2. Exploracion de Suelos

7/17/2019 2. Exploracion de Suelos

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UNIVERSID D PERU N UNION

Facultad de Ingeniería Civil

Una Institución Adventista

Mecánica de Suelos



EXPLORACIÓN

Y

TECNICAS DE MUESTREO

EN SUELOS Y ROCA



Dentro del estudio de la mecánica de suelos, elconocimiento básico de la textura del suelo es

importante para los ingenieros que construyen

edificios, carreteras y otras estructuras sobre y bajo la

superficie terrestre.

La actividad de exploración y muestreo de suelo,

constituye una etapa primordial de importancia única,

ya que esta es donde se toma la materia prima para el

estudio comparación y análisis de los diferentes tipos de

suelos.

INTRODUCCIÓN



Actualmente es cada vez más concluyente el hechode que ningún ingeniero que sienta laresponsabilidad técnica y moral de su profesión, dejade efectuar un estudio de las condiciones delsubsuelo cuando diseñan estructuras de cierta

importancia. Ya que ello conlleva dos característicasque se conjugan: segurid d y economí

No olvidemos: “Quien solo conoce la teoría de la

Mecánica de Suelos y carece de práctica, puede ser un peligro público”, Dr. Karl V. Terzaghi (Fundador de la Mecánica de Suelos).

IMPORTANCIA DE UN ESTUDIO DE SUELO



Antes de construir cualquier obra de ingeniería,se debe tener presente:

• Las condiciones del subsuelo y sus posibles

problemas.• Sus características como apoyo o soporte de

obras de construcción.

• Sus características como material de

construcción

RECONOCIMIENTO DEL TERRENO



Fases que pueden presentarse en un EstudioGeotécnico.

1. Recopilación de antecedentes y reconocimiento

geológico.2. Exploración Preliminar.

3. Exploración detallada de muestras

representativas y no perturbadas .4. Exploración complementaria y/o exploraciones

especiales.




La cantidad y calidad de los trabajos de

reconocimiento, queda definidos por :


Tipo de terreno

Nivel de estudio

(Perfil, Pre

factibilidad,

Factibilidad)

Importancia de la

obra

Tiempo disponible



MÉTODOS DE RECONOCIMIENTO

INDIRECTOS

Resultados no inmediatos

(ensayos de laboratorio)

DIRECTOS

Resultados inmediatos

(Ensayo In Situ)

M É T O D O S

CALICATAS, ZANJAS Y POZOS

SondajePor presión,Por rotación,Por percusión.

Prospecciones Geofísicas

Ensayos depenetración

Veleta de corte

Manual,EstáticoDinámicoCPT, SPT

Placa de carga

Ensayo de permeabilidad



•

Para determinar las propiedades de un suelo enlaboratorio es preciso contar con muestras

representativas de dicho suelo.

• Un muestreo adecuado y representativo es de

primordial importancia pues tiene el mismo valor

que el de los ensayos en si.

• El muestreo debe ser efectuado por personalconocedor de su trabajo.

OBTENCIÓN DE MUESTRAS DE SUELO



• Las muestras pueden ser de dos tipos:

a. Muestras Alterados:

• Se dice que una muestra es alterada cuando no

guarda las mismas condiciones que cuando se

encontraba en el terreno de donde procede, ó se

define también como aquella donde parte de ella o

toda, ha sufrido una alteración tal que ha perdido la

estructura que poseía in-situ, estas muestras no

representan de forma real las propiedades ingenieriles

de resistencia y permeabilidad del suelo.

TIPOS DE MUESTRAS



b. Muestras Inalteradas:

•

Son aquellas muestras obtenidas por medio de muestreadores yusando técnicas en las cuales es posible preservar la estructura

natural del material; aunque se use la expresión “inalterada” se

debe tener en cuenta que una muestra de suelo al ser retirada

de sus condiciones naturales sufre algún tipo de remoldeo o

alteración.

• Una muestra inalterada generalmente es usada para los

procesos de identificación y caracterización del suelo. Lasmuestras inalteradas también son usadas para preparar

especímenes de laboratorio y evaluar en ellos propiedades de,

humedad, permeabilidad y resistencia mecánica, cuando la

destinación del suelo sea como elemento de construcción.

TIPOS DE MUESTRAS



Manual de

Carreteras

MTC.

S e c c i ó n

S u e l o s y P a

v i m e n t o s .



QUE ES UNA CALICATA?• Las calicatas o catas son una de las técnicas de prospección

empleadas para facilitar el reconocimiento geotécnico de un

terreno. Son excavaciones de profundidad pequeña a media.• Las calicatas permiten la inspección directa del suelo que se

desea estudiar y por lo tanto, es el método de exploración que

normalmente entrega la información más confiable y completa.

En suelos con grava, la calicata es el único medio de exploraciónque puede entregar información confiable, y es un medio muyefectivo para exploración y muestreo de suelos de fundación ymateriales de construcción a un costo relativamente bajo.

• Las calicatas permiten realizar:

o

Una inspección visual del terreno "in situ".o Toma de muestras.

o Realización de algún ensayo de campo.



La sección Prospecciones Geotécnicas cuenta con una Unidad dedicada exclusivamente a exploraciones tipocalicatas.

En pocas palabras, las calicatas son excavaciones enterreno que pueden ser realizadas con maquinaria o deforma manual, cuya profundidad máxima está definida porel tipo de suelo y el nivel freático del sector en estudio.Las calicatas corresponden a la técnica más solicitada enlas campañas de exploración geotécnica de cualquierproyecto de ingeniería debido que permite conocer la estratigrafía del subsuelo y caracterizar geotécnicamentecada uno de sus estratos.

Sus ventajas son variadas siendo destacable las siguientes:•Reconocimiento visual directo de la estratigrafía en susparedes,•Costos moderados en comparación con otras técnicas de

prospección,•Extracción de muestras inalteradas de suelos cohesivos,



• Las calicatas corresponden a la técnica más solicitada en lascampañas de exploración geotécnica de cualquier proyecto deingeniería debido que permite conocer la estratigrafía del

subsuelo y caracterizar geotécnicamente cada uno de susestratos.

• Tienen la ventaja de que exponen la sucesión de estratos

para facilitar su inspección visual.

Calicatas



La principal desventaja

es que están limitados a

profundidades de 2-3m.

Las muestras

pueden tomarse

manualmente del fondo

y de las paredes

laterales.

Calicatas



• Obtener información con respecto a las características del nivel

freático en el sitio.

• Obtención de muestras para determinar las propiedades

necesarias para la identificación, descripción y clasificación

de los diferentes estratos del terreno a fin de obtener

parámetros necesarios para el diseño, cuando sea posible yreconstruir la estratigrafía del subsuelo acorde con la

profundidad que demanda el proyecto.

OBJETIVOS



OBJETIVOS

Establecer el perfil del suelo en el sitio, determinando la secuencia delos estratos en función con la profundidad, su espesor y continuidadlateral de cada estrato.



Muestra Inalterada• Son las que no sufren alteraciones en su estructura ni

en su contenido de humedad.• Se extraen mediante toma de muestras adecuados, y en

calicatas o excavaciones, mediante el tallado demuestras en bloque o la hinca de tubos por presión ogolpeo.

• La obtención de este tipo de muestras es necesaria paraensayos de resistencia, deformabilidad, permeabilidad.



Obtención de Muestra InalteradaProcedimientos básico para la obtención de muestras

inalteradas.• a. Se limpia y alisa la superficie del terreno y se

marca el contorno del trozo.

• b. Se excava una zanja alrededor de esta.



• c. Se ahonda la excavación y corta los lados del tozo,empleando un cuchillo de hoja delgada.

• d. Se corta el trozo con cuchillo u hoja delgada(normalmente de 0,30m*0,30m*0,30m)

• e. la cara del trozo extraído que corresponda al nivel del

terreno se marca con una señal para conocer la posiciónde prueba que ocupa el lugar de origen. Se cubre conparafina caliente con una brocha aplicando tres capasinmediatamente para evitar perdidas de humedad yempacarlo debidamente para enviar a laboratorio desuelos.



Figura 1 Figura 2 Figura 3

• f. Si la muestra no va ser usado pronto, es necesarios

una protección adicional a las tres capas, envolviendocon una tela blanda, y se vuelve a sumergir la muestra

entera en parafina de 3mm (1/8 pulg.) o 1,27mm. (1/2

pulg.) Suficiente para garantizar su impermeabilidad y envío a labratorio.



Al igual que en las Calicatas, se busca con esta

excavación determinar los espesores, características y

condiciones de los estratos de suelos.

Las trincheras se realizan en zonas de corte o donde

la topografía nos permita con una simple limpieza

o desbroce determinar la estratigrafía que compone la

zona de estudio, por lo general este método permite

examinar de forma horizontal.

Trincheras



Trincheras



SONDAJES

• Perforaciones de pequeño diámetro (entre 3 a 6”) y

de gran profundidad (hasta 150m).

• En caso de obtener muestras inalteradas, esta seprotege con parafina solida y se lleva al laboratorio.

TIPOS DE SONDAJES

• a. Sondaje por presión. Inalterados (suelos blandos).• b. Sondaje por percusión. Para obtención de

muestras alteradas ( Gravas, suelos cementados)• c. Sondaje por rotación. Para la obtención de testigo

no perturbados (rocas y suelos duros)



- Posteadora manual

- Posteadora mecánica

Equipo:

• Tubería, en forma de T y en su parte inferior una

mechaVentaja:

- Auscultación rápida del terreno

Desventaja:

- No se extraen muestras inalteradas

- Imposible de realizar en arenas limpias secas o

saturadas

EXPLORACIÓN DIRECTA CON POSTEADORA



AUSCULTACIONES CON POSTEADORA MANUAL MTC E 102)

Con el objeto de identificar los diferentes estratosde suelo y su composición, se ejecutaránextracciones manuales con el equipo Auger con lafinalidad de obtener muestras de diferentes estratospara luego realizar los ensayos de laboratorio quepermitirán la realización de los registros y perfilesestratigráficos.

La profundidad dependerá de los tipos de suelo

(por lo general es aplicables solo para suelos concohesión).

Las muestras de suelo obtenidas son sumamentealteradas.



SONDAJE POR PRESIÓN

• Es usado para perforaciones en suelos blandos.

• Máxima profundidad alcanzar 5 – 6 m

• Para extracción de la muestra, el barreno se remplaza por un

tubo de muestreo.

Puede ser por:

• Pasteadora manual:

Barreno manual o muestreador.



POSTEADORA MANUAL

ACCESORIOS:

- Manivela- Tuberias de perforación

- Mechas



10 cm

Extensión

PALA POSTEADOR

O 3" - 8"Post holeDigger

O 2" - 3 1/2"

O 2" - 3 1/2" O 2" - 5 1/2"BARRENA HELICOIDAL



ESQUEMA DE EQUIPO AUGER

Barrenos para suelosheterogéneos, para muestreos hasta 5 m deprofundidad.



Penetrómetro Dinámico Ligero de Cono PDC)



• El Penetrómetro Dinámico de Cono (PDC) mide la

penetración dinámica por golpes, a través del terreno

natural o suelo de fundación, levemente cementados.

• Es un método no destructivo capaz de medir la

capacidad estructural in situ del suelo de fundación.

• El equipo puede ser utilizado en: Identificación de

tramos homogéneos, control de la construcción delas distintas capas de pavimento y determinación de

la eficiencia de equipos de compactación, evaluación

de un suelo colapsable, estabilidad de taludes etc.

Penetrómetro Dinámico Ligero de Cono PDC)



• El modelo consta de una varilla de acero de

penetración de 16mm. de diámetro.• En su extremo inferior un cono de acero

temperado de 60 grados y 20mm. de diámetro.

• El PDC es introducido en el suelo por un martillodeslizante de 8Kg que cae desde una altura de575mm.

•

Para realizar las lecturas posee una regla demedición sujeta al instrumento por dos soportes,un soporte superior unido al yunque que sirve dereferencia para las lecturas y un soporte inferiorfijo a la regla y unido a la barra de penetración.

Descripción del Penetrometro Dinámico de Cono



1. Una vez ubicado el lugarde ensayo, se ubica el

equipo PDC verticalmentesobre un nivel de terrenodonde no se encuentredirectamente con piedras

que obstaculicen el ensayo.2. El ensayo de PDCnecesita de tres operarios,uno se encarga de mantener

la verticalidad y el soportedel equipo, un segundo seencarga del golpe con elmartillo y el tercero observa

y apunta las medidas

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO



3. Al iniciar el ensayo conel penetrómetro se

introduce el conoasentándolo 2" en el fondopara garantizar que seencuentre completamenteconfinado

4. El proceso de golpe conel martillo es levantarlohasta la parte superior del

eje de recorrido y dejarlocaer, no debe golpearse laparte superior, tampocoimpulsar el martillo haciaabajo.

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO



MODELO MATEMATICO

La relación entre la resistencia a la penetración porpunta y la profundidad de hinca se puede expresar por

medio de la ecuación dinámica de Hiley la cual, conalguna simplificación, se reduce a:

Donde :

R = Resistencia a la penetración

W1 = Peso de la masa de impacto

W2 = Peso muerto del aparato, excluída la masah = Altura de caída libre de la masaD = Profundidad de penetracióne = Coeficiente de restitución.



El coeficiente de restitución “e” mide la

“elasticidad” del golpe. pueden estar

indicados valores de “e” entre 0,2 y 0,4. Para

el choque entre acero y acero (pilotes

metálicos) sin sufrideras interpuestas, sepuede suponer un valor máximo de e = 0,55



Según la expresión, la resistencia es una funcióninversa de la penetración, es decir:

Siendo:

Donde :R = Resistencia a la penetración

W1 = Peso de la masa de impacto W2 = Peso muerto del aparato, excluída la masah = Altura de caída libre de la masaD = Profundidad de penetracióne = Coeficiente de restitución.

A = Área neta de

la seccióntransversal delpilote.



Si asumimos que el CBR es función de R, se puede decirque:

Siendo A una constante. En esta última expresión sesupone que el sistema es 100% eficiente y que no haypérdidas de energía, hecho que no corresponde a larealidad, por cuanto dichas pérdidas se producen a causade la compresión de la varilla del penetrómetro, lacompresión elástica del suelo y otros factores de másimprecisa determinación. En tal virtud, la expresión teóricadebe sufrir una modificación:

Donde:

B : Es un coeficiente que debe ser mayor que la unidad.

D : Es la penetración media de la varilla dentro del suelo a causa de losimpactos de la masa (mm/golpe).



Correlación de PDC y CBR



EXPLORACIÓN DE CAMPO CON

ENSAYOS DE PENETRACIÓN

ESTÁNDAR - SPT)



A) GENERALIDADES

Procedimiento ampliamente utilizado para determinar

características de resistencia y compresibilidad desuelos. Norma : ASTM D1586

B) PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR EL ENSAYO

Ejecución de la perforación- Con barrenos (posteadora)- A rotación- Por lavado “wash boring”

Ejecución del muestreo• Se realiza con un muestreador de caña partida



Suelos Adecuados para la Ejecución delEnsayo

- Arenosos- Limo Arenosos- Areno Limosos

Arcillas Suelos Inadecuados para el Ensayo

- Aluviales- Suelos Gravosos y Heterogéneos conGravas



C) REGISTRO DE PENETRACIÓN

Resistencia a la penetración: golpes necesarios

para hincar los últimos 30 cm de un total de45 cm.

D) INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

La resistencia a la penetración es un

indicador de la compacidad de suelos arenosos y un indicador de la consistencia y resistencia

de suelos cohesivos.



PERFOR CIÓN POR L V DO “W SH BORING”

Trípode de tubos

f 2 1/2”

Manguera

Mango para rotaciónparcial de la barra

TerrenoNatural

Sogaf

”

Depósito deagua de lavado

Barra deperforación

Cincel

Motor con caja

reductora Forro

Bomba

Polea para la soga

Elevador



ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR SPT)



Sondaje por Percusión



Sondeo y ensayo de Penetración

Dinámica SPT



S d j S P T



Sondaje S.P . T.



Ensayos de penetración dinámica SPT



Profundidad: 0.00 – 4.73 m. suelo residual de lava dacitas muy meteorizadas

Sondaje por Rotación



Sondaje por Rotación



RQD Rock Quality Designation Index)

El índice RQD (Deere et. al. 1967) fue diseñado

como una herramienta para estimar la calidad del

macizo rocoso a cuantitativamente partir de testigos

de sondaje.

Es definido como el porcentaje de trozos

intactos mayores a 10 cm en el largo total del

sondaje.El testigo debe ser de tamaño no menor a

diámetro 54.7 mm o 2.15 pulgadas), obtenido de

perforaciones con barras de doble tubo.



Muestra de sondaje



EXPLORACIÓN INDIRECTA

MEDIANTEREFRACCIÓN SÍSMICA

A) USO



A) USO- Exploración rápida y económica de grandes áreas.- Permite obtener espesores de estratos y las

velocidades de ondas P y de ondas S.

B) DEFINICIÓN- Medición de los tiempos de viaje de las ondas

compresionales (P) y de las ondas de corte (S).

C) FUENTE DE ENERGÍA - Golpe de martillo o carga explosiva.

F) APLICACIONES- Determinación de la estratigrafia del subsuelo- Determinación de la profundidad del basamento rocoso- Determinación de parámetros dinámicos

ENSAYO DE REFRACCIÓN SÍSMICA



Disposición detallada de la conexión de cables a los geófonos, trigger,equipo de adquisición y amplificador



ENSAYOS DE REFRACCION SISMICA

• Método indirecto para determinar el perfilestratigráfico y propiedades dinámicas del suelo de

cimentación.



ENSAYO DE REFRACCIÓN SÍSMICA



REGISTRO DE ONDAS S



VALORES PROMEDIO DE V pSEGÚN LA NORMA ASTM-D5777



GRACIAS

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