Estudio Geotcnico Prof Johannes Briceo MSc Estudios Geotcnicos

Estudio Geotécnico Prof. Johannes Briceño, MSc.

Estudios Geotécnicos � 1. Estudio de Campo. � 2. Estudio de Laboratorio. � 3. Estudio de Oficina.

Estudios Geotécnicos � 1. Estudio de Campo a. Trabajo preliminar Para evaluar las características y condiciones generales del sitio donde se va a desarrollar la obra. • Estudios previos. • Geología. • Mapas. • Planos topográficos. • Fotografías aéreas. • Experiencias previas en el área. • Estructuras adyacentes: ¿Como se construyen? y ¿como se comportan? .

Estudios Geotécnicos. Estudio de Campo b. Reconocimiento superficial Sirve para escoger y planificar el método de exploración del subsuelo. • Determinar la naturaleza del suelo. • Determinar la homogeneidad del suelo. • Topografía-Taludes. • Evaluar estructuras existentes. • Excavaciones. • Patrones de drenaje natural. • Vegetación.

Preliminar Exploración Definitiva

Exploración Preliminar � Se quiere saber si el sitio es adecuado para el proyecto para formarse una idea de las condiciones del subsuelo y posibles soluciones de fundaciones. Exploración Definitiva � Toma de muestras inalteradas, ensayos de corte y compresibilidad, prueba de campo y evaluación de alternativas

Conclusiones 1. Suelos Buenos: Alta resistencia y baja compresibilidad. 2. Resistencia necesita y compresibilidad información satisfactorios, se adicional para eliminar compresibilidad no buenos, asentamientos. 3. Resistencia y información adicional para diseñar lo apropiado. 4. El sitio no sirve para la estructura propuesta.

Métodos de Exploración � a. Métodos indirectos � b. Métodos directos � c. Pruebas de campo

Métodos de Exploración � a. Métodos Indirectos: Introducen energía en el suelo y miden la reacción resultante, se obtiene información por correlaciones con diferentes propiedades del suelo. - Refracción Sísmica. - Resistividad Eléctrica. Métodos Indirectos - Georadar. -"Cross Hole"

Métodos de Exploración. Refracción Sismica.

Métodos de Exploración. Resistividad Eléctrica.

Métodos de Exploración. Georadar

Métodos de Exploración. Cross Hole El ensayo crosshole sísmico se refiere a la determinación, entre dos sondeos, de las velocidades de las ondas 'P' y 'S' en suelos. El ensayo crosshole o cross-hole ultrasónico se refiere a los ensayos de integridad entre pares de tubos. Se conoce como sondeo sónico, ensayo sónico.

Métodos de Exploración. � b. Métodos Directos: Implican una penetración física en el suelo con la finalidad de tomar muestras para realizar ensayos de laboratorio. Fosas o calicatas Métodos directos Perforaciones

Métodos de Exploración. Pruebas de campo • Ensayo de penetración estándar (SPT). • Pruebas de Cono. • Veleta. • Dilatómetro de Marchetti. • Penetrómetros de Bolsillo. • Presurómetro de Menard.

Métodos de Exploración. Métodos Indirectos. a. Refracción sísmica Geófono

Métodos de Exploración. Métodos Indirectos. Refracción Sismica. � Ø Vi: Velocidad de la onda sísmica en el suelo V 3>V 2>V 1. A mayor velocidad mayor densidad del suelo Geófono: Receptor de onda Punto A: Generación de onda, se da un impacto con una porra o mandarria a una lamina o placa de acero, esto produce varios tipos de ondas como: 1 - Ondas P (Primarias de compresión) 2 - Ondas S (segundarias de corte, transversales) 3 - Ondas Love 4 - Ondas Lee

Métodos de Exploración. Métodos Indirectos. Refracción Sismica. � mmmmjjhuufg

Métodos de Exploración. Métodos Indirectos. Refracción Sismica. Para determinar las velocidades en los diferentes estratos se procede de la siguiente manera: 1. Obtener el tiempo de llegada de las ondas P, (t 1, t 2, t 3) a los geófonos ubicados a unas distancias X 1, X 2, X 3

Métodos de Exploración. Métodos Indirectos. Refracción Sismica. 2. Graficar la distancia Vs Tiempo 3. hallar las pendientes de las rectas: ab, bc y cd. Pendiente ab=1/V 1 Pendiente bc=1/V 2 Pendiente cd=1/V 3

Métodos de Exploración. Métodos Indirectos. Refracción Sismica. � H(m), Ti (Seg), Vi (m/s)

Métodos de Exploración. Métodos Indirectos. Refracción Sismica. Tipo de suelo Velocidad (m/s) Ondas P Arena, limo seco, suelo fino superficial 200 -1000 Aluvión 500 -2000 Arcillas compactadas, grava arcillosa, arena arcillosa densa 1000 -2500 Tipo de Roca Lutitas 2500 -5000 Arenisca 1500 -5000 Granito 4000 -6000 Caliza sana 5000 -10000 Agua 1500

Métodos de Exploración. Métodos Indirectos. b. Ensayo sísmico de Cross Hole: Onda de corte <--3 m--> ≥ 10 m Fuente sísmica Geófono (receptores)

Métodos de Exploración. Métodos Indirectos. Ensayo sísmico de Cross Hole: 1. Mínimo 2 perforaciones, preferiblemente 3. 2. Las excavaciones se llenan con una lechada de cemento. 3. Perforaciones de 10 m o mas, lo mas vertical posible. 4. Ensayos cada 2 o 3 metros 5. Se debe chequear las perforaciones con un inclinometro.

Métodos de Exploración. Métodos Indirectos. Ensayo sísmico de Cross Hole � Gs: modulo de corte del suelo. Importante para el diseño de fundaciones de maquinarias y aspectos similares.

Métodos de Exploración. Métodos Indirectos. c. Resistividad eléctrica: Es una medida de la capacidad de un material de retardar el flujo de la corriente eléctrica (ρ) Se emplean 4 electrodos, los 2 externos se usan para pasar una corriente eléctrica «I» ( de 50 -100 m. A), los 2 electrodos internos se usan para medir la caída de potencial «V»

Métodos de Exploración. Métodos Indirectos. Resistividad Electrica. Para suelos homogéneos: Método de Wenner: Método de Schumberger: Unidades: Ωm: ohm - metro Ωcm: ohm - centímetro

Métodos de Exploración. Métodos Indirectos. Resistividad Eléctrica. � Material Resistividad «ρ» Ωm Arena 500 -1500 Limo Saturado 0 -100 Arena arcillosa 200 -500 Grava 1500 -4000 Roca meteorizada 1500 -2500 Roca sana >5000 -El ensayo de resistividad es particularmente útil para localizar depósitos de grava en suelos finos.

Métodos de Exploración. Métodos Indirectos. Resistividad Eléctrica. En suelos estratificados la resistividad es un promedio de los diferentes suelos que la corriente atraviesa. Se puede conocer la resistividad de cada estrato empleando el método de la resistividad acumulada, se realiza el ensayo varias veces variando la distancia entre electrodos.

Métodos de Exploración. Métodos Indirectos. d. Georadar: GPR(Ground Penetrating Radar) Usa ondas electromagnéticas de alta frecuencia (20 MHz-1000 MHz)

Métodos de Exploración. Métodos Indirectos. Georadar Antena transmisora Suelo Pulso Transmitido Unidad Control Llegada Directa Objeto Roca Antena receptora Pulso Reflejado

Métodos de Exploración. Métodos Indirectos. Georadar Usos típicos • Profundidad del lecho rocoso. • Profundidad del nivel freático. • Espesor de estratos. • Localizar elementos enterrados (tuberías, peñones, tanques).

Métodos de Exploración. Métodos Indirectos. Georadar • En materiales de baja conductividad como arena seca o granito el GPR puede llegar a 30 m. • En materiales de alta conductividad como arcillas, lutitas que atenúan y absorben las señales puede llegar a 1 m o menos. La profundidad de penetración también viene determinada por el tipo de antena utilizada: • Antena de baja frecuencia (25 -250) MHz alcanza mayores profundidades pero con baja resolución. (investigación geológica del sitio, localizar cavidades, fracturas, localizar objetos enterrados profundamente). • Antena de alta frecuencia (350 -1000) MHz se usan para pequeñas profundidades con alta resolución (características del superficialmente, hallar acero en concreto). sub-suelo, objetos enterrados

Métodos de Exploración � Métodos Directos Implican una penetración física en el suelo con el objeto de tomar muestras y/o realizar ensayos de campo. (Calicatas-perforaciones) Calicatas: Excavaciones de poca profundidad (depende del material) 1 -3 m eventualmente 8 -10 m se pueden hacer a mano o a maquina Ventajas: • Toma de muestras “inalteradas”. • Observación directa de los estratos mas superficiales Desventajas: • Poca profundidad (profundidad limitada)

Métodos de Exploración. Métodos Directos Perforaciones: Hechas a Maquina. Tipos: Depende del avance: a. A percusión (golpes). b. A rotación (brocas). c. Avance lavados. d. Taladros (a mano o mecánicos) La perforación puede necesitar soporte lateral (camisa o forro)

Muestreo de Suelos � Para el diseño de fundaciones las propiedades del suelo mas importantes son: • Resistencia • Compresibilidad • Permeabilidad Estos valores se puede obtener razonablemente en el laboratorio con ensayos realizados en el laboratorio con muestras ¨inalteradas¨ o ¨imperturbadas¨.

Muestreo de Suelos Muestras Inalteradas: Son aquellas para las cuales : • La humedad y la composición no sufren cambios. • La relación de vacíos y estructura sufren el menor cambio posible. Factores que afectan las calidad de la muestra: Estos factores dificultan la obtención de una muestra inalterada. • La muestra siempre resulta descargada de la presión de confinamiento. • Método de introducir el muestreador en el terreno (presión VS percusión). • Desplazamiento del suelo por el muestreador. • Cambios en el contenido de humedad. • Manejo de transporte de las muestras. • Calidad y actitud del operador y/o laboratorista.

Muestreo de Suelos Con muestras alteradas se puede hacer Con muestras inalteradas se puede hacer Compactación Granulometría Límites Permeabilidad Corte directo Compresibilidad

Extracción de muestras de suelo Los distintos muestreadores son : • • Denison Pitcher Piston Bishop Kjellman Shelby Cuchara partida

Extracción de muestras de suelo En Venezuela, los métodos mas usados son : • Shelby • Cuchara partida ( Split-Spoon)

Extracción de muestras de suelo �

Extracción de muestras de suelo � Mientas el espesor del muestreador es mas delgado la alteración es menor. � Si se introduce a presión menor la alteración (esto no se puede hacer con cuchara partida). El Shelby reduce al mínimo las causas mas serias de alteración (Desplazamiento del suelo y fricción), ya que tiene la punta biselada, diámetro entre 2 y 5”, mas común 3”. Ejemplo: Cuchara partida. De=2”, Di=1 1/8” Ar=112% Muestra alterada. Ejemplo Shelby: De=3”, Di=2, 84” Ar=11. 6% De=2”, Di=1 7/8” Ar=13. 8% Alteración Mínima

Pruebas de campo � a. Ensayo de Penetración Estándar (SPT). � b. Ensayo de Penetración de Cono (CPT). � c. Veleta. � d. Dilatómetro Plano de Marchetti. � e. Presurómetro.

Pruebas de campo. Ensayo SPT. El ensayo de penetración estándar o SPT (del inglés Standard Penetration Test), es un tipo de prueba de penetración dinámica, empleada para ensayar terrenos en los que se quiere realizar un reconocimiento geotécnico. Constituye el ensayo o prueba más utilizado en la realización de sondeos, y se realiza en el fondo de la perforación. Consiste en contar el número de golpes necesarios para que se introduzca a una determinada profundidad una cuchara (cilíndrica y hueca) muy robusta (diámetro exterior de 51 milímetros e interior de 35 milímetros, lo que supone una relación de áreas superior a 100), que permite tomar una muestra, naturalmente alterada, en su interior.

Pruebas de campo. Ensayo SPT. Descripción del ensayo SPT. Una vez que en la perforación del sondeo se ha alcanzado la profundidad a la que se ha de realizar la prueba, sin avanzar la entubación y limpio el fondo del sondeo, se desciende el toma muestras SPT unido al varillaje hasta apoyar suavemente en el fondo. Realizada esta operación, se eleva repetidamente la masa (Martillo) con una frecuencia constante, dejándola caer libremente sobre una sufridera (base) que se coloca en la zona superior del varillaje.

Pruebas de campo. Ensayo SPT. Se contabiliza y se anota el número de golpes necesarios para hincar la cuchara los primeros 15 centímetros N(0 -15). Posteriormente se realiza la prueba en sí, introduciendo otros 30 centímetros, anotando el número de golpes requerido para la hinca en cada intervalo de 15 centímetros de penetración N_(15 -30) y N (30 -45). El resultado del ensayo es el golpeo SPT o resistencia a la penetración estándar: N(SPT) = N(15 -30)+ N(30 -45)

Pruebas de campo. Ensayo SPT. Si el número de golpes necesario para profundizar en cualquiera de estos intervalos de 15 centímetros, es superior a 50, el resultado del ensayo deja de ser la suma anteriormente indicada, para convertirse en rechazo (R), debiéndose anotar también la longitud hincada en el tramo en el que se han alcanzado los 50 golpes. El ensayo SPT en este punto se considera finalizado cuando se alcanza este valor. (Por ejemplo, si se ha llegado a 50 golpes en 120 mm en el intervalo entre 15 y 30 centímetros, el resultado debe indicarse como N(0 -15)/50 en 120 mm, R.

Pruebas de campo. Ensayo SPT. Resumen: � Ensayo de Penetración Estándar (SPT). • Se avanza 55 cm, puede ser con avance lavado, taladro o percusión. • Luego los 45 cm restantes se avanza con el muestreador cuchara partida cada 15 cm. • Se cuentan los números de golpes (N) para penetrar cada 15 cm por separado, pero se desprecian los primeros 15 cm y se toman como válidos los últimos 15 + 15 cm

Pruebas de campo. Ensayo SPT. Martillo 140 lbs, 63. 5 kg 30”, 76 cm 55 cm Cuchara partida 15 cm N

Pruebas de campo. Ensayo SPT.

Pruebas de campo. Ensayo SPT. �

Pruebas de campo. Ensayo SPT. �

Pruebas de campo. Ensayo SPT. ◦ 3). Diámetro de la perforación. ◦ 4). Muestreador. ◦ 5). Longitud de las barras.

Pruebas de campo. Ensayo SPT. Arenas N Compacidad Dr 0 -4 Muy suelta 0 -0, 20 <30° 4 -10 Suelta 0, 20 -0, 40 30 -35° Medianamente Densa 0, 40 -0, 60 35 -40° 10 -30 φ 30 -50 Densa 0, 60 -0, 80 40 -45° >50 Muy densa 0, 80 -1 >45° En arenas se habla de compacidad.

Pruebas de campo. Ensayo SPT. Arcillas N consistencia Qu (kgf/cm 2) <2 Muy blanda <0, 25 2 -4 Blanda 0, 25 -0, 50 4 -8 Media 0, 500 -1 8 -15 Firme o rígida 1 -2 15 -30 Muy firme o muy rígida 2 -4 >30 Dura >4 En arcillas se habla de consistencia.

Pruebas de campo. Ensayo SPT. Rechazo: Cuando ya rebota al golpear ◦ Si N>50 para 15 cm , pasar al otro metro. ◦ Si N>80 , no se sigue perforando. ◦ Si N>100 para 45 cm. ◦ Si en 10 golpes no se avanza.

Pruebas de campo. Ensayo SPT. Corrección de “N” Ncorr=Ncampo. Cn. ɳ 1. ɳ 2. ɳ 3. ɳ 4 Cn: Corrección por sobre carga Cn=0. 77. Log (200/σ´) ; σ´(t/m 2) Cn≤ 2 ɳ 1: Corrección por eficiencia del martillo ɳ 1=Em/Er

Pruebas de campo. Ensayo SPT. η 2 = Corrección por longitud de las barras Longitud ( m ) η 2 >10 1 6 -10 0, 95 4 -6 0, 85 0 -4 0, 75 η 3 = Corrección por muestreador Muestreador estándar (η 3 =1) ASTM Sin revestimiento (η 3=1, 20) Con revestimiento (η 3=1)

Pruebas de campo. Ensayo SPT. η 4=Corrección por diámetro de la perforación Diámetro (mm) η 4 60 -120 1 150 1, 05 200 1, 15

Pruebas de campo. Ensayo de Penetración de Cono (CPT). ◦ Se hace penetrar a una velocidad de 2 cm/s. ◦ Tiene un largo de 134 mm y un diámetro de 35, 7 mm. ◦ Mide la presión de poros ◦ Área de la punta 10 cm 2

Pruebas de campo. Ensayo de penetración de cono (CPT) Cono es un penetrometro. CPTμ = Mide presión de poros. SCPTμ = Mide presión de poros y ondas sísmicas. Ventajas : • Perfil continuo y rápido. • Los resultados son independientes del operador. • Buena base teórica para interpretar resultados. Desventajas : • Alta inversión inicial (equipo costoso). • No se obtienen muestras. • No apropiado para gravas o terrenos rocosos.

Pruebas de campo. Ensayo de penetración de cono (CPT) � qf Fr=qf/qc qc

Pruebas de campo. Ensayo de penetración de cono (CPT) qc (Log) Tipo de Suelo Fr (nat)

Pruebas de campo. Veleta. Mide la resistencia no drenada (Cu) de arcillas blandas a medias. ◦ ◦ Se mide el Tpico. Rotación 6°/minuto. Se hace rotar 8 -10 veces Se mide Tresidual T 4 B B Veleta

Pruebas de campo. Veleta Cu≤ 2 kg/cm 2 Para Diseño corregir Cu(campo), Cu(corregido)=λ. Cu(campo) λ=1. 7 -0. 54. Lg(Ip) Ip= Índice Plastico Correlaciones Unidades: Cu(ton/m 2) , σ´c (ton/m 2)

Pruebas de campo. Dilatómetro plano de Marchetti. Mide: • Presión requerida para levantar la membrana al ras. Presión requerida para Expandir la membrana 1, 1 mm • Se inyecta gas para expandir la membrana metálica. Tiene forma de paleta.

Pruebas de campo. Dilatometro. Se calcula : A=Presión necesaria para levantar la membrana al ras. B=Presión requerida para expandir la membrana a 1, 1 mm. • • Ø Ø Ø Po=A+ΔA , P 1=B+ΔB , ΔA≃15 KPa ΔB≃40 KPa Se determina : 1). Índice del material. 2). Índice de esfuerzo horizontal. 3). Módulo del dilatómetro.

Pruebas de campo. Dilatómetro. �

Pruebas de campo. Dilatómetro. �

Pruebas de campo. Dilatómetro. �

Pruebas de campo Recomendaciones para realizar estudios de suelo. Se debe tener en cuenta: ¿Hasta que profundidad voy a explorar? y ¿Cuantas perforaciones hago? § El número de perforaciones Las necesarias Hasta obtener la información necesaria. § La profundidad Hasta donde se vea afectada por el proyecto, esta relacionada con el ancho y el tipo de fundación.

Pruebas de campo Df Z Z (hasta) Δσ´=σ´o/10 Δσ´ σ´o Recomendaciones. (Sowers and sowers). # pisos del edificio Profundidad de la perforación (m) 1 4 2 6 3 10 4 16 5 24

Pruebas de campo � Recomendaciones. (Sowers and Sowers). Ancho del edificio 30 60 120 � • • • Profundidad de los sondeos (m) numero de pisos 1 2 4 8 16 4 6 10 16 24 4 6 13 21 33 4 7 14 25 41 Norma Venezolana: 1 Perforación/2500 m 2. (preliminar) 1 Perforación/250 m 2. (definitiva) Mínimo 2 perforaciones. Peck : 1 perforación por cada 6 -8 columnas

Pruebas de campo � Recomendaciones para realizar perforaciones Proyecto Espaciamiento (m) Edificio de varios pisos 10 -30 Galpones 20 -60 Carreteras 250 -500 Urbanismo 250 -500 Presas y diques 40 -80

Estudio Geotécnico

Estudio Geotécnico � Informe: • Introducción. • Ubicación de sitio de estudio. • Capítulo de geología (opcional). • Exploración del subsuelo. • Resultados. • Solución de fundación. • Análisis de capacidad de carga • Estimación de asentamientos. • Recomendaciones de diseño y construcción. • Anexos.