A7MOVR_1

XXVII Reunión Nacional de Mecánica de Suelos
e Ingeniería Geotécnica
Noviembre, 2014 – Pto. Vallarta, Jalisco
Sociedad Mexicana de
Ingeniería Geotécnica, A.C.
Módulo presiométrico y su relación con la compresión simple en rocas
Presiometric Modulus and its relation with the uniaxial compression in rocks
Rafael M. VEGA1, Daniel MARTIN2, Miguel A. FERNÁNDEZ3, Ignacio CARAZO4
1Ingeniero Consultor, Vorsevi México
Director Técnico Vorsevi México S.A de C.V. e-mail: [email protected]
3Ingeniero Geólogo Director de Departamento de Geotecnia, Vorsevi S.A., e-mail: [email protected]
4Director Técnico, Vorsevi Qualitas, e-mail: [email protected]
2Geólogo.
RESUMEN: Evaluar el comportamiento mecánico de los emplazamientos geológicos a partir de pruebas in situ, ha
llevado a desarrollar un sin número de métodos directos e indirectos para tal fin. Uno de los métodos directos más
versátiles utilizados en la actualidad para evaluar las características mecánicas de los suelos, rocas blandas y macizos
rocosos in situ, ha sido el ensayo presiométrico tipo monocelular, con el cual se obtienen parámetros de deformación,
resistencia y estabilidad. Apoyándose en cuatro campañas geotécnicas de exploración desarrolladas en
emplazamientos geológicos con génesis diferente, se presenta el siguiente artículo en el cual se llevó a cabo una
recopilación de pruebas presiométricas de campo en diferentes tipos de roca, así como ensayos de compresión simple
en laboratorio, presentándose gráficamente una relación entre la Presión Límite presiométrica y la resistencia a la
compresión simple. Por último se evalúa la capacidad de carga de una pila con los datos obtenidos a partir de la
compresión simple y utilizando la presión Límite.
ABSTRACT: To evaluate the mechanical behavior of geological sites from field testing has been developing a number of
direct and indirect methods for this purpose. One of the most versatile direct methods currently used to evaluate the
mechanical properties of soils, soft rocks and rock masses in situ, has been the presiometric test type Single cell, with
which is obtained deformation parameters, resistance and stability. Based in four geotechnical exploration campaigns,
developed in geologic sites with different genesis, presents the following paper in which It was carried a recompilation
field test presiometric on different rock kinds, as also uniaxial compression in laboratory, presented graphically a relation
between the presiometric limit pressure modulus and the uniaxial compression resistance. Finally evaluate the bearing
capacity of a pile with the dates obtained from uniaxial compression and using the presiometric limit pressure.
1 GENERALIDADES
1.1 Introducción
Éste tipo de ensayos, originalmente fue premeditado
y desarrollado por Menard en el año de 1955. En la
actualidad existen varios tipos de presiómetros;
I. los que requieren de un sondeo previo,
II. los que no lo requieren y
III. los presiómetros de cono.
Sin embargo los del punto “I” son los más comunes
en el mercado, los cuales se enlistan enseguida:
Presiómetro tipo Menard: Se encuentra constituido
por tres celdas; dos extremas que sirven de
protección y una intermedia que es de medición,
obteniendo parámetros confiables en suelos de
consistencia blanda a media.
Presiómetro tipo Monocelular: La diferencia con el
Menard, estriba en que; éste solo cuenta con una
sola célula de medición de mayores dimensiones y
tiene una aplicación desde suelos de consistencia
media hasta rocas.
Presiómetros tipo Texam: Similar al Menard, pero
con una única celda de medición.
Además los rangos de presión que pueden
alcanzar entre cada uno de los presiómetros son
diferentes. Teniendo una mayor cobertura el tipo
monocelular.
1.2 Sonda tipo monocelular e implementos.
El equipo necesario para desarrollar la prueba está
integrado por:
A. Sonda Hidráulica o Eléctrica. Esencialmente es
el dispositivo que se baja al interior del sondeo
(Presiómetro), la célula de medición deberá
tener una altura igual a 6 veces el diámetro.
En donde el diámetro nominal del sondeo no
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.
Módulo presiométrico y su relación con la compresión simple en rocas homogéneas
puede ser superior a 1.2 veces el diámetro
nominal de la sonda
B. Camisa de la sonda. Membrana interna de
caucho más vaina exterior flexible (se va
adaptando a las paredes del sondeo a medida
que se le va ingresando el fluido a presión).
C. Dispositivos para medición. Compresor o
bomba hidráulica que miden cambios de
presión y sensores eléctricos internos de la
sonda que miden cambios de diámetro. La
precisión de la unidad de lectura debe ser tal
que sea registrable un cambio del 0.01% del
diámetro de la sonda.
D. Cables. Los cables conectan la sonda y sistema
de presión con la estación de medida.
E. Estación
de
Medida.
Permite
aplicar
incrementos iguales de presión o diámetro a
la sonda y mide los cambios de volumen o de
presión.
En la Imagen 1 se muestra lo previamente
descrito para mayor detalle.
D
A
C
B
E
Figura 1. Dispositivos de Medición para llevar a cabo la
prueba presiométrica.
1.3 Fundamento teórico del ensayo con presiómetro
tipo monocelular
Esta prueba consiste en ingresar una sonda
cilíndrica unicelular radialmente dilatable, al interior
de una perforación previamente ejecutada. A partir
de la cual se llevan a cabo ciclos de carga y
descarga sobre el subsuelo donde se encuentra
embebida la sonda, obteniendo lecturas de esfuerzo
– deformación.
Con la infusión de un fluido (Nitrógeno
comprimido) de manera controlada dentro de la
sonda se provoca un cambio de volumen en la
misma, y ésta a su vez provoca la deformación del
suelo circundante a la célula, obteniendo de ésta
manera una relación entre el aumento de volumen y
la presión aplicada.
El espacio anular entre la membrana de la sonda
y las paredes del sondeo debe ser tal que la sonda
quede ajustada completamente, para así obtener un
mejor resultado de la prueba.
Dicha prueba se ejecuta siguiendo los
lineamientos de la norma ASTM-D 4719, en éste
estudio se ha utilizado un equipo monocelular (e.g.
Sonda “OYO 4181 ELASTMETER 2 HQ SONDE”).
ENSAYO PRESIOMÉTRICO (PMT) ASTM D4 179
ESTACIÓN DE
MEDIDA
CABLES
ADEME
RECUPERABLE
SONDA
PRESIOMÉTRICA
D = 73 mm
L = 144 mm
VARILLAJE
APLICANDO LA TEORIA DE
EXPANSIÓN DE LA CAVIDAD,
SE EVALUA EL MÓDULO DE
ELASTICIDAD "E" Y PRESIÓN
LÍMITE "PL"
CAVIDAD POR
ENSAYAR
2. LA SONDA DECIENDE
AL ÁREA POR ENSAYAR
1. PREPARACIÓN DEL
ÁREA POR ENSAYAR
3. INFLADO DE LA SONDA
4. INCREMENTO DEL RADIO DE LA
MEMBRANA Y TOMA DE
LECTURAS
Figura 2. Esquema del ensayo presiométrico.
El ensayo presiométrico se analiza a partir de la
teoría elastoplástica de la expansión de una cavidad
cilíndrica en un medio indefinido, permitiendo
determinar parámetros de resistencia y deformación
“in situ” a la profundidad deseada, principal ventaja
respecto a otro tipo de ensayos limitados por la
profundidad. Se obtiene de cada ensayo el Módulo
Presiométrico (EP), Presión de Fluencia (Pf) y
Presión Límite (PL).
EP: Módulo presiométrico: estudio de la fase
elástica del ensayo.
Pf: Presión de fluencia: presión correspondiente al
final de la fase elástica del ensayo.
PL: Presión límite: se define como la presión a la
que el volumen de la sonda se convierte en dos
veces el volumen de la cavidad original del suelo.
Los Resultados de la prueba se presentan
gráficamente, tal como se muestra enseguida:
Gráfica Presiométrica
0,4
PL
0,35
C
Curva Presiométrica
PF 0,3
0,25
Presión, MPa
2
0,2
B
0,15
0,1
0,05
Po
A
0
22
24
26
Do
28
30
DF
32
34
DL
Deformación, mm
Figura 3. Gráfica típica de resultados de una prueba
presiométrica.
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.
VEGA R. et al.
La gráfica presenta tres curvas características en
los resultados de cada prueba identificadas con las
letras A, B y C.
La curva A, representa a la rama inicial de la
gráfica, la cual describe el proceso por el cual las
paredes exteriores de la camisa del presiómetro se
ajusta a las paredes de la perforación.
La curva B, representa a la rama elástica de la
gráfica. Quien describe el comportamiento elástico
del subsuelo ensayado.
La curva C, representa la rama plástica de la
gráfica, quien representa el comportamiento plástico
del subsuelo ensayado.
3
las rocas volcánicas del denominado Grupo
Guadalajara que consiste de una sucesión de domos
riolíticos y depósitos piroclásticos. Posiblemente éste
magmatismo esté asociado a alguna fase de
extensión en el Mioceno tardío.
2 CAMPAÑAS DE EXPLORACIÓN GEOTÉCNICAS
2.1 Mesa central del área metropolitana de
Guadalajara
2.1.1 Descripción Geológica
El Área Metropolitana de Guadalajara (AMG),
comprende parte de las provincias fisiográficas del
Eje Neovolcánico y Mesa Central. La región está
constituida
fundamentalmente
por
grandes
espesores de materiales ígneos extrusivos
acumulados durante tres etapas sucesivas de
actividad volcánica, desarrolladas en el Eoceno,
Oligoceno, y Mioceno temprano hasta el presente,
separados por depósitos vulcano-sedimentarios o
por discordancias.
Figura 4. Área Metropolitana de Guadalajara en estudio.
La secuencia volcánica del Terciario Medio está
formada por ignimbritas y lavas de composición
riolítica con andesitas y basaltos subordinados.
Hacia el NE de Guadalajara la secuencia piroclástica sobre-yace a los depósitos de andesitas e
ignimbritas de edad Eocénica. El Vulcanismo del
Mioceno tardío, está caracterizado por una unidad
basáltica ampliamente distribuida desde la región de
Figura 5. Geología del área en estudio, imagen tomada
del SGM.
2.1.2 Unidades Geológicas (UG)
A partir de las condiciones geológicas que
prevalecen en el área en estudio, se llevó a cabo una
caracterización geotécnica de cada uno de los
emplazamientos geológicos.
Figura 6. Serie Geológica del área en estudio.
Relleno: Superficialmente y en gran parte del área
en estudio, se reconoce un relleno antrópico de baja
compacidad y de naturaleza heterogénea, integrada
principalmente por arenas pumíticas de finas a
medias, envueltas en una matriz limosa con indicios
de grava, el color del estrato va de café a ocre, su
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.
Módulo presiométrico y su relación con la compresión simple en rocas homogéneas
Tabla 1. Correlación
geotécnicas.
entre
unidades
Compresión Simple
7
UG2
UG4A
UG4B
6
5
qu (MPa)
espesor varia de 1.00 a 2.00 m, aunque
puntualmente alcanza valores de 3.00m
UG1. Subyaciendo a la unidad anterior, quedó
emplazada la Toba Tala, quedando subdividida en
cuatro niveles en base a su compacidad relativa, a)
de muy suelta a suelta, b) de firme a muy firme, c)
densa y d) muy densa. Esta formación está integrada
principalmente de una arena limosa pumítica con
indicios de gravas de color café a ocre.
UG2. Suelo Residual. Bajo la formación anterior,
subyace un suelo residual que cubrió prácticamente
toda la superficie existente conformado por
materiales rocosos. Ésta unidad está formada
básicamente por arenas limosas y limos, con indicios
de grava de color café a café rojizo.
UG3B2. Tobas piroclásticas, arenas limosas de
color gris a café. Con indicios de grava. Se trata de
la alteración de la toba piroclástica de la UG3B1.
UG3C. Tobas Cineríticas, arenas limosas de
color gris a café. Dicho material se detectó solo de
manera puntual.
UG3A. Ignimbritas. Litológicamente: ignimbritas
gris claro a obscuro provenientes de depósitos
piroclásticos, de flujo que presentan xenolitos. Con
un RQD promedio del 81%.
UG3B1. Tobas piroclásticas. Litológicamente: de
tobas piroclásticas grises a rojizas, de depósitos
piroclásticos mixtos de flujo y de caída. Con un RQD
promedio de 67%
UG4A. Basaltos Vesiculares. Basaltos andesíticos
de color gris a rojizos, presenta vesículas de tamaño
milimétrico a centimetricos, rellenas de arcillas
azules y verdes ocasionalmente.
UG4B. Basaltos Masivos. Basalto andesítico de
color gris claro a obscuro.
UG4C. Riolitas. Litológicamente riolitas masivas
de color gris.
4
3
2
1
0
0
R
2,5
2
1,5
1
0,5
UG3A
UG3B2
UG3B1
20
30
40
50
60
Número de Pruebas
Relleno antrópico
(b)
UG1c Toba Tala
GM V-VI
UG2
Suelos residuales
(sobre ignimbritas
basaltos o riolitas)
TPR Terciario. Plioceno. Riolitas
10
UG1a Toba Tala
Terciario. Plioceno. Tobas
piroclásticas
TPB Terciario. Plioceno. Basaltos
60
Compresión Simple
UG0 Aluvial reciente
UG1d Toba Tala
TPC Terciario. Plioceno. Cineritas
50
3
UNIDAD GEOTÉCNICA
TPI Terciario. Plioceno, Ignimbritas
TPP
40
geológicas y
UG1b Toba Tala
QTT Cuaternario Toba Tala
30
(a)
0
QAL Cuaternario Aluvial
20
0
UNIDAD GEOLÓGICA
R Relleno antrópico
10
Número de Pruebas
qu (MPa)
4
UG3A
Ignimbritas
UG3B1
Tobas piroclásticas (GM III-IV)
UG3B2
Tobas piroclásticas (GM IV-V)
UG3C
Tobas cineríticas
UG4A
Basalto vecicular
UG4B
Basalto masivo
UG4C
Riolitas
2.1.3 Resultados de campo y Laboratorio
En la Figura 7 a y b, se grafican los resultados de las
compresiones simples ejecutadas en laboratorio,
para las seis unidades geotécnicas estudiadas. En
tanto que la Figura 8 a y b muestran los resultados
presiométricos.
Figura 7. Gráfica que muestra los resultados de
laboratorio de las compresiones simples de cada una de
las unidades geológicas estudiadas.
Tabla 2. Magnitud de pruebas de compresión simple.
No. Pruebas
Unidad Geotécnica
7
43
10
5
49
45
UG2
UG3A
UG3B1
UG3B2
UG4A
UG4B
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.
Intervalo de Valores
qu (MPa)
1.17
0.58
0.03
0.04
0.68
1.63
-
2.54
2.59
0.38
0.38
6.20
5.67
VEGA R. et al.
Los valores con menor magnitud, obedece a las
zonas donde la roca se encontró con un grado mayor
de meteorización, en tanto que para las zonas con
menor meteorización y RQD mayor a 70%, las
magnitudes de la compresión simple para cada
unidad resultaron ser elevadas.
Pruebas Presiométricas
25
20
Presión Límite (MPa)
5
UG2
UG4A
UG4B
2.2 Cauce río santa Catarina
15
10
5
0
0
2
4
6
8
10
12
14
Número de Pruebas
(a)
Pruebas Presiométricas
20
UG3A
UG3B1
UG3B2
2.2.1 Geología del Cauce del Río Santa Catarina
Desde el punto de vista fisiográfico, el área en
estudio corresponde a la provincia de la Cadena Alta
de la Sierra Madre Oriental, como un conjunto de
pliegues que forman una curvatura convexa hacia el
Noreste entre Torreón Coahuila y Aramberri Nuevo
León, el cual separa a las plataformas de Coahuila y
San Luis potosí.
Las principales estructuras de la Sierra Madre
Oriental son del Mesozoico y están constituidas por
pliegues anticlinales y sinclinales, afectados por
grandes fallas de tipo normal y numerosas fallas
inversas (cabalgaduras) que han trocado las
secuencias normales de depósito. Además, hay
varios cuerpos de rocas intrusivas que han afectado
a las secuencias mesozóicas de la Sierra Madre
Oriental en diversos puntos.
15
Presión Límite (MPa)
A
10
5
Zona en
Estudio
0
0
2
4
6
8
10
12
14
Número de Pruebas
(b).
Figura 8. Gráficas de la Presión Límite, correspondientes
a los ensayes presiométricos de las seis unidades
estudiadas.
Tabla 3. Magnitudes de la presión límite de las unidades
estudiadas.
No. Pruebas en
Muestras
Unidad Geotécnica
10
11
10
6
11
11
UG2
UG3A
UG3B1
UG3B2
UG4A
UG4B
A
’
Río Santa Catarina
Intervalo de Valores
PL (MPa)
1.35
4.68
1.92
1.88
2.52
1.63
-
8.87
16.18
7.72
4.41
22.30
6.32
Figura 9. Geología del cauce Río Santa Catarina, SGM
Existen afloramientos de areniscas y asociaciones
de lutitas y areniscas intercaladas pertenecientes al
Triásico. Del Jurásico Superior hay afloramientos
masivos de caliza, de yeso y de yeso asociado con
caliza. El Cretácico está representado por
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.
Módulo presiométrico y su relación con la compresión simple en rocas homogéneas
afloramientos de caliza, de lutitas y asociaciones de
calizas-lutitas y lutitas-areniscas.
El lugar donde se ubica el área en estudio
corresponde al río Santa Catarina, donde las
formaciones más jóvenes integradas por detritos
aluviales y conglomerados pertenecientes al
Cuaternario, sepultaron a las calizas y lutitas
características del Cretácico. Dada a la erraticidad
estratigráfica de la zona a lo largo del río se describe
de manera general las unidades geotécnicas
predominantes en el área en estudio determinadas a
partir de la campaña de exploración geotécnica.
Compresión Simple
70
60
UG3
UG1
50
40
qu (MPa)
6
30
20
2.2.2 Unidades Geológicas (UG)
UG1. Conglomerado Poligénico integrado por:
boleos y gravas de procedencia sedimentaria de
aristas redondeadas, empacadas en una matriz que
va de arcilla con alto contenido de sílice a arena
arcillosa con un bajo contenido en sílice, con
variantes de color que van de; café claro a gris
obscuro al fresco y gris claro en estado seco,
respectivamente. Así mismo la variación del grado
de cementación en la matriz que empaca a las
gravas y boleos varía considerablemente, dando
lugar a magnitudes del RQD muy variables a lo largo
de la unidad.
UG2. Detrito Aluvial, integrado por gravas y boleos
de origen aluvial, empacados en una matriz areno
limosa con variaciones de cementación, que van de
baja cementación a alta cementación, éste último lo
encontramos principalmente en dónde la arcilla con
alto contenido de sílice se depositó.
UG3. Lutita de color café claro en la parte
superior, conforme se va avanzando en la
profundidad se torna gris obscuro al fresco y gris
claro en estado seco.
Así mismo, existen depósitos locales dentro de la
masa del subsuelo de arena, arcilla y/o limo arenoso,
principalmente en la UG1 y UG2.
2.2.3 Resultados de Campo y Laboratorio
Por las características propias de cada una de las
unidades, solo fue posible recuperar muestras
inalteradas de la UG1 y UG3, así mismo sólo en
estas dos se llevaron a cabo pruebas de compresión
simple, dado a que en la UG2 el material es muy
deleznable y no guarda una estructura estable, tales
resultados se muestran en la gráfica 10.
Los valores superiores a los 30 MPa de la UG1,
corresponden a las zonas de mejor cementación del
conglomerado poligénico, principalmente aguas
arriba del río, así mismo los valores por arriba de los
20 MPa de la UG2 son los pertenecientes a las
zonas donde la luitita afloraba, y el RQD fue mayor al
70%.
10
0
-10
0
20
40
60
80
100
120
140
Número de Pruebas
Figura 10. Compresiones simples en la UG1 y UG3.
2.3 Campo volcánico sierra de las cruces, poniente
del valle de México y oriente del valle de Toluca
2.3.1 Geología del área en estudio.
La zona en estudio abarca desde el poniente de la
cuenca del Valle de México, pasando por la parte
central del Campo Volcánico Sierra de las Cruces
(SC), hasta la zona poniente del Valle de Toluca.
Éste conjunto se encuentra localizado en la parte
Este del Cinturón Volcánico Trans-mexicano.
Geológicamente la SC está conformada por ocho
estratovolcanes dispuestos en un arreglo de sur a
norte que tuvieron una importante actividad durante
el Plioceno y pleistoceno, conformada por extensos
derrames de lava y domos de composición
andesítico - dacítica y afinidad calci-alcalina (Gunn y
Mooser, 1970). Alternándose con flujos piroclásticos
de bloques y cenizas, flujos de pómez, oleadas piroclásticas, depósitos de caída, flujos de detritos y
lodo. El basamento de la SC, se encuentra
conformado por una variedad de rocas; calizas del
Cretácico, Rocas Volcánicas del Mioceno medio o
del Oligoceno (Mooser et al., 1959, Fries 1960), no
teniendo bien definido hasta la fecha el origen del
emplazamiento, sin embargo se considera que sus
productos se emplazaron a través de sistemas de
fallas de dirección N-S (Mooser, 1972; Demant,
1978; Alaniz-Alvárez et al., 1998).
La SC, es un importante conjunto montañoso, con
elevación máxima de 3, 800 m snm. Cuyas fronteras
son la cuenca del valle de México de carácter
endorreico y la cuenca de Toluca.
La zona en estudio presenta unidades de mayor
relieve de montaña integrada por terrenos rocosos
en vertientes que se orientan hacia la cuenca de
Toluca. En las laderas que integran la cuenca de
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.
7
VEGA R. et al.
Compresión Simple
100
Basalto
Andesita
Brecha V
80
60
qu (MPa)
México, los afloramientos rocosos se distinguen de
las superficies adyacentes por su gran altura.
El pie de monte en la SC es diferente en cada una
de sus vertientes. El desarrollo de rampas
asimétricas correspondientes a la cuenca de México
son más alargadas que las correspondientes a la
cuenca de Toluca (Armando García et al., 2008).
En tanto que los aluviones que conforman los
rellenos del valle de México y Toluca, están
integrados por gravas, arenas, cenizas y arcillas, el
espesor varía de 30 a 300m.
40
20
0
0
Área en
estudio
10
20
30
40
50
60
Número de Muestras
Figura 12. Compresión Simple de las unidades
estudiadas.
Pruebas Presiométricas
16
Figura 11. Fragmento de carta geológica (Servicio
Geológico Mexicano,SGM), del área en estudio.
2.3.3 Resultados de Campo y Laboratorio
En La Figura 12, se grafican los resultados de la
compresión simple obtenidas en laboratorio, de las
unidades detectadas. Los valores menores a 1 MPa
corresponden a rocas con un alto grado de
meteorización.
La Figura 13 muestra los valores obtenidos en las
pruebas presiométricas de las tres unidades
geotécnicas en estudio.
12
Presión Límite (MPa)
2.3.2 Unidades Geológicas
A partir de la campaña de investigación
geotécnica, se evaluaron y determinaron tres
unidades geotécnicas representativas del área en
estudio, tales como:
UG1; Basaltos vesiculares de color gris a gris
obscuro, que van de moderadamente fracturados a
muy fracturados con grados de meteorización de III a
V.
UG2; Andesita de color gris claro, café claro y
grises con tonos rojizo, de moderadamente
fracturada a muy fracturada con grados de
meteorización de III a IV.
UG3; Brechas Volcánicas, donde los clastos son
de origen andesítico y/o Basáltico, soportadas en
una matriz areno-limoso fuertemente cementada.
Basalto
Andesita
Brecha V.
14
10
8
6
4
2
0
0
2
4
6
8
10
12
14
Número de Pruebas
Figura 13. Presión Límite de Basaltos, Andesita y la
Brecha Volcánica.
Se observa que los valores de la brecha Volcánica
son más grandes, debido al grado de sedimentación
que alcanzó durante su conformación. Por otro lado
sólo se tienen dos ensayos presiométricos en las
Andesitas.
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.
8
Módulo presiométrico y su relación con la compresión simple en rocas homogéneas
2.4 Zona sur de la sub-provincia: llanuras y sierras
de Querétaro e Hidalgo.
2.4.1 Geología del área en estudio.
Fisiográficamente la siguiente área en estudio se
encuentra en la provincia del eje Neo-volcánico, en
las sub-provincias de las Llanuras y Sierras de
Querétaro e Hidalgo, presentando un corredor de
lomeríos bajos.
Geológicamente el subsuelo se encuentra
integrado por rocas Ígneas extrusivas provenientes
del Cuaternario y Cretácico.
Andesita porfídica color gris claro a rojizo con
intercalaciones de brecha volcánica muy alterada y
reducida a arena limosa suelta con fragmentos de
andesita suelta con alteración propilítica Las juntas
presentan rugosidad plana y rellenas de óxidos.
2.4.3 Resultados de Laboratorio y Campo.
A partir de los ensayo de laboratorio se graficaron
los resultados de la compresión simple, cabe señalar
que la brecha Volcánica en su mayoría apareció con
un fracturamiento masivo.
Compresión Simple
140
Basalto
Brecha V
Caliza
Andesita
120
Tula, Hgo.
qu (MPa)
100
80
60
40
20
Área de
Estudio
0
0
10
20
30
40
Número de Pruebas
Figura 14. Geología del área en estudio
60
Figura 15. Compresión Simple de las unidades
estudiadas
Pruebas Presiométricas
20
Basalto
Brecha V.
15
Presión Límite (MPa)
2.4.2 Unidades Geológicas
Para el estudio de estas formaciones se
establecieron cuatro unidades geológicas bien
definidas, las cuales se enlistan enseguida:
Basalto con textura afanírica y vesicular, de color
gris a gris obscuro, fracturado a muy fracturado, con
textura amigdaloidal rellenas de carbonatos. El
basalto en general se encuentra sano, salvo en las
fracturas, las cuales se encuentran rellenas de
óxidos y limos arenosos.
Brecha Volcánica, sanas a muy alteradas y
oxidadas, con clastos sub-angulosos de origen ígneo
empacados en una matriz arenosa, bien cementados
con algunas intercalaciones de fragmentos de
basalto vesicular color gris obscuro, presentando
zonas de intenso fracturamiento reduciéndolos a
gravas empacadas en arenas limosas, presenta
zonas con juntas rugosas y escalonadas, rellenas de
óxidos, arcillas, carbonatos e indicios de arena
limosa. Algunas zonas presentan rastros de intensa
alteración hidrotermal y fallamiento.
Caliza sana con un grado de meteorización que va
de II a V en la superficie, de color gris obscuro al
fresco y gris, gris claro en estado seco alternándose
estos dos de manera transversal, con betas de
calcita, con fracturas rellenas de calcita y óxido y en
algunas ocasiones arcilla de color café claro.
50
10
5
0
0
5
10
15
20
Número de Pruebas
Figura 16.
estudiadas.
Presión
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.
límite
de
las
unidades
VEGA R. et al.
3 APLICACIÓN DE LOS ENSAYES
PRESIOMETRICOS Y COMPRESIÓN SIMPLE.
Se propone evaluar la capacidad de carga de una
pila de 1.50 m de diámetro, desplantada a 20.00 m
de profundidad considerando un empotramiento de
3.00 m dentro de un basalto vesicular gris obscuro.
3.1 Método Simplificado de cálculo de resistencia
unitaria en pilas.
En primera instancia se revisará la capacidad de
carga utilizando datos obtenidos in situ a partir de
una prueba presiométrica.
Ensayo Presiométrico ASTM D-4719
9
A partir de la curva de presiométrica se define
como la presión límite igual a 9.39 MPa.
Sustituyendo valores en la Ec. 1 tenemos:
qp = 10.67 MPa
La ecuación 2 representa la manera de determinar la
presión límite indirectamente, con ayuda de un
gráfico de la Inversa del volumen vs Presión.
3.2 Resistencia en punta de una pila desplantada
en roca de acuerdo al manual AASHTO 2002.
De acuerdo al Manual antes referido, la resistencia
en punta de una pila puede estimarse con la
siguiente ecuación:
10
𝑞𝑝 = 𝑁𝑚𝑠 𝐶𝑜 𝐴𝑡
Curva Presiométrica
(3)
8
Donde;
Presión, MPa
qp = Resistencia en la punta de una pila
Nms = Coeficiente para estimar la qp
Co = Esfuerzo a la compresión Simple = 1.6 MPa
At = Área Transversal =
6
Considerando un tipo de roca “D” conforme al
Manual AASHTO 2002, para un RQD igual a 50 %,
tenemos un coeficiente de 0.069 y sustituyendo en la
ecuación 3, tenemos que:
4
2
qp = 0.11 MPa
0
0
1
2
3
4
5
6
4 CONCLUSIONES
Deformación, mm
Figura 17. Gráfica de un Ensayo Presiométrico
con un ciclo de descarga y recarga, (ASTM D-4719),
A partir de la siguiente ecuación se puede
determinar la capacidad de carga última de una pila.
𝑞𝑝 = 𝐾 ∙ 𝑃𝐿 − 𝐾𝑜 ∙ 𝜎𝑣,
(1)
Donde;
qp = Capacidad de carga de la pila por punta
K = Coeficiente de proporcionalidad:
- Suelos granulares = 3.2
- Suelos Cohesivos = 1.5
PL = Presión Límite del ensayo presiométrico
𝑃𝑙 ; 𝑟𝑓 = 21/2 𝑟𝑜 ; 𝑉𝑓 = 2𝑉𝑜
(2)
Ko = Coeficiente de empuje al reposo,
habitualmente = 0.5
’v = Esfuerzo vertical efectivo al nivel de
desplante de la cimentación
La esencia de la prueba de compresión simple es
llevar a la falla la muestra, cuyo resultado es una
curva de esfuerzo vs deformación, valorando la zona
elástica y plástica del material ensayado. De la
gráfica evaluamos el Módulo de Elasticidad del
material.
El ensayo presiométrico consiste en llevar a la
falla el suelo circundante a la cavidad donde se aloja
la sonda, se dice que el suelo ha fallado cuando se
alcanza dos veces el perímetro inicial de la cavidad
(presión límite) o en su defecto cuando se llegue a
una presión máxima de 15.0 MPa (lo que ocurra
primero), al aplicar la teoría de la expansión de la
cavidad, se evalúa el módulo presiométrico y la
presión límite, para mayor detalle ver Figura 3 y 17.
La relación entre ambos métodos es que se llevan
a la falla los geomateriales, obteniendo parámetros
mecánicos del subsuelo con los cuales se resuelve
algún problema geotécnico.
Como se muestra en apartado 3 a partir de un
ensayo presiométrico bien ejecutado e interpretado
se puede dimensionar cimentaciones superficiales y
profundas. Así mismo con los valores obtenidos de
una prueba de compresión simple y algunas
SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA A.C.
10
Módulo presiométrico y su relación con la compresión simple en rocas homogéneas
correlaciones empíricas se está en posibilidades de
llevar a cabo cálculos geotécnicos.
El ensayo presiométrico se desarrolla en un
ambiente prácticamente cercano al estado natural
que se encuentra sometida la masa del subsuelo,
por otro lado, es un ensayo in situ que mide
escalones de esfuerzo-deformación, realizados
dentro de las paredes de un sondeo mediante el
empleo de una sonda cilíndrica que se expande
radialmente. Para que los resultados obtenidos sean
coherentes es fundamental que las paredes del
sondeo previo queden lo menos alteradas posible.
Las muestras inalteradas de la roca son tomadas
de manera selectiva o en su defecto del núcleo del
macizo rocoso, despreciando aquellas zonas donde
el fracturamiento fue masivo, aunado a que después
en laboratorio se somete a una preparación de la
muestra seleccionada para poder ser ensayada,
perdiéndose de alguna manera las propiedades
originales del geo-material.
En caso de requerir determinar las propiedades
del subsuelo en una zona de fracturamiento masivo,
el ensaye presiométrico nos ofrece una buena
alternativa para determinarlos además, se observa
que en los análisis numéricos, la resistencia en punta
de una pila es mayor que la obtenida con las
ecuaciones utilizadas en Mecánica de Suelos.
Una de las ventajas de estos ensayos in situ sobre
los demás pruebas que se utilizan en la actualidad,
para determinar parámetros de resistencia y
deformación es: que dichos ensayos pueden llevarse
a cabo desde suelos de consistencia blanda hasta
rocas.
La presión límite se estima a partir de las últimas
medidas realizadas y el módulo presiométrico se
calcula a partir de la curva de presión-volumen. Para
ello resulta fundamental que el sondeo tenga un
diámetro ajustado al de la sonda para asegurar una
capacidad de cambio de volumen adecuada.
La compresión Simple muestra resultados
conservadores en comparación con los ensayes
presiométricos.
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