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. Geotechnical Special Publication no. 6, ASCE, Reston, Virginia, USA. Baguelin F., Jezequel J.-F., Shields D.H., 1978, "The Pressuremeter and Foundation Engineering", TransTech Publications, Clausthal-Zellerfeld, Germany. Briaud, J,L, (1991), "The Pressurometer" A, A, Balkema, Rotterdam. Briaud J.L., “SALLOP: Simple Approach for Lateral Loads on Piles,” Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 123, No. 10, pp. 958-964, ASCE, New York, October 1997. 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