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Indice
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FUNDACIONES SUPERFICIALES
Informe Geotécnico en proyectos de edificios
Antecedentes e
información previa
Reconocimiento
geotécnico
Pruebas y ensayos
Tipo de edificio,
cargas, etc.
Tipo de terreno
Baja
Terreno granular
( arenas, gravas )
Roca aflorante a
pequeña prof.
Influencia del NF
sobre la const.
Optimización
de excavaciones
Deformabilidad
Alta
Media
Tolerancias
del edificio
Estrictas
Terreno cohesivo
( arcillas )
Alta
Baja
Resistencia
Baja
Media
Media
Problemas de
interacción con
edif.adyacentes
Amplias
Análisis según
tipo de edificio
No
Positivo
Si
Cimentación
directa (zapatas,losas )
Alta
Deformabilidad
Negativo
Cimentación
profunda ( pilotes )
Etapas de un Proyecto de Fundaciones
Estudio Geotécnico
Antecedentes
Geología
Hidrogeología
Reconocimientos
Normativa
Condicionantes
Tecnología
Coeficientes de
seguridad
Implantación
Tipología
Definición de
la cimentación
Correlaciones
Ensayos
Modelos de
comportamiento
Informe Geotécnico
Proyecto
Ejecución
Sistema de
estructuramiento
del terreno
Parámetros
geotécnicos
Problemas
constructivos
Interacción con el
entorno
Control del
comportamiento
Acumulación de
experiencia
Resultado
Mejora del
proyecto
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Estudio Geotécnico
Antes de construir cualquier obra de ingeniería, se debe tener presente :
• Las condiciones del subsuelo y sus posibles problemas
• Su capacidad portante y deformabilidad
• Sus características como material de construcción
Un estudio geotécnico debe incluir entre otros temas:
Características del proyecto y objetivo del estudio
Características geotécnicas del sitio
Solución de fundación o del tema geotécnico de estudio
Recomendaciones para el procedimiento constructivo
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Estudio Geotécnico
Método de estudio
Reconocimiento
geológico
Ensayos
geotécnicos
Naturaleza
del suelo
Problemas
a resolver
Geología
del lugar
Topografía
Problema Habituales
a resolver
Cimientos
Asientos
Estabilidad
Contenciones
Adaptación
al lugar
En desniveles y
subterraneos
Estabilidad
de pendiente
Condiciones
de ejecución
Agotamientos
Socalzados
Estabilidad de fondo
y paredes de la
excavación
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Trabajos a realizar
La cantidad y calidad de los trabajos de reconocimiento, queda definidos por :
Tipo de terreno
Nivel de estudio
( Factibilidad, previo,
anteproyecto,proyecto)
Importancia
de la obra
Tiempo disponible
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Ubicación de los sondajes
SONDAJE : Prospección que busca detectar en forma razonablemente
confiable, la extensión, espesor y carácter de suelos y rocas
existentes destacando irregularidades importantes del subsuelo.
Un criterio puede ser:
Reconocimiento
preliminar
Uniformidad
del subsuelo
Vías de
acceso
Variabilidad
del subsuelo
120 - 150 m
entre sondajes
30 m entre sondajes
o 1 c/ 1000 m2
15 a 7,5 m
entre sondajes
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Otro Criterio de Ubicación de Sondajes
ESPACIAMIENTO DE SONDEOS
Estructura u obra
Espaciamiento ( m )
Carretera
300 - 600
Presa de tierra - Diques
30 - 60
Excavación para empréstito
30 - 120
Edificio de varios pisos
15 - 30
Edificio industrial de un piso
30 - 90
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Profundidad de los sondajes
La profundidad de los sondajes depende de :
Tamaño y características de la
estructura propuesta
Consideraciones
del diseño :
FS, asientos, infiltración
de aguas, etc.
Profundidad del
estrato con capacidad
de soporte adecuado
Bulbo de presiones
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Profundidad de los sondajes
Algunas recomendaciones son:
Teoría
de sobrepresiones
Teoría
de Boussinesq
Regla de
E. de Beer
Otras recomendaciones
Prof. mín.
10% del bulbo
Prof. que cumpla
∆ σ = 0,10 σo’
Zapata aislada
1,5-2,0 B
Zapata corrida
2,5 B
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Etapas del Estudio Geotécnico
1. Recopilación de antecedentes
reconocimiento geológico
y
2. Exploración Preliminar
3. Exploración detallada de muestras
representativas y no perturbadas
4. Exploración
complementaria
exploraciones especiales
y/o
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Etapas del Estudio Geotécnico
1.- RECOPILACION DE ANTECEDENTES Y RECONOCIMIENTO GEOLÓGICO.
Objetivo :
- Recopilar y evaluar los datos disponibles del subsuelo del sector
- Reducir la extensión de la exploración.
Como fuentes preliminares de información se tienen :
• Registros Geológicos y Geofísicos
• Comportamiento de estructuras existentes
• Topografía y fotografía aérea
• Zonificaciones de suelos
• Servicios ( MOP, Municipalidades, etc )
• Sismicidad
• Clima
• Napa freática
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Etapas del Estudio Geotécnico
2.- EXPLORACIÓN PRELIMINAR
Objetivo :
- Obtener el Perfil del subsuelo y muestras representativas de los
estratos principales
- Obtener posición del nivel freático
- Determinar efecto de subpresiones
- Determinar la línea de roca, etc.
Dentro de esta etapa algunos métodos de exploración son:
• Reconocimiento Geofísico
• Ensayos de Penetración
y sísmica de pozos
- Sondajes por Presión, Percusión o Rotación
- Veleta
- Mediciones presiométricas
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Etapas del Estudio Geotécnico
3.- EXPLORACIÓN DETALLADA
Objetivo :
- Obtener perfiles detallados del suelo (muestras
inalteradas de 2” a 3” de diámetro) y propiedades
principales.
- Obtener muestras aproximadamente continuas de
empréstitos de materiales
- Determinar el nivel de presión hidrostática del agua
subterránea
Métodos según la profundidad :
Superficiales : Calicatas y Zanjones
Profundas
: Muestradores tubulares abiertos, de pistón, testigos
de corona y sondeos de penetración.
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Etapas del Estudio Geotécnico
4.- EXPLORACIONES ESPECIALES
Objetivo :
Obtener muestras generalmente no perturbadas (a veces de 4” o más
de diámetro) desde los estratos considerados como críticos
Se utilizan cuando :
•
•
•
•
La estructura es de gran tamaño
Las condiciones del subsuelo se asocian a modelaciones
muy difíciles.
Se quiere determinar simultáneamente características de
resistencia y deformabilidad en una misma capa y profundidad.
Se trata de suelos o condiciones de fundación “especiales”
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Métodos de Reconocimiento
Indirectos
Resultados no inmediatos
( Ensayos en Laboratorio )
Calicatas, Zanjas y Pozos
Manuales; por Presión;
por Rotación y por
Sondajes
Percusión
Prospección Geofísica
METODOS
Ensayos de Penetración
Veleta de Corte
Directos
Resultados inmediatos
( Ensayos In Situ )
Manual
Estático
Dinámico:CPT,SPT
Placa de Carga
Ensayo Presiométrico
Ensayo de Permeabilidad
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Método de Muestreo Indirectos
CALICATAS, ZANJAS Y POZOS
•
•
•
•
Excavación en
el
terreno,
cuyo
propósito es obtener la
estratigrafía y muestras inalteradas, para someterlas a los ensayos
necesarios en laboratorio
El número mínimo de pozos por obra y su profundidad ya ha sido
comentado, pero sus dimensiones mínimas en planta y profundidad
están en función del tipo de estructura y del tipo de suelo
Dentro de ellos se miden a distinta profundidad densidad , humedad,
pesos específicos y se retiran muestras representativas
Para suelos granulares limpios ( sin cohesión ) se “ moldean “ o
fabrican muestras a la humedad y densidad del terreno, como
alternativa a ensayos “in situ”
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Método de Muestreo Indirectos
SONDAJES
•
•
Perforaciones de pequeño diámetro ( entre 3
a 6 “ ) y de gran profundidad ( hasta 150 m )
En caso de obtener muestras inalteradas,
éstas se protegen con parafina sólida y se
llevan al laboratorio.
ROTACION: testigos no perturbados ( rocas y suelos duros)
Tipos
de
Sondajes
PERCUSION : Muestras alteradas (gravas, suelos cementados)
POR PRESIÓN : inalterados (suelos blandos)
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Método de Muestreo Indirectos
TIPOS DE SONDAJES
Sondaje por Presión
• Se usa para perforaciones en suelos blandos
• Profundidad máx. 5 - 6 m
• Para la extracción de la muestra, el barreno
se
reemplaza por un tubo de muestreo
Barreno manual y muestreador
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Método de Muestreo Indirectos
Sondaje por Percusión
Equipo de perforación
por Percusión
• Eficiente en suelos granulares medios a finos
•
•
•
y menos en suelos blandos libres de piedras o
rocas.
El método consiste en introducir mediante un
martinete, un conjunto de
barras con un
muestreador en la punta
Se obtienen muestras o testigos alterados
La obtención de muestras inalteradas es
con muestreadores cilíndricos del tipo Shelby
Muestreador Cilíndrico
φ interno 1 3/8”
φ externo 2”
Largo variable ( 6 -42” )
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Sondeo y ensayo
de Penetración Dinámica
SPT
• Se
•
•
•
•
hinca en el suelo el muestreador, por
medio de un martinete de 65kg de masa,
que cae desde 0,76 m de altura
Se registra el número de golpes N para los
últimos 30 cm de penetración
Diámetro de perforación entre 150 y 300 mm
Profundidad máxima de 50 - 60 m
Se obtiene el índice de resistencia a la
penetración N y permite estimar la densidad
relativa y otros parámetros de resistencia y
deformación.
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SONDAJE S.P.T.
CUCHARA NORMAL
SPT
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Ensayo de Penetración Dinámica SPT
Informe estratigráfico obtenido mediante ensayo SPT
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Método de Muestreo Indirectos
Sondaje por Rotación
•
•
•
•
•
•
Utilizado en rocas y suelos duros
Obtiene
muestras
inalteradas,
mediante
rotación, empuje vertical y lavado.
El muestreador emplea en la punta, un material
más duro que el que se quiere penetrar, del tipo
corona diamantada.
Necesidad de un líquido lubricante, agua a
presión controlada
La calidad de la roca se puede medir
relacionando el n de trozos menores de 10 cm,
con el largo total: Indice de Recuperación o
RQD
Existen otras alternativas de perforación por
medio de Trepano
Perforadora con broca de corona que gira a
velocidad de 600 a 1200 rpm
El barril muestreador posee diámetro de 30 a
100 mm
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SONDAJE POR ROTACION
Cabezal
conductos
Tubo
exterior
Tubo
interior
Broca
cortanúcleos
Muestreador
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Métodos de Muestreo Indirectos
PROSPECCIÓN GEOFÍSICA
•
•
•
Procedimientos
económicos
para
determinar límite de los estratos del
suelo, niveles de roca y freáticos
Se basa en la variación de un estrato a
otro de:
Resistencia eléctrica
Elasticidad
Susceptibilidad magnética.
Se pueden emplear 3 métodos:
- Método de resistividad eléctrica
- Método de reflexión sísmica
- Método de refracción sísmica
Electrodo
de corriente
Electrodo
de potencial
E
d
d
amperímetro
I
voltímetro
d
h
Configuración de Wenner
para Método de Resistividad
Tiempo
x
Onda directa
Onda refractada
Curva de tiempo
de primer arribo
Distancia
Método de Refracción Sísmica
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Métodos de Muestreo Indirectos
•
Resistividad Eléctrica
Refracción Sísmica
•
Se basa en la presencia de aguas subterráneas que
contienen sales, las que conducen corrientes
apreciables a corta distancia.
Se hincan 4 eléctrodos separados entre sí y a medida
que cada uno cruza una interfase, se registran cambios
en la resistividad.
• Se basa en la diferencia de velocidad de las ondas
sísmicas al atravesar diferentes materiales
• Afectan a la velocidad : ondas de choque, humedad,
densidad, textura, presencia de vacíos y elasticidad.
• Se genera una onda sónica recepcionada por geófonos,
los cuales registran los cambios de la velocidad de onda.
Reflexión Sísmica
• Se utiliza en exploraciones profundas ( > 300 m ) y para
exploraciones bajo agua a poca profundidad.
• Similar al anterior, se emite una pulsación sónica que se
•
refleja en el lecho marino y el arribo de ondas se detecta
con hidrófonos .
Se obtienen rápidamente perfiles laterales y verticales
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Métodos de Muestreo Directos
Métodos Directos
Resultados inmediatos
( Ensayos In Situ )
MEDICIÓN REQUERIDA
Resistencia al corte
Capacidad de carga
Esfuerzo in situ
PRUEBAS
De Penetración: SPT
Veleta de corte
Presiómetro
Placa de carga
Piesómetro
MEDICIÓN REQUERIDA
Compacidad relativa y N
Compresibilidad
Presión de Poros
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Métodos de Muestreo Directos
Fuerza variable
o continua
ENSAYOS DE PENETRACIÓN
Manómetro
Revestimiento
Ensayo de Penetración
Estática
( Deep soundering )
• Popular a nivel mundial (poco en Chile)
• Uso en obras de fundaciones profundas y
en suelos blandos
• Se utiliza un gato hidráulico con carga, y
una camisa, en donde se introduce la
punta
Anclajes
Punta o barra
Presión ( barra ) Kg- f / cm2
Presión para
hundir barra
z
Resistencia
de punta
Resistencia
de roce
Presión para
hundir punta
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Métodos de Muestreo Directos
Ensayo de Penetración
Dinámica
CPT
•
•
•
•
•
•
Un conjunto de barras terminadas en un
cono normalizado, se hunde mediante la
energía de la masa de 63,5 kg que cae
desde 75 cm de altura
Se registra N ( n de golpes ) cada 30 cm.
Este sondaje no permite extraer muestras
La correlación entre N y la resistencia del
suelo es buena en arenas y regular para
suelos cohesivos
Se limita su validez hasta profundidades
del orden de 10 m
Este sondaje no registra la profundidad de
la napa
Ver diagramas de equipo
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Ver Ensayo portatil
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Métodos de Muestreo Directos
Ensayo de Penetración
Dinámica
CPT
N
<4
4-10
10-30
30-50
>50
COMPACIDAD
muy floja
floja
media
alta
muy alta
φ
<29
29-30
30-36
30-41
>41
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Métodos de Muestreo Directos
ENSAYO VANE TEST
Radio
T
• Ensayo de Paleta o Veleta de corte
• Se utiliza en suelos cohesivos blandos
• Mide la resistencia al corte en función de la
φ
cohesión, a través del torque necesario para
hacer girar una paleta
τ = c
• La paleta se introduce dentro del pozo de
sondaje
• Dependiendo de la naturaleza del suelo es
posible aplicarlo hasta 60 o 70m
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Métodos de Muestreo Directos
ENSAYO DE PLACA DE CARGA
•
•
•
•
El ensayo consiste en aplicar al suelo distintos
estados de carga y registrar la deflexión producida
en ellos.
Se utiliza para evaluar la capacidad de soporte
de subrasantes,
bases
o
pavimentos
completos.
La carga se aplica por medio de un gato
hidráulico y la deflexión producida se mide con
diales colocados cerca del borde inferior y
distribuidos regularmente en su perímetro.
La deflexión para cada carga se alcanzará cuando
no se aprecie un mayor incremento de ella ,
generalmente cuando la deformación no sea
mayor a 0,025 mm por minuto.
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Métodos de Muestreo Directos
Tiempo
Presión Normal
Deformación
Información por obtener de un ensayo de placa : E, Cc , K , Valor de soporte
Def.Plástica
Presión Normal
Presión Normal
Deformación
Deformación
Curva Presión v/s
Deformación con descarga
Curva deformación v/s tiempo
Ciclos
de def.
Rebote elástico
Curva con aplicación
cíclica de la presión
Curva de carga repetida
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Métodos de Muestreo Directos
Con los resultados obtenidos del ensayo Placa de carga , se obtiene el
módulo de reacción según :
K=p/δ
•
•
•
K = Módulo de Reacción
p = presión ( Kpa )
δ = reacción o deflexión
El módulo de reacción del suelo depende de la deformación que se tome
como referencia
La medición del módulo de reacción es sensible al diámetro de placa
empleada
El valor del módulo de reacción depende del estado de humedad del
suelo.
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Métodos de Muestreo Directos
ENSAYO PRESIOMÉTRICO
Manómetro
Ensayo de carga in situ , en el cual se
expande una membrana flexible en
el
interior
de un sondaje previamente
excavado, determinando características
mecánicas del suelo a un costo reducido y
en una situación más cercana al estado
natural del suelo.
Gas
Agua
Pared inalterada
Célula de medida
Célula de guarda
Los resultados que se obtienen son :
Presión límite de ruptura ( Pl )
Módulo presiométrico ( Em )
Em / ( pi - po ) - Historia de la rigidez del
suelo
•
•
•
V = inc.total
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Métodos de Muestreo Directos
Presión
•
•
•
•
Capacidad de soporte de fundaciones
superficiales o profundas
Asentamientos totales o diferenciales
Esfuerzos horizontales sobre muros
de contención
Esfuerzos y desplazamientos de
pilotes solicitados horizontalmente
∆v
Aplicaciones del ensayo :
p
Curvas presiométrica y de fluencia
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
ENSAYO DE PERMEABILIDAD
Tubo vidrio
IN SITU (Ejemplo)
Se mide la cantidad bombeada de agua de un
pozo o el nivel de descenso del agua en el
terreno
Se busca alcanzar un estado estacionario
cuando a flujo constante de bombeo, se
mantienen constantes los niveles en pozos de
observación
Medición de la velocidad de infiltración:
Se utilizan dos perforaciones o pozos de
prueba, de tal forma de que exista entre ellos
un gradiente hidráulico natural.
En la perforación superior se introduce
colorante y se mide el tiempo que demora en
llegar a la otra perforación.
•
•
dh
h1
h2
h
L
suelo
•
•
•
Pozos de prueba
NF
h
L
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Profundidad de los sondajes
PROFUNDIDAD DE LOS SONDAJES EN MUROS DE CONTENCIÓN :
H
Considerar : - Fallas por resistencia al corte
- Asentamientos
Estrato normal : D = 0,75 - 1,5 H
Estrato ancho : D = 2H
D
PROFUNDIDAD DE LOS SONDAJES EN CORTES PROFUNDOS :
Considerar : - Estabilidad de los taludes en
la altura de la excavación
H
D
Material estable : D = 1,8 - 3,0 m
B <<< H
:D=H
B
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Profundidad de los sondajes
PROFUNDIDAD DE LOS SONDAJES EN EMBALSES Y DIQUES :
Considerar : - Filtraciones de agua
L
H
H = Debe permitir estimar :
- Estabilidad
- Permeabilidad
- Presiones hidrostáticas
D
PROFUNDIDAD DE LOS SONDAJES EN TERRAZAS Y TERRAPLENES :
2L
Considerar : - Cruzar zona meteorizada
- Definir condiciones de drenaje
- Definir riesgo de heladas
H
Cargas livianas : D = 1,0 - 1,5 m
Cargas pesadas : D = 2,0 - 3,0 m
D
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Profundidad de los sondajes
PROFUNDIDAD DE SONDAJES EN TÚNELES :
B
Considerar : - Estabilidad del suelo
- Presión del suelo en las paredes
Condición normal : D = B
D
PROFUNDIDAD DE SONDAJES EN FUNDACIÓN DE ESTRUCTURAS :
Profundidad
estimada
Prof. z
σ’
Sello de fundación
∆ σz - incremento de
presión vertical
L < 2B => D = 0,8 pB
L > 2B => D = 0,1 p
( Zapata corrida )
L = largo fundación
B = ancho fundación
p = presión media en el área
0,1 de la presión vertical
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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Caracterización Geohidráulica
En Ingeniería de Fundaciones , el agua juega un rol muy importante, ya
que genera variados problemas , los que se agrupan en :
Influencia del
tiempo en el
escurrimiento en
suelos saturados
Fuerzas de
Percolación
en taludes
Depresión
de la Napa
Estanqueidad
y protección de
la contaminación
El control del agua en la construcción tiene por finalidad :
•
•
•
•
Facilitar
faenas
constructivas en
compactar, rellenar, concretar,etc.
“ ambiente seco “
para
Aumentar la estabilidad de los taludes de las excavaciones (en
arenas podría excavarse cerca de la vertical)
Reducir solicitación al sistema de entibación
Evitar riesgos de situaciones artesianas en sello de fundación
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Caracterización Geohidráulica
Los siguientes métodos de control de napa y / o procesos geotécnicos
asociados, son utilizados en excavaciones de fundaciones y obras de
movimiento de tierras :
Bombeo de
resumideros abiertos
Bombeo
de
Pozos
Bombeo de pozo
filtrante de pequeño
diámetro
Bombeo
de pozos
horizontales
Electro - osmósis
Bitumen
Lechada con cemento
Suspensión de arcilla
Geosintéticos
Consolidación
química
Aire comprimido
Congelamiento
24
Detalles
Cono C.P.T
Volver al la diapositiva anterior
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26