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3. Planificación de estudios geotécnicos según el CTE. Contenido e interpretación

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TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN DEL SUELO
AXAN, s.l.
José María Noriega Rivera
GEÓLOGO – Ingeniería Geotécnica
TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN DEL SUELO:
ELABORACIÓN E INTERPRETACIÓN DE
ESTUDIOS GEOTÉCNICOS
SEGÚN CTE.DB-SE.C.
AUTOR Y
PONENTE:
JOSÉ M. NORIEGA RIVERA
TITULACIÓN:
GEÓLOGO – Ingeniería Geotécnica
Gestión de Calidad
CONSULTOR:
FECHA:
DOCUMENTACIÓN DISEÑADA PARA:
AXAN, s.l.
Abril de 2008
1
P.I. Guadalquivir, c/ Tecnología, 25 – Gelves 41120 (Sevilla)- Tel: 955 762 824 – Fax: 955 762 942 – www.axangeotecnia.com – [email protected]
Sociedad inscrita Registro Mercantil Hoja SE-42455, Tomo 3164. Folio 121, Inscripción 1ª. C.I.F.:B-91094367
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AXAN, s.l.
TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN DEL SUELO
José María Noriega Rivera
GEÓLOGO – Ingeniería Geotécnica
INDICE
CRITERIOS DE LA EXPOSICIÓN Y PRESENTACIÓN. ................................................................. 4
1.- NECESIDADES DE UN ESTUDIO GEOTECNICO ................................................................... 5
1.1.- ESTUDIOS GEOTÉCNICOS TRADICIONALES ................................................................ 5
1.2.- OBLIGATORIEDAD ACTUAL DE LOS ESTUDIOS GEOTÉCNICOS ..................................... 6
2.- CAMPAÑAS DE INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA ................................................................. 10
2.1.- PROGRAMACIÓN DE CAMPAÑAS DE INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA (CTE) .................. 10
3.- TÉCNICAS DE PROSPECCIÓN EN CAMPO........................................................................ 12
3.1.- TECNICAS DE INVESTIGACIÓN SEGÚN CTE............................................................... 12
3.2.- CALICATAS ............................................................................................................. 13
3.3.- SONDEOS MECÁNICOS ............................................................................................ 14
3.4.- ENSAYOS DE PENETRACIÓN DINÁMICA CONTÍNUA ................................................... 15
3.5.- INVESTIGACIONES GEOFÍSICAS ............................................................................... 16
4.- ENSAYOS “IN SITU”....................................................................................................... 17
4.1.- ENSAYOS “IN SITU” DENTRO DEL SONDEO .............................................................. 17
4.2.- OTROS ENSAYOS “IN SITU” ..................................................................................... 20
5.- TIPOS DE MUESTRAS DE SUELOS................................................................................... 23
5.1.- GENERALIDADES SOBRE LA TOMA DE MUESTRAS ..................................................... 23
6.- TIPOS DE “TOMA-MUESTRAS” EN SONDEOS ................................................................... 26
6.1.- EJEMPLOS DE DIFERENTES “TOMA-MUESTRAS” ........................................................ 26
7.- RECONOCIMIENTOS DE SUELOS .................................................................................... 27
7.1.- ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS SUELOS ........................................................ 27
7.2.- CRITERIOS DEL CTE PARA RECONOCIMIENTOS DE SUELOS ...................................... 31
8.- RECONOCIMIENTOS DE ROCAS Y MACIZOS ROCOSOS .................................................... 37
8.1.- CRITERIOS DEL CTE PARA RECONOCIMIENTOS DE ROCAS ........................................ 37
8.2.- CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA DEL MACIZO ROCOSO ......................................... 38
9.- LOS ENSAYOS Y ANÁLISIS DE LABORATORIO ................................................................. 40
9.1.- PROGRAMACION DE ENSAYOS DE LABORATORIO (CTE) ............................................ 40
9.2.- DENOMINACIÓN DE SUELOS SEGÚN ANÁLISIS.......................................................... 41
9.3.- AGRESIVIDAD QUÍMICA DE SUELOS ROCAS Y AGUAS................................................ 41
10.- DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS Y ANÁLISIS DE LABORATORIO ..................................... 42
10.1.- ENSAYOS IDENTIFICATIVOS. ................................................................................. 42
10.2.- ENSAYOS DE RESISTENCIA Y DEFORMABILIDAD. .................................................... 44
10.3.- ENSAYOS DE EXPANSIVIDAD Y COLAPSO................................................................ 48
10.4.- ENSAYOS DE COMPACTACIÓN................................................................................ 50
10.5.- ANÁLISIS QUÍMICOS. ............................................................................................ 52
11.- CLASIFICACIONES DE SUELOS ..................................................................................... 54
11.1.- SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS (U.S.C.S.) .............................. 54
11.2.- OTRAS CLASIFICACIONES DE SUELOS (PG-3).......................................................... 56
12.- CRITERIOS GENERALES PARA PROYECTOS DE VIARIOS DE URBANIZACIONES....... 57
12.1.- RESUMEN: NORMA 6.1 SECCIONES DE FIRME DE LA INSTRUCCIÓN DE CARRETERA
(ORDEN FOM/3460/2003, DE 28 DE NOVIEMBRE). ............................................................ 57
12.2.- CATEGORÍAS DE TRÁFICO PESADO ........................................................................ 57
12.3.- FORMACIÓN DE LA EXPLANADA ............................................................................. 58
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GEÓLOGO – Ingeniería Geotécnica
13.- EL INFORME GEOTÉCNICO. Elección del tipo de cimentación. ......................................... 60
13.1.- SECCIONES DE UN INFORME GEOTÉCNICO............................................................. 60
13.2.- CARACTERÍSTICAS DE LA PARCELA Y PROYECTO .................................................... 61
13.3.- FACTORES GEOTÉCNICOS CONDICIONANTES. ........................................................ 63
13.4.- RESUMEN DEL ESQUEMA GEOTÉCNICO .................................................................. 68
13.5.- TERRAPLENADOS, EXCAVACIONES Y VACIADOS PARA SOTANOS.............................. 68
13.6.- PROPUESTA DE CIMENTACIÓN............................................................................... 69
14.- TIPOS DE CIMENTACIÓN: USOS, VENTAJAS E INCONVENIENTES. .................................. 71
14.1.- CIMENTACIONES SUPERFICIALES: zapatas y pozos. ............................................... 71
14.2.- CIMENTACIONES SUPERFICIALES: LOSAS. .............................................................. 72
14.3.- CIMENTACIONES PROFUNDAS. .............................................................................. 73
15.- CRITERIOS DE CÁLCULOS JUSTIFICATIVOS DE PARÁMETROS PARA .
DIMENSIONADO DE CIMIENTOS. ........................................................................................ 74
15.1.- EXPRESIÓN DE LA PRESIÓN DE HUNDIMIENTO: CIMENTACIONES DIRECTAS ........... 74
15.2.- PRESIÓN DE HUNDIMIENTO PARA SUELOS COHESIVOS .......................................... 75
15.3.- PRESIÓN DE HUNDIMIENTO PARA SUELOS GRANULARES ........................................ 76
15.4.- MÓDULO DE BALASTO K30...................................................................................... 77
15.5.- ESTIMACION DE ASIENTOS EN CIMENTACIONES SUPERFICIALES ............................ 78
15.6.- CRITERIOS DE CÁLCULO PARA CIMENTACIONES PROFUNDAS.................................. 80
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GEÓLOGO – Ingeniería Geotécnica
CRITERIOS DE LA EXPOSICIÓN Y PRESENTACIÓN.
Esta Ponencia sobre TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN DEL SUELO: ELABORACIÓN E
INTERPRETACIÓN DE ESTUDIOS GEOTÉCNICOS, consta de dos partes documentales:
1. Documentación escrita en soporte papel.
2. Documentación gráfica de presentación en soporte informático PowerPoint.
Esta parte del curso pretende establecer los pasos y criterios a seguir a la hora de
definir el estudio geotécnico de un proyecto de edificación, así como proporcionar un
CRITERIOS DE LA EXPOSICIÓN Y PRESENTACIÓN
somero conocimiento de las posibles técnicas de investigación geotécnicas, facilitar
ciertos conocimientos sobre la interpretación de los mismos y finalmente aportar
criterios geotécnicos que permitan evaluar la idoneidad o no de las posibles soluciones
de cimentación.
Todos estos aspectos se tratarán desde la perspectiva que proporciona la actual
legislación en esta materia, (Real Decreto 1627/1997, de 24 de octubre) por el que se
define El Código Técnico de la Edificación (en adelante CTE), según el Documento
Básico (en adelante DB), en la parte de Seguridad Estructural (en adelante SE), y mas
concretamente en Cimentaciones (en adelante C): CTE.DB-SE.C.
Esta sección del curso se abordará por el orden lógico que puede suponer el
planteamiento del problema: pautas a seguir desde que surge la necesidad de realizar
un estudio geotécnico, hasta la interpretación del mismo una vez que disponemos de
este. En este sentido esta sección del curso se estructura:
1º. Necesidades de un estudio geotécnico.
2º. Campañas de investigación geotécnica.
3º. Técnicas de Prospección en campo.
4º. Tipos de ensayos “in situ”
5º. Tipos de muestras de suelo.
6º. Tipos de ensayos de laboratorio.
7º. Información que debe recoger un informe geotécnico.
8º. Criterios en la elección del tipo de cimentación mas adecuado.
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GEÓLOGO – Ingeniería Geotécnica
1.- NECESIDADES DE UN ESTUDIO GEOTECNICO
1.1.- ESTUDIOS GEOTÉCNICOS TRADICIONALES
Tradicionalmente la cimentación de los edificios se diseñaba en base a experiencias
locales y muy habitualmente se recurría a lo que era posible ejecutar, sin otros
criterios que las apreciaciones organolépticas que hacía la propia Dirección
Facultativa.
En este sentido encontramos edificios históricos que pueden llevar cientos de años
Como ejemplos clásicos, en actuaciones dentro de cascos históricos se hacen
ESTUDIOS GEOTÉCNICOS TRADICIONALES
NECESIDADES DE UN ESTUDIO GEOTÉCNICO
funcionando a través de cimentaciones que actualmente no consideramos viables.
demoliciones de antiguas viviendas, normalmente cimentadas a través de un somero
empotramiento de los propios muros, a su vez construidos con argamasa. Cuando se
realiza un estudio geotécnico actual las recomendaciones de cimentación que surgen
pueden ser drásticas aun cuando se piensa trabajar con menores solicitaciones y
estructuras mas rígidas. Esta es una clásica situación de discordia entre geotécnicos,
Direcciones facultativas y promotores.
Evidentemente, cada caso es muy particular, pero la principal causa de esta
circunstancia resulta de los factores de seguridad que aplica cada parte interviniente
en el desarrollo del proyecto. En estos casos hay que considerar criterios adicionales
como la sobreconsolidación de los suelos superficiales por el sobrepeso de la
estructura demolida, la dificultad de accesos con maquinarias especializadas en
cimentaciones, los estados de las medianerías respecto a los trabajos de cimentación
etc.
Finalmente hay que considerar otros condicionantes, mas burocráticos que técnicos,
como son las necesidades de contratación del seguro decenal de la vivienda, para el
que las propias aseguradoras (como entidades privadas) establecen sus propios
factores de seguridad de cara reducir riesgos por siniestralidad.
El actual ritmo en la construcción no permite considerar el asentamiento progresivo
conforme a la evolución de la obra.
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1.2.- OBLIGATORIEDAD ACTUAL DE LOS ESTUDIOS GEOTÉCNICOS
1.2.1.-LOE: Ley de Ordenación de Edificación 38/1999, de 5 de noviembre.
La aparición de esta ley supuso un gran avance en la calidad y garantía de la
construcción, afectando también a la obligatoriedad de los estudios geotécnicos
de los terrenos a edificar.
Seguidamente se entresacan los artículos que refieren esta obligatoriedad.
El objetivo prioritario de la LOE es regular el proceso de la edificación y establecer
LOE: Ley Ordenación Edificación 38/1999, 5 -noviembre
OBLIGATORIEDAD ACTUAL DE LOS ESTUDOS GEOTÉCNICOS
ARTÍCULO 1.1.
responsabilidades y garantías de forma que los edificios deban cumplir
determinados requisitos técnicos estableciendo un seguro de daños.
ARTÍCULO 2.1. (Ámbito de aplicación)
Aplicación al sector de la construcción, de obra nueva y rehabilitación.
El proceso de edificación comprende las acciones de promoción, la actividad de
construcción, el efecto del proceso constructivo, y las garantías de su
permanencia continuada a lo largo de un tiempo determinado.
ARTÍCULO 12.3.b
La ley establece la necesidad de un control técnico de la obra, de manera que el
proyecto viene después a materializarse por el director de la obra que tiene entre
sus obligaciones verificar las características geotécnicas del terreno.
Para la redacción del proyecto es necesario que exista un ESTUDIO GEOTÉCNICO
suficiente como para conocer convenientemente el terreno y adecuarlo al
proyecto a realizar.
ARTÍCULO 14
La misión del control de calidad realizado por empresas externas es informar
acerca de la idoneidad del proyecto, de los procedimientos constructivos y de la
calidad de lo edificado.
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1.2.2.- El Estudio Geotécnico desde el CTE.DB-SE.C
GENERALIDADES (Punto 3.1):
1. El estudio geotécnico es el compendio de información cuantificada en cuanto a
las características del terreno en relación con el tipo de edificio previsto y el
entorno donde se ubica, que es necesaria para proceder al análisis y
dimensionado de los cimientos de éste u otras obras.
de actividades que en su conjunto se denomina reconocimiento del terreno y
cuyos resultados quedarán reflejados en el estudio geotécnico.
El Estudio Geotécnico desde el CTE.DB-SE.C
OBLIGATORIEDAD ACTUAL DE LOS ESTUDOS GEOTÉCNICOS
NECESIDADES DE UN ESTUDIO GEOTÉCNICO
2. Las características del terreno de apoyo se determinarán mediante una serie
3. El reconocimiento del terreno, que se fijará en el estudio geotécnico en cuanto
a su intensidad y alcance, dependerá de la información previa del plan de
actuación urbanística, de la extensión del área a reconocer, de la complejidad
del terreno y de la importancia de la edificación prevista. Salvo justificación el
reconocimiento no podrá ser inferior al establecido en este DB.
4. Para la realización del estudio deben recabarse todos los datos en relación con
las
peculiaridades
y
problemas
del
emplazamiento,
inestabilidad,
deslizamientos, uso conflictivo previo tales como hornos, huertas o vertederos,
obstáculos enterrados, configuración constructiva y de cimentación de las
construcciones limítrofes, la información disponible sobre el agua freática y
pluviometría, antecedentes planimétricos del desarrollo urbano y, en su caso,
sismicidad del municipio, de acuerdo con la Norma de Construcción
Sismorresistente NCSE vigente.
5. Dado que las conclusiones del estudio geotécnico pueden afectar al proyecto
en cuanto a la concepción estructural del edificio, tipo y cota de los cimientos,
se debe acometer en la fase inicial de proyecto y en cualquier caso antes de
que la estructura esté totalmente dimensionada.
6. La autoría del estudio geotécnico corresponderá al proyectista, a otro técnico
competente o, en su caso, al Director de Obra y contará con el preceptivo
visado colegial.
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1.2.3.- Los Organismos de Control Técnico: O.C.T.: Su papel en el E.G.
La figura de los O.C.T. surge al amparo de la L.O.E. 38/99 como consecuencia de
la obligatoriedad de establecer un Seguro Decenal para el resarcimiento de daños
causados por vicios o defectos que tengan su origen o afecten a la cimentación y
Los Organismos de Control Técnico: O.C.T.: Su papel en el E.G.
OBLIGATORIEDAD ACTUAL DE LOS ESTUDOS GEOTÉCNICOS
NECESIDADES DE UN ESTUDIO GEOTÉCNICO
la estructura.
La materialización de la Póliza de Seguros se basa en un informe de riesgos por el
estudio de la documentación del Proyecto, emitiéndose informes sobre la
estructura y la cimentación.
Estos informes son emitidos por empresas independientes, especializadas y
autorizadas por UNESPA (Unión Española de Entidades de Seguros y Reaseguros).
En una primera revisión, por chequeo distintas partes del Proyecto y Estudio
Geotécnico (memorias generales y de cálculo, planos, secciones, cimentación,
suficiencia de investigaciones, correspondencias ...), se emite un Informe de
Conclusiones Provisionales con observaciones como:
-
Correctas
-
Recomendaciones
-
Aclaraciones
-
Reservas Técnicas
Este documento se hace llegar a la Dirección del Proyecto, y las partes implicadas
como los redactores del Estudio Geotécnico. Estas observaciones deben ser
contestadas, aclaradas o consideradas por la parte que corresponda hasta
subsanar y cancelar todas las RT, permitiéndose la elaboración del Informe Final
de Conclusiones D-6. Este documento informa favorablemente a la Aseguradora
en cuanto al Control de Calidad con un Riesgo Asegurable.
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1.2.4.- Revisiones del Estudio Geotécnico para su validación
1.2.4.a.- Acreditaciones de la Empresa – Laboratorio.
Con la finalidad de garantizar un Control de Calidad en cuanto a la realización de
las diferentes investigaciones geotécnicas (toma de muestras y ensayos de
laboratorio), a través de la Orden de 15 de junio de 1989 y su desarrollo en Orden
registro de Entidades Acreditadas.
Revisiones del Estudio Geotécnico para su validación
OBLIGATORIEDAD ACTUAL DE LOS ESTUDOS GEOTÉCNICOS
NECESIDADES DE UN ESTUDIO GEOTÉCNICO
de 18 de febrero de 2004, la C.O.P.y T. de la Junta de Andalucía se dispone de un
Esta acreditación define un Control de Calidad en cuanto a procedimientos y
ejecución de trabajos, garantizando que los mismos se realizan de acuerdo a
criterios y Normas establecidas y revisadas.
La acreditación que afecta a la parte de geotecnia se recoge bajo los epígrafes
GTL (área de ensayos de laboratorio), GTC (área de toma de muestras),
existiendo dos categorías: ensayos básicos y ensayos especiales opcionales.
La acreditación en cualquiera de esas áreas requiere disponer de la maquinaria y
personal cualificado para dar cumplimiento a la normativa (UNE, ASTM, EHE, XP
...) de ejecución de ensayos y toma de muestras.
1.2.4.b.- Número, distribución y tipo de investigaciones.
Existen diferentes propuestas recogidas en la N.T.E. – C.E.G.; el EuroCódigo 7
“Proyecto Geotécnico”, así como las propuestas de diferentes autores de prestigio,
donde además de la entidad, de los antecedentes, de la experiencia y de las
características del proyecto se incluyen aspectos como las dimensiones y
geometría del área de investigación.
Actualmente
se
entiende
de
obligado
cumplimiento
los
requerimientos
establecidos por CTE.DB-SE.C.
En todo caso debe considerarse que las investigaciones geotécnicas tienen un
carácter puntual, y la mayor aproximación a la realidad deriva del mayor número
de investigaciones puntuales.
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2.- CAMPAÑAS DE INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA
2.1.- PROGRAMACIÓN DE CAMPAÑAS DE INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA (CTE)
La vigente normativa (Real Decreto 1627/1997, de 24 de octubre) define el CTE.DB
como el documento a seguir en el proceso constructivo, incluyendo el informe
geotécnico (SE.C), y por tanto recogiendo la programación de ensayos de
PROGRAMACIÓN DE CAMPAÑAS DE INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA (CTE)
CAMPAÑAS DE INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA
investigación geotécnica.
El CTE establece campañas de investigación tomando como unidad la edificación
proyectada (cargas en función del numero de plantas), la superficie de ocupación y el
tipo de terreno previsible. Además considera la experiencia de la zona y
reconocimientos del entorno con posibles afecciones sobre el propio proyecto o sobre
otras instalaciones cercanas.
Clasificación del tipo de edificación:
TIPO
C-0
C-1
C-2
C-3
C-4
Tabla 3.1. (CTE) tipo de construcción
Descripción
Construcción de menos de 4 plantas y superficie construida inferior a 300 m2.
Otras construcciones de menos de 4 plantas.
Construcciones entre 4 y 10 plantas.
Construcciones entre 11 y 20 plantas.
Construcciones de mas de 20 plantas, o conjuntos monumentales o singulares.
Clasificación del tipo de terreno:
Grupo
T-1
T-2
T-3
Tabla 3.2. (CTE) Grupo de terreno
Descripción
Terrenos favorables:
a) Terrenos de poca variabilidad b) Práctica habitual de cimentación
litológica y geotécnica
directa mediante elementos aislados
Terrenos intermedios:
c) Terrenos con cierta variablilidad e) Se presume la presencia de rellenos
litológica y geotécnica
antrópicos, sin superar los 3,00 m.
d) No siempre se recurre a la misma
solución de cimentación
Terrenos Desfavorables: Los que no pueden clasificarse dentro de los grupos
anteriores, y especialmente se considerarán los siguientes terrenos:
a) Suelos expansivos.
g) Terrenos de deslizamientos
b) Suelos colapsables.
h) Rocas volcánicas o con cavidades
c) Suelos blandos o sueltos.
i) Terrenos con desnivel > 15º
d) Terrenos karsticos (yesos o calizas) j) Suelos residuales
e) T. variables (composición y estado.) k) Terrenos de marismas.
f) Rellenos antrópicos (>3,00 m)
.
.
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En función del tipo de terreno y el tipo de edificación se definen las distancias
sondeos y porcentaje máximo de sustitución por penetrómetros:
Tabla 3.3. (CTE) Distancias máximas entre puntos de reconocimientos y profundidades.
Tabla 3.4. (CTE) Número mínimo de sondeos mecánicos y % sustitución por penetros.
Modificadas por combinación
GRUPO
TIPO
dmáx(m)
C-0
C-1
C-2
C-3
C-4
Leyenda
Condiciones adicionales
PROGRAMACIÓN DE CAMPAÑAS DE INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA (CTE)
CAMPAÑAS DE INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA
máximas entre puntos de reconocimiento, profundidades orientativas, nº mínimo de
35
35
30
25
20
T-1
Nmin S
P (m)
6
1
6
2
12
3
14
3
16
T-2
%max Pt
70
70
50
40
dmáx (m)
30
30
25
20
17
Nmin S
1
2
3
3
3
P (m)
18
18
25
30
35
%max Pt
66
50
50
40
30
dmáx (m).- Distancia máxima entre puntos de investigación
P (m) .- Profundidad orientativa de reconocimiento
Nmin S.- Número mínimo de sondeos
%max Pt.- Porcentaje máximo de sustitución por Penetraciones dinámicas continuas
a) El mínimo de puntos a reconocer será de 3
b) Punto 9 (Aptdo. 3.2.1) En la tabla 3.4 se establece el número mínimo de sondeos
mecánicos y el porcentaje del total de puntos de reconocimiento que pueden
sustituirse por pruebas contínuas de penetración cuando el numero de sondeos
mecánicos exceda el mínimo especificado en dicha tabla.
c) En superficies mayores de 10.000 m2 se podrá reducir la campaña hasta un 50%
de los obtenidos con la regla anterior sobre el exceso de esa superficie.
d) La profundidad planificada debe ser suficiente para alcanzar cotas bajo las cuales
no habrá asientos significativos.
e) Esa unidad geotécnica resistente, debe comprobarse al menos en 2,00 m, y 0,3 m
adicionales por cada planta de edificación.
f) En caso de cimentaciones profundas se reconocerán al menos 5 diámetros por
debajo de la previsible punta de los pilotes.
g) En caso de terrenos del grupo T-3 se intercalarán puntos de reconocimiento en
las zonas problemáticas hasta definirlas adecuadamente.
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3.- TÉCNICAS DE PROSPECCIÓN EN CAMPO
3.1.- TECNICAS DE INVESTIGACIÓN SEGÚN CTE
Tabla D.7. (CTE) Utilización de los ensayos in situ
Descripción
Utilización para Determinar
Compacidad de suelos granulares.
Nº de golpes NSPT para hincar 30 Densidad relativa. Ángulo de
Ensayo de penetración
cm de un cilindro hueco de rozamiento interno en suelos
granulares
estándar (SPT)
dimensiones normalizadas.
UNE 103800:1992
Golpeo con maza de 63,5 kg Resistencia
de
arcillas
cayendo desde 76 cm
preconsolidadas por encima del nivel
freático
Rotación de unas aspas dispuestas
Ensayo de molinete (Vane
a 90º e introducidas en el terreno, Para determinar la resistencia al
Test)
midiendo el par necesario para corte de arcillas blandas por encima
ENV-199-3
hacerlas girar hasta que se o por debajo del nivel freático
produce el corte del suelo
Dilatación, por gas a presión, de
una célula cilíndrica contra las
Ensayo presiométrico
paredes de un sondeo midiendo
Presión límite y deformabilidad de
(P.M.T.)
la
deformación
volumétrica suelos granulares, arcillas duras,
ENV-199-3
correspondiente a cada presión
etc.
hasta llegar, eventualmente, a la
rotura del terreno
Medida del caudal de agua
Permeabilidad de suelos
Ensayo Lefranc
bombeada al terreno a través de
un tramo de sondeo de 50 cm
Medida de los caudales bombeados
a un tramo de sondeo, a presiones Permeabilidad
de
rocas
Ensayo Lugeon
escalonadas, durante
moderadamente fisuradas
un tiempo de 10 min.
Relación presión asiento en suelos
Medida de los asientos de una
granulares, para la placa utilizada(1)
placa rígida cuadrada o circular al
Ensayo de carga con
Coeficiente de balasto de cualquier
ir aplicando cargas crecientes,
placa(1) ENV-199-3
terreno
llegando o no a la rotura del
Capacidad portante sin drenaje de
terreno
suelos cohesivos
En sondeo
En superficie o
pozo
En pozo
TECNICAS DE INVESTIGACIÓN SEGÚNCTE
TÉCNICAS DE PROSPECCIÓN EN CAMPO
Tipo
Ensayo de bombeo
(1)
Medida de la transmisividad y
coeficiente de almacenamiento
del acuífero en la zona
influencia del pozo
de
Capacidad de agotamiento o rebaje
del nivel freático
El ensayo de carga con placa debe interpretarse con las lógicas reservas debidas a la diferencia entre las
dimensiones de la placa y la de la cimentación proyectada (véase apartado E.5; Figura E.8).
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GEÓLOGO – Ingeniería Geotécnica
La prospección del terreno podrá llevarse a cabo mediante calicatas, sondeos mecánicos,
pruebas continuas de penetración o métodos geofísicos. En el anejo C del CTE.DB-SE.C, se
describen las principales técnicas de prospección así como su aplicabilidad, que se llevarán
a cabo de acuerdo con el Real Decreto 1627/1997, de 24 de octubre, por el que se
establecen disposiciones mínimas de seguridad y salud en las obras de construcción.
3.2.- CALICATAS
1. Son excavaciones de formas diversas (pozos,
zanjas,
rozas,
etc.)
que
permiten
una
muestras y, eventualmente realización de
ensayos in situ. Este tipo de reconocimiento
podrá emplearse con:
a. Profundidad de reconocimiento < 4m;
b. Terrenos
excavables
con
pala
mecánica
o
manualmente;
c. Ausencia de nivel freático;
CALICATAS
TÉCNICAS DE PROSPECCIÓN EN CAMPO
observación directa del terreno, toma de
d. Terrenos preferentemente cohesivos;
e. Terrenos granulares donde las perforaciones no serían
representativas.
2. Los reconocimientos con calicatas son adecuados cuando:
a. Se puede alcanzar el estrato firme o resistente;
b. No sea necesario realizar pruebas in situ asociadas a sondeos (p.e. SPT).
3. Se excluirá este método cuando pueda deteriorarse el terreno de apoyo de las
futuras cimentaciones o se creen inestabilidades para estructuras próximas.
4. En las paredes del terreno excavado, podrán realizarse ensayos in situ como el
penetrómetro de bolsillo, con el fin de obtener una indicación orientativa del
comportamiento del terreno.
5. En calicatas de una profundidad mayor a 1,5 m ninguna persona podrá acceder a
su inspección o revisión si no se encuentran debidamente entibadas o
adecuadamente retaluzadas.
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3.3.- SONDEOS MECÁNICOS
1. Perforación de diámetro y profundidad variable para reconocer la naturaleza y
localización de las diferentes unidades geotécnicas del terreno, extraer muestras
del mismo y, en su caso realizar ensayos a diferentes
profundidades. Deben utilizarse para:
a) Alcanzar a profundidades superiores a 4 m;
b) Reconocer el terreno bajo el nivel freático;
c) Perforar capas rocosas, o muy duras;
e) Realizar pruebas en su interior (de tipo presiométrico, molinete, spt, etc);
f) Tomar muestras de aguas o realizar ensayos de permeabilidad in situ;
g) Determinar valores índice de la roca en macizos rocosos (RQD);
SONDEOS MECÁNICOS
TÉCNICAS DE PROSPECCIÓN EN CAMPO
d) Extraer muestras inalteradas profundas;
h) Detectar y controlar las variaciones del nivel freático, con piezométricos.
2. Para la ejecución de sondeos mecánicos existen varios métodos: rotación con
extracción de testigo continuo; percusión; con barrena helicoidal (hueca ó maciza).
3. Los sondeos a rotación con extracción continua de testigo, con baterías
simples, dobles o especiales en cualquier tipo de
terreno. En suelos granulares finos bajo el nivel
freático y gravas gruesas pueden resultar dificultosos
y con recuperaciones deficientes. También deben
AXAN, sl
AXAN, sl
interpretarse con cuidado los testigos extraídos de
suelos colapsables o de rocas blandas de tipo areniscoso que pueden fragmentarse
excesivamente por efecto de la rotación.
4. Los sondeos a percusión pueden realizarse cuando el terreno pueda atravesarse
con energía de golpeo, considerándose adecuados en suelos granulares gruesos,
y/o en suelos granulares finos con cucharas de tipo clapeta.
5. Los sondeos con barrena helicoidal hueca o maciza podrán utilizarse cuando
no sea necesario disponer de muestras inalteradas, el terreno sea relatvamente
blando y cohesivo, y no se requieran grandes precisiones en la acotación de
profundidad de las diferentes capas.
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3.4.- ENSAYOS DE PENETRACIÓN DINÁMICA CONTÍNUA
1. Proporcionan una medida indirecta, continua o discontinua de la resistencia o
deformabilidad del terreno, interpretadas desde correlaciones empíricas.
2. Podrán ser estáticas o dinámicas, exigiéndose correlaciones justificadas.
3. seguidamente se indican las condiciones de uso más apropiadas de cada tipo:
ENSAYOS DE PENETRACIÓN DINÁMICA CONTÍNUA
TÉCNICAS DE PROSPECCIÓN EN CAMPO
(CTE.DE-SE-C Anexo D) Tabla D.6. Utilización de las pruebas de penetración
Tipo de
Penetrómetro
Principio de
Funcionamiento
Estático
Medición de la
resistencia a la
penetración de una
punta y un vástago
mediante presión
Dinámico
Medición de la
resistencia a la
penetración
de una puntaza
por golpeo con una
energía
normalizada
Tipo
CPTE
CPTU
UNE 103804 :1993
DPH
UNE 103802:1998
BORRO
DPSH
UNE 103801:1994
Suelo más idóneo
Arcillas y limos muy
blandos. Arenas finas
sueltas a densas sin
gravas
Arenas sueltas/medias.
Limos arenosos flojos a
medios
Arenas medias/densas.
Arcillas preconsolidadas
sobre el N.F. Gravas
areno arcillosas
Terreno en que es
Impracticable
Rocas,bolos, gravas,
suelos cementados.
Arcillas muy duras.
Arenas muy densas.
Suelospreconsolidados y/o cementados
Rocas,bolos,costras,
suelos cementados.
Conglomerados
Rocas,bolos,
conglomerados
Para el ensayo de penetración dinámica tipo borros, se
aplica la UNE 103801-94 (DPSH), donde la diferencia
radica en la altura de caída, peso de la maza y sección de
la puntaza. En cualquier caso, existen correlaciones
basadas en investigaciones empíricas que acreditan
suficientemente los resultados e interpretación de estos
ensayos.
Este ensayo se ha diseñado inicialmente
para el
reconocimiento de materiales incoherentes (granulares),
aunque la experiencia permite su uso e interpretación para casi todos los tipos de
suelos. Para su correcta interpretación se hace imprescindible algún ensayo de
reconocimiento directo que permita su correlación.
En los reconocimientos de los tipos de construcción C-0 y grupo de terreno T-1, las
pruebas de penetración deben complementarse siempre con otras técnicas de
reconocimiento como podrían ser calicatas.
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3.5.- INVESTIGACIONES GEOFÍSICAS
1. Cuando se trate de grandes superficies a construir, y con el fin de obtener
información complementaria, se podrán utilizar las siguientes técnicas:
a) Sísmica de refracción: proporciona información sobre la profundidad a la que
se encuentran el nivel freático y la unidad geotécnica resistente, siempre que
se trate de capas subhorizontales (buzamiento inferior a 15º) y permite estimar
su grado de ripabilidad;
sobre la profundidad del nivel freático, espesores de las distintas capas
horizontales y detección de cavidades o desarrollos cársticos);
INVESTIGACIONES GEOFÍSICAS
TÉCNICAS DE PROSPECCIÓN EN CAMPO
b) Resistividad eléctrica: “sondeo eléctrico vertical” SEV facilita información
c) Geo-radar:
para
obtener
información
sobre
servicios
enterrados,
conducciones, depósitos, fluidos, nivel freático, unidades geológicas y cambios
laterales de las litologías.
d) Microgravimétricas: Para detectar deficiencias de masas asimilables a
oquedades, karstificaciones. con equipos que expresan perfiles de anomalías de
Bouguer en ud. 10-7 m/s2.
e) Otras: Magnetometría, VLF, calicateo electromagnético, gravimetría, etc.; que
puedan aportar una información adicional.
2. El, procesado e interpretación de los trabajos geofísicos se realizará integrando los
resultados en el marco geológico, geotécnico y morfológico del área estudiada.
Aun así, se requiere disponer de resultados de ensayos geotécnicos (sondeos y
penetros), que permitan su interpretación.
3. En zonas sísmicas y para edificios de los tipos C-1 y C-2 se recomienda la
utilización de ensayos “down-hole” o “cross-hole” (norma ASTM: D 4428) para
identificar la velocidad de propagación vs de las ondas S y clasificar las distintas
unidades geotécnicas conforme a la NCSE. Para edificios C-2 y C-3 en zonas con
ab>0,08 g será obligatoria la realización de estos ensayos.
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4.- ENSAYOS “IN SITU”
4.1.- ENSAYOS “IN SITU” DENTRO DEL SONDEO
4.1.1.- El ensayo S.P.T. (estandar penetracion test)
Como parte de la acreditación en el área GTC, el ensayo de penetración estándar
SPT se encuentra normalizado según UNE 103800-92 y define el número de
golpes (N) necesario para que una maza de 63,5 (± 0,5) kg de masa golpee en la
cabeza del varillaje desde una altura de 760 (±10) mm. y consiga que el tomaequipo y tras la denominada penetración de asiento, de otros 150 mm.
La ejecución del mismo requiere una maniobra previa para la limpieza del fondo
de la perforación, y otra maniobra para instalar el útil necesario.
El ensayo S.P.T.
ENSAYOS IN SITU DENTRO DEL SONDEO:
ENSAYOS “IN SITU”
muestras penetre 300 mm., después del descenso inicial por el propio peso del
Cuando este ensayo está previsto sobre una roca mas dura e impenetrable a priori
se utilizará una puntaza ciega cónica. En este caso no se recupera material alguno
pero se obtiene un gráfico de penetrabilidad. Es útil en gravas por ejemplo, donde
la cuchara normal se rompería y no recuperaría nada.
Seguidamente se expresa una interpretación de los parámetros resistentes de un
suelo en base al NSPT, según tabla D.23
,
Tabla D.23.(CTE) Valores orientativos de NSPT, resistencia a compresión simple y módulo de elasticidad
(Modificada)
Tipo de suelo
Suelos muy flojos o
muy blandos
Suelos flojos o
blandos
Suelos medios
Suelos compactos
o duros
Rocas blandas
Rocas duras
Rocas muy duras
2
2
2
2
NSPT
qu (kN/m )
qu (kp/cm )
E (MN/m )
E (kp/cm )/F=2
< 10
0- 80
0- 0.82
<8
40.77
10 - 25
80 - 150
0.82 – 1.53
8 – 40
40.77-203.87
25 - 50
150 - 300
1.53 – 3.06
40 – 100
203.87-509.68
50 – Rechazo
300 - 500
3.06 – 5.10
100 – 500
509.68-2548.42
Rechazo
Rechazo
Rechazo
500 – 5.000
5.000 – 40.000
> 40.000
5.10– 50.97
50.97 – 407.75
> 407.75
500 – 8.000
8.000 – 15.000
>15.000
2548.42-40774.67
40774.67-76452.59
>76452.59
.
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4.1.2.- El ensayo de molinete (Vane Test)
El ensayo de molinete (Vane Test)
arcillas susceptibles, especialmente a grandes profundidades,
donde la toma de muestras es dificultosa.
Consiste en la hinca de un molinete de cuatro aspas hasta la cota
deseada. El método puede ser dinámico o estático (como si se
tratase de un penetrómetro), o bien puede realizarse en el
interior de sondeo y a cota de perforación.
Una vez alcanzada la cota deseada se procede a una torsión del
molinete a través del varillaje rompiendo el terreno a través de
un momento de torsión que medido en superficie, permite
calcular la resistencia al corte del suelo. Existen molinetes manuales para la
realización del ensayos en tramos superficiales o en muestras de suelos.
4.1.3.- Presiometros
El presiómetro unicelular Oyo dispone de una sonda
cilíndrica con membrana expandible que se introduce en el
interior de una perforación, previamente ejecutada con el
diámetro de la sonda unicelular y hasta la cota requerida por
el ensayo. Este es adecuado para realizar ensayos en suelos
muy consolidados e incluso rocas, permitiendo calcular
Presiometros
ENSAYOS IN SITU DENTRO DEL SONDEO
ENSAYOS “IN SITU”
Adecuado para la determinación de la resistencia sin drenaje de
módulos de deformación in situ
El presiómetro tricelular Menard es el mas utilizado dentro de
Geotecnia. Se trata de un ensayo
de carga estática
del
terreno, que se realiza introduciendo en un pozo una sonda
cilíndrica dilatable radialmente.
El ensayo permite obtener una curva de variación de las
deformaciones volumétricas del suelo, en función del
esfuerzo aplicado, y definir una relación esfuerzo-deformación, en la hipótesis de
una deformación plana.
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4.1.4.- Ensayos de permeabilidad
La permeabilidad “K” es la capacidad que tiene un terreno para permitir el paso del
agua. El método determina el caudal de agua que pasa a por una sección de terreno,
bajo la carga producida por un gradiente hidráulico a una temperatura determinada.
Q=ckH
Donde :
Q = caudal
c = Constante que depende de la forma de la cavidad=5r; r=radio sondeo
H = Gradiente hidráulico (altura de la lámina de agua)
K = Permeabilidad
Los ensayos de bombeo de pozos suelen dar excelentes resultados ya que
realidad. Sin embargo, son costosos y largos.
Ensayos de permeabilidad
El ensayo Lefranc consiste en la observación del volumen de agua necesario
(caudal Q) para mantener constante el nivel H de agua en un sondeo. Está
concebido para cotas infrayacentes al nivel freático.
El ensayo Lugeon in situ efectuados con obturador (simple o doble),
habitualmente en macizos rocosos.
La propuesta inicial de este ensayo pretendía ofrecer una clasificación de macizos
rocosos, pero de su uso y experiencia se dedujo la posibilidad de calcular la
permeabilidad.
El ensayo normalizado se ejecuta en un sondeo para una longitud de 1 m o más,
y se aplica una presión de 10 kp/cm2 durante 10 min.
La unidad lugeon (uL) se define como la pérdida de 1l. De agua por minuto y por
metro lineal.
4.1.5.- La permeabilidad en el código técnico
La permeabilidad en
ENSAYOS IN SITU DENTRO DEL SONDEO
ENSAYOS “IN SITU”
afectan a grandes masas de terreno y, proporcionan valores muy próximos a la
Para la determinación del coeficiente de permeabilidad y en base a la dificultad y
costes de estos trabajo, el CTE permite recurrir a correlaciones granulo-plásticas:
Tabla D.28. (CTE) Valores orientativos del coeficiente de Permeabilidad
Tipo de suelo
Grava limpia
Arena limpia y mezcla de grava y arena limpia
Arena fina, limo, mezclas de arenas, limos y arcillas
Arcilla
kz (m/s)
> 10-2
10-2 – 10-5
10-5 – 10-9
< 10-9
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4.2.- OTROS ENSAYOS “IN SITU”
4.2.1.- Ensayo de penetración estática CPT y CPTU
Los ensayos de penetración estática presentan su mayor desarrollo a partir de la
experiencia de los holandeses que desarrollan estas técnicas para reconocimiento
de suelos blandos y saturados. Por tanto la aplicación de estos ensayos se refiere
a determinaciones de los parámetros de consolidación y resistencia de suelos
Ensayo de penetración estática CPT y CPTU
El ensayo de penetración estática CPT (Cone Penetration Test)
Determinación del esfuerzo necesario para realizar la hinca o penetración de una
punta cónica en el terreno, a través de una presión continua y a una velocidad
constante (2 cm/s)
El ensayo de penetración estática CPTU
El cono del CPTU dispone de un captor para registrar la presión intersticial,
consistente en un filtro poroso rígido y permeable.
La piedra porosa se satura con agua y glicerina en una cámara al vacío. Para la
ejecución del ensayo, la saturación se conserva con un capuchón de caucho.
El ensayo de disipación
La hinca del penetrómetro en un suelo saturado conlleva un cizallamiento y un
incremento positivo o negativo de la presión intersticial. El ensayo de disipación
consiste en la detención de la penetración mientras que se continua midiendo la
disipación de la presión intersticial hasta conseguir un valor de equilibrio que
coincide con el valor de la presión hidrostática a la cota ensayada
4.2.2- Dilatómetros
El ensayo dilatométrico pretende determinar “in situ” los parámetros de
Dilatómetros
OTROS ENSAYOS “IN SITU”
ENSAYOS “IN SITU”
blandos (marismas ...)
resistencia de un suelo o una roca.
El método consiste en la hinca o introducción en el taladro de un sondeo, de una
sonda capaz de ejercer presión sobre el terreno en dos o mas direcciones,
controlando la deformación y el momento de la rotura.
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sonda capaz de ejercer presión sobre el terreno en dos o mas direcciones,
controlando la deformación y el momento de la rotura.
El dilatómetro Marchetti
Dilatómetros
En esencia el ensayo consiste en
introducir en el terreno la cuchilla
del
DMT
mediante
empuje
hidráulico o dinámico, parando a
intervalos de profundidad variable
(por ejemplo cada 1,50 m.)
membrana de acero para obtener cuatro lecturas que después son calculadas o
interpretadas informáticamente.
4.2.3- Placa de carga
El ensayo de placa de carga permite
determinar
las
características
de
deformación, y a veces la resistencia de
un terreno.
Consiste en colocar una placa sobre el
terreno, aplicar una serie de cargas, y
Placa de carga
OTROS ENSAYOS “IN SITU”
ENSAYOS “IN S ITU”
En cada parada, el operador actúa inyectando gas a presión y dilatando la
medir las deformaciones.
El resultado del ensayo se presenta en un
diagrama tensión deformación.
A partir de un ensayo de carga se
pueden deducir las características elásticas, el coeficiente de Poisson y el módulo
de deformación.
El apartado 10 del E.5 define que el reducido bulbo de tensiones de la placa de
ensayo puede quedar limitado a las zonas más competentes del terreno, y no
reflejar la deformabilidad del conjunto terreno-cimentación.
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4.2.4- Instrumentación inclinométrica
El inclinómetro es una instrumentación adecuada a estudios de estabilidad de
taludes y laderas. También es un sistema de instrumentación adecuado para
controlar el funcionamiento de una pantalla durante el vaciado del intrados.
Permiten detectar y medir los movimientos laterales en áreas deslizadas, o
deformación de elementos sometidos a solicitaciones laterales (pilotes, pantalla...)
Un sistema de inclinometría incluye una
instalación fija dentro de sondeo de la
Inclinómetros
OTROS ENSAYOS “IN SITU”
ENSAYOS “IN SITU”
Características del equipo. Montaje, realización de lecturas
tubería
inclinométrica
adecuadamente
protegida mediante una arqueta en la
boca del sondeo, una unidad móvil
formada por un sensor que detecta
inclinaciones y es capaz de convertirlas a
desplazamientos relativos a lo largo del
sondeo con respecto a un punto fijo, un cable de control y una unidad de lectura.
El movimiento lateral del terreno causa que la tubería se desplace de la posición
inicial a una nueva posición. Mediante lecturas sucesivas se puede determinar por
tanto la profundidad a la que se encuentra la zona de mayores empujes laterales
o superficie de rotura del deslizamiento.
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5.- TIPOS DE MUESTRAS DE SUELOS
5.1.- GENERALIDADES SOBRE LA TOMA DE MUESTRAS
Una de las principales causas por la que se realiza un sondeo geotécnico es la
disponibilidad de un testigo o muestra de suelo o roca sobre el que se pueden realizar
ensayos de laboratorio para la caracterización geomecánica de los mismos.
Está claro que la obtención de muestras de suelo solo consiste en la toma de un
GENERALIDADES SOBRE LA TOMA DE MUESTRAS
TIPOS DE MUESTRAS DE SUELOS
pedazo de testigo que tras ser machacado y secado se encuentra disponible para
realizar granulometrías y determinación de los límites de Atterberg. Además se
pueden realizar ensayos para determinación de sulfatos, carbonatos, materia
orgánica, e incluso ensayos para determinar la potencial expansividad en el aparato
Lambe.
No obstante durante la perforación a rotación, si el testigo de suelo es de consistencia
blanda, media e incluso firme, se produce una cierta alteración de la estructura del
mismo con lo que otros parámetros como la resistencia a la rotura, el grado de
desecación, etc, no pueden ofrecer valores reales. Si por el contrario, el material
atravesado es de una consistencia dura o naturaleza rocosa esta alteración por
rotación es mínima.
Para conseguir la menor alteración posible de las condiciones naturales de un suelo o
roca se procede a la toma de muestras inalteradas. Cuando se trata de suelos de
consistencia dura o naturaleza rocosa, frecuentemente se procede al parafinado de la
muestra que fundamentalmente conserva la humedad natural del suelo. Cuando se
trata de suelos de consistencia blanda, media o firme, para conservar sus
características se procede a la toma de muestras inalteradas con dispositivos
especiales. Cuando se trata de materiales no cohesivos (sueltos), la toma de muestras
inalteradas es prácticamente imposible.
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5.1.1.- Tipos de Muestras según CTE
1. En la toma de muestras se deben cumplir unos requisitos diferentes según el
tipo de ensayo que se vaya a ejecutar sobre la muestra obtenida.
a) Muestras de categoría A: mantienen inalteradas las propiedades:
estructura, densidad, humedad, granulometría, plasticidad y componentes
químicos estables;
b) Muestras de categoría B: mantienen inalteradas las propiedades:
Tipos de Muestras según CTE
GENERALIDADES SOBRE LA TOMA DE MUESTRAS
TIPOS DE MUESTRAS DE SUELOS
2. Se especifican tres categorías de muestras:
humedad, granulometría, plasticidad y componentes químicos estables;
c) Muestras de categoría C: todas aquellas que no cumplen las
especificaciones de la categoría B.
3. En la tabla 3.5 del CTE se señala la categoría mínima de la muestra requerida
según los tipos de ensayos de laboratorio que se vayan a realizar.
Tabla 3.5 (CTE Modificada). Categoría de las muestras de suelos y rocas
para ensayos de laboratorio
Propiedades a determinar
- Peso específico aparente. Porosidad
- Permeabilidad
- Resistencia
- Deformabilidad
- Expansividad
- Humedad
- Peso específico de las partículas
- Identificación organoléptica
- Granulometría
- Límites de Atterberg
- Contenido en materia orgánica y en CaCO3
- Contenido en sulfatos solubles
Categoría mínima
de la muestra
A
B
C
Denominación
común
Habitualmente
denominadas
Muestras
Inalteradas
(MI y TP)
Habitualmente
denominadas
Muestras Alteradas
(MA)
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5.1.2.- Tipos de toma-muestras según CTE
4. la tabla D.8 del CTE especifica los diferentes tipos de tomamuestras, el
método de hinca y la categoría adjudicada.
Presión
Percusión
φ ≥ 80 mm
Percusión
Batería sencilla de
perforación
Tubo
doble/triple
Rotación
φ ≥ 80 mm
Abierto bipartido de
pared gruesa sin o
con dispositivo de
retención
Como el anterior con
elementos gruesos
hasta 10 mm. Arenas
con finos compactos
bajo el nivel freático.
Suelos cohesivos de
consistencia media a
muy firme
Como el anterior con
elementos
grueso hasta 30
mm Arena limpia
bajo el nivel freático.
Suelos cohesivos de
consistencia dura
Suelos arcillosos
de consistencia
dura. Rocas no
deleznables
Rotación
Abierto seccionado
de pared
semidelgada sin o
con dispositivo de
retención
Suelos cohesivos
de consistencia
blanda a media.
Arenas sobre el nivel
freático no
muy compactas
Suelos arcillosos
de consistencia dura.
Rocas blandas o
disgregables
Categoría
Método
de hinca
Tallada
a mano
Pico y
pala
Percusión
a mano
Suelos cohesivos de
consistencia blanda a
media. Arena y gravilla
Presión
Cubo
de 200
mm
1 kg
Arcillas, arenas, gravas,
costras
φ ≥ 86
mm
Mecánico en sondeo
Abierto de
pared delgada
(Shelby)
Suelos cohesivos de
consistencia media a
dura
φ ≥ 150
mm
Cilindro
Tipo de suelo idóneo
φ ≥ 86
mm
Manual en catas
En saco
Dimensio
nes
Valores
mínimos
φ ≥ 70 mm
Tipo de
tomamuestras
Bloque o caja
Tipos de toma-muestras según CTE
GENERALIDADES SOBRE LA TOMA DE MUESTRAS
TIPOS DE MUESTRAS DE SUELOS
Tipo de
Muestreo
Tabla D.8. (CTE) Tipo y categoría de los tomamuestras
Tipo de suelo en
que no es
practicable
A
Arenas flojas.
Suelos disgregables.
Gravas
C
B
Cantos
Costras
A
Grava. Arenas
bajo el nivel freático.
Suelos arcillosos de
consistencia dura.
Suelos estratificados
gruesos
A/B
Grava gruesa. Arenas
bajo el nivel freático.
Suelos arcillosos de
consistencia dura.
Suelos estratificados
gruesos
A/B
C
Grava, bolos,
arenas.
Arcillas blandas a
medias
B/A
Gravas, bolos,
arenas. Arcillas muy
blandas a compactas
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6.- TIPOS DE “TOMA-MUESTRAS” EN SONDEOS
6.1.- EJEMPLOS DE DIFERENTES “TOMA-MUESTRAS”
6.1.1.- Muestras alteradas Tipo “C”
,
Una muestra alterada consiste en tomar un fragmento de testigo de suelo para
someter a determinados ensayos de laboratorio. Dada las alteraciones físicas del
Muestras alteradas Tipo “C”
interviene ni la humedad natural ni la resistencia del suelo (granulometría, Limites
de Atterberg, Lambe, ..).
En cuanto a los parámetros químicos (sulfatos, carbonatos, materia orgánica...)
debemos tener en cuenta el tiempo transcurrido desde la obtención del testigo
hasta la realización del ensayo. Para su viabilidad debemos considerar los
componentes químicos a analizar y su volatibilidad o alterabilidad.
Como excepción, cuando se trata de un testigo rocoso, la muestra alterada puede
ser sometida a rotura por compresión simple ofreciendo un valor qu de bastante
fiabilidad. No obstante es recomendable su inalterabilidad a través de un
parafinado que conserve la humedad natural.
6.1.2.- Muestras inalteradas Tipo “A” y “B”
La inalterabilidad de una muestra de suelo o roca se refiere a la conservación de
las características naturales en el mayor grado posible, desde el momento de su
Muestras inalteradas Tipo “A” y “B”
EJEMPLOS DE DIFERENTES “TOMA-MUESTRAS”
TIPOS DE “TOMA-MUESTRAS” EN S0NDEOS
testigo, los parámetros representativos del mismo solo son aquellos en los que no
extracción hasta el momento de su apertura y montaje en la bancada de
laboratorio.
En este sentido, la inalterabilidad de una muestra no solo depende de su
adecuada y cuidadosa extracción sino también de su manipulación, transporte a
laboratorio, conservación hasta el momento de su apertura y por ultimo su
tallado, según el caso, y el montaje en el aparato de ensayo deseado, (prensa,
triaxial, aparato de corte, edómetro ...).
Como anotación de sentido común, debemos pensar que la muestra inalterada no
existe. Aun cuando la pericia del sondista y operario son extremadas, el simple
hecho de extraer una muestra de suelo de su posición natural conlleva una
alteración que a efectos prácticos debemos despreciar pero no olvidar.
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7.- RECONOCIMIENTOS DE SUELOS
7.1.- ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS SUELOS
Los materiales del subsuelo terrestre se encuentran constituidos por rocas y suelos
cuya génesis o procedencia puede ser de origen sedimentario o producto de la
alteración - meteorización de un sustrato rocoso.
Los suelos y las rocas se encuentran constituidos por agregados de partículas sólidas
de geometría y disposición irregular. Las irregularidades inherentes a cualquier
material natural implica que la representatividad de una muestra depende del
La estructura de un suelo se encuentra constituida por tres fases:
•
Sólida: Granos minerales .
•
Líquida: agua con compuestos químicos en poros y o estructura mineral .
•
Gaseosa: aire y otros gases en poros y huecos.
Según el tamaño y forma de los granos, al ponerse en contacto con el agua se
producen fuerzas superficiales que aumentan al disminuir el tamaño de las partículas
provocando la adherencia de las mismas por un fenómeno denominado cohesión.
Ante tal circunstancia, una primera clasificación de suelos se basa en el tamaño de las
partículas constituyentes del mismo, diferenciándose suelos de grano grueso y suelos
de grano fino.
Dependiendo del comportamiento físico-químico de las partículas de los suelos de
grano fino, estos definen una nueva gran diferenciación: suelos cohesivos y suelos.
7.1.1.- El esqueleto sólido
El esqueleto sólido de un suelo son los granos o partículas minerales de tamaño y
,
El esqueleto sólido
ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS SUELOS
RECONOCIMIENTOS DE SUELOS
volumen de la muestra ensayada.
forma variable.
El tamaño de las partículas
La medida de los tamaños de grano se realiza a través de análisis granulométricos
por tamizado o sedimentación, estableciéndose unos criterios de tamaño que se
correlacionan con descripciones de tamaño bolos, gravas, arena, limos y arcilla.
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La forma de las partículas
El esqueleto sólido
ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS SUELOS
RECONOCIMIENTOS DE SUELOS
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Según Krumbrein y Sloss (1955) las partículas se clasifican por su forma y por su
redondeamiento. Esto último
se refiere al estado de su
superficie. La clasificación ha
de
hacerse
visualmente,
observando el material con
una lupa o microscopio, si
fuera necesario. La figura
adjunta es la plantilla en la
que se basa.
Para
materiales
(gravas)
existen
gruesos
otras
escalas basadas en la medida directa de un número suficientemente grande de la
relación entre las dimensiones extremas de las partículas. Estas determinaciones
suelen hacerse con frecuencia en los áridos destinados a ser empleados en
pavimentos de carreteras. La norma NLT 354/74 proporciona un *índice de lajas y
agujas de los áridos para carreteras.
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7.1.2.- Los huecos: la Porosidad
La porosidad y el índice de poros se determinan a partir del peso específico de las
partículas y peso específico seco. La densidad es la cantidad de masa por unidad
de volumen, y el peso específico es la cantidad de peso por unidad de volumen.
Los suelos y rocas son sistemas trifásicos: sólido + líquido + gas. Normalmente el
La porosidad (n) es el volumen ocupado por líquido y/o gas.
El índice de poros (e) es la relación entre el espacio ocupado por poros y el
ocupado por las partículas sólidas.
Los huecos: la Porosidad
ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS SUELOS
RECONOCIMIENTOS DE SUELOS
líquido es agua y gas vapor de agua.
Dentro de un conjunto o agregado de granos minerales, existe una cantidad de
huecos dependiente del grado de compacidad, del tamaño de las partículas, de la
redondez y esfericidad de los granos ... Este espacio entre granos constituye la
porosidad del sólido, manteniendo una relación directa con su permeabilidad .
El Índice de Poros (e) es la relación del volumen de poros respecto al volumen de
partículas sólidas.
La relación entre el índice de poros (e) y el de porosidad (n) queda representado
gráficamente en el esquema, y se interpreta:
n = e /1+e
e = n /1-n
De manera genérica, en el siguiente cuadro se describen los valores típicos de las
diferentes propiedades elementales de suelos y rocas.
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7.1.3.- La cohesión
La mecánica de suelos hace una clara distinción entre suelos cohesivos y no
cohesivos:
Suelos cohesivos o coherentes.- son aquellos cuyas partículas o granos
(generalmente de tamaño fino), mantienen una ligadura tensional entre si, como
consecuencia de sus características físico-químicas. Generalmente se trata de
arcillas con plasticidad, impermeabilidad y tamaño de partícula inferior a 2 micras.
son muy sensibles a los contenidos en humedad.
Suelos no cohesivos
o incoherentes.- son aquellos cuyos granos no se
mantienen unidos salvo en presencia de cierto grado de humedad en que las
fuerzas de tensión superficial del agua que rellena los poros hace de adherente.
Generalmente son de estructura granular visible, no plásticos y permeables.
La cohesión
ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS SUELOS
RECONOCIMIENTOS DE SUELOS
La dimensión de las tensiones que mantienen ligadas o unidas a estas partículas
La cohesión es la componente friccional del esfuerzo total al que se ve sometido
un suelo ante ciertas solicitaciones (confinamiento, presión normal + presión
horizontal). Son fuerzas electroquímicas que favorecen la adhesión intergranular.
La cohesión de un suelo depende del grado de humedad en tanto que el agua
presenta una c= 0.
La cohesión efectiva (c´) es la fuerza soportada por el esqueleto granular del
suelo tras su drenaje, es decir en condiciones a largo plazo.
La cohesión total (c)
es la suma de tensiones absorbidas por el agua
intergranular y por los propios granos, es decir sin permitir el drenaje o en
condiciones a corto plazo.
Los esfuerzos horizontales son absorbidos por el rozamiento intergranular que se
define como Angulo de rozamiento interno, dependiente del grado de
consolidación o presión normal y el agua intersticial que favorece, por
lubrificación, el desarrollo del hipotético plano de rotura. Por el contrario, el
aumento de la presión normal aumenta el rozamiento entre granos.
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7.2.- CRITERIOS DEL CTE PARA RECONOCIMIENTOS DE SUELOS
1. Según CTE, de todas las muestras obtenidas en calicatas o sondeos se hará una
,
descripción detallando aquellos aspectos que no son objeto de ensayo, como el
color, olor, litología de las gravas o trozos de roca, presencia de escombros o
materiales artificiales, etc, así como eventuales defectos en la calidad de la
muestra, para ser incluida en algunas de las categorías A o B.
La descripción de suelos permite una primera idea del tipo de terreno, que
permitirá decidir los ensayos de laboratorio y una primera aproximación
de
resultados.
El principal objetivo de la descripción es clasificarlo al menos dentro de los 2
principales grupos:
-
Suelos de grano grueso.
-
Suelos de grano fino.
El tipo de suelo viene definido por su granulometría y plasticidad, además de por
su colorimetría y estado de consistencia o densidad.
7.2.1.1- Granulometría y plasticidad.
La primera caracterización de suelos de define en base a la granulometría y la
plasticidad del mismo. En este sentido, las diferentes descripciones son:
Granulometría y plasticidad
Criterios de descripción
CRITERIOS DEL CTE PARA RECONOCIMIENTOS DE SUELOS
RECONOCIMIENTOS DE SUELOS
7.2.1.- Criterios de descripción
Suelos de grano grueso:
Se toma una fracción representativa de la muestra y se extiende sobre una
superficie plana. Una vez extendida, se examina con la idea de determinar
graduación, tamaño, forma y en lo posible composición mineralógica.
Bolos, gravas y arenas, se suelen identificar fácilmente por su tamaño.
El material alterado se reconoce por sus decoloraciones y por la relativa
facilidad con la que se pueden disgregar sus granos.
Para la fracción fina, en suelos de grano grueso, es difícil de calcular su
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porcentaje en el campo, aunque existen métodos aproximativos como el de
extender la muestra sobre una superficie plana y calcular visualmente el
número de partículas presentes.
La presencia de arena fina se puede precisar frotando una porción de muestra
entre los dedos; las partículas de limos y arcillas son suaves al tacto y
Granulometría y plasticidad
DIFERENCIA ENTRE GRAVAS Y ARENAS
Gravas (>2 mm)
Arenas (entre 0,06 y 2 mm)
Los granos no se apelmazan Los granos se apelmazan si
aunque estén húmedos, debido están húmedos debido a la
a la pequeñez de las tensiones importancia de las tensiones
capilares
capilares.
Criterios de descripción
CRITERIOS DEL CTE PARA RECONOCIMIENTOS DE SUELOS
RECONOCIMIENTOS DE SUELOS
manchan los dedos, mientras que la arena no.
DIFERENCIA ENTRE ARENAS Y LIMOS
Arenas (entre 0,06 y 2 mm)
Limos (entre 0,002 y 0,06 mm)
Partículas visibles.
Partículas invisibles.
En general, no plásticas.
En general, algo plásticos.
Los terrenos secos tienen una
ligera cohesión, pero se
reducen a polvo fácilmente
entre los dedos.
Los terrones secos tienen una
cohesión apreciable, pero se
pueden reducir a polvo con los
dedos.
Fácilmente erosionadas por el Difícilmente erosionados por el
viento.
viento.
Cajas de Sondeo con materiales de tipo granular
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Suelos de grano fino:
Para la identificación de este tipo de suelos en el campo se utilizan una serie
de ensayos que entre otros son:
-
Valoración de la proporción de finos plásticos.
Básicamente consiste en seleccionar una muestra
ponerla
blanda.
Seguidamente
se
sacude
horizontalmente golpeándola entre las palmas de
las manos.
Un suelo de grano fino que no sea plástico o que tenga una baja plasticidad,
Granulometría y plasticidad
se pondrá brillante por subir el agua a su superficie mientras se sacude.
Criterios de descripción
CRITERIOS DEL CTE PARA RECONOCIMIENTOS DE SUELOS
RECONOCIMIENTOS DE SUELOS
de suelo añadiéndole el agua necesaria para
Finalmente al perder la humedad se disgregará del conjunto, quedando
separadas las dos fracciones.
-
Estimación de la plasticidad.
Este procedimiento es el que se emplea
en el laboratorio para establecer el límite
plástico del suelo, pero que a groso modo
puede ser útil en el campo para identificar
la fracción arcillosa.
Consiste en extraer un pedazo de la muestra de suelo e intentar hacer un rulo
con él varias veces. El suelo que no sea plástico, o que tenga una baja
plasticidad, no tendrá tenacidad (facilidad de moldeado) o muy baja.
DIFERENCIA ENTRE LIMOS Y ARCILLAS
Limos (entre 0,002 y 0,06 mm)
Arcillas (<0,002 mm)
No suelen tener propiedades Suelen
tener
propiedades
coloidales.
coloidales.
Tacto áspero.
Tacto suave.
Se secan con relativa rapidez y
no se pegan a los dedos.
Los terrones secos tienen una
cohesión apreciable, pero se
pueden reducir a polvo con los
dedos
Se secan lentamente y se pegan
a los dedos.
Los terrones secos se pueden
partir, pero no reducir a polvo
con los dedos.
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7.2.1.2- Colorimetría.
La colorimetría puede contribuir a los criterios identificativos tanto por su
composición mineralógica como por el estado de alteración en que se
encuentra.
Suelos con tonalidades marrón-pardas son característicos de niveles de
alteración edáfica (tierra vegetal) y suelen presentar restos de raíces.
frecuentes nódulos carbonatados consecuencia de oscilaciones del nivel
freático que dan lugar a este tipo de precipitaciones (carbonatos).
Los horizontes de transición también pueden definirse por ambientes de
oxidación que dan lugar a tonalidades marrón-rojizas.
Colores amarillentos y marrón anaranjados son característicos de formaciones
pliocenas de naturaleza limosa y limo arenosa que pueden presentar nódulos
Colorimetría
Criterios de descripción
CRITERIOS DEL CTE PARA RECONOCIMIENTOS DE SUELOS
RECONOCIMIENTOS DE SUELOS
Colores beige blanquecinos son característicos de horizontes de transición con
y pátinas ocre ferruginosas.
Arcillas con coloraciones gris verdosas a gris azuladas son características de
depósitos miocenos formados en condiciones anaerobias (ausencia de colores
amarillentos y rojizos que marcan los procesos de oxidación aerobios).
Por último, coloraciones gris oscuras a gris negruzcas en arcillas son típicas de
depósitos cuaternarios fangosos con gran cantidad de materia orgánica.
Por tanto el color del suelo ayuda a establecer una primera aproximación de
su naturaleza, edad geológica y tipo de depósito.
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7.2.1.3- Consistencia.
El estado de consistencia de un suelo en un criterio de campo que nos ayuda
a valorar al mismo desde el punto de vista de su resistencia.
La consistencia de un suelo depende de su granulometría así como del grado
de saturación.
En este sentido, suelos con una misma
granulometría pueden presentar
ejemplo: arcillas saturadas presentan una resistencia muy baja, mientras que
arcillas secas tiene una resistencia muy elevada).
Para obtener una primera aproximación de la resistencia del material “in situ”
y en condiciones naturales, existe un sencillo ensayo de campo que nos ofrece
estos parámetros de resistencia, en base a la facilidad o no de introducir el
puño o de no poder introducir ni siquiera la uña, como extremos dentro de
Consistencia
Criterios de descripción
CRITERIOS DEL CTE PARA RECONOCIMIENTOS DE SUELOS
RECONOCIMIENTOS DE SUELOS
distintos estados de consistencia en función de su grado de humedad (por
una escala de resistencia a la penetración.
Para la realización de este tipo de ensayo es necesaria una cierta experiencia
en el conocimiento de suelos.
Así mismo, utilizando valores deducidos de los ensayos de penetración (SPT o
MI) podemos establecer una escala de resistencia que nos da una idea del
estado de consistencia/compacidad en la que se encuentra un suelo.
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7.2.1.4- Textura y estructura.
De manera resumida se distinguen los siguientes tipos de suelos según su
origen geológico, cuya interpretación puede realizarse reconociendo la textura
y estructura.
Suelos residuales o eluviales: Restos de rocas descompuestos “in situ”.
Suelos coluviales: Suelos que han sufrido un transporte por gravedad o
heterogéneos y mezclados.
Suelos aluviales: Suelos que han sufrido un transporte más prolongado,
que ha producido una verdadera clasificación. El término aluvial suele
referirse a suelos depositados por cursos de agua.
Suelos eólicos: Suelos de granulometría uniforme. El más importante es el
Textura y estructura
Criterios de descripción
CRITERIOS DEL CTE PARA RECONOCIMIENTOS DE SUELOS
RECONOCIMIENTOS DE SUELOS
lluvia y que suelen entrañar una cierta segregación. Suelen ser
de loess, suelo arenoso o limoso cuyos granos se encuentran adheridos
por un cemento calcáreo o arcilloso.
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8.- RECONOCIMIENTOS DE ROCAS Y MACIZOS ROCOSOS
8.1.- CRITERIOS DEL CTE PARA RECONOCIMIENTOS DE ROCAS
1.
,
A los efectos del CTE, un macizo rocoso se caracteriza por la resistencia de la roca
matriz, que debe matizarse con otras propiedades de su discontinuidad, como son:
apertura, rugosidad, tipo de relleno, espaciamiento, índice de fracturación,
persistencia, clase RQD, o presencia de agua. Dichos parámetros podrán utilizarse
para determinar otros índices, tales como el RMR, indicativos del comportamiento
8.1.1.- Criterios generales
La roca es un agregado de minerales ligados estrechamente entre sí y tan poco
alterados como para reconocer la estructura de origen.
Criterios generales
La composición mineralógica y la textura son las que permiten una identificación y
calificación definitiva.
No sólo será importante el tipo de roca, sino el estado en que se encuentre.
Los criterios de descripción tienen en cuenta el estado de la roca sana, y sobre
todo el tipo, número y espaciado de las discontinuidades que presenta en macizo
rocoso.
La descripción geotécnica básica constituye una caracterización geomecánica del
terreno basada en la observación directa del mismo, aportando el nombre de la
roca
y las características estructurales y mecánicas del medio rocoso como el
espesor de estrato y las características de las discontinuidades.
8.1.2- Descripción petrológica.
Descripción petrológica
CRITERIOS DEL CTE PARA RECONOCIMIENTOS DE ROCAS
RECONOCIMIENTOS DE ROCAS Y MACIZOS ROCOSOS
global del macizo rocoso.
Desde el punto de vista geológico, las rocas se pueden agrupar en función de su
génesis los grupos:
Tabla D.4. (CTE) Clasificación de rocas
Rocas sedimentarias:
Rocas metamórficas:
Rocas plutónicas:.
Rocas volcánicas:
Conglomerados, Areniscas, Limolitas, Argilitas, Margas, Calizas,
Calizas margosas, Calcarenitas, Dolomías, Yesos.
Cuarcitas, Pizarras, Esquistos, Gneises, Corneanas.
Granitos, Dioritas, Gabros, Pórfidos, Peridotitas
Basaltos, Fonolitas, Piroclastos, Traquitas, Ofitas, Riolitas,
Andesitas, Dacitas.
37
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deducirse inferirse el grado de meteorización, las discontinuidades que presenta e
incluso el espaciado.
Grado de meteorización de la roca
CRITERIOS DEL CTE PARA RECONOCIMIENTOS DE ROCAS
Clasificación de visu de los testigos o fragmentos de roca de la cual puede
Tabla D.5. (CTE) Grado de meteorización de las rocas (ISRM) Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas
Grado
Denominación
Criterio de reconocimiento
I
Roca sana o fresca
La roca no presenta signos visibles de meteorización, pueden existir
ligeras pérdidas de color o pequeñas manchas de óxidos en los
planos de discontinuidad
II
Roca ligeramente
meteorizada
La roca y los planos de discontinuidad presentan signos de
decoloración. La roca puede estar decolorada en la pared de las
juntas pero no es notorio que la pared sea más débil que la roca
sana
Roca
moderadamente
meteorizada
La roca está decolorada en la pared. La meteorización empieza a
penetrar hacia el interior de la roca desde las discontinuidades. El
material es notablemente más débil en la pared que en la roca sana.
Material débil <50% del total
IV
Roca meteorizada
o muy meteorizada
Más de la mitad del material está descompuesto a suelo. Aparece
roca sana o ligeramente meteorizada de forma discontinua
V
Roca
completamente
meteorizada
Todo el material está descompuesto a un suelo. La estructura
original de la roca se mantiene intacta
VI
Suelo residual
La roca está totalmente descompuesta en un suelo y no puede
reconocer-se ni la textura ni la estructura original. El material
permanece “in situ” y existe un cambio de volumen importante
III
8.2.- CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA DEL MACIZO ROCOSO
8.2.1.- Características estructurales y mecánicas del macizo rocoso
Características estructurales
CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA
DEL MACIZO ROCOSO
RECONOCIMIENTOS DE ROCAS Y MACIZOS ROCOSOS
8.1.3- Grado de meteorización de la roca.
Un macizo rocoso se caracteriza por la resistencia de la roca matriz, que debe
matizarse con otras propiedades de su discontinuidades: apertura, rugosidad, tipo
de relleno, espaciamiento, índice de fracturación, persistencia, clase RQD, o
presencia de agua. Dichos parámetros podrán utilizarse para determinar otros
índices como el RMR, indicativos del comportamiento global del macizo rocoso. En
las tablas D.9 a D.17 se indican criterios para esta caracterización.
En el siguiente apartado se recoge la clasificación de macizos rocosos, recogiendo
todos los criterios descritos en esas tablas (D.9 a D.17)
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8.2.2.- Clasificación del macizo rocoso (RMR - Bieniaswski, 1989)
Desarrollada por Bieniawski en 1973 y actualizada en 1979 y 1989, constituye un
sistema de clasificación de macizos rocosos según índices de calidad. A través de
parámetros obtenidos en estaciones geomecánicas y sus puntos de lectura, según
los criterios anteriores así como por los ensayos de rotura por compresión simple:
2
5
Estado de las discontinuidades
4
>10
10-4
4-2
2-1
Compresión
simple (MPa)
Compresión
simple
>250
250-100
100-50
50-25
25-5 5-1 <1
15
12
7
4
90%-100%
75%-90%
50%-75%
25%-50%
<25%
20
17
13
6
3
>2m
10
0,6-2 m
15
0,2-0,6 m
10
0,06-0,2 m
8
<0,06 m
5
<1 m
1-3 m
3-10 m
10-20 m
>5 mm
6
Nada
6
5
<0,1 mm
5
3
0,1-1,0 mm
3
1
1-5 mm
1
0
>5 mm
0
Rugosidad
Muy rugosa
Rugosa
Ligeramente
rugosa
Ondulada
Suave
Puntuación
6
Separación entre diaclasas
Agua freática
3
Ensayo de
carga puntual
Puntuación
RQD
Puntuación
Puntuación
Longitud de la
discontinuidad
Puntuación
Abertura
Puntuación
3
1
0
Relleno blando
Relleno blando
< 5 mm
4
>5 mm
2
< 5 mm
2
>5 mm
0
Ligeramente
alterada
Medianament
alterada
Muy alterada
Descompuesta
5
< 10
litros/min
3
10-25
litros/min
1
25-125
litros/min
0
>125
litros/min
0
0-0,1
0,1-0,2
0,2-0,5
>0,5
Seco
Ligeramente
húmedo
Húmedo
Goteando
Agua fluyendo
7
4
0
-5
-7
-25
Desfavorables
-10
-15
-50
Muy
desfavorables
-12
-25
-60
60-41
Media
III
40-21
Mala
IV
<20
Muy mala
V
10 horas con
2,5 m de vano
1-2 kp/cm2
30 minutos con
1 m de vano
< 1 kp/cm2
15º-25º
<15º
Puntuación
6
Alteración
Inalterada
Puntuación
Caudal por 10 m
de túnel
6
Tiempo de mantenimiento y longitud
Cohesión
Angulo de rozamiento
0
Relleno duro
Ninguno
Estado general
1
5
Relleno
Presión de gua/Tensión
principal mayor
2
Relleno duro
Nulo
Puntuación
15
10
Corrección por la orientación de las discontinuidades
Muy
Dirección y buzamiento
Favorables
favorables
Túneles
0
-2
Puntuación
Cimentaciones
0
-2
Taludes
0
-5
Clasificación
Puntuación
100-81
80-61
Calidad
Muy buena
Buena
Clase
I
II
Característic.
geotécnicas
Clasificación del macizo rocoso (RMR - Bieniaswski, 1989)
CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA DEL MACIZO ROCOSO
RECONOCIMIENTOS DE ROCAS Y MACIZOS ROCOSOS
1
Resistenci
a matriz
rocos(MPa)
Parámetros de clasificación
Medias
10 años con 6 meses con 1 semana con
15m d vano 8m d vano 5 m de vano
> 4 kp/cm2 3-4 kp/cm2
2-3 kp/cm2
>45º
35º-45º
25º-35º
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9.- LOS ENSAYOS Y ANÁLISIS DE LABORATORIO
9.1.- PROGRAMACION DE ENSAYOS DE LABORATORIO (CTE)
2.
,
El número de determinaciones del valor de un parámetro de una unidad
geotécnica investigada será el adecuado para que éste sea fiable. Para una
superficie de estudio de hasta 2000 m2, en cada unidad de importancia geotécnica
se considera orientativo el número de determinaciones que se indica en la tabla
3.7.
3. Deberá procurarse que los valores se obtengan de muestras procedentes de
PROGRAMACION DE ENSAYOS DE LABORATORIO (CTE)
LOS ENSAYOS Y ANÁLISIS DE LABORATORIO
puntos de investigación diferentes, una vez que se hayan identificado como
pertenecientes a la misma capa. Las determinaciones se podrán obtener mediante
ensayos en laboratorio, o si es factible con ensayos in situ, aplicando las oportunas
correlaciones si fueran necesarias.
4. Para superficies mayores se multiplicarán los números de la tabla 3.7 por
(s/2000)1/2, siendo s la superficie de estudio en m2.
Tabla 3.7. (CTE) Número orientativo de determinaciones in situ o ensayos de
laboratorio para superficies de estudio de hasta 2000 m2
Propiedad
Granulometría
Identificación
Plasticidad
Arcillas y limos
Deformabilidad
Arenas
Suelos muy blandos
Resistencia a
Suelos blandos a duros
compresión simple
Suelos fisurados
Arcillas y Limos
Resistencia al
corte
Arenas
Contenido de sales agresivas
Terreno
T-1
3
3
4
3
4
4
5
3
3
3
T-2
6
5
6
5
6
5
7
4
5
4
5. Los ensayos indicados en la tabla 3.7 corresponden a cada unidad geotécnica que
pueda ser afectada por las cimentaciones. El número de determinaciones in situ o
ensayos indicados corresponde a edificios C-1 ó C-2. Para edificios C-3 o C-4 los
valores del cuadro se recomienda incrementarlos en un 50%.
6. Para terrenos tipo T-3 se decidirá el tipo y número de determinaciones, que nunca
serán inferiores a las indicadas para el T-2.
7. En la tabla D.18 se indican ensayos considerados adecuados para la determinación
de las propiedades más usuales de un suelo o de una roca matriz.
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9. Para la comprobación de los estados límite considerados en los distintos capítulos
de este DB se distinguirá entre aquellos suelos cuya proporción en finos (limo +
arcilla) sea inferior al 35% y los que superen dicha proporción, pudiéndose
denominar unos y otros tal y como se indica en las tablas D.20 y D.21.
Granulares
9.2.1.- Denominación de suelos granulares
Tabla D.20. (CTE) Denominación matizada de suelos granulares(1) Porcentaje de finos < 35%
Denominación
% de arcilla y limo
Nombre principal
Grava o arena
Nombre secundario
Arenosa o con grava
Con indicios de
Limos o arcillas
1 - 10
Algo
Limosa o arcillosa
10 - 20
Bastante
Limosa o arcillosa
25 - 35
(1) Los términos arcilla y arcillosa de la tabla deben emplearse cuando se trata de finos plásticos y los términos limo y
limosa, cuando los finos no son plásticos o poco plásticos según el criterio de Casagrande.
9.2.2.- Denominación de suelos finos
Finos
DENOMINACIÓN DE SUELOS SEGUN ANALISIS
LOS ENSAYOS Y ANÁLISIS DE LABORATORIO
9.2.- DENOMINACIÓN DE SUELOS SEGÚN ANÁLISIS
8. Los resultados de los ensayos granulométricos de suelos permitirán matizar los
criterios de clasificación denominándolos con una palabra según su componente
principal que podrá acompañarse de calificativos y sufijos según los componentes
secundarios teniendo en cuenta el baremo de proporción en % de peso de cada
fracción de suelo según se indica en las tablas D.20 y D.21.
Tabla D.21. (CTE) Denominación matizada de suelos finos(1)
Denominación
Nombre principal
Arcilla o limo
Nombre secundario
Arenosa/so o con grava
Porcentaje de finos > 35%
% de arena y grava
< 35
35-65
9.3.- AGRESIVIDAD QUÍMICA DE SUELOS ROCAS Y AGUAS
10. La acidez Baumann-Gully y el contenido en sulfatos, detectados en muestras de suelo y
rocas, así como determinados componentes químicos, presentes en el agua freática,
permiten clasificar la agresividad química del terreno frente al hormigón.
11. La agresividad del agua freática se tomará al menos en el 50% de los sondeos.
12. La Instrucción EHE establece el empleo de cementos que posean resistencia adicional a
los sulfatos, según la norma UNE 80303:96, para una exposición tipo Q, es decir, que
el contenido en sulfatos del terreno sea SO42- en suelos ≥ 3000 mg/kg y/o ≥ 600 mg/l
en el agua freática.
Tabla D.22. (CTE) Clsificación de la agresividad química de suelos, rocas y aguas (EHE)
Tipo de Medio
agresivo
Parámetros(1)
Valor del pH
Agua
Suelo
CO2 agresivo (mg CO2/l)
+
Ión amonio (mg NH4 /l)
+
Ión magnesio (mg Mg2 /l)
2
Ión sulfato (mg SO4 -/l)
Residuo seco a 110º C (mg/l)
Grado de acidez Baumann-Gully
2-
Ión Sulfato (mg SO4 /kg de suelo seco)
6,5-5,5
Tipo de exposición
Qb Ataque
Medio
5,5-4,5
Qc Ataque
Fuerte
< 4,5
15-40
15-30
300-1000
200-600
75-150
40-100
30-60
1000-3000
600-3000
50-75
> 100
> 60
> 3000
> 3000
< 50
Qa Ataque Debil
> 20
-(1)
-(1)
2000-3000
3000-12000
> 12000
(1) Estas condiciones no se dan en la práctica
41
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10.- DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS Y ANÁLISIS DE LABORATORIO
10.1.- ENSAYOS IDENTIFICATIVOS.
Los ensayos identificativos, básicamente son análisis granulómetricos y determinación
de los límites de Atterberg. Con estos parámetros se pueden deducir por correlación
muchos otros parámetros representativos de un suelo.
10.1.1.- Análisis granulométrico.
Una de las propiedades mas importantes de un suelo es la distribución de
El análisis granulométrico de suelos por tamizado se basa en la UNE 103101:1995,
por la cual se especifica el método para determinar los diferentes tamaños de las
partículas de un suelo, expresándolas en %, hasta el tamiz de 0,08 mm.
El análisis consta de dos partes: la fracción de suelos que pasa a través del tamiz
de 0,08 mm (finos) y la fracción que queda retenida en el
mismo (gruesos). Dentro de la fracción gruesa se diferencian
Análisis granulométrico.
ENSAYOS IDENTIFICATIVOS
DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO
tamaños de grano.
los retenidos por el tamiz de abertura 5 mm (gravas) y los que
pasan por este y son retenidos por el 0,08 (arenas).
Entre estos tamices se insertan otros de aberturas intermedias,
que delimitan los tamaños de grano con mayor precisión.
Los análisis granulométricos se expresan en % de peso
retenido en cada tamiz, respecto al peso seco total ensayado.
Los resultados se presentan a través de curvas granulométricas
cuyo eje de abcisas, en escala logarítmica representa los
diferentes tamaños de tamices, y en el eje de ordenadas y
escala decimal, el porcentaje de peso retenido.
Además, desde la curva granulométrica, se pueden establecer
coeficientes característicos, como el coeficiente de uniformidad
y el coeficiente de curvatura:
Cu =
d 60
d10
Cc =
2
d30
d10 ⋅ d 60
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10.1.2.- Límites de Atterberg
Las propiedades mecánicas de los suelo, como
pueden ser entre otras, su resistencia al corte,
su capacidad de carga, o su comportamiento
remoldeado
en
rellenos
o
excavaciones,
dependen en gran medida de su humedad y
Los limites de Atterberg pretenden delimitar el
estado de cada suelo en función del grado de
humedad, y de esta manera conocer el comportamiento geomecánico del mismo
ante posibles variaciones de humedad.
Límites de Atterberg
ENSAYOS IDENTIFICATIVOS
DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO
fracción arcillosa.
La repetitividad de resultados y comparación con situaciones reales permite
asignar características geomecánicas similares para suelos con iguales límites de
Atterberg. De esta manera, los límites de Atterberg son:
Estado de consistencia
Sólido
Semisólido
Límite de
RETRACCIÓN
Plástico
Límite
PLÁSTICO
Líquido
Límite
LÍQUIDO
Los límites de Atterberg, conjuntamente con la granulometría, son las
determinaciones mas habituales en los laboratorios de análisis de suelos. La
experiencia acumulada en muchas miles de determinaciones permite caracterizar
y clasificar al suelo aproximando una fácil correlación con otros parámetros
geotécnicos y geomecánicos.
De hecho, la granulometría y límites de Atterberg permiten definir si un suelo es
de grano fino o grueso, y los finos son o no plásticos, y por tanto es un suelo
cohesivo o no cohesivo, con todas las implicaciones geomecánicas que ello
implica.
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10.2.- ENSAYOS DE RESISTENCIA Y DEFORMABILIDAD.
10.2.1.- Deformación Unidimensional en Edómetro.
Es uno de los ensayos mas antiguos de la mecánica de suelos, y a través del
mismo se pretende conocer el acortamiento o asentamiento de una porción de
en los poros del suelo.
La muestra se encuentra confinada en un anillo indeformable y cubierta por
Deformación Unidimensional en Edómetro
ENSAYOS DE RESISTENCIA Y DEFORMABILIDAD.
DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO
suelo inalterado ante una presión vertical, por expulsión del aire y agua contenido
piedras porosas que permiten el drenaje durante la consolidación. Permite
conocer la reducción del volumen de huecos o poros ante cada escalón de carga.
El ensayo se realiza por escalones de carga consecutivos, cada 24 horas.
Los resultados se expresan a través de una curva edométrica en cuyo eje de
ordenadas y con escala decimal se representa el número de poros “e”, y en
abcisas los diferentes escalones de carga, en escala
logarítmica.
Bancada edométrica
Con los valores obtenidos del edómetro se calculan
coeficientes
como
CC
(Coeficiente
de
compresibilidad), CS (Indice de entumecimiento o
hinchazón),
y
E
(módulo
edométrico
deformación.
Anillos conteniendo
muestra
o
de
La
bancada edométrica
es un equipo con un
sistema de palancas
y pesas que traducen determinadas cargas a la
probeta de suelo ensayada.
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10.2.2.- Deformación en Triaxial.
El fundamento del aparato triaxial se basa en
la deformación de una probeta cilíndrica de
suelo sometida a tensión normal y con
deformación
transversal
controlada,
que
representa al confinamiento de la muestra en
La tensión normal se transmite como si fuese
una prensa, mientras que las tensiones
laterales se transmiten a través de un fluido.
Deformación en Triaxial
ENSAYOS DE RESISTENCIA Y DEFORMABILIDAD.
DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO
su estado natural.
La muestra se encuentra envuelta en una
fina funda de goma que impide el acceso del
fluido a los poros de la muestra, mientras que en sus extremos existen piedras
porosas para controlar el drenaje.
De este ensayo se obtienen valores de
cohesión, ángulo de rozamiento interno y
resistencia muy próximos a realidad.
El ensayo contempla la ejecución del mismo
sobre tres probetas idénticas, para las que
se mantiene fija la tensión del fluido (σ3) y
se va aumentando la tensión normal (ζ )
hasta producir la rotura del suelo.
Representando σ1 - σ3 en el espacio de Mohr para las tres probetas, la tangente
común a estos círculos define la Recta de Coulomb y se pueden determinar la
cohesión (c) y ángulo de rozamiento interno (φ).
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10.2.3.- Corte Directo.
El ensayo de corte directo trata de representar la resistencia de una muestra de
suelo a un esfuerzo cortante (σ) y bajo diferentes tensiones normales (ζ). Como
es de suponer, cuanto mayor sea la tensión normal aplicada, mayor unión existirá
entre los granos del suelo, y mayor será la resistencia al esfuerzo cortante (σ).
El ensayo se realiza para tres muestras
bajo
tensiones
normales
crecientes,
de ordenadas define la cohesión (c), y
forma
un
ángulo
con
abcisas
que
representa al ángulo de rozamiento
interno (φ).
El ensayo se puede realizar de tres
Corte Directo
ENSAYOS DE RESISTENCIA Y DEFORMABILIDAD.
DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO
definiendo una recta que al cortar el eje
maneras:
Ensayo tipo CD.- Consolidado y drenado. Permite una previa consolidación y
drenado, reproduciendo las condiciones de estabilidad a largo plazo.
Ensayo tipo CU.- realiza una consolidación previa, pero no permite el drenaje,
obteniéndose parámetros a largo plazo pero en presencia de agua.
Ensayo tipo UU.- Sin consolidar y sin drenar. Es un ensayo rápido y representa
las condiciones a corto plazo.
La principal crítica a este ensayo se refiere a que la muestra se obliga a romper
por un plano predeterminado.
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TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN DEL SUELO
AXAN, s.l.
José María Noriega Rivera
GEÓLOGO – Ingeniería Geotécnica
10.2.4.- Rotura a Compresión Simple.
El ensayo de rotura a Compresión Simple trata de reproducir en laboratorio, la
resistencia de un suelo a una tensión o solicitación de componente vertical.
La facilidad de ejecución de este ensayo de
rotura
uniaxial
le
hace
interesante
y
suficientemente resolutivo.
simple se realiza en tiempo limitado, no se
permite el drenaje de la muestra. Por tanto, la
resistencia
al
corte
sin
drenaje
es
independiente del aumento de la presión
Rotura a Compresión Simple
ENSAYOS DE RESISTENCIA Y DEFORMABILIDAD.
DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO
Dado que el ensayo de rotura a compresión
normal, con lo que φ =0.
En este caso de φ = 0 (suelo eminentemente
qu:resistencia a la compresión simple
arcilloso), y para un ensayo a compresión
simple donde
σ3=0, el círculo de Mohr
correspondiente
es
ordenadas,
y
la
tangente
Recta
de
al
eje
de
Coulomb
es
Resistencia al corte sin drenaje en una arcilla saturada
prácticamente paralela al eje de abcisas, por ser φ casi 0, con lo cual c es igual al
radio del círculo, o sea :
Prensa y monitor de control
c = σ1
2
Expresado en el espacio de Mohr, la
resistencia
al
corte
sin
drenaje
(SU)es equivalente a la mitad de la
resistencia a la compresión simple.
El ensayo se encuentra regulado por
la UNE 103400/1993.
47
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10.3.- ENSAYOS DE EXPANSIVIDAD Y COLAPSO.
Una de las propiedades físico–químicas mas llamativas de los suelos cohesivos, es su
capacidad de cambiar de volumen en función de cambios de humedad.
Estos cambios de volumen se refieren a absorción o expulsión de agua por parte de la
propia estructura mineral de la arcilla.
10.3.1.- El aparato Lambe
1960)
consiste
en
dinamométrico
un
que
o
un
mide
desplazamiento
(hinchazón
anillo
con
comparador
el
vertical
presión
de
hinchamiento) de una muestra de
suelo
confinada
en
un
anillo
metálico y sometida a inundación o saturación.
El aparato Lambe
El ensayo se realiza a partir de una muestra alterada que debe ser compactada en
una célula anular (de 70 mm de diámetro y 16 mm de altura) con una energía
determinada (maza de 2,5 kg cayendo desde una altura de 305 mm). El número
de capas y golpes varia según la humedad de partida con que se realice el
ensayo.
Humedad de partida
Tipo de
ensayo
ENSAYOS DE EXPANSIVIDAD Y COLAPSO
DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO
El aparato Lambe (diseñado en
Límite plástico
Húmedo (100% H.Relativa)
Seco (50% H.relativa)
Nº de capas
1
3
3
Nº de golpes por
capa
5
4
7
Dado que el ensayo puede partir de uno u otro grado de humedad, que no tiene
que ver con el estado natural del suelo, es fácilmente deducible que los resultados
deben ser correctamente interpretados y valorarlos con las reservas que supone
partir de condiciones de humedad y consistencia diferentes a las naturales, con
añadidura del propio remoldeo.
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10.3.2.- Inundación Bajo Carga en Edómetro
El ensayo de inundación bajo carga engloba a
Bancada edométrica
los ensayos normalizados UNE 103601/96
“Hinchamiento
103602/96
Libre
“Presión
en
de
Edómetro”
y
Hinchamiento
en
edómetro”.
Este ensayo pretende paliar las deficiencias del
suelo (estado de consistencia y humedad
natural) confinada en un anillo con piedras
Inundación Bajo Carga en Edómetro
ENSAYOS DE EXPANSIVIDAD Y COLAPSO
DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO
Lambe partiendo de una muestra inalterada de
porosas
que
permiten
el
drenaje,
y
determinando su hinchazón o colapso ante una
inundación (saturación).
El ensayo se realiza para condiciones sin carda, o con la palanca del edómetro se
somete a varias cargas hasta contrarrestar la presión de hinchamiento.
Los valores obtenidos son muy próximos a la realidad.
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10.4.- ENSAYOS DE COMPACTACIÓN
El principal interés y utilidad de estos ensayos de laboratorio se define en el
conocimiento del comportamiento de un suelo tras su remoldeo, así como la variación
de ese comportamiento en función de las condiciones del remoldeo.
Básicamente, el mencionado remoldeo se refiere a la compactación del mismo,
averiguando con qué grado de humedad y con que energía de compactación se
obtienen las mejores densidades que en definitiva representan a las mejores
10.4.1.- Ensayos Proctor Normal y Modificado
El ensayo Proctor trata de reproducir en laboratorio una
muestra del futuro terraplén.
Para ello se fabrica una muestra en un molde estandar,
compactado con una energía estandar y un grado de
humedad determinado. El proceso se repite para varias
Ensayos Proctor Normal y Modificado
humedades y en cada caso se mide la densidad obtenida.
En definitiva, para varias humedades y con la misma
energía
de
compactación,
se
obtienen
diferentes
densidades.
Con al menos tres puntos (probetas), se elabora
un
gráfico
humedad-densidad,
del
que
se
desprenden los valores de densidad máxima y
humedad optima para la puesta en obra del suelo
analizado.
La
1,66
1,64
1,64
diferencia
1,63
1,62
entre el ensayo Normal y el modificado se basa
1,60
DENSIDAD SECA
ENSAYOS DE COMPACTACIÓN
DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO
condiciones de resistencia, estabilidad ...
1,58
en la energía de compactación y dimensiones
1,56
1,54
1,52
del molde utilizado.
1,51
1,50
1,5
1,48
0
5
10
15
20
% HUMEDAD
25
30
50
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10.4.2.- Ensayo C.B.R.
El C.B.R. (California Bearing Ratio) es un
índice que no depende del suelo en si
mismo, sino del estado de densidad y
humedad.
La ejecución del ensayo contempla al menos
tres moldes de suelo, compactados con
capas, nº de golpes por capa, y humedad).
Estos moldes se inundan durante cuatro
días con una sobrecarga, midiéndose el
hinchamiento cada 24 h.
Una vez finalizadas las operaciones de
Ensayo C.B.R.
inundación, el indice CBR se define como la
resistencia que presenta el molde a ser
penetrado con un cilindro de dimensiones
estandarizadas.
Los resultados se expresan en un gráfico
que relaciona el índice CBR con la densidad
de compactación.
1,700
1,650
DENSIDAD SECA
ENSAYOS DE COMPACTACIÓN
DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO
energías diferentes y estandarizadas (nº de
1,65
1,600
1,56
1,550
1,500
1,450
1,43
1,400
0
1
2
3
4
5
6
7
INDICE C.B.R.
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10.5.- ANÁLISIS QUÍMICOS.
10.5.1.- Sulfatos solubles
Este análisis pretende determinar la posible agresividad por contenido de sulfatos
solubles (SO42- en mg/kgsuelo) de un suelo a los cementos y armaduras de
posibles cimentaciones en contacto con el mismo.
La determinación puede ser de carácter cualitativo, (UNE 103102/1995) o de
carácter cuantitativo, (UNE 103101/1996).
tipos de agresividad. Para ello se recurre a la determinación de clases generales y
específicas de exposición, que definen ambientes a los que aplicar las diferentes
instrucciones.
La determinación de estas sales se realiza a través de los ensayos descritos en las
mencionadas normas. Los métodos se basan en pasar el sulfato del suelo a una
Sulfatos solubles
ANÁLISIS QUÍMICOS
DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO
La EHE define los tipos de cementos y armaduras mas adecuados a los diferentes
disolución con agua y depuse hacerlo precipitar con cloruro bárico:
SO 2 − 4 + Ba 2 +
M SO 4 + Ba Cl 2
⇒
⇒
Ba SO 4
SO 4 + M Cl 2
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10.5.2.- Materia orgánica
El ensayo pretende determinar la cantidad de materia
Materia orgánica
oxidable
a
través
de
una
valoración
con
permanganato potásico.
Esta determinación permite caracterizar la naturaleza y
comportamiento geomecánico de un suelo ante diferentes
circunstancias:
•
•
•
Colapsabilidad del suelo por oxidación de la parte
correspondiente al volumen ocupado por la materia
orgánica.
Clasificación del suelo como un OL o un OH (limos orgánicos)
Clasificación de un suelo como material de aporte en terraplenados.
10.5.3.- Carbonatos
Con este ensayo se determina el contenido en carbonatos de un suelo. Esta
ANÁLISIS QUÍMICOS
propiedad confiere ciertos comportamientos geomecánicos al mismo, actuando
como un cemento entre partículas. Además el contenido en carbonatos permite
clasificar una arcilla como más o menos margosa, hasta determinar una caliza.
Caliza y
dolomía
Caliza y
arena
Caliza y arcilla
Mezcla
Carbonatos
DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO
orgánica
0
5
15
35
65
85
95
a
a
a
a
a
a
a
Porcentaje
5 % de Co3 Ca
15 % de Co3 Ca
35 % de Co3 Ca
65 % de Co3 Ca
85 % de Co3 Ca
95 % de Co3 Ca
100 % de Co3 Ca
Denominación
Arcilla pura
Arcilla Margosa
Marga Arcillosa
Marga
Marga calcárea
Caliza margosa
Caliza
0 a 50 % de arena
50 a 85 % de arena
85 a 100 % de arena
Calcita
95a 100 %
95 a 90 %
90 a 50 %
50 a 10 %
< del 10 %
Equipo
Bureta graduada
Tubo-Depósito Nivel
Caliza arenosa
Arena Calcárea
Arena
Dolomía
0a5%
5 a 10 %
10 a 50 %
50 a 90 %
< del 90 %
Caliza
Caliza Magnésica
Caliza Dolomítica
Dolomía Calcárea
Dolomía
Matraz Erlenmeyer
Tubos de ensayo
para ácido clorhídrico
Rodel de corcho para
apoyo de Erlenmeyer
El ensayo se realiza con el método y aparato Calcímetro de Bernard, basado en la
cantidad de anhídrido carbónico gaseoso que se desprende por la acción del ácido
clorhídrico según la reacción:
CO3 M + 2 Cl H = Cl2 M + C O2 + H2 O
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11.- CLASIFICACIONES DE SUELOS
Las clasificaciones de suelos pretenden agrupar suelos de similares características físicas
para su fácil reconocimiento e identificación respecto a las actuaciones constructivas que
se realizan con los mismos o que de alguna manera interaccionan con las mismas.
Las clasificaciones de suelos deben buscar criterios universales que definan propiedades
inherentes al suelo, independientemente del estado natural en que el mismo se encuentre.
Por ejemplo, no tendría sentido utilizar parámetros como la resistencia que no son útiles
en tanto que un mismo suelo puede presentarse en varios estados de consistencia y
ofrecer comportamientos muy variados.
La granulometría ofrece un medio sencillo para clasificar suelos, dividiendo sus fracciones
granulométricas en una determinada gama de tamaños.
distintos grados de humedad, definiendo su plasticidad.
11.1.- SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS (U.S.C.S.)
El Sistema Unificado de Clasificación de Suelos propuesto por A. Casagrande es el
sistema más efectivo de clasificación de suelos.
El sistema clasifica a los suelos finos principalmente con base en sus características de
plasticidad, correlacionable con muchas de las propiedades mecánicas básicas.
Los "finos" comprenden los suelos orgánicos, limos y arcillas. Los "gruesos"
comprenden los grupos denominados arena y grava.
La base del Sistema Unificado de Clasificación de Suelos es el ábaco de Plasticidad,
como resultado de una investigación realizada por A. Casagrande en el laboratorio,
donde a través de un sistema coordenado define un ábaco con 2 lineas (A y B) que
separan grupos de propiedades afines.
ÁBACO DE CASAGRANDE
60
50
CH
40
ÍNDICE DE PLASTICIDAD
SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS (U.S.C.S.)
CLASIFICACIONES DE SUELOS
La otra propiedad inherente a los suelos finos es la variación de la plasticidad ante
30
20
CL
10
0
0
10
CL
MH u OH
ML
20
30
40
50
60
70
80
90
100
LÍMITE LÍQUIDO
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SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS (U.S.C.S.)
CLASIFICACIONES DE SUELOS
TAMIZ
SUELOS DE
GRANO
GRUESO
+ del 50 % del
total son
gruesos
25
1”
20
3/4
10
3/8
5
2
Los casos
intermedios se
designan con
doble
nomenclatura
SUELOS DE
GRANO FINO
+ del 50 % del
total son finos
0,4
GRAVAS + del 50 % de gruesos
son gravas
(mm)
A
S
T
M
C.u. > 4
C.c.=1 a 3
10
40
0,08 200
SUELO DE ESTRUCTURA ORGANICA
GW
GRAVAS LIMPIAS
< 5 % Finos
C.u. < 4
C.c.≠1 a 3
GRAVAS CON
FINOS > 12%
Finos
I.P. <4
o debajo de
línea A
I.P. >7
o encima de
línea A
C.u.>4
C.c.=1 a 3
4
ARENAS + del 50 % de gruesos
son arenas
U
N
E
LIMOS Y ARCILLAS
U.S.C.S
José María Noriega Rivera
GEÓLOGO – Ingeniería Geotécnica
GP
ARENAS CON
FINOS
> 12 % Finos
LIMOS Y ARCILLAS
L.L. < 50
I.P. <4
o debajo de
línea A
I.P. >7
o encima de
línea A
I.P. <4
o debajo de
línea A
I.P. >7
o encima de
línea A
Gravas limosas.
Mezclas de gravas,
arenas y limos.
GC
Gravas arcillosas.
Mezcla de gravas,
arenas y arcillas.
SW
Arenas y arenas con
gravas bien graduadas,
con pocos finos o sin
finos.
SP
Arenas y arenas con
gravas mal graduadas,
con pocos finos o sin
finos.
SM
Arenas limosas.
Mezclas de arena y
limos.
SC
Arenas arcillosas.
Mezclas de arena y
arcilla.
ML
CL
OL
LIMOS Y ARCILLAS
L.L. >50
I.P. <4
o debajo de
línea A
I.P. >7
o encima de
línea A
Gravas y mezclas
grava-arena mal
graduadas, con pocos
finos o sin finos.
GM
ARENAS LIMPIAS
< 5 % Finos
C.u.<4
C.c.=1 a 3
Gravas y mezclas
grava-arena bien
graduadas, con pocos
finos y sin finos.
MH
Limos inorgánicos,
arenas muy finas,
polvo de roca, arenas
limosas o arcillosas
Arcillas inorgánicas de
baja-media plasticidad.
Arcilla con grava, arena
o limo
Limos orgánicos y
arcillas limosas
orgánicas de baja
plasticidad.
Limos inorgánicos y
arenas finas, limos con
mica, diatomeas, limos
plásticos.
CH
Arcillas inorgánicas de
elevada plasticidad.
OH
Arcillas inorgánicas de
alta-media plasticidad
PT
Turbas, fangos y otros
suelos de alto
contenido orgánico
55
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Gestión de Calid
dad
AXAN, s.l.
T
TÉCNICAS
D
DE INVESTIGACIÓN DEL SUELO
S
José María
Ma Noriega Rivera
GEÓ
ÓLOGO – Ing
geniería Geot
otécnica
11.2
2.- OTRAS
S CLASIFIC
CACIONE
ES DE SUE
ELOS (PG--3)
S bien el Código
Si
C
Téccnico no se
e pronunciia sobre lo
os proyecto
os de infra
aestructura
as, es
e
evidente
q
que
existen infraestructuras viarias
v
de urbanizacciones que
e requieren
n un
e
estudio
dell comporta
amiento de
e los sueloss de cara al
a dimensio
onado de viarios.
v
En este
OTRAS CLASIFICACIONES DE SUELOS (PG-3)
CLASIFICACIONES DE SUELOS
s
sentido
enttresacamoss los criterios de classificacioness de sueloss según PG
G-3.
,
56
P..I. Guadalquivir, c/ T
Tecnología, 25 – Gelvves 41120 (Sevilla)- Tel:
T 955 762 824 – Fa
ax: 955 762 942 – www.axangeotecnia.c
w
com – [email protected]
otecnia.com
Sociedad inscrita Re
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3
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91094367
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12..
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CRITERIOS GENERALES
URBANIZACIONES
PARA
PROYECTOS
DE
VIARIOS DE
12.1.- Resumen: Norma 6.1 Secciones de firme de la Instrucción de Carretera
NORMA 6.1 SECCIONES DE FIRME DE LA INSTRUCCIÓN DE CARRETERA (FOM/3460/03).
CRITERIOS GENERALES PARA PROYECTOS DE VIARIOS DE URBANIZACIONES
(Orden FOM/3460/2003, de 28 de noviembre).
La aplicación de la Norma 6.1 y .2 IC “Secciones de firme” (Orden FOM/3460/2003
de 28 de noviembre; BOE de 12 de diciembre de 2003)establece ciertas
modificaciones basadas en la experiencia acumulada, definiendo categorías de
tráfico y proponiendo secciones y materiales mas usuales en nuestro territorio.
Esta norma será de aplicación a los proyectos de firmes de carreteras de nueva
construcción y de acondicionamiento de las existentes.
12.2.- CATEGORÍAS DE TRÁFICO PESADO
La estructura del firme, deberá adecuarse, entre otros factores, a la acción prevista
del tráfico pesado, durante la vida útil del firme. Por ello, la sección estructural del
firme dependerá en primer lugar de la intensidad media diaria de vehículos pesados
(IMDp) que se prevea en el carril de proyecto en el año de puesta en servicio. Dicha
intensidad se utilizará para establecer la categoría de tráfico pesado.
Se definen ocho categorías de tráfico pesado, según la IMDp que se prevea.
CATEGORÍAS DE TRÁFICO PESADO
CATEGORÍA DE TRÁFICO
PESADO
T 0.0
IMDp
(vehículos pesados/día)
≥4000
T0
T1
T2
T 3.1
T 3.2
T 4.1
T 4.2
<4000 <2000 < 800 < 200 < 100
≥2000 ≥ 800 ≥ 200 ≥ 100 ≥ 50
< 50
≥ 25
< 25
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Resumen: NORMA 6.1 SECCIONES DE FIRME DE LA INSTRUCCIÓN DE CARRETERA (FOM/3460/03).
CRITERIOS GENERALES PARA PROYECTOS DE VIARIOS DE URBANIZACIONES
12.3.- FORMACIÓN DE LA EXPLANADA
A los efectos de definir la estructura del firme en cada caso, se establecen tres
categorías de explanada que se determinan según NLT-357 «Ensayo de carga con
placa», o equivalente al C.B.R:
CATEGORÍA DE EXPLANADA
EV2 (MPa)
C.B.R.
<E1
< 60
<5
E1
≥ 60
≥5
E2
≥ 120
≥ 10
E3
≥ 300
≥ 20
La formación de las explanadas, entre otras deberán tener en cuenta los siguientes
criterios:
a) Los espesores que se indican son los mínimos para cualquier sección.
b)Los materiales han de cumplir las prescripciones del PG-3 y normas 6.1 y .2 IC
c) La figura de espesores se estructura según el tipo de suelo.
IN
Inadecuados y marginales
0
Tolerables
1
Adecuados
2
Seleccionados
3
Seleccionados con CBR =20 en las condiciones de puesta en obra
R
Roca
d) Para poder asignar al suelo de la explanación o de la obra de tierra
subyacente una clasificación deberán tener un espesor mínimo de 1 m. En
caso contrario, se asignará la clasificación inmediatamente inferior.
e) Salvo justificación en contra, a efectos de la definición de las secciones de
firme se unificarán las explanadas por su categoría, en tramos de menos de
500 m.
Materiales para la formación de explanadas:
SIMBOLO
DEFINICIÓN DEL
MATERIAL - SUELO
ARTÍCULO
DEL PG-3
IN
Inadecuado o Marginal
330
0
Tolerable
330
Adecuado
Seleccionado
Seleccionado
330
330
330
Estabilizado in situ con
cemento o cal
512
1
2
3
S-EST1
S-EST2
S-EST3
PRESCRIPCIONES COMPLEMENTARIAS
- Se empleará únicamente estabilizado con
cal o cemento (S-EST1 o S-EST2)
- CBR ≥ 3 en las condiciones de obra.
- Contenido en Materia orgánica < 1%.
- Contenido en Sulfato soluble (SO3) < 1%
- Hinchamiento libre < 1%
- CBR ≥ 5
- CBR ≥ 10
- CBR ≥ 20
- Espesor mínimo: 25 cm
- Espesor máximo: 30 cm
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GEÓLOGO – Ingeniería Geotécnica
Resumen: NORMA 6.1 SECCIONES DE FIRME DE LA INSTRUCCIÓN DE CARRETERA (FOM/3460/03).
CRITERIOS GENERALES PARA PROYECTOS DE VIARIOS DE URBANIZACIONES
12.4.- CATÁLOGO DE SECCIONES DE FIRME
Esta norma se basa, fundamentalmente en los tipos de sección estructural, entre
las intensidades de tráfico pesado, en los niveles de deterioro admisibles al final
de la vida útil y a comprobaciones analíticas.
Cada sección se designa por un número de tres o cuatro cifras:
•
La primera (si son tres cifras) o las dos primeras (si son cuatro cifras)
indican la categoría de tráfico pesado, desde T00 a T42.
•
La penúltima expresa la categoría de explanada, desde E1 a E3.
•
La última hace referencia al tipo de firme, con el siguiente criterio:
-
1: Mezclas bituminosas sobre capa granular.
-
2: Mezclas bituminosas sobre suelo-cemento.
-
3: Mezclas bituminosas sobre grava-cemento construida sobre
suelo-cemento.
-
4: Pavimento de hormigón.
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GEÓLOGO – Ingeniería Geotécnica
13.- EL INFORME GEOTÉCNICO. Elección del tipo de cimentación.
13.1.- SECCIONES DE UN INFORME GEOTÉCNICO.
El informe geotécnico es el documento por el cual se recopilan e interpretan los
parámetros geotécnicos obtenidos a través de las diferentes investigaciones
de
campo y laboratorio.
El informe geotécnico, además, debe definir los diferentes condicionantes que pueden
manera justificada, y realizando las recomendaciones geotécnicas que correspondan al
tipo de suelo y tipo de cimentación.
Si bien el informe geotécnico, básicamente se refiere al contenido del párrafo anterior,
es habitual y recomendable que el mismo conste de varias partes o secciones:
Identificación
13.1.1.- Identificación del estudio
,
En esta sección se define el estudio, el contratante, las características generales
del proyecto y del área de actuación, así como la localización y cualquier otro dato
identificativo del mismo.
13.1.2.- Normas y procedimientos empleados
Normas
Una sección del informe debe dedicarse a la definición de normas y
procedimientos empleados en los trabajos realizados. También se pueden incluir
en este apartado referencias bibliográficas.
13.1.3.- Caracterización geológica y geotécnica
Geología y geotécnia
SECCIONES DE UN INFORME GEOTÉCNICO
EL INFORME GEOTÉCNICO. Elección del tipo de cimentación
influir en la elección del tipo de cimentación pronunciándose en este sentido, de
Además de un encuadre geológico general, resulta ilustrativo identificar la
formación geológica reconocida y definir diferentes niveles, tramos u horizontes,
expresando espesores y características geomecánicas de cada uno de ellos.
En este apartado resulta muy interesante definir la posible existencia de
zonificaciones del área investigada.
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13.2.- CARACTERÍSTICAS DE LA PARCELA Y PROYECTO
13.2.1.- Características físico geomorfológicas del área de investigación
Localización
Descripción de la parcela, e incluso accesos.
Características geométricas, adaptaciones a medianeras, etc. y estado
PARCELA O SOLAR
topográfico: inclinada, deprimida, etc.
Geometría y
topografía
Zonas de vaguadas que puedan horadar o generar cambios de humedad.
La topografía del área de actuación puede ser decisiva si se combina con
otros condicionantes, para elegir la solución de cimentación más adecuada.
Superficie de la parcela o solar a investigar, incluso dimensiones máximas
de longitud y anchura.
Dimensiones
Este criterio es un condicionante básico para el diseño de las campañas de
investigación conforme al CTE.
13.2.2.- Características generales del Proyecto
Residencial unifamiliar adosado o aislado. Entre medianeras; Plurifamiliar;
Tipología
Industrial; urbanización etc.
A efectos de estimaciones para posteriores cálculos estimativos de
Plantas S/R
solicitaciones al terreno, estimaciones de asientos e incluso posibles
PROYECTO
necesidades de determinados valores de carga admisible.
Número de plantas de sótano, semisótanos en su caso, alturas de vaciados
previstos etc. que permitan considerar posibles interferencias con niveles
Plantas B/R
freáticos, clasificación de los futuros planos geológico-geotécnicos de
desplante de edificación, consideraciones sobre compensaciones de cargas,
etc.
A efectos de definir esos futuros planos de desplante de edificación es muy
Cotas de
implantación
interesante disponer de información aproximada de la “cota 0” de proyecto,
para estimar desde donde se realizarán los vaciados respecto a la cota de
boca de los sondeos y ensayos de reconocimiento.
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13.2.3.- Observaciones y características generales del entorno
Conocer los antecedentes del área de actuación puede suponer una
importante información de cara a lo que podemos encontrar: zonas de
OBSERVACIONES DE CARÁCTER GENERAL
Antecedentes
antiguas vaguadas, vertederos, solar recién demolido, zona tradicionalmente
destinada a actividades agrícolas ….
Los proyectos que cuentan con medianerías deben considerar el estado de
Medianeras
las mismas y las posibles afecciones que puede suponer la implantación del
nuevo proyecto sobre estas.
Las edificaciones del entorno, independientemente de las normativas
Edificaciones
del entorno
urbanísticas, proporcionan ideas sobre lo que se puede hacer, y lo que
presumiblemente será mas o menos costoso hacer.
Según EHE Artículo 37.3.3, cuando un hormigón esté sometido a una clase
de exposición F, se deberá introducir un contenido mínimo de aire ocluido
Acciones
climáticas
del 4,5 %, determinado de acuerdo con UNE 83315/1996.
Dependiendo del lugar donde se vaya a implantar la edificación habrá que
considerar estas acciones.
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13.3.- FACTORES GEOTÉCNICOS CONDICIONANTES.
13.3.1.- Inestabilidades de laderas
No será lo mismo actuar en un solar o parcela plana y dentro de un entorno
Pendientes
plano, que en zonas con pendientes acusadas, taludes de consideración etc,
Para pendientes acusadas se debe atender a criterios como desalineaciones
(de vallas, de arboledas...) grietas, lóbulos, escarpes o cualquier otro que
Criterios
evidencie riesgos en el sentido de potenciales inestabilidades.
Antecedentes
Los antecedentes de inestabilidades de laderas pueden ser un claro criterio
para adoptar medidas precautorias en ese sentido.
ESTABILIDD DE TALUDES
EN TERRENO NATURAL
Cuando el área investigada se localiza en una ladera con una pendiente natural media
superior al 15% se deben observar criterios por riesgos de inestabilidad. Hay que
prestar atención a patologías o antecedentes de esta índole en el entorno.
Como recomendación genérica, los taludes en suelos no deben considerar pendientes
superiores a 1V:2H. Sin embargo, y en condiciones a corto plazo, estos taludes podrán
mantener cierta verticalidad durante la fase de ejecución.
13.3.1.b.- CONSIDERACIONES SOBRE ESTABILIDAD DE TALUDES DE RELLENOS:
Como condición general, la ejecución de plataformas en laderas debe procurarse en la
medida de lo posible, que sean ejecutadas por excavación, evitando terraplenados,
ESTABILIDAD DE TALUDES DE RELLENOS
INESTABILIDADES DE LADERA
13.3.1.a.- CONSIDERACIONES SOBRE ESTABILIDAD DE TALUDES EN TERRENO NATURAL:
con lo que se consigue eliminar sobrepesos en la ladera garantizando su estabilidad.
Además se llevarán a cabo otras actuaciones dirigidas a la estabilidad del conjunto.
De manera extraordinaria podemos referirnos a plataformas que surgen por
excavación y terraplenado de reducida entidad, donde las cargas a transmitir por el
proyecto no supongan sobrecargas capaces de desestabilizar la ladera. Se considerará:
1º.-Adecuada ejecución del terraplén
2º.-Aseguramiento de taludes de terraplén
3º.-Elección de un tipo de cimentación que no sobrecargue la ladera.
La tercera condición, de cimentación, se resuelve considerando elementos que
atravesando los rellenos o terraplenes alcancen al terreno natural, lo que por otro lado
supone un “cosido” de la ladera que incluso puede jugar a favor de su estabilidad.
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13.3.2.- Suelos Blandos: Rellenos, S. Compresibles y S. Colapsables.
SUELOS BLANDOS
Rellenos
Suelos
compresibles
Las capas susceptibles de presentar fenómenos de colapsabilidad o alta
compresibilidad ante hipotéticas sobre-presiones superficiales son las mas
superficiales y de consistencia blanda, cabiendo destacar fundamentalmente
la heterogeneidad de esas capas, con irregularidades que pueden presentar
fenómenos de diferente compresibilidad entre puntos distintos, con los
Suelos
colapsables
consecuentes asentamientos diferenciales como principal problemática de
patologías.
13.3.3.- Expansividad
Independientemente de los resultados arrojados por los diferentes ensayos
Resultados de de
análisis
laboratorio y reconocimientos organolépticos, la lectura de esos
resultados debe ser interpretada:
La expansividad es una propiedad inherente a suelos cohesivos (arcillosos),
presentando mayor o menor efectividad en función del grado de plasticidad
y el estado natural de consistencia y humedad. Además, su efectividad
depende de la posibilidad real de que se produzcan cambios de humedad,
EXPANSIVIDAD
como responsables de los posibles cambios de volumen.
Por otro lado, los análisis de laboratorio, (especialmente el Lambe), deben
ser correctamente interpretados al considerar que reproduce unas
condiciones extremas que difícilmente se producirán en la naturaleza, siendo
Interpretación
mas representativos los ensayos sobre muestra inalterada, realizados en el
edómetro.
En este sentido en necesario conocer la naturaleza, plasticidad, consistencia
y grado de humedad de las capas mas superficiales (dentro de la “capa
activa”). Este conocimiento permitirá una correcta interpretación de los
análisis y la efectividad de ese potencial expansivo.
De cara a las actuaciones del proyecto, cuando este cuenta con sótano se
puede considerar haber atravesado esas capas mas superficiales y de mayor
riesgo, reduciendo sensiblemente la efectividad de ese potencial expansivo.
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En el caso de actuaciones entre medianerías y zonas pavimentadas, los
EXPANSIVIDAD
riesgos de accesos de aguas al terreno están muy minorizados, por lo que la
efectividad de ese potencial expansivo también queda limitado.
Interpretación
Cuando no concurren ninguna de esas circunstancias benévolas, será
necesario recurrir a elementos de cimentación que se empotren a
profundidades capaces de atravesar la capa activa y transmitiendo tensiones
puntuales que, sin agotar la tensión admisible, sean capaces de
contrarrestar posibles presiones de hinchamiento.
13.3.4.- Excavabilidad
La presencia o ausencia de formaciones rocosas puede ser un criterio de
Rocas
validación del proyecto por su mayor capacidad portante o por su dificultad
EXCAVABILIDAD
de excavación.
De cara a las excavaciones de la propia cimentación e incluso de posibles
sótanos, se debe hacer una evaluación aproximada de las posibilidades
mecánicas. Los suelos, habitualmente son excavables con medios mecánicos
habituales del tipo retroexcavadora, mientras que en el caso de tratarse de
Excavabilidad
rocas la evaluación debe realizarse desde la recuperación del sondeo
(valores RQD), o afloramientos del entorno. Para una mayor precisión de
este aspecto se debería recurrir a ensayos geofísicos de tipo sísmica de
refracción capacitada para definir el grado de ripabilidad o incluso voladuras.
13.3.5.- Capas freáticas
CAPAS FREÁTICAS
Las campañas ofrecidas por el informe geotécnico se basan en los ensayos
Generalidades realizados, determinando la posición del nivel de agua en el interior de los
sondeos medidas desde la boca de ensayo o cota topográfica original
Habitualmente se hacen varias campañas piezométricas, comenzando por la
primera en fecha de finalización del sondeo, y al menos otra antes de la
Campañas
entrega del informe. La primera campaña suele estar distorsionada por los
fluidos de refrigeración del sondeo, o por su vaciado para otras medidas.
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CAPAS FREÁTICAS
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Con las campañas que permite el plazo de entrega del informe, y a fecha de
las campañas realizadas, se puede establecer que el nivel de agua en el
Interpretación
interior de sondeos se localiza en un determinado entorno de profundidad,
respecto a su boca o rasante natural.
Esta información puede ser contrastada con la experiencia de la zona.
13.3.6.- Coeficiente de permeabilidad
COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD
Para la determinación del coeficiente de permeabilidad de un suelo existen
ensayos y análisis específicos, habitualmente no realizados por su elevado
coste. No obstante , y con carácter orientativo es posible recurrir a
Generalidades
correlaciones granulo-plásticas, como las recogidas por CTE-DB.SE-C, donde
en el anejo D, página 122 se recoge la tabla D.28 “Valores orientativos del
coeficiente de permeabilidad”, que transcribimos seguidamente
TIPO DE SUELO
Rangos de
permeabilidad
e
interpretación
Grava limpia
KZ (m/s)
>10-2
Arena limpia y mezcla de grava y arena limpia
10-2 – 10-5
Arena fina, limo, mezclas de arenas, limos y arcillas
10-5 – 10-9
Arcilla
<10-9
13.3.7.- Agresividad de suelos y aguas freáticas
Con los ensayos realizados sobre muestras de suelos y/o aguas freáticas en
su caso, que puedan estar en contacto con la cimentación, se define la
AGRESIVIDAD
Generalidades
agresividad y tipo de ambiente para recurrir al tipo de hormigón según
Anejo V de EHE.
De los resultados obtenidos en los diferentes análisis se obtiene un tipo de
ambiente (Agresividad nula, débil, media o fuerte), que conforme a criterios
Interpretación de EHE (referidos por CTE), para la fabricación de los elementos de
cimentación requerirá determinados tipos de hormigón en cuanto resistencia
y/o aditivos.
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ACELERACIÓN SÍSMICA DE CÁLCULO
13.3.8.- Aceleración sísmica de cálculo
La Norma de Construcción Sismorresistente NCSE-02, viene regulada por el
R.D. 997/2002, de 27 de septiembre.
El valor de la “aceleración sísmica de cálculo” permite determinar el
dimensionado de la estructura así como la obligatoriedad del uso de
Generalidades arriostramientos. En acorde con la normativa a este respecto, se ofrecen los
valores de cálculo relativos al proyecto y su esquema geotécnico.
Para ello se recurre a adoptar los valores de ab y k correspondientes al
Término Municipal, y se establece el valor c a través del esquema
geotécnico, hasta concluir con el valor de ac.
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Estructura desordenada
Restos de raíces y materia orgánica
Indicios de restos de origen antrópico
-
a
0,80
de
0,80
2
Horizontes de transición
Arcilla limo arenosa y arena limo arcillosa
marrón anaranjada a rojiza.
Nódulos carbonatados
Tonalidades rojizas por fenómenos de oxidación
Representa un tramo de transición entre los
rellenos superficiales y el terreno natural
-
a
1,60
de
1,60
Resistencia
Blando-Heterogéneo
Rellenos
Arena limo arcillosa marrón parda.
Media-Firme
1
Expansividad
0,00
Descripción resumen de los niveles
No crítico
Profundidad
media desde
boca ensayo
de
Valores medios
ensayados y/o deducidos
Marginal
Nivel
Otros parámetros
USCS
SC
NSPT
4
Wl
23,4
3
Wp
12,2
NB
qu
kp/cm2
0,30-0,40
%W
9,3
γ3
t/m
1,70-1,80
Tamiz
4
Tamiz
200
kp/cm2
0,00
38,4
Φ
(º)
17º-19º
USCS
CL
NSPT
13
Wl
28,9
10
Wp
16,6
NB
qu
kp/cm2
1,00-1,50
%W
12,5
γ3
t/m
1,90-2,00
c
Tamiz
4
Tamiz
200
64,6
c
38,3
kp/cm2
0,10-0,15
62,6
Φ
(º)
22º-24º
USCS
CL
NSPT
34
Wl
35,6
26
Wp
22,3
NB
qu
kp/cm2
2,20-3,20
%W
25,8
γ3
t/m
2,00-2,20
c
kp/cm2
0,20-0,30
Φ
(º)
24º-26º
3
a
Plioceno carbonatado
Arcilla limosa marrón amarillenta.
Algún nódulos carbonatado
Alternancia de alguna lente algo mas limosa e
incluso algo arenosa
-
6,00
Firme-Dura
Marginal-Critico
RESUMEN DEL ESQUEMA GEOTÉCNICO DE NIVELES
13.4.- RESUMEN DEL ESQUEMA GEOTÉCNICO
Tamiz
4
Tamiz
200
18,7
84,7
13.5.- TERRAPLENADOS, EXCAVACIONES Y VACIADOS PARA SOTANOS
TERRAPLENADOS EXCAVACIONES Y
VACIADOS PARA SÓTANOS
En este apartado se considerarán:
-
Alturas de vaciado.
-
Excavabilidad de los terrenos afectados por el vaciado.
-
Presunción de posibles interferencias con niveles freáticos.
-
Parámetros para el dimensionado de los muros o pantallas en su caso.
-
Recomendaciones de cara a posibles terraplenados.
-
Recomendaciones específicas de ejecución (bataches, pozos drenantes...)
e incuso consideraciones sobre efectos de supresiones hidrostáticas en la
hipotética circunstancia de cimentar bajo nivel freático.
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13.6.- PROPUESTA DE CIMENTACIÓN.
La solución de cimentación a un proyecto determinado no solo depende de
Generalidades
las características geotécnicas y geomecánicas del subsuelo; en esa
elección interviene decisivamente la interacción que sobre el terreno ejerce
el propio proyecto.
CONDICIONANTE
CONDICIONANTES PARA LA PROPUESTA DE CIMENTACIÓN
Zonificación
Pendientes
Rellenos
Condicionantes
geotécnicos
Expansividad
Terrenos rocosos
Nivel freático
Agresividad
A. Sísmica
Breve descripción del condicionante geotécnico
Se hará referencia, si existe, a posibles heterogeneidades, zonas de
rellenos y zonas naturales, etc. o al menos referir al punto del
informe donde estas circunstancias se describen y detallan.
Se definirán las pendientes máximas y mínimas, así como el punto
del informe donde se describen y detallan. Se hará mención si esta
circunstancia influirá en las recomendaciones de cimentación.
Se describirán los espesores máximos y mínimos, que serán muy
útiles para establecer la posibilidad de ser atravesados o sustituidos
para el recurso de cimentaciones.
Se definirá el potencial expansivo y su efectividad, haciendo
referencia a los apartados del informe donde esos criterios quedan
claramente justificados.
Se hará mención de su presencia, en su caso, y las cotas de
aparición de cara a posibles dificultades de excavabilidad.
Se definirá la posición definida por los ensayos realizados y en la
fecha indicada, contrastándola si es posible con la experiencia de la
zona. Cualquier otra interpretación se remitirá al apartado
correspondiente del informe donde se describen con precisión estos
detalles.
Se concluirá con el tipo de ambiente obtenido, la clase de
agresividad correspondiente y su procedencia de suelos o aguas, en
tanto que aguas agresivas muy profundas y sin contacto con el
cimiento no supondrán condicionante en ese sentido.
Se expresará el valor de la aceleración sísmica de cálculo obtenido
del esquema geotécnico y la zona sísmica referida.
En este apartado se hará una breve descripción del proyecto en cuanto a
las previsibles solicitaciones y/o planos de desplante de edificación,
especialmente con vistas a los condicionantes geotécnicos que ha
desarrollado el propio informe de investigación.
Condicionantes
del proyecto
Por ejemplo se puede matizar que la ejecución del sótano supondrá
atravesar los rellenos no aptos para cimentar, o que se alcanzan planos de
profundidad con insignificantes problemáticas de expansividad, incluso que
se pueden considerar compensaciones de cargas, o por el contrario los
inconvenientes que supondrá de cara a interferencias con niveles freáticos.
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Con los criterios expresados, considerando tanto los condicionantes
geotécnicos del terreno como las características del proyecto y la
interacción que el mismo ejerce en ese esquema geotécnico, se concluye
con la solución o soluciones de cimentación mas acordes desde el punto de
CONDICIONANTES PARA LA PROPUESTA DE CIMENTACIÓN
vista funcional, de su ejecución e incluso de su valoración económica.
En tanto que la decisión final corresponde a la Dirección Facultativa, y que
los costos de uno u otro tipo oscilarán en función del diseño siempre que
sea posible se estudian varias soluciones alternativas de cimentación.
Para cada una de esas soluciones se adoptarán los factores de seguridad
normativos y se deben justificar los cálculos seguidos para concluir con los
parámetros necesarios para el dimensionado del cimiento:
Tipología
-
Empotramiento
-
Necesidades de mejoras
-
Carga admisible
-
Coeficiente de Balasto
-
Asiento
70
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14.- TIPOS DE CIMENTACIÓN: USOS, VENTAJAS E INCONVENIENTES.
14.1.- CIMENTACIONES SUPERFICIALES: zapatas y pozos.
Principales ventajas y usos.
Las cimentaciones por pozos o zapatas se caracterizan por transmitir las cargas al
terreno de manera puntual, por lo que independientemente del diseño, el número de
zapatas y pilares, así como sus dimensiones, se encuentran condicionadas por la
El uso de este tipo de cimientos se refiere a terrenos geotécnicamente favorables y a
CIMENTACIONES SUPERFICIALES: Zapatas y pozos
TIPOS DE CIMENTACIÓN: USOS, VENTAJAS E INCONVENIENTES
carga admisible que ofrece el terreno.
edificios con bajas solicitaciones en terrenos algo menos favorables.
Habitualmente se recurre a esta tipología en:
•
Terrenos rocosos de elevada capacidad portante.
•
Gravas y materiales granulares densos, donde no sea necesario un gran
empotramiento.
•
Suelos cohesivos de suficiente consistencia, en los que no sólo cuenta la
resistencia en punta, sino el empotramiento como factor decisivo para definir
la carga admisible.
•
En arcillas expansivas suele ser recomendable recurrir a soluciones de
cimentación por pozos profundos (hasta el entorno
de los 3,00 m de
profundidad) con la intención de atravesar la “capa activa”.
En este sentido, la carga admisible del terreno debe ser suficiente como para
que la carga transmitida sea al menos igual a la presión de hinchamiento.
Diseño de amplias luces (carga puntual y menor distorsión angular).
•
La cimentación por pozos o zapatas también es funcional en situaciones de
solares heterogéneos o zonados, donde el plano de cimentación se localiza a
profundidades variables.
Principales inconvenientes.
En suelos incoherentes y sueltos, que requerirán de empotramientos superiores a los
0,80-1,00 m. la ejecución resulta muy dificultosa.
El peso del propio pozo, (equilibrio entre la profundidad de cimentación y la necesidad
de carga admisible).
71
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14.2.- CIMENTACIONES SUPERFICIALES: LOSAS.
Principales ventajas y usos.
Distribuye las cargas homogéneamente, con lo que su funcionamiento no
requiere de grandes valores de carga admisible.
CIMENTACIONES SUPERFICIALES: Losas
TIPOS DE CIMENTACIÓN: USOS, VENTAJAS E INCONVENIENTES
•
•
Terrenos con irregularidades puntuales.
•
Proyectos de gran entidad.
•
Facilidad de ejecución.
•
Estanqueidad y capacidad de soportar sub-presiones hidrostáticas en el caso de
sótanos con interferencia sobre el N.F.
•
Proyectos implantados superficialmente sobre terrenos incoherentes.
Principales inconvenientes.
La solución de cimentación por losa no resulta adecuada en situaciones como:
•
Zonificación del solar con apoyos diferenciales y asentamientos muy diferentes.
Este tipo de circunstancias pueden conducir al vuelco o rotura de la misma.
•
En el caso de arcillas expansivas, no suele ser recomendable la losa. Baja
transmisión de cargas, inferior a las presiones de hinchamiento.
•
No obstante, hay que considerar las características del proyecto pudiéndose
recurrir a una sustitución bajo la losa con material granular y bolos, capaz de
absorber pequeños movimientos. En estos casos resulta aconsejable recurrir a
un diseño de luces reducidas.
•
En casos de suelos muy blandos y con asientos previsibles considerables, es
habitual recurrir a losas de gran rigidez y nervadas en su borde, de tal manera
que impida fluencias laterales.
72
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14.3.- CIMENTACIONES PROFUNDAS.
La solución de cimentación
por pilotes se adecua a terrenos con rellenos, suelos
blandos fangosos o importantes requerimientos de carga admisible, que no se
encuentran en las capas superficiales.
•
Zonas de relleno de gran espesor, con insuficiente capacidad portante o
irregularidades y heterogeneidades. En estos casos, se debe alcanzar suelos
que ofrezcan resistencia por punta y/o fuste. El diseño y cálculo de estos
elementos debe considerar el efecto rozamiento negativo.
CIMENTACIONES PROFUNDAS
TIPOS DE CIMENTACIÓN: USOS, VENTAJAS E INCONVENIENTES
Algunos casos de uso más frecuente.
•
Zonas de suelos fangosos blandos que inducen a grandes asentamientos a
largo plazo. En este caso, los requerimientos de limitaciones de asientos se
consiguen con pilotes que alcancen un estrado duro o denso, o funcionar de
manera “flotante” por rozamiento (fuste).
•
En suelos expansivos, los pilotes deben ser diseñados para resistir los esfuerzos
de tracción. En este sentido deben estar suficientemente armados.
Tipo de pilote más adecuado.
Dentro de los tipos de pilote, hay que considerar que la hinca de rollizos no es un
pilote en sí, sino que debe considerarse como un sistema de mejora del terreno.
La elección del tipo de pilote de hinca o de extracción, depende de varios factores:
-
El pilote de hinca es adecuado en terrenos fangosos y donde no existan
edificaciones próximas en las que puedan producirse perturbaciones.
-
También resulta adecuado el pilote de desplazamiento en terrenos de
resistencia variable, hincando cada pilote hasta la profundidad del rechazo.
-
El pilote de hinca no suele ser operativo cuando tenga que atravesar capas
rígidas o rellenos con elementos duros que puedan ocasionar falsos rechazos.
- El pilote de extracción resulta adecuado en casi todas las circunstancias.
De manera más específica y ante situaciones de dificultosa accesibilidad con
maquinaria pesada de pilotaje, se puede recurrir a la ejecución de micropilotes
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15.- CRITERIOS DE CÁLCULOS JUSTIFICATIVOS DE PARÁMETROS PARA
DIMENSIONADO DE CIMIENTOS.
.
15.1.- EXPRESIÓN DE LA PRESIÓN DE HUNDIMIENTO: CIMENTACIONES DIRECTAS
PRESIÓN DE HUNDIMIENTO EN SUELOS COHESIVOS (CTE-DB.SE-C)
Expresión de la presión de hundimiento:
qh
Presión vertical de hundimiento o resistencia del terreno Rk.
q0 k
Presión vertical alrededor del cimiento al nivel de su base.
La
presión
de
ck
hundimiento de una
B*
cimentación
directa
γK
vendrá definida por la
ecuación expresada, en N C , N q , Nγ
presiones totales o d C , d q , d γ
efectivas,
brutas
o s C , s q , sγ
netas.
iC , iq , iγ
t C , t q , tγ
Valor característico de la cohesión del terreno
Ancho equivalente del cimiento
Peso específico del terreno por debajo de la base del
cimiento.
Factor de capacidad de carga: factor de cohesión, de
sobrecarga y de peso específico. Adimensional según (φk).
Coeficiente corrector de la resistencia al corte del terreno.
Coeficiente corrector de la forma en planta del cimiento.
Coeficiente corrector por inclinación de las acciones.
Coeficiente corrector por proximidad del cimiento a un
talud.
Los parámetros característicos de la resistencia al corte del terreno (ck, φk), al menos, entre 1 y 1,5
veces el ancho real de la cimentación (B), desde la base de ésta.
COEFICIENTES d
Coef. corrector factor Nc.
Coef. corrector factor Nγ.
D
(1 − senϕ K ) 2 ⋅ arctan
dq = 1+ 2
Nc
B*
dγ = 1
para ϕ K = 0 : d q = 1
D ≤ 2B * y N q ≅ tgϕ ≅ 0,2
K
Nc
Coef. corrector factor Nc.
COEFICIENTE s
COEFICIENTE
i
Coef. corrector factor Nq.
Nq
Zapata circular
sc = 1,20
Zapata rectangular
sc = 1 + 0,2
B*
L*
Coef. corrector factor Nc.
iq ⋅ N q − 1
Para φ K = 0
i =
c
N q −1
⇒
Donde
COEFICIENTE
t
EXPRESIÓN ANALÍTICA
DETERMINACIÓN DE LA PRESIÓN DE HUNDIMIENTO
1
qh = cK NC dC sC iC tC + q0K Nq dq sq iq tq + B *γ K Nγ dγ sγ iγ tγ
2
⎛
H
ic = 0,5⎜⎜1 + 1 −
B * L * cK
⎝
Coef. corrector factor Nq.
Zapata circular
sc = 1,20
Zapata rectangular
sc = 1 + 1,5 ⋅ tgϕ K
Zapata circular
B*
L*
Coef. corrector factor Nq.
iq = (1 − 0,7 ⋅ tgδ B ) ⋅ (1 − tgδ L )
3
⎞
⎟
⎟
⎠
Coef. corrector factor Nγ.
Zapata rectangular
s c = 0,6
s c = 1 − 0,3
B*
L*
Coef. corrector factor Nγ.
iγ = (1 − tgδ B ) ⋅ (1 − tgδ L )
3
δ , δ B , δ L son los ángulos de desviación respecto a la vertical.
Coef. corrector factor Nc.
Coef. corrector factor Nq.
Coef. corrector factor Nγ.
t c = e −2 β ⋅tgφK
t q = 1 − sen 2 β
tγ = 1 − sen 2 β
Donde
β es el ángulo de inclinación en radianes
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PRESIÓN DE HUNDIMIENTO PARA SUELOS COHESIVOS (CTE-DB.SE-C)
A efectos prácticos, se podrán tomar los valores de la presión de hundimiento (qh) que
figuran en la tabla, para zapata rectangular de ancho equivalente entre 1 y 3 m.
EXPRESIÓN ANALÍTICA
PRESiÓN HUNDIMIENTO – S. COHESIVOS
15.2.- PRESIÓN DE HUNDIMIENTO PARA SUELOS COHESIVOS
DETERMINACIÓN DE LA CARGA ADMISIBLE
SUELO COHESIVO EN CONDICIONES DE CARGA SIN DRENAJE Y DESDE EL LADO DE LA
SEGURIDAD ASIMILANDO LAS CONDICIONES MENOS FAVORABLES.
Para cimiento cuadrado y condición mas desfavorable de carga sin drenaje
SUELO COHESIVO (φ = 0),
q h = ( 1,2 × c × Nc ) + ( γ × D
SUELO INCOHERENTE (c = 0)
)
qh = ( γ × D × N q
q ADM =
CARGA ADMISIBLE PARA SUELOS COHESIVOS:
A efectos de cálculo, desde el
lado de la seguridad y asimilando
a un suelo cohesivo en
condiciones de carga sin drenaje:
1,2 × c × Nc
) + (γ × D ) t m 2
q ADM = (
F
q ADM = {
(
1,2 × c × Nc
F
10
⎡1,2 × c × Nc
q ADM = ⎢
F
⎣
)+ (
qh
F
) + (γ × D )
) + (γ × D )⎤⎥
⎦
x
0,3γ × B × N γ
}kp
)
F=3
cm 2
[ 9.8066 ] kPa
c = Cohesión sin drenaje = 1/2 qu (resistencia a compresión simple) (kp/cm2)
qu = Mínimo de los valores disponibles a cota de cimentación, (correlacionando valores de c.s., NSPT y NB).
γ = Densidad aparente del terreno (g/cm3)
Nc = Coeficiente de capacidad portante
D = Profundidad de Empotramiento de la Cimentación (m)
F = Factor de seguridad
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15.3.- PRESIÓN DE HUNDIMIENTO PARA SUELOS GRANULARES
EXPRESIÓN ANALÍTICA
PRES. ADMISIBLE- S. GRANULARES
PRESIÓN ADMISIBLE PARA SUELOS GRANULARES (CTE-DB.SE-C)
A efectos del CTE-DB.SEC, cuando se admita la producción de asientos de hasta 25
mm, la presión vertical admisible de servicio podrá evaluarse mediante las siguientes
expresiones basadas en el golpeo NSPT obtenido en el ensayo SPT.
Para
B* < 1,2 m
D ⎞ ⎛ St ⎞
⎛
2
q ADM = 12 ⋅ N SPT ⋅ ⎜1 +
⎟ ⋅ ⎜ ⎟ kN / m
⎝ 3B * ⎠ ⎝ 25 ⎠
Para
B* ≥ 1,2 m
D ⎤ ⎛ S t ⎞ ⎛ B * +0,3 ⎞
⎡
2
⋅⎜ ⎟⋅⎜
q ADM = 8 ⋅ N SPT ⋅ ⎢1 +
⎟ kN / m
⎥
⎣ 3B * ⎦ ⎝ 25 ⎠ ⎝ B * ⎠
(kPa≡ kN / m2 = 0,0102 kp/ cm2 )
2
St
El asiento total admisible, en mm.
N SPT
Valor medio en la zona comprendida entre 0,5B* por encima de la base y 2B* por debajo.
D
B
Empotramiento del cimiento
Lado del cimiento
D ⎤
⎡
⎢1 + 3B * ⎥ ≤ 1,3
⎣
⎦
Valor a introducir en las ecuaciones será menor o igual a 1,3.
A efectos prácticos se podrán tomar los valores de qadm que figuran en la tabla, calculadas para valores
de NSPT = 10. Para valores de NSPT > 10, la presión admisible varía proporcionalmente.
Para este mismo tipo de suelo y según criterios de la expresión general de la presión de
hundimiento, se podrá recurrir a esta otra formulación:
q ADM =
CARGA ADMISIBLE PARA SUELOS INCOHERENTES:
SEGÚN EXPRESIÓN GENERAL DE LA PRESIÓN DE HUNDIMIENTO :
qh = ( γ × D × N q
q ADM =
( γ × D × Nq ) + (
0,3γ × B × Nγ
)
q ADM = {
qh
F
F=3
SUELO INCOHERENTE (c = 0)
)+ (
[
0,3γ × B × N γ
( γ × D × N q )+ (
)
0,3γ × B × N γ
F
10
)
]
}⋅ kp
cm 2
F
(
) (
q ADM = [ γ xDxN q + 0,3γ xBxN γ
φ = Ángulo de Rozamiento Interno Nq = Coeficiente de Capacidad de Carga
γ = Densidad aparente del terreno (t/m3)
) ] x [9.8066] kPa
Nγ = Coeficiente de Capacidad de Carga
B = Ancho del cimiento (m)
D = Profundidad de Empotramiento de la Cimentación (m)
F = Factor de seguridad
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15.4.- MÓDULO DE BALASTO K30
MÓDULO DE BALASTO Ó MÓDULO DE REACCIÓN O MÓDULO DE WINKLER KS
Relación entre la tensión aplicada sobre una superficie y la deformación producida
Δ
q
KS =
KS = S
Δd
δ
ó
donde: ΔS = Incremento de la presión de contacto
donde: q = carga transmitida
δ = asiento obtenido con la carga transmitida
Δd = Incremento de asiento o deformación
- Los datos se obtienen del ensayo de placa de carga de 0,30 x 0,30 m2, midiéndose la presión a la que se alcanza
un asiento de 2.54 cm.
- En ausencia de ensayos de placa de carga, para su cálculo en una cimentación real, se puede recurrir a:
KS = 40 (FS) · qadm (KN/m3 = 0.0001 kg/cm3)
Donde: q adm = carga admisible del terreno en kPa = kN/m2 = 0.01 kg/cm2
FS= Factor de seguridad. Usualmente 3.
- La expresión se basa en que la presión última es la que produce un asentamiento admisible de ΔH= 2.54 cm,
Ante la dificultad de realizar estos ensayos a diferentes profundidades, habitualmente se acude a correlaciones con
qU o ensayos de penetración dinámica NSPT y NB (Terzaghi, Jiménez Salas, ...).
Tabla D.29. (CTE) Valores orientativos del coeficiente de balasto, K30
K30 (MN/m3)
15 – 30
30 – 60
60 – 200
15 – 45
10 – 30
30 – 90
90 – 200
70 – 120
120 – 300
200 – 400
300 – 5.000
>5.000
Tipo de suelo
Arcilla blanda
Arcilla media
Arcilla dura
Limo
Arena floja
Arena media
Arena compacta
Grava arenosa floja
Grava arenosa compacta
Margas arcillosas
Rocas algo alteradas
Rocas sanas
K30 (kp/cm3)
1,53-3,06
3,06-6,12
6,12-20,41
1,53-4,59
1,02-3,06
3,06-9,18
9,18-20,41
7,14-12,24
12,24-30,61
20,41-40,81
30,61-510,20
>510,20
Para pasar de K30 al KREAL de la cimentación, CTE-DB.SE-C estima:
Cimiento en planta Cuadrada
En suelos cohesivos
k sB = k sp 30
0,3
B
En suelos granulares
k sB
⎛ B + 0,3 ⎞
= k sp 30 ⎜
⎟
⎝ 2⋅ B ⎠
2
Cimiento en planta Rectangular
B ⎞
⎛
k sBL = k sB ⎜1 +
⎟
⎝ 2⋅ L ⎠
B y L = dimensiones en planta del cimiento
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15.5.- ESTIMACION DE ASIENTOS EN CIMENTACIONES SUPERFICIALES
•
Asiento inmediato o instantáneo.
•
Asiento de consolidación.
•
Asiento de fluencia lenta (consolidación secundaria).
Los tres tipos de asientos son típicos de arcillas y limos plásticos saturados, mientras que en el caso de suelos no saturados o
cuando se trata de arenas o suelos granulares, en los que las sobrepresiones intersticiales se disipan casi instantáneamente, los
asientos son muy rápidos y de tipo predominantemente elástico.
MÉTODO ELÁSTICO
Asimila el suelo a un medio elástico anisótropo.
METODO EDOMÉTRICO
Teoría de la Consolidación Unidimensional
ESTIMACIÓN DE ASIENTOS:
•
•
•
Steinbrenner: modelo multicapa sobre capa rígida
Terzaghi (1925),
Skempton-Bjerrum (1957),
Biot (1941).
El asiento de cada capa se calcula según:
⎛ σ A + Δσ A ⎞
H i
⎟⎟
Si =
cci log10 ⎜⎜ 0
A
1 + e0
σ
0
⎝
⎠
El procedimiento se basa en calcular el acortamiento de un estrato “ i ”,
supuestamente homogéneo. La suma de acortamientos de cada estrato permite
evaluar el asiento total sufrido.
Si = So − Sz
Donde:
S0 = Asiento inicial
SZ = Asiento al final de la capa
σ0A = Tensión efectiva inicial
ΔσA = Incremento de tensión efectiva debida
a la sobrecarga
CÁLCULO DE ASIENTOS PARA CIMENTACIONES SUPERFICIALES
(STEINBRENNER).
La fórmula de Steinbrenner
z
m=
corresponde al asiento bajo
1
t+n
A = 1− μ 2
B
;
;
= (
+ n×
la esquina de un área
n t−n
1 π
rectangular cargada:
φ
S
Z
=
pb
( Aφ − B φ )
1
2
2E
B = 1 − μ − 2μ 2
;
n=
L
B
l
φ
;
2
=
m
π
× arctg
l
n
t +1
)
t −1
n
t.m
(
t = 1+ n2 + m2
E = Módulo deformació n ; μ = Coef . Pisson ;
b = Ancho del cimiento
)
1
2
; p = Tensión Neta a cot a cimentación
DETERMINACIÓN Y/O ESTIMACIÓN DEL MÓDULO EDOMÉTRICO
Para las capas arcillosas mediante la expresión:
E = 5 N = 5 N 20 (kp/cm2)
Para las capas granulares puede aumentarse a:
E = 8 N = 8 N 20 (kp/cm2)
Del ensayo edométrico o de
Inundación Bajo Carga, según:
E EDOM =
ΔT
Δe
;
E = 0,74 × E EDOM
Tabla D.23.(CTE) Valores orientativos de NSPT, resistencia a compresión simple y módulo de elasticidad
(Modificada)
Tipo de suelo
Suelos muy flojos o
muy blandos
Suelos flojos o
blandos
Suelos medios
Suelos compactos
o duros
Rocas blandas
Rocas duras
Rocas muy duras
2
2
2
2
NSPT
qu (kN/m )
qu (kp/cm )
E (MN/m )
E (kp/cm )/F=2
< 10
0- 80
0- 0.82
<8
40.77
10 - 25
80 - 150
0.82 – 1.53
8 – 40
40.77-203.87
25 - 50
150 - 300
1.53 – 3.06
40 – 100
203.87-509.68
50 – Rechazo
300 - 500
3.06 – 5.10
100 – 500
509.68-2548.42
Rechazo
Rechazo
Rechazo
500 – 5.000
5.000 – 40.000
> 40.000
5.10– 50.97
50.97 – 407.75
> 407.75
500 – 8.000
8.000 – 15.000
>15.000
2548.42-40774.67
40774.67-76452.59
>76452.59
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El asiento medio con distribución parabólica bajo cimiento es:
SMEDIO = S ESQUINA + 0,66
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(
SCENTRO − S ESQUINA
)
ASIENTOS ADMISIBLES (cm) NBE – AE - 88
Características edificación
Suelo arenoso
Obras de carácter monumental
1,2
Estructura de hormigón armado de gran rigidez
3,5
Edificio de hormigón armado de pequeña rigidez
Estructura metálica hiperestática
5,0
Edificio con muro de fábrica
Comprobando que no se
Estructura metálica isostática
produce desorganización
Estructura de madera
de
estructura
ni
5,0
Estructura provisional
cerramientos
Los asientos diferenciales y distorsiones angulares no deben superar el 1
Suelo cohesivo
2,5
5,0
7,5
7,5
500
.
Entendiendo que de la recuperación de suelos granulares puede existir un importante lavado de
finos, desde el lado de la seguridad se puede asumir un porcentaje de finos superior al 35 %, y
entonces seguir los criterios de CTE para recurrir a un cálculo como si de suelos cohesivos se
tratase.
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15.6.- CRITERIOS DE CÁLCULO PARA CIMENTACIONES PROFUNDAS
CRITERIOS DE CÁCULO DEL CTE-DB.SE-C (F.2)
Con métodos basados en la teoría de la Plasticidad, para la determinación de resistencias por punta y fuste se
considerará si se trata de suelos granulares o finos/cohesivos.
DETERMINACIÓN ANALÍTICA DE RESISTENCIA DE HUNDIMIENTO EN SUELOS GRANULARES
fp = 3
Resistencia
por punta q p =
f p = 2,5
f p ⋅ σ ´vp ⋅ N q ≤ 20 MPa
qp
Para pilotes hincados
Para pilotes hormigonados in situ
σ ´vp
Presión vertical efectiva antes de instalar el
pilote
1 + senφ π ⋅tgφ
Factor de capacidad de carga, donde:
⋅e
φ = Angulo rozamiento interno.
1 − senφ
Dada la dificultad de obtener valores de Ф en laboratorio, se recurrirá a correlaciones con ensayos in situ de
penetración (NSPT) contrastadas en las tablas:
Nq =
Resistencia
por fuste
qs= τ
τ f = σ ´v ⋅k f ⋅ f ⋅ tgφ ≤ 120 kPa
f
σ ´v
Presión vertical efectiva al nivel considerado
kf
Coeficiente de empuje
horizontal
f
Factor de reducción de
rozamiento por fuste
φ
PILOTE HINCADO
PILOTE IN SITU
kf =1
k f = 0,75
f = 0,9
f = 1,0
Angulo de rozamiento interno del suelo granular
DETERMINACIÓN ANALITICA DE RESISTENCIA DE HUNDIMIENTO EN SUELOS COHESIVOS
Con drenaje o
a largo plazo
Sin drenaje o
a corto plazo
La carga de hundimiento, evaluada por Condiciones de hundimiento sin drenaje o a corto plazo
fórmulas estáticas debe calcularse en dos
Condiciones de hundimiento con drenaje o a largo plazo
situaciones:
Resistencia
τ f = 0,8
Coeficiente reductor
por punta q p = N p ⋅ cu
N p = 9,0
qp
Resistencia
por fuste
qs= τ
τf =
100 ⋅ cu
(τ f y cu en kPa )
100 + cu
cu
f
Resistencia
por punta
q p = f p ⋅ σ ´vp ⋅ N q ≤ 20 MPa
Resistencia
por fuste
τ f = σ ´v ⋅k f ⋅ f ⋅ tgφ ≤ 120 kPa τ f ≤ 0,1 MPa
qp
qs= τ
φ
c=0
Depende del empotramiento.
Resistencia al corte sin drenaje.
Considerando presión de confinamiento en la punta (2
diámetros por encima y 2 por debajo) en triaxial o
compresión simple.
Angulo de rozamiento de ensayos de
laboratorio.
Se desprecia la cohesión.
La resistencia unitaria por fuste, salvo
justificación no superará 0,1 MPa
f
80
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Sociedad inscrita Registro Mercantil Hoja SE-42455, Tomo 3164. Folio 121, Inscripción 1ª. C.I.F.:B-91094367
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AXAN, s.l.
José María Noriega Rivera
GEÓLOGO – Ingeniería Geotécnica
DETERMINACIÓN DE RESISTENCIA DE HUNDIMIENTO POR MÉTODO DEL “SPT” (CTE-DB.SE-C)
El método de valuación de seguridad frente al hundimiento basado en el SPT es valido para pilotes perforados e
hincados en suelos granulares si gravas gruesas (<30% de tamaño > 2 cm) que puedan desvirtuar el resultado
del ensayo.
En suelos cohesivos con resistencia a compresión simple (qu>0,1MPa) se podrán utilizar , a efectos orientativos,
correlaciones entre SPT y CPT.
Si se dispone de ensayos de penetración dinámica contínua, se pueden traducir los resultados correspondientes a
índices SPT, y utilizar después el siguiente método (CTE-DB.SE-C. F.2.2.2)
fN
Resistencia
por punta
q p = f N ⋅ N (MPa)
qp
N SPT ≤ 50
Resistencia
por fuste
τ f = 2,5 ⋅ N SPT ( kPa )
qs= τ
N ≡ N SPT
N SPT ≤ 50
N SPT ≤ 50
f
fN
N ≡ N SPT
N SPT ≤ 50
PILOTE HINCADO
PILOTE IN SITU
f N = 0,4
f N = 0,2
Valor medio de NSPT . Se
obtendrá la media en la zona
activa inferior y la media en la
zona pasiva superior. El valor de
N será la media de esas dos.
Valor de NSPT en el nivel considerado.
En el caso de pilotes metálicos, la resistencia por fuste se reducirá al 80% de la
considerada para pilotes in situ.
A efectos de estos cálculos el valor a considerar será inferior a 50
RESISTENCIA DE HUNDIMIENTO PARA PILOTES EN ROCA (CTE-DB.SE-C)
La resistencia por punta en roca qp.d para pilotes excavados se podrá calcular de acuerdo con los criterios de
cimentaciones superficiales en roca, introduciendo el coeficiente df (empotramiento en roca)
qu
Resistencia
por punta
qp.d
K sp
q p .d = K sp ⋅ qu ⋅ d f
df
Resistencia a Compresión Simple de la Roca
K sp =
3+
s
B
a
10 ⋅ 1 + 300
s
L
d f = 1 + 0,4 r ≤ 3
d
s > 300
s
Espaciamiento discontinuidades
B
Ancho de cimiento (m) .
a
Apertura
Junta limpia
discontinuidades
Junta rellena
0 < a s < 0,02
Lr
Profundidad de empotramiento en roca
d
Diámetro real o equivalente del pilote.
0,05 < s
<2
B
a < 5mm
a < 25mm
Resistencia
0 ,5
por fuste τ f .d = 0,2 ⋅ qu ( MPa )
La resistencia por fuste para pilotes perforados se evalúa para la zona de roca empotrada.
qs.d= τ f .d
Se debe verificar que la roca es estable en agua.
81
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EFECTO GRUPO
CONSIDERACIÓN DEL
AXAN, s.l.
En los grupos de pilotes, y debido a la
interferencia de las cargas, el asiento
de cada pilote puede ser mayor. Para
tenerlo en cuenta, se podrán adoptar
las siguientes simplificaciones:
z = α ⋅ λ2
José María Noriega Rivera
GEÓLOGO – Ingeniería Geotécnica
Para pilotes columna, trabajando por punta en roca, separados más de tres diámetros, el
efecto grupo se considera despreciable.
Para otras situaciones se supone que toda la carga del grupo está uniformemente repartida
en un plano situado a profundidad "z" bajo superficie de terreno:
"α" y "l2" son los indicados arriba, con dimensiones transversales B1 x L1 dadas por:
B1 = Bgrupo + (1 − α ) ⋅ λ2
L1 = L grupo + (1 − α ) ⋅ λ 2
El cálculo del asiento debido a esta carga vertical repartida en profundidad se estimará de acuerdo con
los procedimientos generales de cálculo de asientos de cimentaciones superficiales.
ESTIMACION DE ASIENTOS EN PILOTES (CTE-DB.SE-C)
ASIENTO DE PILOTE INDIVIDUAL AISLADO
Se puede adoptar la simplificación de que el asiento de un pilote vertical aislado sometido a una carga vertical, de servicio, en su
cabeza igual a la máxima recomendable por razones de hundimiento, es aproximadamente, el uno por ciento de su diámetro, más el
acortamiento elástico del pilote.
El asiento del pilote individual aislado,
considerando el acorta-miento elástico
del pilote se podrá expresar mediante
la siguiente fór-mula aproximada:
⎛ D
λ + α ⋅ λ2 ⎞
⎟⋅ P
si = ⎜⎜
+ 1
A ⋅ E ⎟⎠
⎝ 40 ⋅ Rck
si
D
P
Rck
Asiento del pilote individual aislado
λ1
λ2
A
E
Longitud de pilote fuera del terreno
α
Diámetro de pilote (diámetro equivalente para no circulares)
Carga sobre la cabeza de pilote
Carga de hundimiento
Longitud de pilote dentro del terreno
Área de la sección transversal del pilote
Módulo de elasticidad del pilote
Parámetro
según el tipo
de
transmisión
de cargas
α =1
α = 0,5
α=
1
⋅ (0,5 ⋅ R fk + R pk )
Rck
Trabajo por punta
Trabajo por fuste
R pk
Carga hund. punta
R fk
Carga hund. fuste
RESISTENCIA DEL TERRENO A ACCIONES HORIZONTALES (CTE-DB.SE-C)
Rhk
Carga de rotura horizontal del terreno.
Se determina con la figura adjunta.
H
Punto donde se aplica la carga, de momento flector nulo en función de los cálculos estructurales
Caso particular de terreno
puramente granular c = 0
Caso particular de terreno
puramente cohesivo φ = 0
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VALORES RECOMENDADOS PARA EL TOPE ESTRUCTURAL DE LOS PILOTES (tabla 5.1 CTE-DB.SE-C)
HINCADOS
TIPO DE PILOTE HINCADO
VALORES DE
(σ
(Mpa ))
0,30 ⋅ ( f ck − 0,9 ⋅ f p )
f ck
Resistencia característica del hormigón
Hormigón armado
0,30 ⋅ f ck
fp
Tensión introducida por el pretensado
Metálicos
0,30 ⋅ f yk
f yk
Límite elástico del acero
Hormigón pretensado o
postensado
Madera
5
PERFORADOS
TIPO DE PILOTE PERFORADO
TIPO DE HORMIGÓN
Entubados
Con Lodos
En Seco
Barrenado sin control de parámetros
Barrenado con control de parámetros
HA-25
HA-25
SIN Control
integridad
CON Control
integridad
5.00
4.00
4.00
3.50
4.00
6.20
5.00
5.00
4.40
5.00
HA-25
HA-25
PERFORADOS
TIPO DE PILOTE PERFORADO
TIPO DE HORMIGÓN
Entubados
Con Lodos
En Seco
Barrenado sin control de parámetros
Barrenado con control de parámetros
TIPO DE APOYO
SUELO FIRME σ Mpa
HA-30
HA-30
(
SIN Control
integridad
(
CON Control
integridad
6.00
7.50
4.80
6.00
4.80
6.00
4.20
5.25
4.80
6.00
TIPO DE APOYO
ROCA σ
Mpa
HA-30
HA-30
(
))
(
))
HA-35
HA-35
SIN Control
integridad
CON Control
integridad
7.00
5.60
5.60
4.90
5.60
8.70
7.00
7.00
6.10
7.00
HA-35
HA-35
SIN Control
integridad
CON Control
integridad
SIN Control
integridad
CON Control
integridad
SIN Control
integridad
CON Control
integridad
6
5
5
-
7.50
6.20
6.20
-
7.20
6.00
6.00
-
9.00
7.50
7.50
-
8.40
7.00
7.00
-
10.80
8.70
8.70
-
Con los parámetros geotécnicos obtenidos y siguiendo los criterios de cálculo establecidos por
CTE-DB.SE-C, se define un resumen con las longitudes de pilote para diferentes diámetros, y
para diferentes topes estructurales según el hormigón utilizado (según agresividad del terreno
y(o aguas freáticas) para su ejecución.
CONDICIONES ADICIONALES POR FENÓMENOS DE ROZAMIENTO NEGATIVO
Estimación del ROZAMIENTO NEGATIVO en pilotes
Según el CTE-DB.SE-C, la situación de rozamiento negativo se produce cuando el asiento de la
superficie del terreno es mayor que el asiento de la cabeza del pilote. En esta situación, el pilote
soporta, además de la carga que le transmite la estructura, parte del peso del terreno. Como
consecuencia, el rozamiento negativo hace que la carga total de compresión que el pilote ha de
soportar aumente. El problema puede ser resuelto por la diferencia entre el cálculo del
asentamiento del terreno y asentamiento del pilote.
Con estas bases de cálculo y otras consideraciones de NTE, se determina el valor del rozamiento
negativo unitario, en t/m, como sobrecargas de cada pilar y según diámetro del pilote .
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