EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA

“Las propiedades de los materiales de fundación no pueden ser especificadas, tienen que ser deducidas mediante exploración.” (Charles Dowding, 1979)

EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA

• Dentro del marco de la ingeniería se han realizado desde siempre estudios geotécnicos, sobre todo en obras civiles (puentes, carreteras, presas, puertos,..), no por necesidades legislativas, sino por las responsabilidades que dichos proyectos tenían.

• Sin embargo, en edificaciones de pequeña envergadura no se realizaban dichos estudios debido a que las cargas eran pequeñas y se sobredimensionaban las cimentaciones, de ahí que casi nunca haya pasado nada, más bien por suerte que por conocimiento del terreno

IMPORTANCIA DE LA EXPLORACIÓN DE SUELOS

• El costo de la falla es muy alto

• Costo de ser

conservador es

muy alto

IMPORTANCIA DE LA EXPLORACIÓN DE SUELOS

ALCANCE DEL INFORME GEOTECNICO

• Todos los estudios que comprenden: reconocimiento de campo, ensayos de laboratorio, análisis de la información, ..., deberán compilarse en un único documento: el Informe Geotécnico que servirá de base a los trabajos posteriores.

• Alcance dependerá de la finalidad del proyecto de la obra en el que va a ser utilizado pudiendo definirse la siguiente clasificación:

–Elección de emplazamiento

–Viabilidad.

–Proyecto de construcción

–Construcción.

–Impacto de las obras

–Otros objetivos

• Elección de emplazamiento.

Valoración comparativa de emplazamientos alternativos considerados viables o selección de las zonas más adecuadas dentro de un mismo emplazamiento.

• Viabilidad.

Obtención de la información necesaria para verificar si las condiciones de un emplazamiento son adecuadas

• Proyecto de construcción.

Establecimiento de las condiciones del terreno (estratigrafía, parámetros geotécnicos, niveles piezométricos,...) que permitan una definición precisa de las obras temporables y definitivas

ALCANCE DEL INFORME GEOTECNICO

• Construcción.

Estudio complementario al propio Informe. Apoyo a posibles alternativas de métodos constructivos y de yacimientos. Problemas que pueden aparecer durante la construcción, cambio de proyecto, ajustes. Selección de las zonas para instalaciones y acopios,...

• Impacto de las obras. (Geotecnia Ambiental)

Estudio de las modificaciones del terreno que pueden aparecer en el terreno, bien de modo natural o como consecuencia de las propias obras, y que pueden afectar tanto a estas nuevas obras como a otras preexistentes o futuras y, de modo general, al área circundante a la zona objeto de estudio. Restauracion de relieves

• Otros objetivos.

Tales como estudios de las condiciones de seguridad de estructuras preexistentes, investigación de incidentes,...

ALCANCE DEL INFORME GEOTECNICO

Debe figurar de modo explícito en su texto haciendo mención al tipo de obras o estructuras para las que se ha previsto que sea utilizada la información y a la identificación del terreno de emplazamiento. Su uso posterior para una finalidad distinta deberá ser justificada de modo expreso.

La magnitud de la exploración depende del tipo de proyecto.

OBJETO O FINALIDAD DEL INFORME GEOTECNICO

INFORME GEOTÉCNICO – ACTIVIDADES QUE

INCLUYEN

• RECOPILACION DE ANTECEDENTES

• TRABAJOS DE CAMPO (EXPLORACIÓN)

• LABORATORIO

• INFORME TECNICO – Metodología

– Características geológicas y geotécnicas.

– Identificación del perfil estratigráfico y nivel freático.

– Parámetros geotécnicos requeridos por el proyecto.

– Cálculo Geotécnico requerido por el Proyecto: Capacidad de Carga, Empujes, Caudal de Filtración, ………

– Conclusiones y recomendaciones

OBJETIVOS DE UNA EXPLORACIÓN

•Estratigrafía/litología: Determinar la ubicación y espesor de los estratos de suelo/roca.

•Ubicar la napa de agua.

•Determinar la profundidad del techo de roca y sus características geomecánicas (si el proyecto lo requiere).

•Obtención de muestras de materiales (suelo o roca) para su posterior caracterización.

•Llevar a cabo ensayos en terreno y/o en el laboratorio para estimar propiedades físico mecánicas de los distintos estratos de suelo.

•Definir problemas especiales que puedan generarse durante o después de la construcción.

ETAPAS DE UNA EXPLORACIÓN

• Recopilacion

• Estudio preliminar.

• Reconocimiento del terreno.

• Exploración.

• Ensayos de laboratorio.

• Interpretación y análisis.

–MAPAS GEOLOGICOS

–Representan tipos de suelo y roca expuestos en la superficie.

–Usualmente muestran la extensión de formaciones geológicas, fallas, deslizamientos de tierra importantes, etc.

–En ocasiones se pueden encontrar perfiles transversales.

–El estudio de la geología local nos ayuda a predecir posibles problemas.

–Ayudan a interpretar los datos obtenidos de la exploración del terreno.

–Suelos residuales o sedimentarios, rocas igneas, sedimentarias o metamorficas. Mineralogia.

ESTUDIO PRELIMINAR

El primer paso en la obtención de información consiste en

revisar material ya publicado. Estos datos permiten a

menudo reducir la extensión de la exploración.

Ubicación de la Mesopotamia Argentina dentro de la Cuenca del Paraná (desarrollada en

Brasil, Argentina, Paraguay y Uruguay).

FORMACIONES GEOLÓGICAS

CUADRO ESTRATIGRAFICO GENERAL

SEDIMENTOS

ACTUALES

CENOZOICO CUARTARIO HOLOCENO

Fm.

APOSTOLES

Fm. UBAJAY

MESOZOICO

CRETACICO INF.

JURASICO SUP.

HAUTERIV.

CALOVIANO

Fm. CURUZU

CUATIA

M. POSADAS

M. SOLARI

Formación Curuzú-Cuatiá: Está integrada por dos Miembros, uno de naturaleza

sedimentaria y el otro de naturaleza ígnea.

Basalto- Cantera la Estrella Misiones

Basalto - Alteración Catafilar

Contacto brecha - Basalto Ruta Nac.14

Formación Misiones (Villa Rica Paraguay)

Areniscas - San Ignacio Misiones

Formación Ubajay (U17 Candelaria)

Contacto discordante entre SAG y basaltos. Localidad: Araracuara, San Pablo, Brasil.

–OTROS ESTUDIOS GEOTÉCNICOS

–Se pueden obtener de proyectos realizados en la cercanía.

–Pueden ser de gran ayuda, ya que generalmente incluyen sondajes, ensayos de suelo, e información relevante.

–OTROS MAPAS O CARTAS

–Topográficas, hidrográficas, edafológicas. Fotografías aéreas, imágenes satelitales

–Permiten identificar características geológicas, tales como deslizamientos de tierra, tipos de suelo, fallas, problemas de erosión, etc. Ayudan a comprender la topografía (MDT) del terreno y patrones de drenaje.

ESTUDIO PRELIMINAR

Consiste en recorrer el sitio y evaluar visualmente las condiciones locales. Generalmente sirve para responder a respuestas tales como:

• Si hay evidencia de construcciones previas en el sitio.

• Si hay evidencia de problemas de estabilidad de taludes.

• Si existen construcciones cercanas.

• Cuales son las condiciones de drenaje.

• Que tipos de suelo y/o rocas se encuentran en la superficie.

• Si existen problemas de acceso que puedan limitar los tipos de exploración.

RECONOCIMIENTO DEL TERRENO

EXPLORACIÓN

• El objetivo de esta etapa es obtener el perfil de

subsuelo, el nivel freático, tomar muestras de suelo,

realizar ensayos in-situ para estimar parámetros de los

materiales, determinar la profundidad del techo de roca

y si es necesario obtener el perfil litológico (perforación

en roca).

• En exploraciones de poca profundidad se recurre a

calicatas, perforaciones manuales.

• En exploraciones mas profundas se realizan

perforaciones mecánicas.

IMAGEN GOOGLE EARTH CON SUPERPOSICIÓN

MENSURA TERRENO

UBICACIÓN DE PUNTOS DE ESTUDIO

OBRA 1

OBRA 2

CALICATAS

• Excavación en el terreno, cuyo propósito es obtener la estratigrafía y/o muestras inalteradas para someterlas a los ensayos necesarios en laboratorio.

• El número mínimo de pozos por obra y sus dimensiones mínimas en planta y profundidad están en función del tipo de estructura y del tipo de suelo

• No es posible en suelos arenosos sobre todo bajo el nivel freático

• Para suelos granulares limpios se “ moldean “ o fabrican muestras a la humedad y densidad del terreno como alternativa a ensayos “in situ”.

CALICATAS

EXTRACCIÓN “DAMA” O

MUESTRA INALTERADA

SONDEOS

• Perforaciones de pequeño diámetro ( entre 3 a 6 “ ) y de gran profundidad ( hasta 150 m ).

• En caso de obtener muestras inalteradas, éstas se protegen con parafina sólida y se llevan al laboratorio.

• TIPOS DE SONDAJES:

– MANUAL: muestras alteradas de suelos hasta estrato duro.

– ROTACION: testigos no perturbados en rocas y suelos duros.

– PERCUSION: muestras alteradas en arenas, gravas, suelos cementados y suelos arcillosos libre de piedras o rocas.

– POR PRESIÓN :inalterados (suelos blandos).

SONDEOS: MANUAL

• El método mas común para explorar el subsuelo es a través de sondajes manuales que consiste en realizar una perforación y extraer muestras del fondo.

• Tienen típicamente un diámetro entre 75 y 600 mm, y una profundidad entre 2 y 30 m.

• Existe una gran variedad de equipos (pueden ser operados a mano o montados en camiones).

• El método de sondaje depende de las condiciones del suelo.

SONDEOS: ROTACIÓN

• Los sondajes a rotación pueden perforar cualquier tipo de suelo o roca hasta profundidades muy elevadas.

• Se utilizan brocas que muelen el material del fondo mediante rotación y presión. El material se extrae por medio de agua inyectada a presión.

• Para obtener muestras cilíndricas de roca “inalteradas” o “testigos” se utilizan coronas diamantadas.

ESQUEMA DEL MÉTODO DE SONDAJE POR ROTACIÓN Y CORONA DIAMANTADA

SONDAJES CON BARRENA

• La barrena se introduce en el suelo mediante rotación. Luego se extrae y se remueve el material adherido a ella. Este proceso se repite hasta llegar a la profundidad deseada.

• Cuando el terreno es firme se remueve la barrena dejando el terreno sin protección.

• Una vez que se retira la barrena es posible introducir equipos para tomar muestras “inalteradas”.

• Presenta problemas cuando la barrena se encuentra con materiales muy resistentes.

NÚMERO DE SONDEOS

• No existe una regla absoluta para especificar el número de sondajes; se requiere juicio y experiencia del ingeniero.

• En general el número de sondajes debería aumentar a medida que:

- La variabilidad del suelo aumenta.

- La carga aumenta.

- La estructura sea mas crítica.

PROFUNDIDAD DE SONDEOS

• No existe una regla absoluta para especificar la profundidad de

los sondeos.

• En general el sondaje debería alcanzar una profundidad a la

cual el incremento de esfuerzos sea menor a un 10% de la

generada por la estructura a nivel de la fundación

Ensayos “in situ”

• Sirven para estimar propiedades y parámetros del suelo.

• Ensayos típicos en terreno son:

- Ensayo de penetración estándar (SPT)

- Ensayo de penetración de cono (CPT)

- Placa de carga

- Ensayo de corte in-situ (Vane shear tests, VST)

- Presiómetro

- Dilatómetro

• Ensayos de Bombeo: En general se utilizan para determinar el coeficiente de permeabilidad y capacidad de recarga del acuífero.

• Ensayos geofísicos: geoelectrica (SEV), geosísmica, Magnetotelúricos.

Ensayos “in situ” mas comunes

SACAMUESTRAS – GRADO DE ALTERACIÓN

• El concepto fundamental que debe cumplir todo sacatestigos de extremo abierto es el de generar la menor perturbación y remoldeo de la muestra recuperada del estrato investigado a medida que penetra en dicho manto.

• El grado de alteración de la muestra obtenida estará regido por las características del diseño de la herramienta con respecto a la zapata cortante, la fricción interna al sacatestigos, la válvula superior y método de hincado. (dinámico, estático, rotativo)

• Relación de áreas: Este valor es de aproximadamente el 30% para el sacatestigo de 100 mm de diámetro de usos múltiples y se reduce al 10% para los del tipo de pared delgada. No obstante, esta relación puede variar en la eventualidad de que se utilice el sistema “wire line”, donde se aloja un sistema que permite retirar la muestra sin extraer el tren de barras ni el sacatestigo.

• La relación de áreas está dada por la siguiente expresión:

RA : relación de áreas,

Dze: : diámetro externo de la zapata,

Dzi: diámetro interno de la zapata.

RA < 20 % mínimamente alteradas o

“inalteradas”

ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR (SPT)

• Permite tomar muestras y realizar ensayo in-situ.

• La muestra sin embargo es alterada.

• Este ensayo se utiliza para estimar parámetros en suelos gruesos (arenas) como la densidad relativa o compacidad y ángulo de fricción. En arcillas saturadas la consistencia y la cohesión.

• Se introduce un tubo hueco cilíndrico (sacamuestras de Terzaghi) mediante golpes de un martillo de 63.5 Kg. de una altura de 76 cm.

• Se introduce el tubo 45 cm registrando el número de golpes necesario para avanzar tramos de 15 cm.

• NSPT= número de golpes necesarios para avanzar los últimos 30 cm.

• Este resultado debe ser corregido antes de poder ser utilizado (N).

• Suelos muy sueltos y blandos tienen valores típicos de N menores a 5.

• Suelos muy resistentes tienen valores del orden de 50 o superior.

ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR (SPT). ESQUEMA

SPT = ENP

TUBOS SACATESTIGOS TIPO SELBY Y DE TERZAGHI

PENETRÓMETRO STANDARD TUBO SACATESTIGOS DE

PARED DELGADA SHELBY

ENSAYO NORMAL DE PENETRACIÓN

CAÍDA DEL MARTILLO

SACAMUESTRAS BIPARTIDO DE TERZAGHI

CABEZAL – ZAPATA – MUESTRA SUELO

CORRECCIÓN DEL VALOR DE N

El valor de N de campo debe corregirse de la siguiente forma

(Bowles,1988):

Ncrr = valor de N corregido

N = valor de N de campo

Cn = factor de corrección por confinamiento efectivo

h1 = factor por energía del martillo (0.45 <h1< 1)

h2 = factor por longitud de la varilla (0.75 < h2 < 1)

h3 = factor por revestimiento interno de tomamuestras (0.8 < h3 <0,1)

h4 = factor por diámetro de la perforación ( > 1 para D> 5'", = 1.15 para D=8")

PLANILLA DEL SONDEO

arenas

ENSAYO DE PENETRACIÓN DE CONO (CPT)

• Este ensayo mide la resistencia de punta del cono y la resistencia por fricción. Es un ensayo rápido y entrega un perfil continuo. La desventaja es que es relativamente caro y no se obtienen muestras. Es mas adecuado para suelos con cohesión.

ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁTICA DE CONO (CPT)

PARTES DEL PENETRÓMETRO

CONO HOLANDES

Un ejemplo de un penetrómetro que realiza este tipo de ensayos es

el cono holandés . A continuación se muestran ejemplos de puntas

de cono holandés, así como sus diferentes posiciones de trabajo.

ENSAYO DE PALETA O VELETA DE CORTE VANE TEST

• Mide la resistencia al corte en función de la cohesión, a

través del torque necesario para hacer girar una paleta

t = c

• La paleta se introduce dentro del pozo de sondaje.

Dependiendo de la naturaleza del suelo es posible aplicarlo

hasta 60 o 70m

ENSAYO DE PLATO DE CARGA. DETERMINACION DEL

COEFICIENTE DE BALASTO KS1

MEDICION RESISITIVIDAD Metodo Wenner

SONDEOS EN MACIZOS ROCOSOS. PERFILES

LITOLOGÍCOS

SONDEOS EN MACIZOS ROCOSOS. PERFILES

LITOLOGÍCOS

Perfil de meteorización del basalto

SONDEOS EN MACIZOS ROCOSOS- R.P.T y R.Q.D.

Perfil de meteorización del basalto

• Sobre los testigos obtenidos se efectuó una medición de la recuperación porcentual (R.P.T.) y de la recuperación modificada (R.Q.D.) Rock Quality Designation propuesta por Don Deere (1964) para obtener un indicador del estado de fracturación y calidad de la roca para propósitos ingenieriles que también constan en las planillas de sondeo respectivas. Los parámetros definidos por Deere son:

• En el caso de rocas duras y frágiles como el basalto se considera como criterio establecer la tensión admisible a partir de la limitación de la deformabilidad a un valor prefijado (1 cm) que en este tipo de rocas depende de su estado de fisuramiento según la siguiente tabla de correlación.

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE BIENAWSKI 1.979

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE BIENAWSKI

RMR

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE BIENAWSKI

CLASIFICACIÓN S/MÉTODO EXCAVACIÓN

PLANILLA DE PERFORACIÓN EN ROCA

EDIFICIO MULTIFAMILIAR SONDEO

FECHA:

100,82 Cota cuneta 100

PISO TRAMO

Desde Hasta snmm

0,00 1,25 99,57 I _ _ _

1,25 1,55 99,27 IIA-4 C-3

F-5 MJ88% 0%

1,55 1,90 98,92 III-IA-1 C-1

F-2 P100% 34%

1,90 3,36 97,46 III-2A-1 C-1

F-2 P100% 100%

3,36 4,66 96,16 III-3A-1 C-1

F-2 P100% 100%

1,46

Basalto gris, microcristalino denso. Sano. Consistente.

Diaclasa subhorizontales y vertícales cerradas.

Basalto gris, microcristalino denso. Sano. Consistente.

Fracturado: diaclasas horizontales abiertas con oxido.

RPT

(%)

RQD

(%)

NO

Basalto saprolizado. Muy alterado. Poco Consistente.

Triturado a Extremadamente Fracturado

FIN DEL SONDEO

OBRA

BOCA POZO

PROFUNDIDAD (m)

Suelo Limo arcilloso castaño amarillento con pequeños

fragmentos líticos y materia orgánica. Por debajo saprolito

DESCRIPCIÓN

Basalto gris, microcristalino denso. Sano. Consistente.

Fracturado: diaclasas horizontales abiertas y verticales

cerradas, con oxido

NIVEL FREÁTRICO

UBICACIÓN

S-1

Inicio Tramo II

Techo de Roca

Fin Sondeo

Boca de Pozo

Inicio Tramo I

(Suelo)

Inicio Tramo III

Fuente: “Introduction to Rock

Mechanics”. Richard E. Goodman

La anisotropía y heterogeneidad

originados fundamentalmente en la

presencia de discontinuidades condicionan

el comportamiento

MECANISMOS DE ROTURA EN ROCAS

Desarrollo de la Falla a partir

de la propagación de las

fisuras y la trituración debajo

de la base.

a) Fractura

b) Trituración

c) Rotura de Cuña

d) Punzonado

e) Corte, se da en rocas

débiles, similar a la rotura

en suelos.

“Introduction to Rock

Mechanics”. Richard E. Goodman

1-1 CRITERIO PARA ESTIMACIÓN DE LA TENSIÓN ADMISIBLE

Uno de los criterios en principio más difundidos (pero solo válido para casos

puntuales: roca intacta o diaclasas verticales) para la estimación de la tensión

admisible consiste en adoptarla igual a la resistencia a la compresión simple.

σadm = qu = σc

1-2 TENSIONES ADMISIBLES A PARTIR DEL RQD (Rock Quality

Design) = DCR (Definición Calidad de Roca según traducción)

1-3 MECANISMOS

DE ROTURA EN

ROCAS

La tensión de rotura qf

es la que corresponde a

la resistencia triaxial del

macizo rocoso sometido

a una tensión de

confinamiento igual a la

resistencia a la

compresión simple de

roca no fisurada.

La tensión admisible

resulta

qadm = qf / F

F = 5

“Introduction to Rock

Mechanics”. Richard E. Goodman

1-4 CARGA ADMISIBLE EN

FUNDACIONES EN ROCA s/U.S. Army Corps of Engineers

EM 1110-1-2908

30 November 1994

fórmulas empíricas según mecanismo

qult = J c Ncr

1-5 TENSIONES ADMISIBLES SEGÚN

DISTINTOS CÓDIGOS DE

EDIFICACIÓN [Kg/cm2]

Fuente: “Código de Cimentaciones de Costa

Rica”.

Fuente: “Introduction to Rock

Mechanics”. Richard E. Goodman

“Principios de Ingeniería de Cimentaciones” – Braja M Das.

PILAS PERFORADAS PROLONGADAS HASTA LA ROCA

ENSAYOS DE BOMBEO:DETERMINACIÓN DE K

EXPLORACIÓN GEOFÍSICA

• Fueron originalmente desarrolladas por la industria minera y petrolera.

• Para la ingeniería geotécnica tiene la ventaja de cubrir grandes áreas a un relativo bajo costo.

• Pueden utilizarse como primer paso en un proceso de exploración.

• La desventaja es que no se obtienen muestras. Se debe

complementar con sondajes.

EXPLORACIÓN GEOFÍSICA: GEOSÍSMICA

REFRACCIÓN SÍSMICA

• Se basa en la diferencia de velocidad de las ondas sísmicas al

atravesar diferentes materiales o estratos.

• Afectan a la velocidad: ondas de choque, humedad, densidad, textura,

presencia de vacíos y elasticidad.

• Se genera una onda sónica recepcionada por geófonos, los cuales

registran los cambios de la velocidad de onda

REFLEXIÓN SÍSMICA

• Se utiliza en exploraciones profundas ( > 300 m ) y para exploraciones

bajo agua a poca profundidad.

• Similar al anterior, se emite una pulsación sónica que se refleja en el

lecho marino y el arribo de ondas se detecta con hidrófonos.

• Se obtienen rápidamente perfiles laterales y verticales

EXPLORACIÓN GEOFÍSICA: RESISTIVIDAD ELÉCTRICA

• Se basa en la presencia de aguas subterráneas que

contienen sales, las que conducen corrientes

apreciables a corta distancia.

• Se hincan 4 eléctrodos separados entre sí y a medida

que cada uno cruza una interfase o estrato, se registran

cambios en la resistividad.