METODOS DE ESTABILIZACION DE S UELOS

ASUSTEK[Escriba el nombre de la compaa]REPUBLICA DE COLOMBIADEPARTAMENTO DE ARAUCA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA ESPECIALIZACION EN VIAS Y TRANSPORTE CONVENIO ORINOQUIA

METODOS DE EXPLORACION Y ENSAYOS

Materia: Geotecnia Vial

PRESENTADO POR :Henry Hernandez Mantilla Cod 5314013

DOCENTE:Ing. Sergio Andrs Lopez Alvarez

Arauca, 20 de Septiembre de 2014

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INTRODUCCION

El presente informe se resume los conceptos ms relevantes de cada uno de los mtodos del captulo tres(Investigacin de campo y ensayos) del manual de cimentaciones para carreteras.

A continuacin se resume de manera sinptica los ensayos en suelo.

ORGANIGRAMA DE ENSAYOS

Investigacin de Campo y EnsayosMetodos de Exploracin yEnsayos.

Plan de Exploracin.

Exploracin

Geotcnica.

Generalidades.

Exploracin delSubsuelo. Clasificacin de lasPerforaciones.

Exploracin Geofsica.

Toma de Muestras.

Ensayos In Situ.

Ensayos de Laboratorio.

NOTA: Abril hipervnculo en cada cuadro para ir al ttulo haciendo click izquierdo .

Ensayos In Situ

Ensayos en el suelo

Ensayos de Penetracin Dinmicos. Ensayos de Penetracin Esttica. Otros ensayos In Situ.

Ensayo de Penetracin Estandas (SPT) Cono Esttico (CPT). Veleta. Presurmetro(PMT). Dilatmetros

(DMT). Piezocono(CPTU). Piezocono Sismico (SCPTU). Ensayo dePlaca. Ensayo dePermeabilidad. EnsayoLefranc

INVESTIGACION DE CAMPO Y ENSAYOS

Es la recoleccin de informacin de campo en el rea de influencia de un proyecto con respecto a la caracterizacin de un suelo y su medio abitico con lo cual se rene los criterios necesarios para la definicin y realizacin de los trabajos de investigacin geotcnica, la presentacin de la informacin obtenida con dicha investigacin, los mtodos de anlisis de los diversos aspectos de tipo geotcnico y el modo de evaluar los parmetros en cada caso. Esta informacin debe ser completa y debe permitir desarrollar diseos y mtodos constructivos muy ajustados a la realidad.Los estudios de campo, laboratorio y oficina relativos a la geotecnia tienen por finalidad establecer las caractersticas del terreno sobre el cual se fundar la estructura vial.

METODOS DE EXPLORACION Y ENSAYO Inicio

Consiste bsicamente en un recuento de los mtodos disponibles para investigacin del subsuelo, qu criterios se utilizan para la seleccin o utilizacin de cada uno de estos mtodos, y qu ensayos de campo y laboratorio se pueden realizar durante la exploracin geotcnica.

EXPLORACION GEOTECNICA

Se establecen las pautas mnimas que se deben tener en cuenta para la planificacin del trabajo de campo y laboratorio, al igual que toda la informacin documental que deber ser revisada para dar inicio a las labores de campo.

EXPLORACION DEL SUBSUELO

Es recolectar muestras de suelo en el sitio del proyecto para conocer el perfil de los mismos y de las rocas, las cuales se ensayarn en el laboratorio, conocer el nivel fretico e identificar las condiciones ms favorables en un proyecto vial. Esta actividad se realiza con personal humano y equipos de perforacin.

ENSAYOS IN SITU

La determinacin de las caractersticas del terreno mediante ensayos in situ ofrece una ventaja clara sobre la determinacin de caractersticas en laboratorio, a lo cual se recomienda determinar el mayor nmero de parmetros geotcnicos, especialmente los relativos a la resistencia al corte, la compresibilidad y la permeabilidad. Los ensayos de

ENSAYOS EN EL SUELO Inicio

Aunque el ensayo ms comn es el de penetracin normal (norma INV E-111), hay otros que suministran informacin til y variada, como se resume en la Tabla, adaptada del Manual de Carreteras. Volumen No. 3. Instrucciones y Criterios de Diseo, de la Direccin de Vialidad, del Ministerio de Obras Pblicas de Chile (MOP-CHILE,2010).

ENSAYOS DE PENETRACIN DINMICOS Inicio

Consisten en hincar mediante golpes, en el terreno, una punta maciza de hierro, situada en el extremo de una tubera, y medir lo que penetra en funcin del nmero de golpes y de la energa liberada en cada uno de ellos.Para problemas de resistencia frente a cargas cclicas (licuefaccin) el ensayo ms indicado es el de corte simple. Para problemas de deformacin dinmica el ensayo ms adecuado es el de columna de resonancia.

Ensayo de penetracin estndar SPT

El ensayo de penetracin estndar, SPT (Standard Penetration Test), (Norma INV E-111) es el ms utilizado por las empresas y su ejecucin cuidadosa debido a que son diversas las variables que pueden afectar el resultado del ensayo, como se observa en la Figura, donde se presentan los resultados de un ensayo sin correccin y uno con correccin, debido a las diferentes variables.

ENSAYOS DE PENETRACIN ESTATICA

Cono esttico (CPT) Inicio

Cone Penetration Test, consiste en una hinca, mediante empuje, de una varilla con una punta adecuada, a velocidad lenta (1 a 3 cm/s), dentro del terreno.El avance del penetrmetro se realiza en intervalos discontinuos de modo que se pueda medir la resistencia a la penetracin de la punta sola o del conjunto completo.El equipo utilizado en Colombia es el presentado en la Norma ASTM D3441, que miden, en una hinca continua, la resistencia al avance en la punta y la resistencia a la penetracin por friccin (D5778). Los equipos varan segn su capacidad de empuje y las distintas formas de las puntas.En los grficos de resultados conviene incluir un esquema del tipo de punta utilizado, pues este dato no siempre es el mismo (varias normativas). Ver Figura.

Inicio La interpretacin de estos ensayos permite determinar la resistencia al corte del terreno y obtener una descripcin indirecta del tipo de suelo atravesado y de su compresibilidad. Como se observa en la Figura 3.12, en el eje horizontal est la resistencia y en el eje vertical la profundidad, para el caso que se muestra la resistencia aumenta conla profundidad.

Veleta

El ensayo de veleta o vane test, realizado en el fondo de las perforaciones o mediante hinca directa hasta el nivel de ensayo, est especialmente indicado para investigar la resistencia al corte no drenada de suelos arcillosos blandos.Este ensayo se encuentra normalizado con la Norma INV E-170. En la Figura, se presentan de manera esquemtica los componentes esenciales del equipo y el procedimiento del ensayo.

InicioLos parmetros de resistencia que se obtienen estn igualmente indicados para la determinacin de los asentamientos de cimentaciones superficiales o profundas en condiciones no drenadas.

Presurmetros (PMT)

La prueba de presurmetro PMT, no se encuentra en las Normas de ensayo de materiales para carreteras del INVIAS, por lo que el ensayo, se describe brevemente en la norma ASTM D4719 el cual consiste en la aplicacin de una presin en el interior del terreno midiendo la deformacin que se provoca. Este se realiza en el interior de una perforacin donde se introduce el equipo presurmtrico.Se ha estado utilizando el presurmetro autoperforador SBP (Self-Boring Pressuremeter) que va alojado en elpropio equipo de perforacin y, en consecuencia, no requiere la separacin del ensayo en dos fases, evitando larelajacin de esfuerzos y la deformacin previa (incluso posible rotura) que se puede producir antes de posicionar los presurmetros convencionales. Tambin pueden utilizarse presurmetros hincados en suelos blandos (PIP, Push-In Pressuremeter).

InicioEn los presurmetros se utiliza un recinto cerrado por una membrana que aloja un volumen de fluido controlable. El aumento del volumen del fluido comprime la membrana contra las paredes del sondeo. Con estos dos datos(volumen y presin) se puede preparar el diagrama deformacin-presin que se ilustra en el esquema de la Figura.

Normalmente los resultados del ensayo con presurmetro se representan en grficos cuya abscisa corresponde a la deformacin radial, definida por la expresin:

Inicio

Dilatmetros (DTM)

Las Normas de ensayo de materiales para carreteras del INVIAS, no incluye la prueba del dilatmetro. El ensayo se puede consultar en la norma ASTM D6635, se puede utilizar en rocas y en suelos muy firmes, dado que se pueden utilizar equipos ms robustos, denominados dilatmetros, los cuales miden la deformacin mediante extensmetros, as se obtiene la deformacin radial en forma directa y con mayor precisin.El tarado del equipo, antes de su utilizacin, permite conocer qu parte de la presin que se aplica es necesaria para deformar la membrana y ese valor se resta a la presin aplicada para obtener la presin corregida que es la que se utiliza en el grfico de resultados.En diseo de cimentaciones, es til para cimentaciones profundas, superficiales y pilas sometidas a cargas laterales; se determina la estratigrafa y algunas caractersticas del suelo. Sin embargo, los ensayos de CPT/CPTu pueden ser ms adecuados para esta tarea que el DMT.El dilatmetro se inserta en el terreno usando un dispositivo de penetracin de cono. Los ductos de gas yelctricos se extienden desde la caja de control en la superficie hasta la hoja a travs del vstago del dilatmetro, setoman dos lecturas que son:

a. La presin A para levantar la membrana.b. La presin B a la que la membrana se expande 1.1 mm (0.4 plg) hacia el suelo que la rodea. Estas lecturas son corregidas como sigue:

OTROS ENSAYOS IN SITU Inicio

Para el estudio de problemas geotcnicos que puedan tener una repercusin importante es recomendable realizar pruebas de campo especialmente destinadas al anlisis del problema en cuestin.

Entre ellas se destacan las siguientes:

Son frecuentes los estudios de asentamientos y consolidacin de zonas blandas mediante terraplenes de prueba instrumentados. Son especialmente recomendables las pruebas de hinca de pilotes, que hoy se pueden instrumentar y analizar detalladamente. Son frecuentes, y recomendables en grandes obras, las pruebas de carga de pilotes y de resistencia de anclajes o elementos en traccin horizontal. Son de particular inters, por su menor dificultad de ejecucin, las pruebas de empuje entre pilotes. De ellas se deducen con buena precisin los parmetros de deformacin del terreno para el estudio de pilotes sometidos a esfuerzos horizontales con distintas configuraciones.

Otros ms destacados son:

Inicio

Piezocono - CPTU

El piezocono o CPTU consiste en un penetrmetro esttico continuo en cuya punta se aade un piezmetro. El equipo permite el registro continuo de resistencia por punta y por fuste, y adems el control de las presiones intersticiales generadas durante la hinca, as como la evolucin de su disipacin cuando la hinca se detiene. El mtodo de este ensayo esta descrito en la norma ASTM D3441.Este tipo de penetrmetros es muy adecuado para el reconocimiento de suelos blandos, fundamentalmente para determinar parmetros destinados al estudio de problemas de consolidacin y problemas de estabilidad que impliquen roturas profundas a travs de suelos blandos.Los registros que se obtienen durante la hinca del piezocono permiten la identificacin de niveles de diferente permeabilidad aunque tengan estos niveles pequeos espesores. Este aspecto es de especial inters cuando se trata de evaluar las condiciones de drenaje de los procesos de consolidacin.No existe una normativa claramente establecida, aunque s hay una literatura tcnica abundante acerca de suinterpretacin.Para interpretar los resultados medidos con el piezocono se suelen calcular, a cada profundidad, los siguientes parmetros auxiliares:

Resistencia a la penetracin, de acuerdo con la expresin siguiente:

Incremento relativo de presin intersticial, definida por: Inicio

Se debe determinar el tiempo necesario para alcanzar el 50% de disipacin, y puede obtenerse con las mismas tcnicas que se utilizan en la interpretacin de los tiempos de consolidacin de los ensayos edomtricos (mtodo logartmico o de Casagrande y mtodo de la raz cuadrada del tiempo, por ejemplo).

Tambin se necesita conocer el ndice de rigidez definido mediante la siguiente igualdad: Inicio

Con estos datos (t50 e Ir) se puede estimar el valor del coeficiente de consolidacin radial, ch, del nivel donde se detenga la hinca del cono y se realice el ensayo de disipacin. Esa estimacin est basada en experiencias previas, tal como la que se recoge en la Figura.

Inicio

Piezocono ssmico SCPTU

Para la prueba ssmica del piezocono (SCPTu), un gefono est situado aproximadamente 1.6 pies (500 milmetros) por encima de la punta del cono. El gefono detecta las ondas de corte generadas en la superficie del terreno en intervalos de aproximadamente 3 o 5 pies (1 o 1.5 m), que corresponden a las penetraciones sucesivas de la barra. Si es necesario, se deben hacer ajustes cuando se usan tuberas de dimetros AW o EW para penetrar el cono en longitudes ms largas.

Ensayo de Placa

Se trata de medir los asentamientos de una placa cuadrada o circular (de 30 x 30 cm normalmente) al ir aumentando la presin vertical transmitida, la cual est limitada por los elementos de contrapeso y lo habitual es no alcanzar la rotura del terreno. (INV E 168).Resulta un ensayo til siempre que se tenga constancia de la homogeneidad del terreno o de la mejora de suscaractersticas resistentes y de deformacin conforme se profundiza.Nunca hay que fiarse exclusivamente, de este ensayo para disear una cimentacin de cualquier estructura (a no ser que el tamao de la zapata prevista sea similar al de la placa, o se utilicen ensayos a mayor escala).

Ensayos de permeabilidad

Las observaciones del nivel de agua subterrnea y de la presin de agua de poros son partes importantes de todas las exploraciones geotcnicas. La identificacin de las condiciones del agua subterrnea debe recibir el mismo nivel de cuidado dado a las descripciones y a las muestras del suelo. Las medidas de la entrada del agua durante y despus de la perforacin, deben ser evaluadas al menos de manera mnima, para obtener datos sobre nivel del agua. La informacin detallada respecto a observaciones del agua subterrnea se puede obtener de la normas ASTM D 4750 y ASTM D 5092.

Inicio El control de las prdidas de agua en apiques o trincheras, cuyo entorno se haya saturado previamente, o en perforaciones llenas de agua hasta niveles superiores al nivel fretico del entorno (ensayo Lefranc), o en perforaciones obturadas con presin forzada (ensayo Lugeon), permite una estimacin aproximada de la permeabilidad del terreno.Este ltimo ensayo es explicado en el numeral 3.3.2.2.6, en el aparte dedicado a los ensayos en rocas.La permeabilidad obtenida de estos ensayos se utiliza en el anlisis cualitativo de las condiciones de drenaje de un determinado problema. Si la permeabilidad de un nivel de terreno resulta ser un parmetro crtico del proyecto,entonces tal parmetro se determina mediante ensayos de bombeo, especficamente pensados para el anlisis del problema concreto.No siempre las mediciones de permeabilidad hechas con muestras de laboratorio son confiables ni concluyentes sobre el comportamiento del terreno. Por ello es preciso efectuar ensayos in situ.

Ensayos Lefranc

Los ensayos de permeabilidad ms frecuentes en perforaciones consisten en el control del caudal del agua introducido en el terreno, bajo ciertas condiciones de geometra de la zona de contacto del agua libre con el terreno circundante, y ciertas condiciones de carga hidrulica. Este ensayo est descrito en la norma ASTM D 4631 y es aplicable para la determinacin de la permeabilidad en suelos y/o rocas.El ensayo puede ser de carga constante o variable; y se emplea para medir el coeficiente de permeabilidad ensuelos permeables o semipermeables, de tipo granular, situados por debajo del nivel fretico y en rocas muyfracturadas. Consiste en llenar de agua la perforacin y medir el caudal que se necesita para mantener constante el nivel (ensayo a rgimen permanente); o se mide la velocidad de descenso del nivel de agua (ensayo a rgimen variable).Se mide el caudal de admisin cada 5 minutos manteniendo en la parte superior de la perforacin el nivelconstante durante 45 minutos. Si la admisin es muy alta, se mide por minuto durante 20 minutos y luego cada 5 minutos hasta completar los 45 minutos. En todos estos ensayos, de carcter tridimensional, el caudal viene dado por una expresin del tipo:

Inicio

InicioEvaluar la permeabilidad del terreno donde se vaya a desarrollar una cimentacin, es de gran importancia pensando en garantizar la estabilidad futura de esta, con el fin de:

Evaluar empujes sobre estructuras de contencin. Evaluar las subpresiones que acten sobre la cimentacin. Considerar la necesidad de la construccin de posibles drenajes y/o impermeabilizaciones. Suponer el riesgo en la modificacin en los esfuerzos en el terreno, por la variacin del nivel del agua durante la construccin a corto y a largo plazo. Considerar la influencia de estas variaciones en estructuras cercanas.

HENRY HERNANDEZ MANTILLA C.C. No. 17.588.029