Origen y formación de los suelos
El planeta Tierra es un organismo dinámico. El relieve actual de la Tierra, que
incluye el fondo del mar, es resultado de dos procesos antagónicos: los
internos o endógenos y los externos o exógenos.
Los procesos exógenos modifican y esculpen la superficie de la Tierra, y se
denominan externos porque tienen lugar en la superficie terrestre o en sus
proximidades. Los precesos exógenos modifican y esculpen la superficie de la
Tierra, y se denominan externos porque tienen lugar en la superficie terrestre
o en sus proximidades. Los procesos externos son una parte básica del ciclo
de las rocas ya que son los responsables de la transformación de la roca
sólida en sedimento.
Origen y formación de los suelos
Los procesos externos son:
Intemperización: fragmentación física (desintegración) y alteración química
(descomposición) de las rocas de la superficie terrestre, o cerca de ella.
Procesos gravitacionales: transporte de roca y suelo pendiente abajo por la
acción de la gravedad.
Erosión: eliminación física de material por agentes dinámicos como el agua,
el viento o el hielo.
Origen y formación de los suelos
Salvo raras excepciones, los suelos proceden de las rocas de la corteza
terrestre debido al intemperismo o meteorización. El término intemperismo
involucra diversos procesos naturales que resultan de la acción individual o
combinada de factores, tales como la temperatura, la lluvia, la gravedad y el
viento.
La influencia del intemperismo tanto física como química en todos los
materiales es evidente, nada escapa a él. El intemperismo rompe la roca y los
minerales, modifica y destruye sus características físicas y químicas, y
transporta los productos solubles. Asimismo, este proceso da origen a nuevos
minerales.
Por tanto, el intemperismo combina desintegración y descomposición de la
roca a través de dos formas distintas: intemperismo físico e intemperismo
químico.
Origen y formación de los suelos
El intemperismo físico o mecánico destruye la roca mediante desintegración
física, es decir, rompe la roca en tamaños cada vez más pequeños, pero sin
efectar apreciablemente su composición. En general, da origen a materiales
producto del rompimiento de la roca madre en fragmentos, desde boleos
hasta partículas muy pequeñas. Los principales factores del intemperismo
físico son:
• Cambios de temperatura
• Fragmentación por el hielo
• Crecimiento de cristales
• Actividad biológica
• Alivio de esfuerzos
• Gravedad
Origen y formación de los suelos
El intemperismo químico descompone la roca, da lugar a un suelo cuya
constitución mineralógica es distinta de la que tenía la roca madre o material
parental. La trasformación química de la roca madre produce nuevas
componentes mineralógicas que vienen a constituir materiales muy finos
hasta coloides. El intemperismo químico tiene lugar en presencia del agua, al
cual es el disolvente universal. La reacción de los minerales con el agua es,
quizás el cambio más importante mediante el que suceden las
descomposiciones químicas.
Las principales reacciones de los minerales con el agua son:
• Hidratación
• Hidrólisis
• Oxidación – reducción
Origen y formación de los suelos
Los cinco factores principales que controlan la formación de suelo son:
• La naturaleza de la roca madre
• El clima (precipitación y temperatura)
• La biota (organismos vivientes , vegetación y animales)
• El tiempo (periodos de exposición)
La fuente de la materia mineral meteorizada a partir de la cual se desarrolla
el suelo se denomina roca madre o material parental y es el factor
fundamental que influye en la formación del suelo. La velocidad de
meteorización depende del tipo de roca.
Propiedades de los suelos
La ingeniería geotécnica es la rama de la ingeniería civil que trata el estudio y
la solución de los problemas relacionados con el comportamiento de los
suelos y rocas.
La mecánica de suelos es la rama de la ingeniería geotécnica que estudia las
propiedades y comportamiento de los suelos.
Al suelo de manera tradicional, se le ha definido como los materiales terrosos
orgánicos e inorgánicos que se encuentran en la zona o capa directamente
encima de la corteza rocosa de nuestro planeta. Terzaghi y Peck (1967)
definieron como suelo a todo agregado natural de partículas minerales
separables por medios mecánicos de poca intensidad.
El suelo es un material natural particulado porque esta constituido por un
sistema de partículas que varían en tamaño, desde micras hasta decenas de
centímetros. Es multifásico porque puede estar compuesto de una fase sólida,
una líquida y una gaseosa.
Propiedades de los suelos
La fase solida del suelo puede ser orgánica o inorgánica. Asociado al sistema
de partículas existe otro, el sistema de vacíos, que son los espacios entre
partículas sólidas. Comúnmente, la fase líquida es agua y la fase gaseosa,
aire. Sin embargo, los vacíos pueden estar llenos de otro líquido diferente al
agua y con otro gas distinto al aire.
El suelo es un material:
• Natural
• Heterogéneo
• Anisotrópico
• De comportamiento no lineal
• Con defectos
Propiedades de los suelos
El desarrollo de la mecánica de suelos empezó con el uso de métodos
empíricos, lo cual ha ayudado a resolver múltiples problemas. Ahora bien, el
propósito de la mecánica de suelos moderna, apoyado en la investigación, es
sustentar sobre bases científicas y tecnológicas los conocimientos empíricos.
Puesto que la gran mayoría de las obras y estructuras descansan sobre el
terreno, el papel del suelo como material de cimentación y de construcción ha
sido siempre de gran importancia.
Terzagui y Peck (1967) comentaron ‟ … en ingeniería de cimentaciones y
mecánica de suelos, más que en cualquier otra rama de la ingeniería civil, es
necesaria la experiencia para actuar con éxito”.
Propiedades de los suelos
Para resolver problemas de la ingeniería civil, relacionados con un material
tan variable y complejo como es el suelo, se requiere introducir un número de
características físicas y químicas, así como los métodos de ensaye que
reflejan tales características y el comportamiento de dicho material.
Las propiedades físicas del suelo, desde el enfoque de la mecánica de
suelos, se pueden clasificar en tres grupos:
• Propiedades índice
• Propiedades hidráulicas
• Propiedades mecánicas
Propiedades de los suelos
Las propiedades índice son todas aquellas utilizables para identificar o
clasificar un suelo cualitativamente:
• Relación de vacíos
• Peso volumétrico
• Contenido de agua
• Grado de saturación
• Distribución granulométrica
• Consistencia
• Compacidad relativa
• Otras
Propiedades de los suelos
Las propiedades hidráulicas y mecánicas son aquellas utilizables de manera
directa en el análisis y diseño en ingeniería:
• Permeabilidad
• Compresibilidad
• Resistencia al esfuerzo cortante
La medición de estas propiedades requiere operaciones muy cuidadosas y
equipo especial; para que tal medición tenga utilidad práctica, debe realizarse
en muestras inalteradas, o bien, directamente en el sitio.
Propiedades de los suelos
Relaciones volumétricas y gravimétricas.
En general, una muestra de suelo consiste en un sistema de partículas
sólidas y otro sistema de huecos o vacíos,. Las partículas sólidas están
formadas por diferentes minerales y materia orgánica, mientras que el
sistema de vacíos puede estar ocupado parcial o totalmente por aire, agua,
materia orgánica y otros gases o líquidos.
La materia orgánica está formada por los residuos de plantas, animales y
microorganismos. El porcentaje de la materia orgánica contenida en el suelo
es bajo (< 6%), sin embargo, su influencia en el comportamiento del suelo es
importante, debido a que puede proporcionar cementación entre partículas
minerales y aumentar la capacidad de retención del agua.
Propiedades de los suelos
Fotomicrografía de una lámina delgada de un espécimen de arena de Ottawa
C-109. Esquema idealizado de una muestra de suelo
Propiedades de los suelos
Relaciones entre fases de un suelo
Propiedades de los suelos
El volumen total de una muestra de suelo (V) está constituido por el volumen
de sólidos (Vs) y por el volumen de vacíos (Vv). A su vez, el volumen de
vacíos está conformado por el volumen de agua (Vw) y el volumen de aire
(Va). Lo anterior se expresa como:
V= Vv+Vs=Va+Vw+Vs Vv= Va+Vw
Las relaciones entre volúmenes usadas frecuentemente en la mecánica de
suelos son la porosidad, la relación de vacíos y el grado de saturación, las
cuales se definen de la siguiente manera:
La porosidad (n) es la relación entre el volumen de vacíos y el volumen total.
Se expresa como un porcentaje y puede variar de 0 a 100% y se expresa de
la siguiente manera:
Propiedades de los suelos
La relación de vacíos (e) es la que se establece entre el volumen de vacíos y
el volumen de sólidos. La relación de vacíos puede variar teóricamente de 0 a
, y s expresa de la siguiente manera:
El volumen especifico (v) se representa con la expresión v=1+e.
El grado de saturación (Sr) es la relación entre el volumen del agua y el
volumen de vacíos. Se expresa como un porcentaje de 0 a 100%
El contenido de agua (w) de una muestra de suelo se define como la relación
entre el peso del agua y el peso de la materia sólida. Teóricamente, esta
relación puede variar de 0 a y se expresa como un porcentaje.
Propiedades de los suelos
La densidad de sólidos (Gs) se refiere a la relación entre la masa de un
volumen de material y masa de un volumen igual de agua. Alternativamente,
se puede definir como la relación entre el peso específico de sólidos y el peso
especifico del agua.
El término compacidad relativa es comúnmente usado para indicar el grado
de acomodo de los granos de un suelo granular y se define como:
100
Donde emáx es la relación de vacíos máxima (más suelta); emin, la relación de
vacíos mínima (más compacta); y e, la relación de vacíos in situ. Esta
ecuación permite comparar la relación de vacíos in situ directamente con la
relación de vacíos máxima y mínima de la arena.
Propiedades de los suelos
Pesos unitarios típicos (Coduto, 1998)
Propiedades de los suelos
Valores típicos de densidad de sólidos de varios suelos
Propiedades de los suelos
Denominación de compacidad y valores máximos y mínimos de e, d
Propiedades de los suelos
El análisis granulométrico de un suelo, consiste en separar por tamaños las
partículas de un suelo y determinar el porcentaje en peso de cada fracción,
con relación al peso total de la muestra y con ello poder determinar algunas
propiedades del suelo y realizar su clasificación, según el sistema único de
clasificación de suelos (SUCS).
La granulometría de un suelo se puede realizar mediante dos formas: vía
seca y húmeda, la primera generalmente se realiza a gravas y la húmeda se
realiza a arenas o gravas con alto contenido de finos.
Propiedades de los suelos
Granulometría vía seca
Material:
• Regla de madera;
• Horno de convección;
• Báscula con aproximación a 0.01 gr
• Juego de mallas con charola y tapa
Propiedades de los suelos
Las mallas son charolas metálicas que tienen en el fondo una cuadrícula de
alambre, de diferentes calibres, dependiendo del tamaño del cuadro que se
tenga; las mallas tienen tamaños desde de 4”, hasta la malla No. 200
Propiedades de los suelos
Se toma una muestra representativa del suelo.
Se efectúa un cuarteo; se revuelve el material y después se separa en cuatro
partes con ayuda de una regla de madera y se toman dos partes opuestas por
el vértice.
Propiedades de los suelos
Se colocan las mallas en forma ordenada, de la más pequeña a la más
grande, de abajo hacia arriba, en la parte inferior se coloca una charola y en
la parte superior se coloca una tapa.
Se vierte el suelo en la malla ubicada en la parte superior (la de mayor
abertura).
Propiedades de los suelos
Se agita vigorosamente en forma circular durante un tiempo aproximado de
15 min.
Se toma el retenido en cada malla.
Se pesa cada retenido de cada malla.
Propiedades de los suelos
Granulometría vía húmeda
Material:
• Mallas
• 2 charolas metálicas;
• Brocha;
• Cubeta de plástico (20 lts);
• Cápsulas de vidrio
• Horno de convección;
• Manguera de plástico; y
• Agua
Propiedades de los suelos
Granulometría vía húmeda
Procedimiento
Se toma una muestra representativa del suelo.
Se deja saturando durante 24 hrs
Se coloca más agua.
Se agita el suelo en el agua, con esto la parte fina queda en suspensión en el
agua
Propiedades de los suelos
Granulometría vía húmeda
Procedimiento
Se vierte el agua con los finos en suspensión en la cubeta
Suelo en suspensión colectado en una cubeta
Se repiten los pasos 3, 4 y 5 hasta que el agua no contenga sólidos en
suspensión.
Se coloca una malla sobre una charola metálica con agua y se vierte en la
malla el suelo
Propiedades de los suelos
Granulometría vía húmeda
Procedimiento
Con la ayuda de la brocha se hace pasar el suelo a través de la malla, el
suelo que pasa queda en la charola metálica, el que se pasará posteriormente
por una malla de menor abertura.
El suelo retenido se coloca en una cápsula de vidrio.
Propiedades de los suelos
Se tienen tres parámetros que se determinan de las curvas
granulométricas: el diámetro efectivo, el coeficiente de uniformidad y el
cociente de curvatura.
El diámetro efectivo D10 es el tamaño tal, que el 10% en peso del suelo
sea igual o menor. El coeficiente de uniformidad indica la pendiente
media de la parte central de la curva granulométrica (Cu = 1), su
graduación es más uniforme y se expresa de la siguiente manera:
Propiedades de los suelos
La granulometría de la fracción fina de una muestra (material que pasa la malla No. 200) se determina por el método del hidrómetro, basado en la ley de Stokes. Este método es aplicable a partículas de tamaño comprendido entre 0.1 mm y 0.0005 mm. El método consiste en dejar sedimentar una suspensión de material. Con el hidrómetro se puede precisar la variación del peso volumétrico de la suspensión en función del tiempo. La Ley de Stokes permite determinar el diámetro equivalente máximo que al sedimentarse las partículas, estas se encuentran a la altura del bulbo del hidrómetro en un instante (t).
Propiedades de los suelos
La granulometría de la fracción fina de una muestra (material que pasa la malla No. 200) se determina por el método del hidrómetro, basado en la ley de Stokes. Este método es aplicable a partículas de tamaño comprendido entre 0.1 mm y 0.0005 mm. El método consiste en dejar sedimentar una suspensión de material. Con el hidrómetro se puede precisar la variación del peso volumétrico de la suspensión en función del tiempo. La Ley de Stokes permite determinar el diámetro equivalente máximo que al sedimentarse las partículas, estas se encuentran a la altura del bulbo del hidrómetro en un instante (t).
Propiedades de los suelos
Propiedades de los suelos
En un suelo se pueden presentar diferentes estados de consistencia,
dependiendo del contenido de agua que tenga, estos fueron indicados por
Atterberg, quien determinó cinco estados que van del estado sólido al estado
líquido
Propiedades de los suelos
• Estado líquido: es el que presentan los suelos cuando manifiestan
propiedades de suspensión.
• Estado semi-líquido: es cuando los suelos tienen el comportamiento de un
fluido viscoso.
• Estado plástico: es el comportamiento de los suelos, cuando en ellos se
presenta una deformación que se mantiene permanentemente, cuando ha
sido producida por un esfuerzo aplicado en forma rápida; sin que estos se
agrieten o desmoronen y sin que sufran cambios volumétricos apreciables
(rebote elástico).
• Estado semi-sólido: es en el que la apariencia del suelo es de un sólido;
pero al ser secado disminuye su volumen.
• Estado sólido: es cuando el volumen del suelo no varía al ser sometido a
secado.
Propiedades de los suelos
El límite de contracción, es la frontera entre el estado sólido y el semi-sólido;
el límite plástico, es la frontera entre el estado semi-sólido y el estado plástico
y el límite líquido, es la frontera entre el estado plástico y el semi-líquido. A los
límites anteriores se les llama límites de consistencia o de Atterberg.
Estado líquido, con las propiedades y apariencia de una suspensión
Estado semi-líquido, con propiedades de un fluido viscoso
Estado líquido, con las propiedades y apariencia de una suspensión
Estado plástico, el suelo se comporta plásticamente
Estado semi-sólido, el suelo tiene apariencia de un sólido pero todavía disminuye
su volumen al estar sujeto a secado
Estado sólido, el volumen del suelo no varía con el secado
wL
wP
wC
PI
w
(disminuye)
Propiedades de los suelos
El límite líquido se define como, el contenido de humedad por debajo del cual
el suelo se comporta como un material plástico. En este nivel de contenido de
humedad, el suelo está en el vértice de cambiar su comportamiento al de un
fluido viscoso. Para la determinación del límite líquido se puede utilizar la
copa de Casagrande, método de percusiones, o la utilización de conos sueco
e inglés
copa de Casagrande cono (sueco o inglés)
Propiedades de los suelos
Determinación del límite líquido (wl) utilizando la copa de Casagrande.
El límite líquido se define arbitrariamente como: el contenido de humedad de
una masa de suelo pasante de la malla No. 4 colocada en un recipiente de
bronce en forma de cápsula, separada en dos partes por la acción de un
ranurador y dejada caer de una altura de 1 cm 25 veces, la ranura sufre un
cierre de 12.7 mm.
Propiedades de los suelos
Determinación del límite líquido utilizando los conos Sueco e Inglés
Se puede utilizar otra técnica para la determinación del límite líquido, ésta es
la utilización de un cono que penetra en un suelo a partir de una posición en
reposo, se coloca la punta del cono que toque la superficie enrasada del
suelo a probar, se deja éste por peso propio la penetración depende del
contenido de agua. Los conos utilizados son el cono inglés y el sueco
Propiedades de los suelos
El límite plástico se define como el contenido de agua en el que comienza a
agrietarse un rollo de suelo de un diámetro aproximado de 3.2 mm, al ser
rodado con la mano sobre una superficie lisa no absorbente.
Propiedades de los suelos
El límite plástico se define como el contenido de agua en el que comienza a
agrietarse un rollo de suelo de un diámetro aproximado de 3.2 mm, al ser
rodado con la mano sobre una superficie lisa no absorbente.
Propiedades de los suelos
Propiedades de los suelos
Casagrande (1932) observó que muchas propiedades de los limos y las
arcillas se pueden correlacionar con los límites de Atterberg mediante un
gráfico al cual denominó carta de plasticidad.
Propiedades de los suelos
Casagrande (1942) desarrolló un sistema de clasificación de suelos para el
Departamento de Ingeniería de los Estados Unidos para usarse en el
proyecto de aeropuertos durante la segunda guerra mundial. El sistema se ha
puesto al día y estandarizado de acuerdo a la norma ASTM 2000, D2487 y se
le conoce como el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS).
Propiedades de los suelos
La base del SUCS es que los suelos finos se clasifican según su plasticidad y
los suelos gruesos de acuerdo con su granulometría.
• Los suelos de grano grueso que están compuestos de grava y arena pasan
menos del 50% la malla núm.. 200 (0.075 mm). Los símbolos de grupo
comienzan con un prefijo G o S. El prefijo G significa grava o suelo con
grava y S arena o suelo arenoso.
• Los suelos de grano fino pasan con 50% o más la malla núm.. 200. los
símbolos de grupo usan el prefijo M, que significa limo inorgánico, C para
arcillas inorgánicas, y O para limos o arcillas orgánicas. El símbolo Pt se
usa para turbas y otros suelos orgánicos.
• W= bien graduado
• P= mal graduado
• L= baja plasticidad (wL < 50%)
• H= alta plasticidad (wL > 50%)
Propiedades de los suelos
Para emplear el sistema de clasificación (SUCS), se requiere la siguiente
información:
• Porcentaje de grava, farcción que pasa la malla de 76.2 mm y es retenida
en la malla núm 4 (4.75 mm)
• Porcentaje de arena, fracción que pasa la malla núm. 4 y es retenida en la
malla núm. 200 (o.075 mm)
• Porcentaje de limo y arcilla, fracción que pasa la malla núm. 200
• Coeficiente de uniformidad (Cu) y de curvatura (Cc)
• Límite líquido (WL) e índice de plasticidad (Ip) de la porción que pasa la
malla núm 40
Propiedades de los suelos
Propiedades de los suelos
Propiedades de los suelos
Propiedades de los suelos
Identificación de suelos en campo.
No. DESCRIPCIÓN O IDENTIFICACIÓN No. DESCRIPCIÓN O IDENTIFICACIÓN
1 Nobre resultante de la identificación 7 Plasticidad de finos:
2 Color e intenisidad luminosa: - nula,
- blanco, - ligera,
- negro, - baja,
- café amarillento, - media,
- café, - alta, o
- verde olivo, etc. - muy alta.
- color uniforme, 8 Compacidad relativa
- color moteado, 9 Estructura:
- color marmoleado, o - estratificada,
- color bandeado. - fisurada,
3 Tamaño y graduación de partículas: - con lentes de...,
- tamaño máximo, - con vetas de...,
- porcentaje de tamaños, - con nódulos de...,
- presencia de conchas, micas, etc. - con ductos de disolución,
4 Mineralogía predominante - cavidades,
5 Forma de partículas: - restos de raices,
- bien redondeada, - estructura eterogénea,
- redondeada, - estructura homogénea.
- subredondeada, 10 Presencia de materia orgánica (según textura)
- subangular, - fibrosa,
- angular, o - pseudofibrosa, o
- muy angular. - amorfa.
6 Textura superficial: 11 Cementantes:
- rugosa, - grado de cementación (débil o fuerte),
- arinosa, - tipo de cementante.
- jabonosa, o 12 Otras características de interés
- fibrosa. 13 Nombre local
14 Clasificación, egún el SUCS
Puntos a describir para identificar suelos gruesos.
Propiedades de los suelos
Identificación de suelos en campo.
Características de coloración
COLOR DESCRIPCIÓN
Uniforme
Manchas Un color discordante, de tamaño apreciable
sobre fondo uniforme.
Moteado Manchas pequeñas (pecas) sobre un mismo
fondo.
Marmoleado Dos o más colores que ocurren con igual
frecuencia. No hay predominio de color.
Bandeado Colores distintos dispuestos en bandas.
Propiedades de los suelos
Identificación de suelos en campo.
Materiales que pueden dar coloración al suelo
Propiedades de los suelos
Identificación de suelos en campo.
Materiales que pueden dar coloración al suelo
Blanco Café claro
Café grisáceo
Café: -óxido de hierro Café obscuro
Negro (minerales de materia orgánica)
Rojo (hematita) Café rojizo
Blanco Rosa
Rojo: - feldespatos
rojos, hema- Rojo obscuro
tita. Negro (mineral, materia orgánica)
Verde olivo - reducción óxidos Blanco Verde olivo claro
de Fe por gases Verde olivo grisáceo
sulfúricos, materia Negro Verde olivo obscuro
orgánica.
Propiedades de los suelos
Identificación de suelos en campo.
Suelo grueso con finos Suelo grueso limpio Suelo grueso y finos
TAMAÑO Y GRADUACIÓN DE PARTÍCULAS
Propiedades de los suelos
Identificación de suelos en campo.
TAMAÑO Y GRADUACIÓN DE PARTÍCULAS
Forma de partícula
equidimensional Forma de partícula
alargada
Forma de partícula tabular
Propiedades de los suelos
Identificación de suelos en campo.
REDONDEZ DESCRIPCIÓN
Bien redondeada Casi equidimensional o elipsoidal
Redondeada Tiende a equidimensional. No se difernecian
esquinas o puntas al rolarlo con los dedos.
Se distinguen pero no se "suenten" las aris-
Suredondeada tas ni los bordes. Se aprecia que éstos han
sido "redondeados".
Subangular Se distinguen bordes y aristas pero están
despuntadas o ligermanete redondeadas.
Angular Presentan esquinas y bordes ásperos, last-
timan, no son tan cortantes o afiladas sino
de formas más bien prismáticas.
Muy angular Presentan bordes afilados o esquinas agudas.
Redondez de las partículas de suelo grueso
Propiedades de los suelos
Identificación de suelos en campo.
SENSACIÓN CARACTERÍSTICAS DE:
AL TACTO
Rugosa Arena fina, arena limosa o limo arinoso.
Harinosa Limos.
Jabonosa Arcillas. Turbas amorfas.
Fibrosa Truba fibrosa o pseudofibrosa.
Textura al tacto
Propiedades de los suelos
Identificación de suelos en campo.
DENOMINACIÓN ÍNDICE PLÁSTICO
CUALITATIVA APROXIMADO
Nula 0
Ligera < 5
Baja 5 - 10
Media 10 - 20
Alta 20 - 40
Muy alta > 40
Plasticidad de la parte fina
Propiedades de los suelos
Identificación de suelos en campo.
ESTRATIFICACIÓN CARACTERÍSTICAS
Estratificada Estratos alternados de diferentes materiales o
color. Si el espesor de los estratos es menor
de 0.60 cm (1/4") se dice que la estructura es
laminada.
Fisurada Presencia de fracturas. Si la separación exce-
de de 0.20 mm se considera agrietada. Si los
planos de fractura muestran superficies prismá-
ticas con apariencia pulida o lustrosa, se dice
que la muestra presenta rompimiento prismá
tico.
Con lentes de... Pequeños bolsones con forma lenticular de ma-
terial con diferente textura. Generalmente orien-
tados en dirección horizontal.
Con vetas de... Bolsas de material extraño, generalmente más
grueso, dispuestas en dirección normal al plano
de estratificación.
Con nódulos de... Inclusiones con forma redondeada y pequeña
(óxidos, carbonatos).
Con ductos de diso-
lución, cavidades, o
restos de raices.
Estructura heteroge- Mezcla desordenada de materiales.
nea
Estructura homogé- Sin características relevantes.
nea
Características estructurales de muestras intactas.
Propiedades de los suelos
Identificación de suelos en campo.
Características estructurales de muestras intactas.
ESTRATIFICACIÓN CARACTERÍSTICAS
Estratificada Estratos alternados de diferentes materiales o
color. Si el espesor de los estratos es menor
de 0.60 cm (1/4") se dice que la estructura es
laminada.
Fisurada Presencia de fracturas. Si la separación exce-
de de 0.20 mm se considera agrietada. Si los
planos de fractura muestran superficies prismá-
ticas con apariencia pulida o lustrosa, se dice
que la muestra presenta rompimiento prismá
tico.
Con lentes de... Pequeños bolsones con forma lenticular de ma-
terial con diferente textura. Generalmente orien-
tados en dirección horizontal.
Con vetas de... Bolsas de material extraño, generalmente más
grueso, dispuestas en dirección normal al plano
de estratificación.
Con nódulos de... Inclusiones con forma redondeada y pequeña
(óxidos, carbonatos).
Con ductos de diso-
lución, cavidades, o
restos de raices.
Estructura heteroge- Mezcla desordenada de materiales.
nea
Estructura homogé- Sin características relevantes.
nea
Propiedades de los suelos
Identificación de suelos en campo.
DENOMINACIÓN TIPOS DE TURBA, SEGÚN TEXTURA
Fibrosa Se observan claramente restos de material
vegetal parcialmente descompuesta. Consis-
tencia media a rígida, plasticidad baja a mo-
derada. Baja contracción por secado.
Pseudofibrosa Apariencia fibrosa, estructura fibrosa original
sólo es visible en superficies frescas. Plasti-
cidad media a alta. Alta contracción por se-
cado.
Amorfa No hay rastros visibles de estructura fibrosa.
Fuerte contracción por secado, pueden produ-
cirse fragmentos angulosos. Pueden presen-
tarse además del negro, colores verde olivo y
aún amarillos o combinaciones de éstos.
Tipos de turbas, según su textura
Propiedades de los suelos
Identificación de suelos en campo.
Cementaste
Cementante: Sustancias de unen partículas de suelo
proporcionándoles cierta cohesión.
Débil: Se disgrega el suelo fácilmente con
los dedos
Grado de cementación:
Fuerte: No se disgrega con los dedos aunque
se puedan separar unas cuantas partí-
culas.
Limo
Arcilla
Sílice
Sésquióxidos
Cementantes comunes: Alumina
Compuestos orgánicos
Ca (calcita)
Carbonatos Mg (dolomita)
Fe (siderita)
Ca, Mg, Fe (ankerita)
Propiedades de los suelos
Identificación de suelos en campo.
No. DESCRIPCIÓN O IDENTIFICACIÓN No. DESCRIPCIÓN O IDENTIFICACIÓN
1 Nobre resultante de la identificación 6 Presencia de materia orgánica (según textura)
2 Color e intenisidad luminosa: - fibrosa,
- blanco, - pseudofibrosa, o
- negro, - amorfa.
- café amarillento, 7 Cementantes:
- café, - grado de cementación (débil o fuerte),
- verde olivo, etc. - tipo de cementante.
- color uniforme, 8 Consistencia natural:
- color moteado, - muy blanda,
- color marmoleado, o - blanda,
- color bandeado. - media a semirígida,
3 Textura superficial: - firme,
- rugosa, - muy firme, y
- arinosa, - dura.
- jabonosa, o 9 Tenacidad en el límite plástico:
- fibrosa. - nula,
- ligera,
4 Plasticidad de finos: - ligera a media,
- nula, - media, y
- ligera, - alta.
- baja, 10 Resistencia en estado seco:
- media, - nula a muy baja,
- alta, o - baja a media,
- muy alta. - media a alta, y
5 Estructura: - alta a muy alta.
- estratificada,
- fisurada, 11 Reacción al agitado (dilatancia):
- con lentes de..., - rápida,
- con vetas de..., - rápida a lenta,
- con nódulos de..., - lenta,
- con ductos de disolución, - muy lenta a nula, y
- cavidades, - nula.
- restos de raices, 12 Otras características de interés
- estructura eterogénea, 13 Nombre local
- estructura homogénea. 14 Clasificación, egún el SUCS
Puntos a describir para identificar suelos gruesos
Propiedades de los suelos
Identificación de suelos en campo.
Consistencia natural
CONSISTENCIA RESISTENCIA DESCRIPCIÓN
qu (kg/cm2)
Muy blanda < 0.25 Se recurre al apretarla
Blanda 0.25 - 0.50 El pulgar se hunde fácilmente. Se puede mol-
dear fácilmente con los dedos.
Media a semirígida 0.50 - 1.00 Se requiere algo de presión para que penetre
el pulgar. Se requiere algo de presión para mol-
dear con los dedos.
Firme 1.00 - 2.00 Se requiere mucha presión para que el pulgar pe-
netre o deje huella. Opone resistencia a la defor-
mación.
Muy firme 2.00 - 4.00 El pulgar no penetra. Opone mucha resistencia
a la deformación. Se puede marcar con la uña.
Dura > 4.00 La uña penetra con dificultad, se puede rayar o
marcar. Quebradiza.
Propiedades de los suelos
Identificación de suelos en campo.
TENASIDAD CARACTERÍSTICAS DE:
Nula Suelos con pocos finos plásticos. Materiales
con plasticidad nula a baja: arenas limosas, li-
mos arenosos, o limos de baja plasticidad.
Ligera Suelos con materia orgánica de baja plasticidad
Ligera a media Limos inorgánicos de alta plasticidad. Suelos
con materia orgánica de plasticidad media a alta.
Media Suelos de baja a media plasticidad: arcilla are-
nosa, arcilla limosa, limo arcilloso, o arcilla orgá-
nica de alta plasticidad.
Alta Arcillas inorgánicas de alta plasticidad.
Tenacidad en el límite plástico
Propiedades de los suelos
Identificación de suelos en campo.
DESCRIPCIÓN CARACTERÍSTICAS DE:
Nula a muy baja Limo arenoso, o limo de muy baja plasticidad.
(se desmorona con los dedos)
Baja a media Limo de plasticidad media, limo orgánico, o limo
(Se requiere algo de presión pa- arcilloso de baja a media plasticidad.
ra desmoronar)
Media a alta Arcilla limosa, arcilla de baja a media plasticidad,
(Difícil desmoronar con la sóla pre- arcilla arenosa, o arcilla orgánica.
sión de los dedos)
Alta a muy alta Arcillas de alta plasticidad, o arcillas orgánicas
(muy difícil de romper manual-
mente)
Resistencia en estado seco
Propiedades de los suelos
Identificación de suelos en campo.
TENASIDAD CARACTERÍSTICAS DE:
Rápida Arena limosa, limo arenoso, o limo poco plásti-
co.
Rápida a lenta Suelos con pocos finos plásticos, o limos de
baja a media plasticidad.
Lenta Suelos orgánicos de baja a media plasticidad, o
limos arcillosos de mediana plasticidad.
Muy lenta a nula Arcillas arenosas, arcillas limosas, limos inorgá-
nicos de alta plasticidad, arcilla de baja a media
plasticidad, o suelos orgánicos altamente plas-
ticos.
Nula Arcillas de alta y muy alta plasticidad, o suelos
arcillosos orgánicos de media a alta plasticidad.
Reacción al agitado (dilatancia)
Exploración y muestreo en suelos
OBJETIVOS Y ETAPAS DE LA EXPLORACIÓN
El programa de exploración geotécnica deberá proporcionar información
sobre las condiciones estratigráficas del sitio en estudio, las condiciones de
presión del agua del subsuelo y las propiedades mecánicas de los suelos
(resistencia, compresibilidad y permeabilidad), a fin de facilitar el diseño
racional de la cimentación de estructuras y la selección del método
constructivo adecuado para su ejecución.
Para asegurar que se alcanzarán los objetivos de la exploración geotécnica,
los trabajos de campo los supervisará un ingeniero especialista en suelos y su
realización estará a cargo de una brigada de trabajadores entrenados en los
trabajos de perforación, muestreo y ejecución de pruebas de campo.
Exploración y muestreo en suelos
OBJETIVOS Y ETAPAS DE LA EXPLORACIÓN
El programa de exploración geotécnica del sitio donde se construirá una
estructura consta de tres etapas: la primera, de investigación preliminar,
deberá permitir la definición tentativa de los problemas geotécnicos del sitio;
la segunda, la recopilación de la información disponible, lo que servirá para
fundamentar la tercera etapa, de investigación de detalle, que incluye la
realización de sondeos y pruebas de campo y de laboratorio.
Exploración y muestreo en suelos
INVESTIGACIÓN PRELIMINAR
El objetivo de esta etapa de la exploración es el de recopilar la información
geotécnica que exista de un sitio, para realizar una interpretación preliminar
de los problemas que podrían presentarse en la cimentación de una
estructura de características y requerimientos conocidos.
Recorrido de campo
El recorrido de campo lo debe realizar un ingeniero especialista en geotecnia,
acompañado de un ingeniero geólogo; los objetivos serán:
• Comprobar la interpretación fotogeológica antes descrita, además de
identificar y clasificar los suelos superficiales
• Visitar las estructuras construidas en la zona e indagar sobre su
comportamiento
• Obtener información adicional que permita programar la investigación de
detalle
Exploración y muestreo en suelos
INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA DE DETALLE
El ingeniero especialista en geotecnia deberá formular el programa de la
investigación de detalle, para lo cual deberá considerar la aplicación de las
técnicas que se mencionan más adelante y fundamentar su propuesta en la
información de la investigación preliminar.
Exploración y muestreo en suelos
INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA DE DETALLE
Levantamiento geológico
Excepcionalmente se realiza este tipo de levantamiento, ya que usualmente la
geología de la región donde se construirá la estructura ha sido estudiada
anteriormente o se considera que el recorrido de campo en la etapa de
investigación preliminar proporciona la información geológica necesaria y
suficiente para el diseño de la cimentación de una estructura.
En caso de que se trate de la cimentación de estructuras muy importantes o
de desarrollos industriales localizados en áreas poco estudiadas, se justifica
realizar el levantamiento geológico de la zona. En el Manual de Diseño de
Obras Civiles de la CFE (1979) se describe con detalle la realización de un
levantamiento geológico.
Exploración y muestreo en suelos
INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA DE DETALLE
Exploración geofísica
Los métodos de exploración geofísica aplicables en geotecnia se basan en la
medición de la variación de la velocidad de propagación de ondas sísmicas o
de la resistividad eléctrica (poco confiable) de los suelos, y mediante su
interpretación y correlaciones se deducen las características estratigráficas,
posición del nivel freático y posibles tipos y propiedades de suelos y rocas.
Estos métodos se utilizan para obtener información preliminar del subsuelo,
para complementar la información geológica y para reducir el número de
sondeos.
Método geosísmico de refracción total. Consiste en determinar el tiempo de
arribo de las ondas longitudinales sísmicas, generadas por una pequeña
explosión o impacto, a geófonos captadores que envían su señal a un
sismógrafo receptor; con esta información se calcula la velocidad de
propagación de las ondas (PEMEX, 1975).
Exploración y muestreo en suelos
INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA DE DETALLE
Pruebas de penetración
Los penetrómetros son conos o tubos de acero que se hincan a presión
(estáticos) o con el impacto de una masa (dinámicos) y permiten definir
indirectamente la estratigrafía del sitio y la variación de la compacidad relativa
y la resistencia al corte (drenada) de las arenas con la profundidad, así como
la resistencia al corte no drenada de las arcillas. Con el penetrómetro
estándar se recuperan, además, muestras alteradas que permiten definir
confiablemente la estratigrafía. Cabe aclarar que la resistencia al corte
drenada de las arenas depende de la permeabilidad de éstas, así como de
sus condiciones de frontera para el flujo de agua; aunque esto ciertamente es
cuestionable cuando las arenas están contaminadas con limos y se trata de
ensayes de penetración dinámica.
Exploración y muestreo en suelos
INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA DE DETALLE
Pruebas de penetración
En la exploración de un sitio, los penetrómetros se emplean de acuerdo con
tres criterios de aplicación:
• Como instrumento de exploración, para definir la estratigrafía y facilitar con
ello la selección de los muestreadores de suelo que deberán emplearse
• Para disminuir el costo de realización de sondeos complementarios para
cubrir un área grande
• Como técnica única de exploración, en proyectos de bajo costo que no
puedan justificar sondeos de muestreo.
Exploración y muestreo en suelos Penetrómetro Aplicación al suelo Se obtiene Operación Comentarios
Recomen-
dable
Acep-
table
Inacep-
table
ES
TÁ
TIC
OS
Cono holandés
mecánico de
3.6cm (1.42in) de
diámetro y 60º de
ángulo de ataque
(CPT)
Arena y
limo
Arcilla Grava La variación
de la
resistencia de
punta (qc) y
de fricción (fs)
que se
generan
durante su
hincado de
20cm (8in)
Se hinca a
presión con
velocidad de
1.2m/min (2cm/s,
0.8in/s) con la
ayuda de un
sistema de carga
hidráulica
Es una prueba
precisa pero debe
correlacionarse con
pruebas de
laboratorio. En
arcillas conviene
correla-cionarla con
pruebas de veleta
(Sanglerat,1972;
Begeman, 1963 y
Begeman,1957)
Cono holandés
eléctrico de 3.6cm
(1.42in) de
diámetro y 60º de
ángulo de ataque
(CPT)
Arena y
limo
Arcilla Grava La variación
continua de la
resistencia de
punta (qc) y
de fricción (fs)
con mayor
precisión que
el cono
mecánico
Igual que el
anterior. Se ha
elaborado una
norma tentativa
para su operación
(ASTM-D-3441-
75T, 1975). Es
más eficiente que
el cono mecánico
Igual que el anterior
(Sanglerat,1972 y De
Ruiter, 1972)
DIN
ÁM
ICO
S
Penetrómetro
estándar 5.1cm
(2in) de diámetro
exterior y 3.6cm
(1.42in) de
diámetro interior
(SPT)
Arena y
arcilla
dura
Arcilla
media
Arcilla
blanda
Muestras
alteradas de
cualquier
profundidad y
el número de
golpes
necesario
para hincarlo
Se hinca a
percusión con el
impacto de una
masa de 64kg
(141lb) dejada
caer de 75cm
(2.5ft) de altura.
Se cuenta el
número de golpes
para hincarlo
30cm (1ft)
después de haber
penetrado 15cm
(0.5ft).
Es una prueba de
poca precisión, pero
probable-mente la
más utilizada por
que se tienen
numerosas
correlaciones con las
propiedades y
comporta-miento de
los suelos (CFE,1980
y NRACC,1975)
Cono simple
hincado a
percusión, de
5.1cm (2in) de
diámetro y 60º de
ángulo de ataque
Grava y
arena
--- Arcilla La variación
con la
profundidad
del número de
golpes
necesario
para hincarlo
Semejante al
penetrómetro
estándar, y en
ocasiones con
martillos de
128kg (282lb)
Es una prueba
burda, pero es la
única que hasta
ahora puede
proporcionar infor-
mación en suelos con
alto contenido de
gravas (CFE,1980)
Penetrómetro
Sermes de 7cm
(2.75in) de
diámetro y 90º de
ángulo de ataque
Arena con
poca grava
Arcilla
dura
Arcilla
blanda
El número de
golpes
necesario
para hincarlo
10cm (4in).
Se hinca a
percusión con
una masa de 30,
60 ó 90kg (66,
132 ó 198lb) que
la levanta auto-
máticamente un
cilindro neumá-
tico y la deja caer
de 40cm (1.31ft)
de altura
Es un sistema muy
eficiente pero de uso
poco extendido y por
ello no se ha
acumulado
experiencia en su
empleo (CFE,1980)
Penetrómetros para la exploración de suelos
Exploración y muestreo en suelos
Penetrómetros para la exploración de suelos
Exploración y muestreo en suelos
Penetrómetros para la exploración de suelos
Exploración y muestreo en suelos
Prueba de penetración estándar (SPT).
Los orígenes del ensayo SPT se remontan al año 1902, cuando el Coronel
Charles R. Gow desarrolló un muestreador de 25mm de diámetro, el cual se
hincaba al suelo mediante un martillo de 50 kg. El muestreador de cuchara
partida, similar al utilizado actualmente, debe su desarrollo a los trabajos
efectuados por H.A. Mohr, Gerente de Distrito de Gow Division en Nueva
Inglaterra (USA) y a G.F.A. Fletcher de la Raymond Concrete Pile Company
en 1927.
El penetrómetro estándar se emplea para rescatar muestras alteradas en
campo, de las cuales se identifica el tipo de suelo de cada estrato y se define
la estratigrafía del sitio; en el laboratorio las muestras se utilizan para
determinar las propiedades índice de los suelos, usualmente el contenido
natural de agua, los limites de consistencia entre otras cosas; con estos datos
se precisa la estratigrafía del sitio y mediante el número de golpes (N)
necesario para hincarlo, se estima la resistencia al corte mediante
correlaciones empíricas.
Exploración y muestreo en suelos
Prueba de penetración estándar (SPT).
Por su utilidad Terzaghi la denominó en 1947 como “prueba de penetración
estándar” (SPT, por sus siglas en ingles). Esta prueba fue adoptada por la
ASTM en 1958, como la Norma D1586, precisando las dimensiones del
muestreador y el procedimiento de ensayo, posteriormente se actualizó
constantemente hasta llegar a la más reciente, la del año 2011.
La prueba de penetración estándar consiste en hincar el penetrómetro (tubo
de acero en cuyo extremo se monta una zapata afilada) de 45 cm, durante su
hincado se cuentan los números de golpes que corresponden a cada etapa
de 15 cm. La resistencia a la penetración estándar se define como el número
de golpes (N), para penetrar los últimos 30 cm. del penetrometro; los golpes
en los primeros 15 se desprecian, ya que se consideran no representativos
por la alteración inducida debido a la perforación.
Exploración y muestreo en suelos
Prueba de penetración estándar (SPT).
En caso de que el número de golpes llegue a 50 y ya no penetre el
muestreador, se suspende la prueba. En la operación del martinete (maza
metálica de 63.5 kg., dejada caer desde 76 cm de altura) debe vigilarse que
su altura de caída sea constante y que el cable de manila tenga un máximo
de 3 vueltas en la cabeza de gato del motor, para lograr el efecto de caída
libre sin fricción.
Exploración y muestreo en suelos
Prueba de penetración estándar (SPT).
Exploración y muestreo en suelos
Corte transversal del penetrómetro eléctrico
Exploración y muestreo en suelos
Gráfica de penetración estática
Consistencia Muy blanda Blanda Media Firme Muy firme Dura
N
qu
(kg/cm²)
2
0.25
2 – 4
0.25 – 0.50
4 – 8
0.50 – 1.0
8 – 15
1.0 – 2.0
15 – 30
2.0 – 4.0
30
4.0
Exploración y muestreo en suelos
Presiómetro
El ensaye presiométrico consiste en introducir una sonda cilíndrica en el suelo
y expandirla para presionar el suelo horizontalmente; durante la prueba se
obtiene una curva esfuerzo-deformación unitaria del suelo mediante la
medición del volumen de agua a presión con que se infla la membrana y el
aumento radial de la cavidad, (Menard,1975). El ensaye se repite a diferentes
profundidades para obtener perfiles de parámetros de resistencia y
deformabilidad del suelo; como la interpretación se basa en modelos para una
cavidad cilíndrica de longitud infinita, los efectos de frontera se minimizan
mediante sondas cuya cámara interior está formada por tres segmentos,
donde el tramo intermedio tiene una longitud mínima de 6.5 veces el
diámetro. Se distinguen tres tipos diferentes de presiómetros atendiendo a la
forma de instalación en el suelo: el presiómetro colocado en un barreno
previamente excavado, el presiómetro autoperforante y el presiómetro
hincado. A continuación se describe el primer tipo, que es uno de los más
utilizados (Briaud,1989).
Exploración y muestreo en suelos
Presiómetro de Menard
Exploración y muestreo en suelos
Suelo PL (presiómetro)
kPa (kg/cm2)
Número de golpes
en la prueba SPT, N
Resistencia no drenada
Su, kPa (kg/cm2)
Arenas Sueltas
Medias
Compactas
Muy compactas
0 – 500 (0 – 5)
500 – 1500 (5 – 15)
1500 – 2500 (15 – 25)
> 2500 (> 25)
0 – 10
10 – 30
30 – 50
> 50
Arcillas Blandas
Medias
Firmes
Muy firmes
Duras
0 – 200 (0 – 2)
200 – 400 (2 – 4)
400 – 800 (4 – 8)
800 – 1600 (8 – 16)
> 1600 (> 16)
0 – 25 (0 – 0.25)
25 – 50 (0.25 – 0.50)
50 – 100 (0.50 – 1)
100 – 200 (1 – 2)
> 200 (> 2)
Valores para estimar la presión límite del suelo
Exploración y muestreo en suelos
Dictamen geotécnico
C o n t e n i d o
Introducción Capítulo 1 Información general del sitio de la obra 1.1 Ubicación geográfica del sitio 1.2 Clima 1.3 Fisiografía 1.4 Hidrografía 1.5 Geología Capítulo 2 Exploración y muestreo 2.1 Programa de exploración y muestreo 2.1.1 Sondeo pozo a cielo abierto (PCA) 2.1.2. Sondeo de profundo tipo mixto (SPM) 2.2 Pruebas de campo 2.2.1 Clasificación visual
Exploración y muestreo en suelos
Dictamen geotécnico
Capítulo 3 Pruebas de laboratorio 3.1 Pruebas índice 3.1 Pruebas de resistencia 3.2 Presentación de resultados Capítulo 4 Análisis de capacidad de carga, asentamientos y expansiones Capítulo 5 Recomendaciones para el proceso constructivo y propuesta de cimentación Capítulo 6 Conclusiones
ANEXOS
a). Referencias. b). Croquis, tablas y figuras. c). Exposición fotográfica.
Exploración y muestreo en suelos
Exploración y muestreo en suelos
Exploración y muestreo en suelos
Exploración y muestreo en suelos
Propiedades mecánicas de los suelos
Compactación de los suelos
Se entiende por compactación de suelos al proceso mecánico por el cual se
busca mejorar artificialmente las características de resistencia,
compresibilidad y comportamiento esfuerzo-deformación de los mismos.
Normalmente el esfuerzo de compactación le imparte al suelo un aumento de
la resistencia al corte, un incremento en la densidad y la disminución de la
contracción, permeabilidad y compresibilidad.
Actualmente existen muchos métodos para reproducir en el laboratorio las
condiciones dadas al suelo por la compactación en el campo. Estas son
utilizando convenientemente el peso volumétrico seco, cuyos valores están
relacionados con el contenido de agua. Al añadir agua a un suelo se forman
películas de agua absorbida alrededor de la partícula, incrementando su
espesor y tendiendo a acomodarse más cercanas unas de otras, aumentando
así su peso volumétrico. Sin embargo, al llegar a cierto punto, las películas de
agua absorbida empiezan a empujar a las partículas separándolas, por lo que
al seguir aumentando el contenido de agua en el suelo, se tiene una pérdida
en el peso volumétrico del mismo.
Propiedades mecánicas de los suelos
Compactación de los suelos
Dimensiones del equipo Proctor
Propiedades mecánicas de los suelos
Compactación de los suelos
Compactación en Campo
Los suelos finos en un terraplén generalmente se compactan con rodillos pata
de cabra, o con rodillos de llantas neumáticas. Suelen utilizarse también
compactadoras manuales para tratar áreas reducidas de acceso difícil.
Compactación en campo
Propiedades mecánicas de los suelos
Compactación de los suelos
Cualquiera que sea el tipo de compactación empleado, los resultados en un
suelo dado, dependen de cierto número de factores; los más importantes son
el contenido de agua y la energía de compactación (determinada
principalmente por la presión y el área de contacto rodillo-suelo, el espesor de
la capa compactada y el número de pasadas del equipo). Cualitativamente el
efecto de estos dos factores en los resultados de la compactación es también
independiente del equipo usado y puede ilustrarse en un diagrama peso
volumétrico seco vs contenido de agua, el cual indica que para cada energía
de compactación, existe un contenido de agua que permite lograr la máxima
eficiencia del equipo de compactación, o sea, que produce un suelo con peso
volumétrico seco máximo. Dicho contenido de agua, es el óptimo para el
equipo y la energía correspondientes.
Propiedades mecánicas de los suelos
Curva típica de compactación.
Propiedades mecánicas de los suelos
Compactación de los suelos
Prueba Proctor Estándar
En este caso la compactación se da por impactos, cada capa se compacta
con cierto número de golpes uniformemente distribuidos de un martillo con
peso, dimensiones y altura de caída dados. En este caso la energía de
compactación (energía por unidad de volumen de suelo compactado) puede
estimarse en forma aproximada conociendo el volumen del molde, el número
de capas, el número de golpes por capa, el peso del martillo y la altura de
caída.
Donde:
Ec = energía específica, kg-cm/cm3, N = número de golpes del pisón
compactador,
N = número de capas de suelo, W = peso del pisón compactador, kg
h = altura de caída del pisón, cm, V = volumen total del molde de
compactación.
Propiedades mecánicas de los suelos
Compresibilidad
La consolidación de un suelo saturado, es el proceso de disminución de su
volumen, en función de la variable tiempo, debida a la expulsión del agua
contenida en los vacíos de una muestra, provocado por un aumento de
cargas actuantes en la masa de suelo.
Curva típica de consolidación
Propiedades mecánicas de los suelos
Compresibilidad
La compresibilidad es la propiedad de un suelo, a la cual se debe que
disminuya de volumen cuando se le somete a un incremento de esfuerzo, Δσ.
Se expresa como la relación entre el cambio de volumen y la magnitud del
incremento de esfuerzo aplicado. Al referirse a la compresibilidad no se hace
referencia explícita a la variable tiempo.
ANALOGÍA DE TERZAGHI.
Cuando un suelo saturado se somete a un incremento de carga, inicialmente
el agua presente en los poros del suelo es la que soporta dicha carga,
entonces se genera un aumento en la presión de poro de igual magnitud que
la carga aplicada. Dicha presión de poro se disipa de forma diferida y es así
como la carga aplicada se transfiere a la estructura del suelo.
Propiedades mecánicas de los suelos Compresibilidad
Dentro de la analogía de Terzaghi se toman en cuenta las siguientes
hipótesis:
• Suelo homogéneo
• Suelo saturado
• Partículas de suelo y agua totalmente incompresibles
• Compresión unidimensional
• Flujo unidireccional, validez de Ley de Darcy
• Relación de vacíos (e) depende sólo de σ‟
• Las deformaciones unitarias son pequeñas
• El valor de la permeabilidad es constante durante todo el proceso de
consolidación
Basado en éstas hipótesis y en el modelo reológico de Kelvin, basado a su
vez en los modelos reológicos de Hooke y de Newton, se modela el
fenómeno de la consolidación como un proceso de comportamiento elástico
inmediatamente después de aplicar la carga y de comportamiento visco-
plástico en lo diferido en el tiempo.
Propiedades mecánicas de los suelos Compresibilidad
Propiedades mecánicas de los suelos Compresibilidad
Propiedades mecánicas de los suelos Compresibilidad
Propiedades mecánicas de los suelos
Resistencia al esfuerzo cortante
La determinación de la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos, es uno
de los problemas fundamentales de toda la Mecánica de Suelos. Durante
muchos años se ha intentado determinar este valor con razonable precisión
para así poder aplicarlo en el análisis de la estabilidad de alguna obra civil.
El primero en tratar con el tema de la resistencia al esfuerzo cortante, fue el
ingeniero y físico francés Charles Auguste Coulomb, quien comenzó
atribuyendo a la fricción entre las partículas del suelo la totalidad de la
resistencia. Posteriormente observó que los suelos fallan por esfuerzo
cortante a lo largo de una superficie de deslizamiento y que el mecanismo
movilizado rige la misma resistencia al esfuerzo cortante
Propiedades mecánicas de los suelos
Resistencia al esfuerzo cortante
Con esto nace una ley de resistencia, según la cual la falla se produce
cuando el esfuerzo cortante actuante , alcanza un valor “s” tal que:
Ley de resistencia
Propiedades mecánicas de los suelos
Resistencia al esfuerzo cortante
La prueba triaxial, como la de corte directo, permite obtener los parámetros de
corte necesarios para calcular de forma aproximada la resistencia última de
una masa de suelo que será sometida a esfuerzos por la construcción de
alguna obra de ingeniería.
A diferencia de la prueba de corte directo, la de compresión triaxial, no
establece el plano de falla obligatorio sino que permite que el mismo se
genere en forma natural y adopte la orientación original. Por otra parte este
tipo de prueba permite controlar el drenaje de la muestra como así también la
velocidad de aplicación de las cargas o del desplazamiento. Por lo tanto es
posible simular en la ejecución de la prueba, situaciones que se presentan en
la realidad.
Propiedades mecánicas de los suelos
Resistencia al esfuerzo cortante
Las pruebas triaxiales se realizan en especímenes cilíndricos. La altura del
espécimen es usualmente el doble del diámetro. El diámetro varía de 1.3 a 4
pulgadas siendo de 1.4173 (3.6 cm) los más comunes. Se han utilizado
especímenes con diámetros de hasta 39 pulgadas. En una celda triaxial
típica, el espécimen del suelo se coloca entre el pedestal de base y la tapa
superior de la celda y está encerrado lateralmente por una membrana
delgada de látex flexible e impermeable. La membrana está sellada en la tapa
superior y en el pedestal de base mediante el uso de anillos o arosellos para
mantener la hermeticidad. En la siguiente figura, se muestra a grandes rasgos
el mecanismo de una cámara triaxial.
Propiedades mecánicas de los suelos
Cámara triaxial
Propiedades mecánicas de los suelos
Resistencia al esfuerzo cortante
Si todas las superficies verticales son superficies principales, entonces las
superficies horizontales lo son también. Si se aplica un esfuerzo de
compresión axial por medio del pistón de carga, el esfuerzo en planos
horizontales es el esfuerzo principal máximo (σ1) y el esfuerzo en planos
verticales es el esfuerzo principal mínimo (σ3). En este caso, el esfuerzo
principal intermedio es igual al esfuerzo principal menor, es decir σ2=σ3. El
esfuerzo aplicado al espécimen de suelo por el pistón de carga es (σ1-σ3) y
se denomina esfuerzo desviador.
Propiedades mecánicas de los suelos
Resistencia al esfuerzo cortante
En la primera etapa de la prueba, el espécimen se somete a un estado inicial
de esfuerzo, el esfuerzo es generalmente aplicado como una presión
hidrostática igual en todas partes al incrementar la presión en el fluido de la
celda triaxial, una vez que el estado inicial de esfuerzo se aplica, el suelo
puede o no ser permitido de consolidar por el tubo de drenaje que existe en la
base del espécimen. En la segunda etapa se somete al espécimen a la etapa
de corte, incrementando la carga axial en el pistón; en esta etapa también el
espécimen puede ser o no drenado. El drenaje y la consolidación del
espécimen se controlan por la apertura o cerrado de la válvula conectada a la
salida del tubo de drenaje en la base de la celda triaxial.
Propiedades mecánicas de los suelos
Resistencia al esfuerzo cortante
El propósito de controlar el drenaje en la prueba triaxial es proporcionar
condiciones de ensayo que sean similares a las condiciones reales de carga o
drenaje en el campo. Debido a que la resistencia cortante del suelo está
controlada por la cantidad de drenaje que ocurre durante la carga, es
necesario medir la resistencia cortante utilizando un procedimiento de ensayo
que sea apropiado para simular el drenaje y la consolidación que ocurrirán
durante la construcción y la vida de la estructura en el campo. A continuación,
se describen las modalidades en que se llevan a cabo las pruebas triaxiales.
Propiedades mecánicas de los suelos
Resistencia al esfuerzo cortante
No consolidado - no drenado (UU)
En este tipo de prueba no se permite consolidar al espécimen durante el
estado de esfuerzo inicial (de aquí no consolidado), ni drenar durante el corte
(de aquí no drenado). Este tipo de condición de ensayo se utiliza para medir
la resistencia cortante del suelo cuando la carga en el campo será lo
suficientemente rápida para prevenir cualquier drenaje significativo y cambio
en el contenido de humedad, que ocurran antes que el suelo falle.
Propiedades mecánicas de los suelos
Resistencia al esfuerzo cortante
Consolidado – drenado (CD)
En este tipo de prueba primero se consolida completamente al suelo bajo un
estado de esfuerzo inicial. Después se aplica el esfuerzo axial muy
lentamente para que las presiones de poro generadas puedan tener tiempo
de disiparse, o la carga axial se aplica en incrementos pequeños manteniendo
cada incremento hasta que las presiones de poro se hayan disipado antes de
aplicar el siguiente incremento. Este procedimiento de ensayo se utiliza
cuando el suelo en el campo drena relativamente rápido durante la aplicación
de cargas de construcción (en arenas), o cuando el suelo tiene tiempo
suficiente para drenar bajo la carga aplicada y la resistencia cortante se
determinará cuando la disipación de la presión de poro y el drenaje en el
campo hayan ocurrido.
Propiedades mecánicas de los suelos
Resistencia al esfuerzo cortante
Consolidado–no drenado (CU)
En este tipo de prueba el espécimen se consolida completamente bajo el
estado inicial de esfuerzo. Sin embargo, durante el corte (segunda etapa), se
cierran las líneas de drenaje y el espécimen se carga a la falla en condiciones
no drenadas. Este procedimiento de ensayo puede utilizarse para simular
condiciones de campo donde el estado inicial de carga resulta en la
consolidación del suelo sin el peligro de falla, y después se aplica una
segunda etapa de carga suficientemente rápida que resulta en carga
esencialmente no drenada. Este tipo de carga puede aplicarse a los suelos de
un lugar donde un terraplén de tierra se construirá primero y se dejará allí por
varios años hasta que los suelos de cimentación se consoliden y luego se
construirá relativamente rápido una edificación en el terraplén de tierra.
Análisis y diseño de cimentaciones
El objetivo principal de las cimentaciones es transmitir las cargas de
una estructura a los estratos resistentes del subsuelo, en forma estable
y con asentamientos tolerables durante su vida útil.
FACTORES QUE DETERMINAN EL TIPO DE CIMENTACIÓN
Con el propósito de definir el tipo de cimentación adecuado que cumpla con el
objetivo mencionado anteriormente, es indispensable evaluar con precisión
las cargas que se transmitirán al subsuelo, realizar un estudio detallado de
mecánica de suelos y escoger el procedimiento constructivo que técnica y
económicamente sea el más viable.
Análisis y diseño de cimentaciones
Cargas
Para el diseño de la cimentación de cualquier construcción, es necesario
evaluar las acciones permanentes (incluyendo el peso propio), las acciones
variables (incluyendo la carga viva), y las acciones accidentales (incluyendo
sismo y viento), a las que se encontrará sometida.
Una vez conocidas estas acciones, es necesario conocer su distribución y
determinar la magnitud de los esfuerzos que serán aplicados al subsuelo.
Análisis y diseño de cimentaciones
Suelo
El estudio del suelo en el que se apoyará una estructura es prioritario, ya que
su resistencia y comportamiento ante cargas externas definirán el tipo de
cimentación adecuado que garantizará la estabilidad del sistema.
El estudio de mecánica de suelos permitirá determinar la configuración y
composición de los diferentes estratos, las propiedades índice y las
propiedades mecánicas e hidráulicas del subsuelo. Esta información servirá
de base para la correcta selección de los estratos de apoyo y de los
elementos que transmitirán las cargas al subsuelo.
Análisis y diseño de cimentaciones
Técnica y economía
Al ser elegido un tipo de cimentación, es necesario definir el procedimiento
constructivo que se aplicará considerando los recursos existentes, con el
propósito de que su construcción sea viable, respetando las especificaciones
geotécnicas y estructurales, considerando también que la solución sea
económicamente aceptable y conduzca a tiempos de ejecución reales y
convenientes, preservando constantemente la calidad de los elementos de
cimentación.
Análisis y diseño de cimentaciones
CLASIFICACIÓN DE CIMENTACIONES
Las cimentaciones pueden ser clasificadas de acuerdo a diferentes criterios,
los cuales serán útiles si permiten identificar con precisión los elementos que
transmitirán las cargas al suelo, así como el mecanismo de falla del suelo de
cimentación, para la aplicación del método de cálculo adecuado.
Cimentaciones superficiales
Como su nombre lo indica, son aquéllas que se construyen sobre estratos
resistentes superficiales, donde por lo general no se requiere de maquinaria
pesada ni procedimientos constructivos especiales y su diseño no acepta
esfuerzos de tensión. Las cimentaciones superficiales más comunes son las
zapatas aisladas, las zapatas corridas y las losas.
Estabilidad de taludes Se denomina deslizamiento de un talud, al movimiento de una masa
de material natural o de relleno con superficie extrema inclinada.
Estabilidad de taludes En la mayoría de las aplicaciones, el propósito principal del análisis de
estabilidad es contribuir a que el diseño de excavaciones, terraplenes,
rellenos y cortinas de tierra, sea seguro y económico. En el caso de
taludes diseñados, los análisis de estabilidad se aplican a:
1. Diferentes etapas de construcción.
2. Al final de la Construcción.
3. Condiciones a largo plazo.
4. Condiciones de vaciado rápido.
5. Ocurrencia de sismos.
Estabilidad de taludes El análisis de estabilidad de taludes consiste en:
1. La determinación de las fuerzas (FA) o momentos (MA)
actuantes (aquellas acciones que tienden a provocar la falla
del talud).
2. La determinación de las fuerzas (FR) o momentos (MR)
resistentes (tienden a evitar la falla del talud).
3. La determinación del Factor de Seguridad (FS) Se denomina
factor de seguridad (FS) a la relación entre los esfuerzos o
momentos resistentes y las fuerzas o momentos actuantes:
Estabilidad de taludes Las falla de un talud sea natural o diseñado se debe a un incremento
en los esfuerzos actuantes (causas externas) o a una disminución de
la resistencia al esfuerzo cortante del suelo (causas internas). A
continuación se muestran las principales causas de inestabilidad de
taludes.
Causas de fallas de taludes
Estabilidad de taludes Tipos de falla de talud
1. Falla por deslizamiento superficial
2. Falla por movimiento del cuerpo del talud
a. Por rotación: Falla local, Falla de pie y Falla de la base
b. Por traslación
3. Falla por erosión
4. Falla por licuación
5. Falla por falta de capacidad de carga
Estabilidad de taludes
Tipos de fallas de taludes
Estabilidad de taludes Los métodos existentes para analizar taludes se basan en diferentes
hipótesis, sin embargo, las más comunes son las siguientes:
1. El problema es bidimensional
2. Se tiene una superficie de falla.
3. El movimiento de la masa de suelo es de cuerpo rígido.
4. El suelo es isótropo en cuanto a su resistencia al esfuerzo cortante.
5. La resistencia del suelo se moviliza simultáneamente en toda la
superficie de falla.
Estabilidad de taludes Los procedimientos para investigar y diseñar taludes se pueden
agrupar dependiendo de su complejidad y costo:
1. Empíricos. Se basan en el uso de observaciones de campo y la
experiencia local. En general no necesitan exploración de campo,
ni ensayes de laboratorio, ni cálculos de estabilidad.
2. Simplificados. Se basan en el uso de gráficas de estabilidad en
combinación con observaciones de campo y un número mínimo
de sondeos y ensayes de laboratorio.
3. Detallados. Se basan en procedimientos detallados de análisis
de estabilidad en combinación con un programa de investigación
del sitio y ensayes de laboratorio.
Estabilidad de taludes Taludes en suelos granulares (gravas, arenas, limos) cimentados
sobre roca o terreno firme
Los factores de que depende su estabilidad son:
a) Propiedad de resistencia
b) Ángulo de inclinación del talud
c) Peso volumétrico
d) Presión de poro u
El mecanismo crítico de falla es usualmente una falla superficial que
puede analizarse como un talud de longitud infinito.
Estabilidad de taludes Taludes en suelos cohesivos (arcillas, arenas arcillosas, gravas
arcillosas) cimentados sobre roca o terreno firme.
Los factores de que depende su estabilidad son:
a) Propiedades de resistencia c y o c„ y '
b) Ángulo de inclinación del talud
c) Peso volumétrico
d) Altura del talud, h e) Presión de poro u
El mecanismo de falla crítico es usualmente deslizamiento de una
superficie profunda tangente a la superficie de cimentación.
En este tipo de materiales es necesario analizar la estabilidad para
diferentes condiciones de generación de presión de poro.
Estabilidad de taludes Taludes en suelos cohesivos (arcillas, arenas arcillosas, gravas
arcillosas) cimentados sobre roca o terreno firme.
Los factores de que depende su estabilidad son:
a) Propiedades de resistencia c y o c„ y '
b) Ángulo de inclinación del talud
c) Peso volumétrico
d) Altura del talud, h e) Presión de poro u
El mecanismo de falla crítico es usualmente deslizamiento de una
superficie profunda tangente a la superficie de cimentación.
En este tipo de materiales es necesario analizar la estabilidad para
diferentes condiciones de generación de presión de poro.
Estabilidad de taludes Los procedimientos para investigar y diseñar taludes se pueden
agrupar dependiendo de su complejidad y costo:
1. Empíricos. Se basan en el uso de observaciones de campo y la
experiencia local. En general no necesitan exploración de campo,
ni ensayes de laboratorio, ni cálculos de estabilidad.
2. Simplificados. Se basan en el uso de gráficas de estabilidad en
combinación con observaciones de campo y un número mínimo
de sondeos y ensayes de laboratorio.
3. Detallados. Se basan en procedimientos detallados de análisis
de estabilidad en combinación con un programa de investigación
del sitio y ensayes de laboratorio.
Resumen La Secretaria de Infraestructura del Estado de Chiapas, solicitó a la
empresa GEORTEC S.A. de C.V., la elaboración del informe
geotécnico (Estudio y Proyecto para la estabilización de ladera) de la
Colonia Lomas del Oriente, ubicada al Sur del Municipio de Tuxtla
Gutiérrez, Chiapas. Lo anterior, con la finalidad de elaborar un informe
detallado del estado en que se encuentra dicha ladera, las causas que
generan su deslizamiento y una propuesta de solución. Se realizaron
recorridos en la región correspondiente a la col. Lomas del Oriente y
los fraccionamientos colindantes, para determinar los estudios:
Topográfico, Geológico, Hidrológico, Sísmico y Geotécnico.
Objetivos • Realizar planos definitivos del levantamiento topográfico de la zona
en estudio, aplicando conocimientos básicos de topografía para
obtener las coordenadas y cotas de los cambios de pendiente del
terreno y generar las curvas de nivel.
• Obtener un informe detallado de la geología local y estructural de
la zona en estudio, mediante la observación de imágenes aéreas
(fotogeología) y del análisis de la estratigrafía obtenida de los
sondeos de penetración mixta (SPM).
• Realizar un estudio hidrológico, para determinar del cauce principal
de las microcuencas de la zona en estudio y diseñar los drenes y
subdrenes superficiales.
• Determinar el peligro sísmico de la zona en estudio, mediante el
análisis de la distribución espacial de la razón espectral obtenida
con vibración ambiental.
Objetivos • Obtener las propiedades índice y mecánicas, mediante la
exploración y muestreo en sondeos de penetración mixta (SPM) y
pozos a cielo abierto (PCA).
• Realizar el análisis de estabilidad de taludes, mediante el software
para modelado geotecnico ‟GeoStudio”.
• Generar mapa de zonas de riesgo.
• Generar una propuesta de solución.
LOCALIZACIÓN GEOGRÁFICA DE LOMAS DEL ORIENTE
Y MODELO DIGITAL DE ELEVACIONES
MESETA DE COPOYA
FRACCIONAMIENTO
LOMAS DEL ORIENTE
ALTITUD 920 MSNM
ALTITUD 625 MSNM
MICROCUENCA QUE APORTA ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL COMO
SUBPERFICIAL AL FRACCIONAMIENTO LOMAS DE ORIENTE
EL ÁREA DE LA MICROCUENCA ES DE 0.653 km2
PARA DETERMINAR QUE CANTIDAD DE AGUA SE INFILTRA SOBRE LA
MICROCUENCA, SE UTILIZÓ LA ECUACIÓN DEL SERVICIO DE CONSERVACIÓN
DE SUELOS DE LOS E. U., PARA ELLO SE UTILIZÓ LA CARTA INEGI DE USO DE
SUELO Y VEGETACIÓN Y EDAFOLÓGICA PARA DETERMINAR EL VALOR DE N
DE LA ECUACIÓN.
32.202032
08.5508
2
NP
NP
Pe
Se estudiaron imágenes verticales de varias alturas, así como otras imágenes
oblicuas, con este conjunto de imágenes su tuvo una perspectiva tridimensional de
la región, con ellas se pudo analizar el relieve, las unidades litológicas
prevalecientes en la zona, así como los rasgos estructurales y tectónicos presentes
que afectan a dichas unidades.
El análisis fotogeológico fue la base para determinar la geología local y la geología
estructural, con ellas se pudo establecer una relación entre las grietas y fallas
observadas en el sitio con aquellas detectadas desde el aire.
Las lutitas en el talud donde se encuentra la colonia Lomas de Oriente, presenta
una capa relativamente gruesa de alteración, unos 5 a 20 m de material
compuesto por lutitas trituradas con diferentes contenidos de arenas y gravas
provenientes de la porción alta de la sierra, es decir en parte de las calizas y en
parte de la mismas lutitas ubicadas pendiente arriba.
Grietas y fallas en la col. Lomas del Oriente.
En los recorridos de campo se pudieron reconocer 3 sistemas de
fracturamiento asociados a los deslizamientos, se trata de grietas
y fracturas modernas que afectan las casas habitación y la
infraestructura urbana de la colonia; en general se trata de
grietas orientadas NS, WE y otras semicirculares cóncavas hacia
el norte.
Estas grietas tienen su centro en la colonia conocida como La
Cueva del Jaguar, al visitar esta colonia vecina a la de Lomas de
Oriente se pudo observar que esta colonia se asienta sobre un
plano horizontal que resalta del talud inclinado naturalmente.
Los cortes en el talud natural que se realizaron para dar a la
colonia La Cueva de Jaguar un base plana, debieron haber
generado inestabilidades en los depósitos formados por
deslizamientos previos, dado que las lutitas se forman un plano
inclinado con buzamientos similares al talud, esta condición
sumada a la baja resistencia de las lutitas y a la saturación de
estos depósitos y de los suelos residuales localizados debajo de
ellos debe ser la responsable de los deslizamientos recientes
que formaron una capa de entre 5 m y 10 m de espesor de
material removido al perderse su apoyo inferior en la colonia
Cueva del Jaguar.
Sección geológica S-N
Mapa del área de estudio en Google Earth. Ubicación del sismógrafo en
28 puntos de la zona en estudio (círculos azules enumerados con la
letra “C”). Con un rombo rojo se muestran los 15 sondeos geotécnicos.
Ubicación del sismógrafo de banda ancha marca Guralp.
Funciones de transferencia empíricas (FTE) agrupadas en familias, líneas
continuas de diferentes colores. Parte superior, Familia 1, asociada a suelos
estables. Parte intermedia, Familia 2, asociada a suelos inestables. Parte
inferior, Familia 3, asociada a suelos intermedios o con probabilidad alta a
deslizarse. Línea negra en las tres graficas muestra la función de transferencia
teórica.
Las líneas continuas indican las razones espectrales promedio para
varias ventanas; mientras que las líneas discontinuas muestran su
desviación estándar.
Distrubución espacial de sondeos SPM y PCA.
Exploración y muestreo de los sondeos SPM-7 y PCA-4.
Sondeos de penetración mixta SPM.
Cantidad Profundidad (ml) Metros explorados (ml)
8 10 80
11 15 165
15 20 300
1 30 30
1 35 35
2 45 90
Total 700
Pruebas de laboratorio
Contenido de agua, w (%).
Límites de Atterberg (wP, wL).
Contracción lineal (%).
Gravedad específica o densidad de sólidos, (GS)
Peso volumétrico de la muestra del suelo m (t/m3).
Granulometrías (F, S, G).
Ensaye a la compresión triaxial (UU).
Ensaye de compresión simple en suelos.
Ensaye de compresión simple en roca.
Pruebas de laboratorio
Ensaye a la compresión
simple en roca (qc)
Identificación de núcleo de
roca
Pruebas de laboratorio
Saturación de ensaye para
determinar el VRS del suelo
Identificación de muestras
por sondeo PCA
Perfil estratigráfico del sondeo PCA#11
Perfil estratigráfico del sondeo SPM#6
Perfil estratigráfico del sondeo SPM#6
En la zona geotécnica de alto riesgo, en donde se han generado los
deslizamientos de las laderas naturales, los resultados de los trabajos de
exploración y muestreo de los sondeos profundos SPM, muestran la existencia
del N.A.F. o flujo de agua al interior del suelos, que va desde H=0.80 m. a
H=4.40 m., de profundidad. El contenido de agua w%, en los sondeos enlistados
anteriormente, varía de 38%>w>15%, con grado de saturación de 95%>Sr>55.
El registro de número de golpes en estos sondeos de N=2 golpes (rango
mínimo) y de N=36 golpes (rango máximo), con un registro promedio de Ñ=15-
18 golpes; es decir una resistencia a la compresión simple de qu= 2.0 kg/cm2 y
Cu=1.0 kg/cm2, para profundidades de H= 0.00 a 5.00m.; sin embargo, es
importante comentar que para profundidades de H= 0.00 a 3.00 m., el número de
golpes varia, el rango menor es de N=1 y el rango mayor es de N=30 golpes,
con un promedio aritmético de Ñ=10 golpes, esto implica una resistencia a la
compresión simple de qu= 1.00 kg/cm2 y una cohesión de Cu=0.50 kg/cm2. Con
estos parámetros geotécnicos este primer estrato de suelo de 0.00 a 3.00 m., de
espesor, es de consistencia baja a media. Con estos parámetros geotécnicos, la
ladera natural se desliza, generando desplazamientos horizontales y como
consecuencia desplazamientos verticales causados por la presión que genera el
peso de las viviendas construidas en esta zona de alto riesgo geotécnico.
El tipo de fallas que se presentan en el Fraccionamiento Lomas del Oriente y la
Cueva del Jaguar, son del tipo no circular o planas. En este trabajo se aplicó el
método propuesto por: (Janbu, Bjerrum y Kjaernsli, 1956) y por (Morgenstern,
N.R.et al, para resolver el problema de la inestabilidad de la. En los análisis de
estabilidad de las laderas, se consideraron los estratos comprendidos de
H1=0.00 a 10.00 m., H2=0.00 a 5.00 m., H3=0.00 a 3.00 m. Esta hipótesis se
fundamenta en la propuesta geológica de que la falla activa de las laderas, se
localiza a los 10.00 m., de profundidad. Sin embargo, los registros de los
trabajos de exploración y muestreo realizado en campo y con los resultados de
los ensayos de laboratorio, se observó y se definió que el cambio en las
propiedades geotécnicas de los estratos de suelos, se localiza en la frontera de
los 5.00 m., de profundidad.
Propuesta de solución.
Se presentaron los tipos y secciones de las obras de subdrenaje y drenaje por
construir; así como las especificaciones de construcción. Así también, se
presentan los muros de contención, mecánicamente estabilizados, que se
consideran necesarios construir para garantizar la estabilidad de las laderas
indicadas. Finalmente, se recomienda construir capas de material mejorado,
que consiste en mezclar la arcilla extraída del sitio con material producto de la
molienda de las rocas calizas( caliche o granzón en proporción 1:1), las
especificaciones de construcción están indicadas en los planos ejecutivos.
Existe un muro de mampostería que colinda con el fraccionamiento “La Cueva
del Jaguar”, en los planos donde se especifican los muros de contención
mecánicamente estabilizados, se indica el dren que se recomienda construir en
el respaldo del muro, para estabilizarlo y que no afecte las viviendas
construidas en la colindancia con la calle Tacana.
1). Zona estable.
De los trabajos de exploración y muestreo, los sondeos ubicados en la zona
estable, por citar: SPM-14, SPM-16, SPM-17, SPM-18, SPM-24, SPM-26 (plano
MZR-01). En todos los sondeos ubicados en esta zona no se detecto la
presencia del N.AF., corrientes o flujos de agua, el contenido de agua de los
estratos de arcilla “lutitas”, (CH o CL), gravas, arenas o estratos de rocas
blandas “lutitas”, varían de. 17%<W<32%,. El número de golpes registrados en
el ensayo de campo SPT , a partir de los 4.00 a 5.00 m, de profundidad es
mayor a 45 golpes. Estos parámetros geotécnicos coinciden con los resultados
de los trabajos de ingeniería geológica, sísmica y de hidrología.
2). Zona de transición.
En la zona de transición, se ubican los sondeos siguientes: SPM-12, SPM-15,
SPM-21, SPM-22, SPM-26, SPM-29, estos sondeos fueron seleccionados para
realizar la caracterización geotécnica de la zona de transición, en esta zona no se
encontró la presencia del N.A.F., corrientes o flujos de agua. Otra característica de
esta zona urbana, es el número de golpes registrado en el ensayo de campo SPT.
A partir de los 5.00 m. de profundidad, el número de golpes es de N>40, esto
implica que al interior de los estratos de suelos localizados de 0.00 m. a 5.00 m.,
de profundidad, la consistencia es de firme a muy firme, con valores de Cu>2.00 a
4.00 kg/cm2. El contenido de agua de los estratos de suelos y gravas de roca
(lutita), varían de 33% >w>15%; es decir, los estratos de suelo en época de
lluvias, varían de un estado parcialmente saturado a saturado con una variación
de: Sr>50% a Sr>90%. Los parámetros geotécnicos, coinciden con la propuesta
realizada en el estudio geológico, sísmico e hidrológico, en esta zona denominada
como Zona de Transición.
3). Zona de Inestabilidad (riesgo geotécnico).
En la zona geotécnica de alto riesgo, en donde se han generado los
deslizamientos de las laderas naturales, se ubican los sondeos profundos
SPM-2, SPM-3, SPM-24, SPM-5, SPM-6, SPM-7, SPM-8, SPM-9, SPM-11,
SPM-19, SPM-20, SPM-21, SPM-22, SPM-23, SPM-27, SPM-28, ( ver plano
MS-01). La característica de todos estos sondeos es la existencia del N.A.F.
o flujo de agua al interior del suelo, que va desde H=0.80 m. a H=4.40 m., de
profundidad. El contenido de agua w%, en los sondeos enlistados
anteriormente, varía de 38%>w>15%, con grado de saturación de
95%>Sr>55%, estos valores son para los especímenes de suelos extraídos
en época de lluvias, cuando los estratos de suelo registran sus valores
máximos de grado de saturación y contenido de agua. El registro de número
de golpes en estos sondeos fue de: rango mínimo N=2 golpes y el rango
máximo es de N=36 golpes, con un registro promedio de N=15-18 golpes; es
decir una resistencia a la compresión simple de qu= 2.0 kg/cm2 y Cu=1.0
kg/cm2, para profundidades de H= 0.00 a 5.00m.; sin embargo, es importante
comentar que para profundidades de H= 0.00 a 3.00 m., el número de golpes
varia de la siguiente manera: rango menor de N=1 y el rango mayor es de
N=30 golpes, con un promedio de N=15 golpes, esto implica una resistencia
a la compresión simple de qu= 1.00 kg/cm2 y una cohesión de Cu=0.50
kg/cm2.
Mapa del área de estudio en Google Earth. Zonificación de la zona en
estudio: Área de color azul, zona estable; Área de color naranja, zona
inestable; y área con rayas amarillas, zona de transición.
ASÍ, CONOCIDOS LOS COEFICIENTES DE ESCURRIMIENTO PARA DIFERENTES
LLUVIAS ASOCIADAS A PERIODOS DE RETORNO, SE PROCEDIO AL DISEÑO DE
LOS SUBDRENES.
PARA EL DISEÑO SE NECESITÓ:
LA TOPOGRAFÍA
LA ZONIFICACIÓN DEL RIESGO DE DESLIZAMIENTO
LOS ESTUDIOS GEOTÉCNICOS (PERMEABILIDAD DEL SUELO)
LOS COEFICIENTES DE ESCURRIMIENTO
EL NIVEL DE AGUAS FREÁTICAS
CON EL NIVEL DE AGUAS FREÁTICAS SE DETERMINARON LAS ISOBÁTAS:
LOS COLORES MÁS
OSCUROS
SON LOS QUE
PRESENTAN ZONAS
DE MAYOR
INESTABILIDAD Y
LOS MÁS CLAROS
ZONAS ESTABLES
Traslape de geotextil
Filtro de arena
Tubo de PVC perforado de
diámetro variable,
Grava entre 2” y 3”
X variable, en m
Y variable, en m
Espesor variable,
en m
Geotextil
Nivel del suelo
original
Cama de grava
de 10 cm
Traslape de geotextil
Filtro de arena
Tubo de PVC perforado de
diámetro variable,
Grava entre 2” y 3”
X variable, en m
Y variable, en m
Espesor variable,
en m
Geotextil
Nivel del suelo
original
Cama de grava
de 10 cm
Diseño de los subdrenes de la zona I, II y III
Grava de 2 a 3 pulgadas
Nivel del terreno natural
Tubería de diámetro
Pro
fun
did
ad
va
ria
ble
, en
m
Pendiente variable
Caja de cambio de
profundidad de drenes
Cama de material
mejorado
Pro
fun
did
ad
va
ria
ble
, en
m
Tubería de diámetro
Pendiente variable
Cama de material
mejorado
Ancho variable
Grava de 2 a 3 pulgadas
Nivel del terreno natural
Tubería de diámetro
Pro
fun
did
ad
va
ria
ble
, en
m
Pendiente variable
Caja de cambio de
profundidad de drenes
Cama de material
mejorado
Pro
fun
did
ad
va
ria
ble
, en
m
Tubería de diámetro
Pendiente variable
Cama de material
mejorado
Ancho variable
Cuando existe cambio de pendiente
A partir de los estudios, geológicos, geotécnicos y de mecánica de suelos
se determinaron tres zonas, la zona inestable, de transición y estable.
Para el diseño de los subdrenes de cada zona se utilizó el software
ESPADREN, el cual calculó la separación entre subdrenes, el tamaño de
estos, y la cantidad de agua que éstos drenaran hacia las corrientes aguas
abajo del Fraccionamiento Lomas de Oriente, es importante aclarar que el
agua que desalojen estos subdrenes se hace de manera continua en
determinado tiempo, por lo tanto no provocan ningún problema de
inundaciones aguas abajo.
Las dimensiones de los subdrenes y el diámetro de tubería ranurada se
presentan en la siguiente tabla de acuerdo a la zona:
CONCLUSIONES
El fraccionamiento “Lomas del Oriente”, se ubica en una zona urbana de
riesgos geotécnicos, que corresponde a la zona geotécnica (B). La
construcción de obras de ingeniería civil, en estas zonas urbanas ubicadas
en la zona B, implica la necesidad de realizar trabajos de ingeniería civil, en
las especialidades de ingeniería hidráulica, geológica, sísmica y geotécnica;
que permita identificar la intensidad o magnitud de los riesgos geotécnicos y
los daños estructurales que pueden causar a las edificaciones y a los
pavimentos urbanos. Las propuestas de solución presentadas en este
trabajo requieren de la intervención en el proceso constructivo, supervisión y
control de calidad de los materiales a emplear de empresas o personas
físicas con los conocimientos en las áreas de ingeniería citadas. Además,
los trabajos de ingeniería propuestos requieren de una inversión económica,
que deberá analizarse el costo-beneficio de estos.
Debe analizarse, el estado actual que guardan cada una de las viviendas y
las obras viales construidas actualmente y atender cada uno de los casos
de manera particular; es decir debe considerarse un levantamiento
estructural de los daños causados por el deslizamiento de la ladera en su
conjunto y para cada una de estas viviendas darles la solución que
garantice la seguridad del o los inmuebles y los costos de reparación. En
las visitas realizadas al realizar este trabajo, se observó, que en las
viviendas construidas en la zona denominada como zona estable o zona 1,
muchas viviendas y parte de los pavimentos construidos no presentan
daños estructurales severos, y que deberán registrarse para considerarlo
como viviendas estables. En las construcciones ubicadas en las zona 2 y 3,
de transición e inestable, deberá evaluarse las condiciones estructurales y
los costos de reparación para garantizar la seguridad de los propietarios de
los inmuebles; independientemente de realizar los trabajos de ingeniería
propuestos para estabilizar los deslizamientos de los taludes.
6.95 km
Mapa de isosperiodos y microzonificación sísmica de la ciudad de Tuxtla
Gutiérrez, Chiapas. Los tipos de terreno están limitados por las curvas de
igual periodo; se muestra de color azul la zona estable, de color amarillo la
zona con efecto de sitio y de color naranja la zona de riesgo.