un muro armado

Fig. 74.- Fundación continua para un muro armado.

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FUNDACION CONTINUA

Fig. 75.- Sección del muro mostrando el acero de flexión y deretracción

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Fundaciones profundas conformadas por grupos de pilotes

Fig. 76.- Fundaciones profundas conformadas por grupos de pilotes.

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Fundaciones profundas donde se observa el bulbo de esfuerzos

Fig. 77.- Fundaciones profundas donde se observa el bulbo de esfuerzo

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SELECCIÓN DEL SISTEMA DE FUNDACIONES

s.r Asent adm pero más grandes. Menor costo

Sistemas de fundaciones propuestos

s.r Asent menores pero mayor costo. Mas cerca o mas retirado de NF

s,.r Mayor costo, sin asent más pequeños, mayor exig. Constructivas.

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Universidad de Los AndesFacultad de IngenieríaUniversidad de Los Andes

Facultad de Ingeniería

Factores que ayudan al ingeniero en la selección de la fundación

• Tome en cuenta el perfil litológico y el estudio de suelos (nivel de agua, parámetros de resistencia y compresibilidad). Además revise la información geológica. Ejemplo: estratos compresibles de arena o arcilla; suelos con propiedades muy variables por ser muy heterogéneos; inestabilidad en la zona.inestabilidad en la zona.

• Considere el tiempo de construcción y costos.

• Maquinaria disponible.

• Ordenanzas públicas.

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•Inspeccionar construcciones vecinas (evitar problemas legales debido a linderos o posibles efectos en las construcciones existentes, invasión de propiedad a través de anclajes temporales o permanentes, etc.)

• Considere problemas durante la construcción. Por ejemplo: flujo de agua hacia la zona de construcción, provenientes de acuíferos libres o confinados.confinados.

• Experiencias de obras similares con los mismos problemas de fundación y de linderos.

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Requisitos básicos de una fundación• Cota de fundación segura

Fig. 79.- Fundación empotrada a una cota segura.

Empotramiento seguro

Estable contra flujos de agua

Resistencia al cortante

Asentamientoadmisible

Suelo de fundación no se degrade en el tiempo

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Requisitos básicos de una fundación

• La cota de fundación debe ser segura contra la erosión del materialpor encima de la cota de fundación o tubificación del suelo desoporte.

• Segura respecto a las propiedades del material, de manera que no estén propensas a alteraciones químicas, como consecuencia de filtraciones de agua con mezcla de elementos químicos o de aguas filtraciones de agua con mezcla de elementos químicos o de aguas orgánicas.

• Debe ser segura a que su ubicación no esté por encima de una zona potencial de deslizamiento.

•El suelo portante y la fundación, deben ser seguros respecto a las cargas de fallas última. Esto evita asentamiento no admisibles o fallas estructurales que no permiten que la falla de fundación cumpla su objetivo para la cual fue construida.

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Suelo que determina la capacidad portante Fig. 80.- Movilización del suelo de fundación por debajo de la zapata . Fig. 80.- Movilización del suelo de fundación por debajo de la zapata .

• Asentamiento de la fundación debe ser menor que el admisible• La fundación seleccionada y sus sistema constructivo, no debe afectarlas estructuras vecinas.

Procedimientos generales del diseño:• Seleccione la profundidad de empotramiento (Df), es decir la cota defundación.• Determina la capacidad admisible del suelo para cierto factor deseguridad (fig. 81).

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• Realice el diseño considerando dos o más sistema de fundación. Estime losasentamientos para cada uno de ellos .• Haga su selección definitiva con una o varias alternativas.

Fig. 81.- Definición del factor de seguridad por capacidad portante y porresistencia movilizada.

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Elementos de una fundación

Pedestal:Prolongación de la columnaenterrada en el suelo.Se debe cumplir:• _____Su _altura______ ___< 3”

Dimensión _lateral _ menor• La relación obliga a que su diseñosea el correspondiente a unacolumna corta.• Su acero es el mismo de lacolumna. Esto proporciona acero enexceso, ya que el pedestalno tieneposibilidad depandeo, debido a queesta rodeado de suelo biencompactado.

Fig. 82.- Elementos de unafundación

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•EI recubrimiento mínimo es de 7 cm. Sin embargo el mínimo será 7.5 cm yaque a las dimensiones de la columna se le suma5 cm a cada lado (ver fig. 83).

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•EI pedestaldisminuye el momentof1ector en la base y losesfuerzos de corte,producidos por la reacción del suelo.

• Da mayor estabilidad al conjunto de la fundación.

• En el caso de columnas metálicas el pedestal rodea la columna y la planchaen la base (fig. 83)

Fig. 83.- Zapata y pedestal para una columna de acero.

Recubrimiento mínimo 7 cm.

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Viga de riostra (fie. 84 y fie. 85):• Estimación del acero. (son elementos a tensión)

• En las vigas de riostra con la altura igual ó mayor a 75 se deberádisponerse armadura de paramento.

• Unen las fundaciones para mantener constante su separaci6n.• En zonas sísmicas se conectan ortogonalmente.

Fig. 84.- Viga de riostra conectando columnas adyacentes. Prof. Silvio Rojas


Viga de riostra (fie. 84 y fie. 85):• Estimación del acero. (son elementos a tensión)

Otra recomendación para el acero es:

fy

máxPAS

⋅⋅=70.0

_10.070.0_.10.0 ⋅⋅== fyAsmáxPT

concretodeAreaAs __010.0 ⋅> cfAcAs

'15.0 ⋅⋅≥

Area de concreto considerando la resistencia a la tensión del concreto

Estribos en la riostraS≤ 30 em S≤ 12 Φb longitudinal

• Estribo mínimoΦb = 3/8"

concretodeAreaAs __010.0 ⋅>fy

cfAcAs

'15.0 ⋅⋅≥

fy

máxP

cf

máxpdbAc

⋅⋅+

⋅⋅==

70.0

_15.0

´10.0

_15.0.

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Fig. 85.- Viga de riostra las columnas a nivel del piso y anivel de la zapata.

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Por qué se deforma la superestructura? (ver fig. 86)

Fig. 86.- Asentamientos uniformes y no uniformes en el sistema de fundación.

Las fisuras de la fig. 86, indican que el sistema de fundación sufrióasentamientos no admisibles por la superestructura, lo cual produjo fisuraso agrietamientos, notándose además la inclinación en algunos elementosestructurales de la superestructura. Se puede inferir, la inclinación dealgunos elementos estructurales por la deformación de suelo de fundación.Se ve entonces que el funcionamiento de la superestructura o suapariencia depende del comportamiento del suelo. (La estructura estasupeditada al suelo de fundación). Prof. Silvio Rojas


¿Por que el asentamiento que sufrió el suelo se reflejo en la superestructura? :Porque el asentamiento admisible de la superestructura es menor que el ocurrido (δadmisible < δocurrido).

Algunos factores determinantes en que el asentamiento queAlgunos factores determinantes en que el asentamiento quesufre el suelo bajo las cargas de la superestructura sea mayor aladmisible son:

• Las propiedades físicas, mecánicas e hidráulicas usadas en el diseño.• EI modelo de comportamiento aplicado para representar la interacciónsuelo-fundación.• Alteración de las propiedades del suelo luego de la construcci6n.• Alteración de las cargas transmitidas al suelo.• Variaciones en las condiciones del agua en la masa de suelo.

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Vemos la importancia de hacer una buena investigación delsubsuelo.

¿Qué aporta la investigación del subsuelo?

• Conocimiento del perfil litológico.• Conocimiento del perfil litológico.

• Conocimiento del nivel freático y sus variaciones en las distintascondiciones del clima.

• Variaciones de sus propiedades con la profundidad.

• Comportamiento de las estructuras ya construidas cercanas al sitiode estudio.

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El siguiente cuadro, resume lo anterior, donde esta implícito ladeterminación de la capacidad del suelo de soportar cargas, elasentamiento que puede sufrir la fundación bajo las cargas de la estructuray finalmente el sistema de fundación mas conveniente.

Un diseño satisfactorio dependen de:• Principalmente de las propiedades físicas y mecánicas utilizadas en elmodelo.

•Que el modelo sea representativo para ese tipo de suelo, cuando se cargaa través de un elemento estructural como es una fundación.

• Diseño económico cumpliendo con los requisitos de seguridad. Prof. Silvio Rojas

¿Que importancia tienen los estudios del subsuelo?• Realizar el anteproyecto y proyecto con una investigación del sueloexactamente del sitio donde se ejecutara el mismo.

• Prever demoras en la construcción por falta de conocimiento en el suelo defundación.

• Prever que sistema de construcción debe usar para evitar afectar aestructuras vecinas o accidentes en la misma obra.

• Tener un documento previo que facilita cualquier modificación del proyecto• Tener un documento previo que facilita cualquier modificación del proyectodurante el desarrollo de su construcción.

• Sirve para hacer futuras licitaciones.•Sirve para encontrar las dimensiones del sistema de fundación a construir.• Permite estudiar varias alternativas de los sistemas de fundación yaconocidos

• Permite ubicar la cota de fundación de acuerdo a las bondades del suelo.

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Fundaciones

IX.- RECOMENDACIONES PARA LA SELECCION DE LA FUNDACION

1. Tipos apropiados de fundación para diversas condiciones del sitio.

Fig. 87.- Fundaciones directas seleccionadas para ambos perfiles

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Fundaciones

Fig. 88.- Fundaciones directas seleccionadas en ambos perfiles con N.F sin afectar la

Fig. 89.- Cota de fundaci6n en la línea de estratificación.N.F afectando el procesoconstructivo y capacidad portante.

Fig. 88.- Fundaciones directas seleccionadas en ambos perfiles con N.F sin afectar la capacidad portante.

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Fundaciones

Fig. 90.- Cota de fundación por debajo de la línea de estratificación. N.F afectandoproceso constructivo.

• El autor recomienda pilotes.Estos serán función del espesor del estratoblando y de su compresibilidad .

• También se puede diseñarfundación directa, y un sistema de wellpointsparala extracción del agua.

• Si la cota defundación es obligada, y diseña losa, se debe usar un sistema dewellpointsy un sistema estabilizante de las paredes.

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Pilotes con suelo firme ??

Si existe la posibilidad: Intersectar el agua con un canal + una pantalla con sus drenajes.

Fig. 91.- Sistema de fundación de pilotes trabajando por punta y por fricción -existe unacondición hidrodinámica

• La cota de fundación de la punta de los pilotes, se puede estimar en función delos empujes del agua, sobre los mismos(Ver solución con tablestacado).

• Se debe tomar en consideración el flujo de agua, que puede causar arrastredelos finos (tubificación).

sus drenajes.

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Fig. 92.- Placa de fundación como sistema de fundación ubicada en la línea deestratificación.Existe una condición hidrodinámica.

Losa en superficie ?

Losa con sotano?

Si existe la posibilidad: Intersectar el agua con un canal + una pantalla con sus drenajes.

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Fig. 93.- Sistema de fundaciones directas para el primer perfil. Para el segundoperfil, el sistema de fundación es una losa de compensación con pantallasrodeando la losa.

Muros colados para estabilizar las paredes el recorrido del flujo hacia el fondo de la excavación.

(ver lámina siguiente)

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Muros colados

• Se construyen previo a los trabajos de excavación

• Su retiro de construcciones vecinas 20 a 30 cm.

• Se ejecutan en paneles de 5 m de largo x 0.60 , 0.8 0, 1.00, 1.20, 1.50 m de ancho y prof. Que pueden alcanzar los 35 m.

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• ¿Hasta donde llegan los pilotes? ¿Es factible desde el punto de vista de los costos?

• Cuanta agua llega al fondo de la excavación?

Figura 94.-Sistema de fundación conformado por pilotes trabajando por punta.

• En la losa estime los asentamientos. ¿Es permitido?

• Estabilidad de las paredes en las losas profundas. Tome en consideración las construcciones vecinas

• Por inducción, observando el problema general. Se debe intuir, daños a otras obras.

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Fundaciones

Figura 95.-Propuesta de varios sistemas de fundación.

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Fundaciones

2. Selección tentativa de los tipos de fundación tomando en consideración el nivel freático.

Figura 96.-Varios sistemas de fundación recomendados para ambos perfiles.

• El sistema de cajones, ha sido sustituido por concreto proyectado, anclajes o muros colados. También por pilotes de acero hincados previamente.

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Fig. 98.- Varios sistemas de fundación. Se establecerá una condiciónhidrodinámica al hacer la excavación.

Muros colados

Wellpoints

s.R soluciones para suelos blandos o arenas sueltas.

Fig. 99.- Sistema de fundación recomendado son los cajones.

Muros colados

Wellpoints

s.R soluciones para suelos blandos o arenas sueltas.

S.R si el suelo es granular y denso. Cuál es la sol ución?

Propuesta: Toda la excavación rodeada de geomenbran a + construcción de muros pantalla vaciados in situ y losa de concre to en la base.

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Fundaciones

Muros colados

Fig. 100.- Sistema de fundación recomendado son los cajones..

Muros colados

Wellpoints

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Fundaciones


Fundaciones

3.- Selección tentativa de tipos de fundación con baseen las condiciones del sitio.

Fig. 101.- Sistemas de fundación recomendado para laestructura ligera y pesada es el mismo. Suelo defundación resistente. Prof. Silvio Rojas


Fundaciones


Fundaciones

Fig. 102.- Los sistemas de fundación recomendados para laestructura ligera difieren de los recomendados para laestructura pesada. La estructura pesada puede consolidar elestrato subyacente blando.

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Fundaciones


Fundaciones

Fig. 103.- Sistemas de fundación recomendados aparentemente soniguales para la estructura ligera y laestructura pesada. En la estructurapesada la losa será de compensación total o parcial.

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Fundaciones


Fundaciones

Fig. 104.- Aparentemente los sistemas de fundación deben diferir. Sinembargo hay que tomar en cuenta el espesor del estrato blando y suresistencia en el caso de la estructura ligera, a fin de decidir sí se eligela línea de estratificación como cota de fundación.

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Fundaciones


Fundaciones

4.-Otras ilustraciones sobre condiciones del suelo y tiposapropiados de fundación

??

Fig. 105.- Fundación directa como sistema de fundación. Elsuelo de soporte es granular y compacto.

??

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Fig. 106.- Fundación directa como sistema de fundación. El suelo de soporte es una arcilla resistente.

Losas

Fig. 108.- Fundación directa como sistema de fundación. La cota de fundación estáubicada en la arcilla resistente, muy cerca de la línea de estratificación lo cual noes favorable debido a la presenciadel estrato de arcilla blanda subyacente.

Losas

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Fundaciones

Fig. 109.- Sistemas de fundación recomendados es una losa o sistemas depilotes. Como la arena de baja densidad relativa, los pilotes trabajando por fricciónson los mas recomendados en este caso.

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Fundaciones

Fig. 110.- Sistema de fundación recomendado son pilotes trabajandopor punta en la arcilla dura y por fricción en el estrato de arcillamedia. Si los pilotes son acampanados su capacidad de carga porpunta será mayor.

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Fig. 111.- Sistema de fundación recomendado son pilotestrabajando por punta. Alta capacidad de carga proporcionada porla roca. Aquí se debe es chequear es la resistencia del pilotecomo elemento estructural.

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Fig. 112.- Sistema de fundación recomendado son pilotestrabajando por fricción y por punta. Probablemente el autor estáconsiderando una estructura pesada que puede consolidar elestrato Blando de arcilla, sí el sistema de fundación se ubica enla arena densa.

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Fig. 113.- Sistemas de fundación con pilotes(la justificación puede ser la misma anterior).

Fig. 114.- Sistema de fundación más recomendado puede ser lasfundaciones directas ubicadas en la línea de estratificación. Tambiénlas pilas, tal como se indica. Prof. Silvio Rojas


Fundaciones

Fig. 115.- Sistema fundación por pilotes, tomando en cuantalo recomendado en el cuadro.

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3.- Selección del tipo de fundación de acuerdo con la condición delsuelo y el tipo de estructura.

Fundaciones superficiales

Tipo de fundación Condiciones delsuelo

Tipo de estructura

Fundaciones directasCimientos combinadosCimientos continuos

Toda clase de suelos:cohesivos y nocohesivos. Precaución

Fábricas, fundacionesde maquinaria; postes;pilas de puentes. OtrasCimientos continuos

Placas de concretocohesivos. Precauciónen los limos.

pilas de puentes. Otrasedificaciones livianas??.

Placas de concretoreforzado con y sinrefuerzo de vigas.

Suelos cohesivos depobre capacidadportante; precauciónen los limos.

Edificios; viviendas.

Fundacionessuperficiales

Roca a profundidad noalcanzable

Estructuras no sensibles a asentamientos.

Prof. Silvio Rojas

Fundaciones profundas

Tipo de fundación Condiciones delsuelo

Tipo de estructura

Pilares Donde es posibletransmitir cargas acapas portantes

Estructuras altas; edificios, torres,chimeneas, faros, capas portantes

firmes; precauciónen los limos.

chimeneas, faros, fundaciones de máquinas, que no deben sufrirvibraciones ni asentamientos intolerables.

Prof. Silvio Rojas

Pilotaje: transmisiónde cargas a estratoportante firme.

Manto portante firme,casi rocoso, aprofundidadeconómicamenteviable.

Fundaciones de puentes; faros; edificios altos; fundaciones pesadas de máquinas.

Los pilotesprefabricados deconcreto sonadecuados parafundaciones

En suelos conmuchas capas decondición variable.

Todo tipo deestructura

fundacionessuperficiales

Pilotes con bulbo debase sobre suelofirme puedentransmitir pesadascargas

Cualquier suelo Todo tipo deestructura

Prof. Silvio Rojas

Pilotes atornillados Suelos cohesivos Se usan cuando los pilotesquedan sometidos a fuerzasde tracción, y en estructurastemporales.

Pilotes de acero En suelos donde el acero nosufre ataques severos, porejemplo, en suelos densos nocorrosivos y en suelos conelevada fricción suelo-acero.

Todo tipo de estructuras.

Pilotes de compactación Adecuados para suelosarenosos y areno –arcillosos.

Cajones autofundantesabiertos

Para transmitir cargas aestratos portantes firmes, odonde la roca es alcanzable.

Edificios elevados.Fundaciones pesadas demáquinas libres de vibración.Fundación de puentes.

Tablestacados En suelos finos con altaspresiones de agua.En suelos con alta velocidaddel flujo del agua (gradienteelevado)Donde se prevé problemasde tubificación por debajo dela base del cimiento.

Presas de embalse, paraaumentar la longitud de latrayectoria del flujo,reduciendo el gradiente.

Prof. Silvio Rojas

Columnas de grava:Este método consiste en introducir en el suelo blando una columna de gravacompactada a modo de pilote y le da capacidad portante y de drenaje al terrenotratado.En el pasado se empleaba casi exclusivamente en grandes infraestructuras debido alas necesidades de equipos y materiales empleados en la vía húmeda, con la apariciónde los equipos de vibración por vía seca con descarga de la grava interior, se haconvertido en el sistema más empleado por su versatilidad y economía general paraconseguir los objetivos de mejora del terreno en el menor tiempo posible.

Vibrocat para ejecución decolumnas de grava por víaseca y con descarga inferior.

Prof. Silvio Rojas

Cajones:Son pilares debajo debajo de las edificaciones.

Cajón cerrado:Es una caja cerrada en el fondo y sin techo.

Conviene usarlos cuando no se necesita excavación y el fondo del río está más o menos nivelado

Puede quedarse sobre los pilares

Se construye en la orilla y se lleva flotando hasta su emplazamiento.

Prof. Silvio Rojas

El cajón se lleva por flotación hasta el sitio de su emplazamiento y allí se hunde lastrándolo o permitiendo el ingreso de agua a su interior mediante válvulas.

Luego de apoyado en el fondo marino se lo llena con hormigón.

Prof. Silvio Rojas

Cajón abierto:Es una caja sin techo o fondo.

Se puede emplear para puente o edificios

Si el río es profundo el cajón se prepara en la orilla y de poca profundidad puede construirse en el mismo lugar sobre gabarras grandes.

Las paredes son gruesas y los bordes cortantes

Cajones abierto circulares

Prof. Silvio Rojas

circulares

Estos cajones pueden ser utilizados cuando la estructura es demasiado grande para ser sostenida por un cajón rectangular.

Para un estribo de un puente

Para edificios grandes.

Cajones más grandes en las esquinas e intersecciones

Cajones más pequeños en el intermedio. Se pueden instalar con martillo.

Muros apoyados en los cajones.

Tiene paredes gruesas y bordes cortantes

Su hundimiento se logra extrayendo el material con la ayuda de chorros de agua y uso de cucharones (CLAM SHELL, puede alcanzar prof. hasta de 35 m). + Cargas temporales o sistema de reacción

Teóricamente no hay límite de las profundidades que pueda alcanzar.

La excavación pueda que se realice bajo agua lo cual dificulta la instalación. También es una dificultad el flujo de suelos plásticos hacia el cajón.

Hundimiento de un cajón abierto Prof. Silvio Rojas

Cajones neumáticos:Se usan cuando se debe excavar un terreno húmedo bajo el agua.

Cable para la extracción de material

Espacio para la extracción de material

Tubería de entrada aire comprimido que equilibra la presión del agua + la del suelo.

Tubería de salida de

Entrada y salida de trabajadores

La superficie de concreto a determinado nivel de hundimiento siempre de estar por encima del nivel

Prof. Silvio Rojas

Cámara de trabajo

salida de aire

Bordes cortantes de las paredes que facilitan el hundimiento bajo su propio peso que aumenta a medida que se coloca hormigón.

estar por encima del nivel del agua.

Cuando se alcanza la prof. Proyectada se retira los tubos y cámaras y se llenan los tubos con concreto.

Prof. Limitada a 110 pies por debajo del nivel del agua. El personal a esta prof requiere trabajar a 50 pies de presión de aire (máx permitida)

Prof. Silvio Rojas

1.-Investigación Del Subsuelo Tipos Elementos Unv Los Andes

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