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Universidad Nacional de ColombiaSede Manizales Facultad de Ingeniería y Arquitectura

Departamento de Ingeniería Civil

Cimentaciones. Profesor: Luis Ricardo Vásquez Varela, M.Sc.

Exploración, muestreo y ensayo.Evaluación de las condiciones del sitio.

Referencias:

• “Soil Slope and Embankment Design. Reference Manual”. Publicación No. FHWA NHI-01-026. Federal Highway Administration, USA, 2002.

• “GEOTECHNICAL ENGINEERING CIRCULAR No. 5. Evaluation of Soil and Rock Properties” (FHWA-IF-02-034) (Sabatini et al. 2002).

26/02/2016 LUIS RICARDO VÁSQUEZ VARELA, M.Sc. 1

Resumen de la presentación.

• Evaluación de las condiciones delsitio de un proyecto.

• Exploración, muestreo y ensayosde campo y laboratorio.

– Estudio de oficina o gabinete.

– Investigaciones subsuperficiales.

• Procedimiento para la evaluación de suelos y rocas.

• Resumen de las necesidades de información para los ensayos en un amplio rango de aplicaciones viales.

• Lista de actividades para el reconocimiento del sitio.

• Guía para definir el número mínimo de puntos y profundidad de investigación.

• Publicaciones recomendadas sobre ensayos in situ.

• Métodos de perforación.


• Métodos de obtención de núcleos de roca.

• Muestreadores comunes para muestras alteradas.

• Muestreadores para muestras nominalmente inalteradas.

• Tomadores de núcleos de roca de tubos sencillo y doble.

• Ensayos in situ.

• Evaluación in situ de macizos rocosos.

• Ensayos geofísicos.

• Ensayos de laboratorio de suelos.

• Efectos de la alteración de las muestras.

• Ensayos de laboratorio en rocas.

– Interpretación de las propiedades de los suelos.

– Propiedades básicas de los macizos rocosos.


Conocimiento de las condicionessuperficiales y subsuperficiales.

• Estudios superficiales.

– Registros de construcción.

– Comportamiento de estructuras vecinas.

– Insumo para la planeación de los estudios geológicos subsuperficiales.

• Etapas de los estudiossuperficiales:

– Estudios de oficina o gabinete.

– Estudios de campo. Observación de las condiciones de campo y zonas problemáticas.


LUIS RICARDO VÁSQUEZ VARELA, M.Sc. 526/02/2016

Investigación de mapas y documentos de referencia

Estudio preliminar de fotografías aéreas con pares estereográficos y mosaicos. Se empelan fotos pancromáticas de escala pequeña (1:20,000) o lo que haya disponible

Emplee fotografías a color e infrarrojas para complementar el estudio preliminar sobre fotos pancromáticas. Escala sugerida, 1:10,000

Haga reconocimiento de campo para obtener la información necesaria y que no está disponible en las fuentes consultadas

A partir de las fotografías aéreas, la revisión bibliográfica y el reconocimiento de campo defina la naturaleza y extensión de los estudios de resistividad y refracción sísmica.

Analice los resultados de resistividad y/o refracción sísmica.Seleccione el tipo de perforaciones, apiques, ensayos de penetración de cono y tipo de muestreo, etc.

A partir de las fronteras identificadas en las fotos y los resultados de la investigación geofísica, determine la ubicación de los sondeos, los apiques y los CPT.

Realice la exploración geológica / geotécnica del sitio y desarrolle los ensayos in situ necesarios.

Monitoree el nivel freático mediante la instalación de pozos de inspección o piezómetros.

Realice los ensayos de laboratorio.

Evalúe y analice la información obtenida sobre los depósitos de suelo.

Seleccione los parámetros físicos, de resistencia al corte y de compresibilidad (γ, c’, φ’, Cu y Cc).

Diseñe las obras geotécnicas (taludes, cimentaciones).

Compile y correlacione para el mapeo de los suelos combinando la revisión documental, la interpretación de fotografías y la información geofísica y de exploración del sitio.

Frecuencia y el espaciamiento de lasperforaciones.

• La frecuencia y el espaciamientode las perforaciones depende de:

– La variabilidad de las condiciones subsuperficiales.

– El tipo de estructura que se está diseñando.

– La fase de investigación en curso:

• Selección de ruta o diseño conceptual: Espaciamiento máximo de 300 metros.

• Diseño preliminar con menor espaciamiento. Limitado por razones económicas.

• Diseño final: Espaciamiento de perforaciones de 30 a 60 metros.


ESTUDIOS PRELIMINARES EN OFICINA.

Obtención y análisis de información antecedente.


Fuentes de información histórica.


Fuente Usos Ubicación Ejemplos

Mapas de servicios públicos

• Localización de servicios públicos subterráneos.

• Restricciones de acceso.• Previene daños a los servicios públicos.

Empresas de servicios públicos.

La identificación de redes eléctricas antes de alguna perforación previene cortes del servicio, reparaciones costosas y lesiones personales.

Fotografías aéreas

• Identificar estructuras antrópicas.• Identificar zonas potenciales de

préstamo.• Proveer información geológica e

hidrológica para el reconocimiento de campo.

• Detectar cambios del sitio en el tiempo.

Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC).SIG oficial.Corporaciones Autónomas (CAR)

La evaluación de fotografías aéreas puede mostrarzonas de relleno en el área de estudio.

Mapas topográficos

• Provee un índice de mapas para el área.• Permite estimar la topografía del área.• Identifica características físicas del área.• Evaluación de restricciones de acceso.

IGACCAR

Se identifican accesos y restricciones en el área, se identifican zonas de inestabilidad potencial de taludes, se pueden estimar volúmenes de corte y lleno.

Reportes existentes de

investigaciones subsuperficiales

• Proveen información cercana sobre los suelos y rocas, parámetros de resistencia, problemas hidrogeológicos, tipos de cimentaciones empleados y problemas ambientales.

Servicio Geológico Colombiano (INGEOMINAS).INVIAS.Obras públicas.CAR.

Un informe reciente (5 años) de la ampliación de una vía cercana provee información geológica, hidrogeológica y geotécnica del área y define los alcances de la investigación necesaria.

LUIS RICARDO VÁSQUEZ VARELA, M.Sc. 9

Fuente Usos Ubicación Ejemplos

Reportes y mapas geológicos

• Proveen información cercana sobre los tipos y características de suelos y rocas, problemas hidrogeológicos y retos ambientales.

INGEOMINASOO. PP.CAR.

Un informe histórico (20 años) de geología regional identifica los tipos de roca, las fracturas y sus orientaciones y los patrones de flujo de agua subterránea.

Registros de pozos

• Proveen estratigrafía del sitio o del área regional.

• Indica la variación de la calidad.• Niveles freáticos.

Servicios Públicos.CAR.

Un pozo de extracción de agua a menos de 3 kilómetros del sitio indica la estratigrafía.

Estudios de suelos• Identificar tipos de suelos.• Permeabilidad de los suelos.• Información climática y geológica.

IGAC.CAR.

Provee información de las formaciones superficiales y facilita la evaluación de zonas de préstamo.

Mapas de amenaza por inundación

• Identificación de planicies de inundación para 100 y 500 años.

• Restricciones de construcción.• Evaluación de potencial de socavación.

INGEOMINAS.INVIAS.CAR.OO. PP.

Si el sitio se encuentra en la zona de inundación para 100 años debe proponerse una relocalización del proyecto.

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Información disponible existente.

Mapas y planos topográficos.

• Identificación de geoformas ypatrones de drenaje.

• Estimación del tipo de materialespresentes.

• Accesibilidad al sitio para laslabores de exploración.

• La información depende deltamaño del área y el nivel dedetalle.

– La topografía indica características generales de los suelos y rocas.

– El patrón de drenaje indica el tamaño de partículas y la probabilidad de inundación.

• La fuente de mapas y planostopográficos en Colombia es elInstituto Geográfico AgustínCodazzi.


Mapas geológicos.

• Presentan información sobremateriales y estructurasgeológicas que afectan la zona.

• Los mapas geológicos estánbasados en afloramientos yperforaciones.

• Existen varios tipos de mapasgeológicos:

– Mapas de lecho rocoso.

– Mapas de geología estructural.

– Mapas de geología superficial.

– Mapas tectónicos.

– Mapas con información sísmica.

– Otros mapas: glaciares, depósitos de loess en EE.UU.


Mapas geológicos (cont.).

• Su escala depende del espaciamientode la toma de información de campoy el nivel de detalle requerido paracada fase del proyecto.

• Estos mapas contienen conjeturas ysuelen ser motivo de discusión.

• La fuente primordial de informacióngeológica en Colombia es el ServicioGeológico Colombiano.

• También se puede obtenerinformación en las Universidades conescuelas de Ingeniería Civil yGeológica.



Gómez, J., Nivia, A., Montes, N.E., Jiménez, D.M., Sepúlveda, J., Gaona, T., Osorio, J.A., Diederix, H., Mora, M. & Velásquez, M.E., compiladores. 2007. Atlas Geológico de Colombia. Escala 1:500.000. INGEOMINAS, 26 planchas. Bogotá.

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Geología de Manizales y sus Alrededores (Naranjo y Ríos, 1989).

Gabros de Chinchiná y Olivares en rojo (Kgch y Kgol). Complejo Cretácico Quebradagrande en verde (Kqd). Formación Manizales del Terciario Superior en amarillo (Tsmz). Formación Quebradagrande del Terciario Superior en rosado (Tscb). Cubierta piroclástica del Cuaternario en gris (Qcp). Lavas basálticas del domo de Sancancio en rojo claro (Qdsc).

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Mapas de estudios de suelos.

• Mapeo de formaciones superficialesy subsuperficiales.

• Aplicaciones agrícolas(predominante) y de ingeniería.

• Información generalizada paragrandes extensiones.

• Algunas agencias y entidadeselaboran bases de datos sobreperforaciones y tipos de suelos en susáreas de influencia.


Registros de deslizamientos.

• Realizados por agencias del gobierno,universidades y centros deinvestigación:

– Ubicación en mapas.

– Fecha y hora de ocurrencia.

– Geometría del talud antes y después del deslizamiento (con fotografías).

– Materiales del talud.

– Causa posible que desencadenó el deslizamiento.

– Información sobre lluvias.

• Se puede obtener informaciónmediante entrevistas a los residentes.

• Esta información es muy valiosa parala planificación de la exploracióngeológica.


Registros sísmicos.

• La información histórica sobresismos permite definir la amenazaasociada con estos procesos en elárea de estudio.

• Los registros de deslizamientosproducidos por sismos permitenhacer el mapeo de las áreas coneste problema.

• La sismicidad histórica de Colombiapuede consultarse en el ServicioGeológico Colombiano.



Amenaza sísmica de los EE.UU.

http://earthquake.usgs.gov/hazards/products/conterminous/2014/2014pga10pct.pdf

http://earthquake.usgs.gov/hazards/products/conterminous/2014/2014pga10pct.pdf

Amenaza sísmica NSR-10.


Amenaza sísmica CCP-14.


Bibliografía disponible.

• Artículos en revistas especializadasen geología e ingeniería civil.

• Mapas, reportes geológicos yregistros de exploración.

Exploraciones subsuperficiales deproyectos previos.

• Registros de estudios de desarrollosexistentes.

– Formaciones existentes.

– Investigaciones en el sitio.

– Perforaciones.

– Tipo de cimentaciones empleadas.

– Consideraciones sobre la estabilidad de taludes.


INVESTIGACIÓN SUBSUPERFICIAL.

Métodos y normas aplicables a la exploración, muestreo y ensayos de campo


Métodos de exploración del terreno.

• Perforaciones en el terreno.

– Identificación de estratigrafía subsuperficial.

– Suelos: Barrenos y rotación con lavado.

– Rocas: Recuperación de núcleos.

• Muestreo: obtención de especímenes.

– Alteradas: Muestreador de cuchara partida o estándar, material proveniente de los barrenos.

– Inalteradas: Tubos de pared delgada (Shelby).

• Ensayos in situ.

– Medición de propiedades índice y de ingeniería.

– También pueden indicar estratigrafía.

– Algunas pruebas de campo son:

• Penetración estándar.

• Penetración cónica.

• Veleta de corte en campo.

• Presurómetro.

• Placa cargada.

• Dilatómetro.



Procedimiento para la evaluación de suelos y rocas.


Revise la información disponible sobre el subsuelo y proponga un modelo preliminar de sus condiciones

Identifique las propiedades de los materiales requeridas para el diseño y estime el alcance del programa de campo

Planifique la exploración de campo y el programa de ensayos de campo

Realice las investigaciones y ensayos de campo

Realice la descripción de las muestras y los ensayos índice de laboratorio

Resuma la información básica sobre suelos y rocas e interprete el perfil subsuperficial

¿Los resultados son consistentes con el modelo

preliminar?

Revise los objetivos de diseño y los resultados iniciales

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¿Se requieren datos adicionales?

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Seleccione muestras representativas de suelo y roca y defina los ensayos de laboratorio

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Realice los ensayos de laboratorio

Revise la calidad de los ensayos de laboratorio y haga un resumen de resultados

Seleccione las propiedades de los materiales y concluya el modelo subsuperficial

Diseñe y considere los problemas de construcción

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¿Son resultados válidos y

consistentes?

¿Se requiere una Fase 2 de

investigación?

“GEOTECHNICAL ENGINEERING CIRCULAR No. 5. Evaluation of Soil and Rock Properties” (FHWA-IF-02-034).

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Información requerida y ensayos necesarios para varios problemas geotécnicos.



Problema geotécnico

Evaluaciones de ingeniería Información requerida para los análisis Ensayos de campo Ensayos de laboratorio

Cimentaciones superficiales

• Capacidad portante.

• Asentamiento (magnitud y tasa).

• Contracción / expansión de los suelos de fundación (naturales o rellenos).

• Compatibilidad química del suelo y el concreto.

• Expansión por congelamiento.

• Socavación (en cruces de agua).

• Cargas extremas.

• Perfil subsuperficial (suelo, agua subterránea, roca).

• Parámetros de resistencia al corte.

• Parámetros de compresibilidad (consolidación, potencial de expansión / contracción y módulo elástico).

• Profundidad de penetración de la helada.

• Historia de esfuerzos (Esfuerzos verticales efectivos actual y pasado).

• Composición química del suelo.

• Profundidad del cambio estacional de humedad.

• Pesos unitarios.

• Mapeo geológico incluyendo la orientación y características de las discontinuidades de la roca.

• Veleta de campo.

• SPT (suelos granulares).

• CPT.

• Dilatómetro.

• Extracción de muestras (núcleos) de roca.

• Densidad nuclear.

• Ensayo de placa cargada.


• Ensayo edométrico 1D.

• Ensayo de corte directo.

• Ensayos triaxiales.

• Distribución granulométrica.

• Límites de Atterberg.

• Ensayos de pH y resistividad.

• Humedad.

• Peso unitario.

• Contenido de materia orgánica.

• Ensayo de potencial de expansión / colapso.

• Compresión uniaxial de roca y módulo de roca intacta.

• Ensayo de resistencia por carga puntual.





Pilas pre-excavadas

• Capacidad portante por punta.

• Capacidad portante por fricción lateral.

• Constructibilidad.

• Fricción negativa.

• Calidad del empotramiento en roca (rock socket).

• Presiones laterales de tierra.


• Flujo de agua subterránea / drenaje

• Presencia de bloques o capas muy duras.

• Socavación (en cruces de agua).

• Cargas extremas.

• Perfil subsuperficial (suelo, agua subterránea,roca).


• Parámetros de fricción por resistencia al corte en la interfase suelo – pila.


• Coeficientes de presión horizontal de tierras.

• Composición química de los suelos y las rocas.


• Permeabilidad de los acuíferos.

• Presencia de condiciones artesianas.

• Presencia de suelos contráctiles / expansivos (limitan la fricción lateral).


• Degradación de rocas blandas en presencia de agua y/o aire (por ejemplo, empotramiento en lutitas).

• Prueba de carga en la pila.

• Técnica de excavación.

• Veleta de campo.


• CPT.

• Dilatómetro.

• Piezómetro.

• Extracción de muestras (núcleos) de roca (RQD).





• Ensayos de fricción en la interfase.


• Ensayos de permeabilidad.


• Humedad.

• Peso unitario.





• Durabilidad por desleimiento (slake).

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Terraplenes y fundaciones

de terraplenes



• Estabilidad de taludes.

• Presiones laterales.

• Estabilidad interna.

• Evaluación del material de préstamo (calidad y cantidad disponible).

• Refuerzo requerido.





• Parámetros de consolidación en el tiempo.


• Parámetros de fricción en la interfase.

• Resistencia al arrancamiento.


• Contracción / expansión / degradación del suelo y la roca de relleno.

• Densímetro nuclear.

• Ensayo de placa cargada.

• Lleno de prueba.


• CPT.

• Dilatómetro.

• Veleta de corte

• Extracción de muestras de roca (RQD).




• Ensayos de corte directo.




• Relaciones humedad – peso unitario.

• Conductividad hidráulica.

• Ensayos suelo / geosintéticos.



• Peso unitario.

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Excavaciones y taludes de

corte

• Estabilidad de taludes.

• Expansión del fondo de la excavación.

• Licuación.

• Drenaje.

• Presión lateral.

• Ablandamiento del suelo / falla progresiva.

• Presiones de poro.






• Parámetros de resistencia al corte de suelos y rocas (incluyendo discontinuidades).


• Corte de prueba para evaluar la estabilidad a corto plazo.

• Piezómetros.


• CPT.

• Dilatómetro.

• Veleta de corte


• Corte directo de roca in situ.







• Humedad.




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Muros / Taludes de

suelo reforzado


• Estabilidad externa.

• Asentamiento.

• Deformación horizontal.

• Presiones laterales de tierra.


• Compatibilidad química entre el suelo y los materiales del muro.

• Presiones de poro detrás del muro.

• Evaluación de materiales de préstamo (cantidad disponible y calidad del material).



• Resistencia al corte de la interfase.

• Resistencias al corte del suelo de fundación y del relleno del muro.


• Composición química de los suelos de relleno y fundación.

• Conductividad hidráulica de los suelos detrás del muro.



• Corte de prueba para evaluar el tiempo de caída.


• CPT.

• Dilatómetro.

• Veleta de corte

• Piezómetro.

• Evaluación del material de lleno.

• Densímetro nuclear.

• Ensayo de arrancamiento (MSEW / RSS).









• Humedad.




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Pantallas excavadas


• Estabilidad externa.

• Estabilidad de la excavación.

• Drenaje.

• Compatibilidad química entre el suelo y los materiales del muro.

• Presiones de poro detrás del muro.

• Fricción negativa en el muro.

• Obstrucciones en el suelo retenido.


• Resistencia al corte del suelo.


• Resistencia al corte de la interfase suelo / refuerzo.

• Conductividad hidráulica del suelo.


• Corte de prueba para evaluar el tiempo de caída.

• Ensayos de bombeo en pozos.


• CPT.

• Dilatómetro.

• Veleta de corte

• Ensayo de arrancamiento (anclajes).







• Humedad.




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Actividades para el reconocimiento en sitio.



Guía para definir el número mínimo de puntos y profundidad de perforación.


Aplicación Número mínimo y localización de los puntos de investigación Profundidad mínima de investigación

Muros de contención

Mínimo un punto de investigación por cada muro de contención.

Para muros de más de 30 metros de longitud se deben ubicar puntos espaciados entre 30 y 60 metros de forma alterna en el trasdós y el intradós del muro.

Para muros anclados se requieren puntos adicionales de investigación cada 30 a 60 metros en la zona de anclaje.

Para muros de suelo reforzado se requieren puntos adicionales de investigación a una distancia entre 1.0 y 1.5 veces la altura del muro en el trasdós del mismo y con espaciamiento entre 30 y 60 metros.

Se debe investigar hasta una profundidad por debajo de la base del muro entre 1 y 2 veces la altura del mismo o un mínimo de 3.0 metros en lecho rocoso.

La profundidad de investigación debe ser suficiente para penetrar completamente suelos blandos altamente compresibles (turba, limo orgánico, suelos finos blandos) y llegar a materiales competentes con capacidad portante adecuada (suelo cohesivo duro a rígido, suelo no cohesivo denso o lecho rocoso).

Fundación de terraplenes

Se debe tener mínimo un punto de investigación cada 60 metros (en condiciones erráticas) o cada 120 metros (en condiciones uniformes) a lo largo del eje del terraplén.

En los sitios críticos (máxima altura del terraplén o máximo espesor de suelos blandos) se debe investigar un mínimo de tres puntos en la dirección transversal para definir las condiciones subsuperficiales existentes para los análisis de estabilidad.

Para los terraplenes de estribos de puentes se debe tener al menos una investigación en cada estribo.

La profundidad de investigación debe ser al menos dos veces la altura del terraplén, a menos que se encuentre un estrato duro por encima de esta profundidad.

Si se encuentran estratos blandos a una profundidad mayor que dos veces la altura del terraplén, la investigación debe ser lo suficientemente profunda para penetrar totalmente el estrato blando y llegar a material competente (suelo cohesivo duro a rígido, suelo no cohesivo denso o lecho rocoso).



AplicaciónNúmero mínimo y localización de los puntos de

investigaciónProfundidad mínima de investigación

Taludes de corte

Se debe tener mínimo un punto de investigación cada 60 metros (en condiciones erráticas) o cada 120 metros (en condiciones uniformes) a lo largo del talud.

En puntos críticos (máxima altura de corte o máximo espesor de estratos blandos) se requiere un mínimo de tres puntos de investigación en la dirección transversal para definir las condiciones del subsuelo para los análisis de estabilidad.

Para taludes de corte en roca se debe hacer el mapeo geológico a lo largo del talud de corte.

La profundidad de investigación debe ser, como mínimo, de 5.0 metros por debajo de la cota mínima del corte, a menos que se encuentre un estrato duro por encima del nivel mínimo del corte.

La profundidad de investigación debe ser suficiente para penetrar a través de suelos blandos y llegar a materiales competentes (suelo cohesivo duro a rígido, suelo no cohesivo denso o lecho rocoso).

En sitios donde la base del corte quede por debajo del nivel freático se debe incrementar la profundidad de investigación para determinar el espesor del estrato permeable subyacente.

Cimentaciones superficiales

Para subestructuras con anchos menores o iguales a 30 metros (pilas o estribos) se requiere un punto de investigación por subestructura como mínimo.

Para subestructuras con anchos mayores que 30 metros, se requiere un mínimo de dos puntos de investigación.

Si se encuentran condiciones erráticas del subsuelo se requerirán puntos de investigación adicionales.

La profundidad mínima de investigación debe ser:(1) Suficiente para penetrar completamente suelos inadecuado para fundación (turba,

limo orgánico, suelos finos blandos) y llegar a materiales competentes con capacidad portante adecuada (suelo cohesivo duro a rígido, suelo no cohesivo denso o lecho rocoso).

(2) Al menos la profundidad donde el incremento de esfuerzo debido a la carga estimada de la cimentación sea menor que el 10% del esfuerzo existente de sobrecarga, y

(3) Si se encuentra el lecho rocoso antes de la profundidad requerida para satisfacer el punto (2), la profundidad de la investigación debe ser suficiente para penetrar un mínimo de 3 metros en el lecho rocoso, aunque la investigación de la roca debe ser suficiente para caracterizar la compresibilidad del material de relleno de las discontinuidades horizontales y cuasi-horizontales.


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AplicaciónNúmero mínimo y localización de los puntos de

investigaciónProfundidad mínima de investigación

Cimentacionesprofundas

Para subestructuras con anchos menores o iguales a 30 metros (pilas o estribos) se requiere un punto de investigación por subestructura como mínimo.

Para subestructuras con anchos mayores que 30 metros, se requiere un mínimo de dos puntos de investigación.

Si se encuentran condiciones erráticas del subsuelo se requerirán puntos de investigación adicionales.

Debido a los costos asociados con la construcción de pilas empotradas en roca, en cada punto de empotramiento de deberán confirmar las condiciones existentes.

En suelos, la profundidad mínima de investigación se debe extender por debajo de la cota más baja anticipada de la cimentación (a) 6 metros o (b) dos veces la dimensión mayor del grupo de pilotes, la que sea más profunda.

Todas las perforaciones deben atravesar los estratos inadecuados tales como rellenos no consolidados, turba, materiales altamente orgánicos, suelos finos blandos y suelos sueltos de grano grueso hasta alcanzar materiales duros o densos.

Para pilas apoyadas en roca se debe obtener un núcleo de mínimo 3 metros en cada punto de investigación para verificar que la perforación no ha terminado en un bloque.

Para pilas soportadas en roca o empotradas en esta, se debe obtener un núcleo por debajo del nivel anticipado de la fundación con una longitud mínima de: (a) 3 metros, (b) tres veces el diámetro de la pila si está aislada, o (c) dos veces la dimensión mayor del grupo de pilas, la que sea mayor. Lo anterior con el fin de determinar las características físicas de la roca dentro de la zona de influencia de la fundación.


26/02/2016

Publicaciones recomendadas sobre ensayos in situ.


Método de ensayoDesignación

AASHTO / ASTMReferencia

SPT (Ensayo de penetración estándar)

AASHTO T206ASTM D1586

U.S. Department of Transportation, Federal Highway Administration (1997) Subsurface Investigations, Training Course in Geotechnical and Foundation Engineering, FHWA HI-97-021.

CPT, CPTu, SCPTu(Ensayo de penetración cónica, piezo – cono y sismo – piezo –

cono)

ASTM D3441, D5778

U.S. Department of Transportation, Federal Highway Administration (1988) Guidelines for Using the CPT, CPTu and Marchetti DMT for Geotechnical Design, FHWA-SA-87-023-024.

Lunne, T., Robertson, P.K. and Powell, J. J. M. (1997) Cone Penetration Testing in Geotechnical Practice, E&F Spon, 312 pp.

DMT (Dilatómetro plano)

Método ASTM sugerido

Schmertmann, 1986

U.S. Department of Transportation, Federal Highway Administration (1992) The Flat Dilatometer Test, FHWA-SA-91-044.

Marchetti, S. and Crapps, D. K. (1981) Flat Dilatometer Manual, Internal Report of GPE, Inc. (Gainesville, FL), disponible en www.gpe.org

PMT (Presurómetro) ASTM D4719

U.S. Department of Transportation, Federal Highway Administration (1989) The Pressuremeter Test for Highway Applications, FHWA-IP-89-008.

Clarke, B. G. (1995) Pressuremeters in Geotechnical Design, Blackie Academic & Professional, 364 pp.

VST (Veleta de corte) ASTM D2573American Society of Testing and Materials (1988) Vane Shear Strength Testing in Soils: Field and Laboratory Studies, ASTM STP 1014, 378 pp.

http://www.gpe.org/

Métodos de perforación.


Método Procedimiento Aplicaciones Limitaciones / Observaciones

Perforación con barreno sólido (SSA)

(ASTM D1452)

Perforación seca excavada con barrenomanual o mecánico.

Se obtienen muestras de la placa del barreno.

En suelos y rocas blandas.Permite identificar las unidades geológicas y la humedad por encima del nivel freático.

Se destruye la estratificación del suelo y la roca.

La muestra se mezcla con agua por debajo del nivel freático.

Perforación con barreno hueco (HSA)

(ASTM D6151)

La perforación se excava con barreno hueco.

Se muestrea el suelo por debajo del barreno al igual que en el caso anterior.

Se emplea en suelos que requieren revestimiento para conservar la perforación abierta para el muestreo.

Muestra limitada por presencia de gravas .

Es difícil mantener el balance hidrostático en la perforación por debajo del nivel freático.

Perforación con lavado

Corte y lavado del suelo por inyección.

El material cortado se remueve mediante el fluido circulante que se descarga en una tina de sedimentación.

Materiales cohesivos blandos a rígidos y suelos granulares finos a gruesos.

El material grueso tiende a asentarse en el fondo de la perforación.

No debe emplearse en perforaciones por encima del nivel freático si se desea obtener muestras inalteradas.

Ensayo de penetración con el martillo de Becker (BPT)

La perforación se excava empleando un martillo diésel de doble acción para hincar un encamisado de 168 mm y pared doble en el terreno.

Se emplea en suelos con gravas y guijarros.

El encamisado se hinca con la punta abierta si se desea muestrear el material.

No es fácil determinar la fricción lateral del encamisado.

No hay garantías sobre la repetibilidad del ensayo.

Perforación con barrena de cubo

La perforación se excava mediante la rotación y avance de un cubo cilíndrico con dientes de corte y diámetro entre 600 y 1,200 mm.

Al finalizar cada avance, se retira el cubo de la perforación y se descarga el suelo en la superficie.

La mayoría de los suelos sobre el nivel freático.

Puede perforar suelos más duros que las técnicas anteriores y puede penetrar en suelos con guijarros y bloques si se dispone de un barreno para roca.

No es aplicable en arenas sueltas.

Se emplea para obtener grandesvolúmenes de muestras alteradas y donde es necesario ingresar a la perforación para hacer observaciones.


DeJong, J. T. and Boulanger, R.W. (2000) "Introduction to Drilling and Sampling in Geotechnical Practice", Educational Video, 2nd Edition, Department of Civil and Environmental Engineering, University of California, Davis, 35 min.


Equipo de perforación mecanizada y provisto de los accesorios adecuados para realizar pruebas in situ

Métodos de obtención de núcleos de roca.


Método Procedimiento Tipo de muestra Aplicaciones Limitaciones / Observaciones

Extracción de núcleos de roca por rotación

(ASTM D2113, AASHTO T225)

El tubo exterior con punta de diamante (o carburo de tungsteno) rota y corta un agujero anular en la roca.

El núcleo es protegido por el tubo interno estático.

Los detritos se bombean a la superficie en el fluido de perforación

Cilindro de roca de 22 a 100 mm de diámetro y hasta 3 metros de largo según la calidad de la roca.

El diámetro estándar para núcleos es de 54 mm.

Obtener núcleos continuos en roca sana (el porcentaje de recuperación depende de las fracturas, la variabilidad de la roca, los equipos y la pericia del perforador).

Pérdida de núcleos en roca fracturada o variable.

La obstrucción impide la perforación en roca severamente fracturada.

Son evidentes los buzamientos de juntas y planos de estratificación, pero no se pueden determinar sus rumbos.

Extracción de núcleos de roca por rotación y

cable

Igual que en la ASTM D2113, pero el núcleo y el tubo interno estático se retiran del tambor exterior mediante un dispositivo de elevación suspendido de un cable delgado (wire line) a través de barras de perforación de mayor diámetro.

Cilindro de roca de 28 a 85 milímetros de diámetro y de 1.5 a 3.0 metros de largo.

Para mejor recuperación en roca fracturada pues tienemenor tendencia a desmoronarse durante la remoción.

Para lograr un ciclo más rápido de recuperación de núcleo y reinicio de la perforación en excavaciones muy profundas.

Pérdida de núcleos en roca fracturada o variable.

La obstrucción impide la perforación en roca severamente fracturada.

Son evidentes los buzamientos de juntas y planos de estratificación, pero no se pueden determinar sus rumbos.

Extracción de núcleos por rotación de

arcillas expansivas o rocas blandas.

Similar a la extracción por rotación de rocas.

El núcleo de material expansivo es retenido por un tercer revestimiento interno de plástico.

Cilindro de suelo de 28.5 a 53.2 mm de diámetro y 600 a 1,500 mm de longitud, encapsulado en el tuno plástico.

En suelos y rocas blandasque se expanden o se desintegran rápidamente en el aire (protegidas por el tubo plástico).

Muestreador más pequeño.

Equipo más complejo que otras técnicas de muestreo de suelos.


Cajas para el almacenamiento progresivo e identificación de las muestras.

¡SIN MUESTRAS NO HAY ANÁLISIS POSIBLE!

Muestreadores para especímenes alterados de suelo.



Muestreador Dimensiones típicasSuelos que dan los mejores

resultadosMétodo de penetración

Causa de baja recuperación

Observaciones

Tambor o cuchara partida

El estándar tiene un diámetro exterior de 50 mm y un diámetro interior de 35 mm.

El muestreador se puede hincar en cualquier suelo con partículas más finas que la grava.

Las gravas invalidan los datos.

Se requiere un retenedor de suelo en materiales granulares.

Hinca de un martillo de 64 kilogramos (140 libras)

Las gravas pueden obstruir el muestreador

El SPT se realiza con el muestreador y martillo estándar descritos.

Las muestras son muy alteradas.

Barreno helicoidal continuo

El diámetro varía entre 76 y 406 mm.

Se puede penetrar a profundidades superiores a 15 metros.

La mayoría de los suelos por encima del nivel freático.

No penetra en suelos duros o en aquellos con guijarros o bloques.

RotaciónSuelos duros, guijarros y bloques

Método para determinar el perfil del suelo. Se pueden obtener muestras en bolsa.

El registro y profundidad de las muestras debe considerar el retraso entre la penetración de la punta y la llegada de la muestra a la superficie para minimizar el error en la profundidad estimada.


Recuperación de muestra alterada de las palas de un barreno manual.

Las perforaciones manuales tienen limitaciones de calidad de las muestras recuperadas.

Muestreadores para especímenes nominalmente inalterados de suelo.



Muestreador Dimensiones típicasSuelos que dan los mejores resultados

Método de penetración

Causa de baja recuperación o alteración

Observaciones

Tubo Shelby (ASTM D1587, AASHTO T207)

Diámetro exterior de 76 mm y diámetro interior de 73 mm.

Disponibles entre 50 y 127 mm de diámetro exterior.

La longitud estándar del muestreador es de 760 mm.

Suelos cohesivos de grano fino o suelos blandos.

Suelos gravosos o muy rígidosdeforman el tubo

Se presiona con una fuerza relativamente rápida y uniforme.

Se podría hincar con golpes cuidadosos, pero esto causará una distorsión adicional.

Aplicación de presión errática durante el muestreo o golpeteo (martillo).

Partículas de grava.

Deformación del borde del tubo.

Suelo inadecuado para el muestreador.

Hinca del tubo en más de un 80% de su longitud.

Es el dispositivo más simple para muestras inalteradas.

La perforación DEBE ESTAR LIMPIA antes de bajar el muestreador.

El muestreador tiene poca área de desperdicio.

No es apropiado para suelos duros, densos o gravosos.

Pistón estático

Diámetro exterior típico de 76 mm.



Arcillas deconsistencia blanda a media y limos finos.

No es adecuado para suelos arenosos.

Se presiona con una fuerza continua y constante.

Aplicación de presión errática durante el muestreo.

Movimiento de la barra del pistón durante la presión.

Suelo inadecuado para el muestreador.

El pistón en el fondo del muestreador impide la entrada de fluidos y materiales contaminantes pero requiere una plataforma pesada con equipo cabeza de perforación hidráulica.

Las muestras suelen ser menos alteradas que las de tubo Shelby.




Muestreador Dimensiones típicasSuelos que dan los mejores resultados

Método de penetración

Causa de baja recuperación o alteración

Observaciones

Pistón hidráulico

(Osterberg).

Diámetro exterior típico de 76 mm.



Limos y arcillas, algunos suelos arenosos.

Presión hidráulica o neumática.

Sujeción inadecuada de las barras de perforación.

Aplicación de presión errática.

Requiere de barras de perforación estándar.

Requiere una adecuada capacidad hidráulica o neumática para activar el muestreador.

Las muestras suelen ser menos alteradas que las de tubo Shelby.


26/02/2016

Relación de área para tubos de muestreo y medida de la alteración de la muestra (M. JuulHvorslev, 1949).

• La relación de área para considerar una muestra inalterada debe ser menor o igual a 10%.

• El tubo Shelby de 50.8 mm de diámetro interno cumple con acero de calibre 18 (0.0451 pulgadasde espesor: 1.1455 mm)


MuestreadorDiámetro exterior

(De)

Diámetro interior

(Di)

Relación de área

(Ar)

Tipo de muestra

Barril o cuchara partida 50 mm 35 mm 104 % Alterada

Tubo Shelby 2” (calibre 16) 53.7 mm 50.8 mm 11.7% Alterada

Tubo Shelby 2” (calibre 18) 53.1 mm 50.8 mm 8.5% Inalterada

Tubo Shelby 3” (calibre 16) 76 mm 73 mm 8.4% Inalterada

𝐴𝑟 =𝐷𝑒

2 − 𝐷𝑖2

𝐷𝑖2

× 100%

http://enriquemontalar.com/hvorslev-estructura-del-suelo-tipo-de-tomamuestras/

Alteración en tubo de 50 mmArcilla Arena

26/02/2016

http://enriquemontalar.com/hvorslev-estructura-del-suelo-tipo-de-tomamuestras/



Muestreador de tambor o cuchara partida

Tubo Shelby de pared delgada para muestreo (con tapas)

Muestreador de pistón estático.

Cabezal del muestreador

Tubo muestreador

Barra transmisora de fuerza

Pistón

Punta de corte

26/02/2016

Cortadores de núcleos de roca de tubo sencillo y de tubo doble.



Cabezal del tubo toma núcleosTubo toma núcleos Coraza mecanizada

Eleva núcleos

Punta de corte

Coraza mecanizada

Eleva núcleosPunta de corte

Cabezal del tubo toma núcleosTubo externo Tubo interno

Ensayos de campo en depósitos de suelos.

• Ensayo de penetración estándar (SPT) y problemas comunes en surealización.


Causa Efectos Influencia en el valor de N

Limpieza inadecuada de la perforaciónEl SPT no se hace sobre el suelo original in situ y, por lo tanto, el suelo puede quedar atrapado en el muestreador y comprimirse con la hinca del mismo reduciendo la recuperación

Aumenta

Incapacidad para mantener un nivel de agua adecuado en la perforación El fondo de la perforación puede entrar en condición “rápida”. Disminuye

Medida imprecisa de la altura de caída La energía del martillo varía, generalmente por el lado bajo. Aumenta

Peso impreciso del martillo La energía del martillo varía (variaciones comunes de 5% a 7%) Aumenta o reduce

El martillo golpea excéntricamente el yunque de las varillas Se reduce la energía del martillo Aumenta

Restricción a la caída libre del martillo por falta de lubricación, cuerda nueva (rígida), más de dos vueltas al malacate o liberación parcial en cada caída.

Se reduce la energía del martillo Aumenta

Muestreador hincado por encima del fondo del revestimiento de la perforación

El muestreador se hinca en suelo alterado y artificialmente densificadoAumenta de forma importante

Conteo impreciso de golpes Resultados imprecisos Aumenta o reduce

Uso de muestreador no estandarizado Se invalidan las correlaciones con el muestreador estándar Aumenta o reduce

Grava gruesa o guijarros en el suelo El muestreador se obstruye o se bloquea Aumenta

Uso de varillas de perforación dobladas Se inhibe la transferencia de energía al muestreador Aumenta


• Eficiencia del sistema en el ensayo de penetración estándar:

– Relación de energía: Energía cinética / Energía potencial.

– Las correlaciones del número de golpes medidos con el SPT y las propiedades del suelo se han formulado para una eficiencia del 60%.

– Así, el valor corregido de una prueba de SPT es:


𝑅. 𝐸. =𝐸. 𝐶.

𝐸. 𝑃.=

12𝑚𝑣²

𝑚𝑔ℎ

𝑁60 = 𝑁𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 × 𝐶𝐸× 𝐶𝐵 × 𝐶𝑆 × 𝐶𝑅

• Factores de corrección del valor N (Skempton, 1986).

(1) Los valores presentados son una guía. Los valores de ER deben medirse según la ASTM D4633.


Factor Variable del equipo Término Corrección

Relación de energíaMartillo tipo rosquillaMartillo de seguridadMartillo automático

CE = ER / 600.5 a 1.0 (1)

0.7 a 1.2 (1)

0.8 a 1.5 (1)

Diámetro de la perforación65 a 115 mm150 mm200 mm

CB

1.001.051.15

Método de muestreoMuestreador estándarMuestreador no estándar

CS

1.01.1 a 1.3

Longitud de las varillas

3 a 4 metros4 a 6 metros6 a 10 metros10 a más de 30 metros

CR

0.750.850.951.00


• Como el valor N de materiales similares se incrementa con el esfuerzo efectivo desobrecarga, se debe corregir el valor N60 para un esfuerzo normalizado de 1 atmósfera(100 kPa aproximadamente).

– La presión de sobrecarga (σ’vo) debe estar en las mismas unidades de la presión atmosférica.

– El exponente n es:

• 1.0 en arcillas (¿SPT en arcillas?).

• 0.5 a 0.6 en arenas.

– CN varía de acuerdo con las correlaciones propuestas por otros autores.


𝑁1 60 = 𝐶𝑁 × 𝑁60 =𝑃𝑎𝑡𝑚𝑜𝑠𝑓é𝑟𝑖𝑐𝑎

𝜎′𝑣𝑜

𝑛

× 𝑁60

• Ensayo de Penetración de Cono (CPT / CPTu / SCPTu).



Método ProcedimientoTipos de suelos

aplicablesPropiedades del

sueloLimitaciones / Observaciones

Penetrómetrode cono

eléctrico (CPT)

Se hinca verticalmente en el suelo una sonda cilíndrica, empleando equipo hidráulico, y se mide la resistencia en la punta cónica y a lo largo del manguito de acero.

Las medidas se toman en intervalos de 2 a 5 cm.

Limos, arenas, arcillas y turba

Estimación del tipo de suelo y estratigrafía detallada.

Arena: φ’, Dr, σ’ho.Arcilla: Su, σ’p.

No se obtiene muestra del suelo.

La sonda puede dañarse si se intenta penetrar suelos gravosos.

Los resultados del ensayo no son buenos para estimar características de deformación.

Penetrómetro de piezocono

(CPTu)

Igual que el CPT.

Adicionalmente, se miden las presiones del agua de los poros debidas a la penetración mediante un transductor y un elemento poroso.

Limos, arenas, arcillas y turba.

Igual que el CPT.

Adicionalmente:Arena: u0, nivel freático.Arcilla: σ’p, ch, kh, RSC

Si el elemento poroso no está completamente saturado se obtienen resultados erróneos de presión del agua de los poros.

La compresión y el desgaste de un elemento poroso en la punta (u1) afectará las lecturas.

Los resultados del ensayo no son buenos para estimar características de deformación.

CPTu sísmico (SCPTu)

Igual que el CPT.

Adicionalmente, mediante un geófono seregistran ondas de corte generadas en la superficie en intervalos de 100 cm a l largo del perfil para calcular velocidad de onda de corte.

Limos, arenas, arcillas y turba.

Igual que el CPTu.

Adicionalmente:Vs, Gmáx, Emáx, ρtot, e0.

Para el cálculo de la velocidad de onda de corte se debe emplear el tiempo de la primera llegada.

Si se emplea el tiempo del primer cruce, el error en la estimación de la velocidad de onda de corte se incrementará con la profundidad.



Forma de medida de los penetrómetros de cono: (a) Penetrómetro de cono eléctrico (CPT), (b) Penetrómetro de piezocono con el filtro detrás de la punta (CPTu2), (c) Penetrómetro de piezocono con filtro en la punta (CPTu1), y (d) Piezocono sísmico (SCPTu2).

Penetrómetros de cono y piezocono.

Camión para la prueba de penetración cónica.

26/02/2016

• Ensayo del dilatómetro plano (DMT).




aplicablesPropiedades del

sueloLimitaciones / Observaciones

Dilatómetro plano (DMT)

Se hinca una placa plana en el suelo a la profundidad deseada, en intervalos de 20 a 30 cm.

Se registra la presión necesaria para expandir una membrana metálica delgada en la cara de la placa.

Se hacen dos o tres mediciones en cada profundidad.

Limos, arenas, arcillas y turbas.

Estimación del tipo de suelo y la estratigrafía.

Peso unitario total.

Arena: φ’, E, Dr, mv.Arcilla: σ’p, K0, su, mv, E, ch, kh.

Las membranas se pueden deformar o inflar en exceso.

Las membranas deformadas no dan lecturas precisas.

Si hay fugas en las tuberías o las conexiones se tendrán lecturas mayores que lo real.

Es un buen ensayo para estimar características de deformación a deformaciones pequeñas.


Equipo para el ensayo del dilatómetro plano.http://www.marchetti-dmt.it/pagespictures/blade&case.htm

Pala del dilatómetro

Dial de lectura

baja

Dial de lectura

alta

26/02/2016

http://www.marchetti-dmt.it/pagespictures/blade&case.htm

• Ensayo de presurómetro (PMT).




aplicablesPropiedades

del sueloLimitaciones / Observaciones

Presurómetro en perforaciónpre-excavada

(PMT)

Se hace una perforación y se prepara cuidadosamente el fondo de la misma para la inserción del equipo.

Se registra la presión necesaria para expandir la membrana cilíndrica hasta cierto volumen o deformación radial.

Arcillas, limos y turba.

Se obtiene una respuesta marginal en algunas arenas y gravas.

E, G, mv, su.

La preparación adecuada de la perforación es el paso más importante para obtener buenos resultados.

Es un buen ensayo para el cálculo de las características de deformación lateral.

Presurómetro de

desplazamiento total (PMT)

Se hinca hidráulicamente en el suelo una sonda cilíndrica con punta cónica y se detiene en intervalos seleccionados para el ensayo.

Se registra la presión necesaria para expandir la membrana cilíndrica hasta cierto volumen o deformación radial.

Arcillas, limos y turba en arenas.

E, G, mv, su.

La alteración durante el avance de la sonda causa un módulo inicial más rígido y enmascara la presión de elevación inicial (p0).

Es un buen ensayo para el cálculo de las características de deformación lateral.


Equipo para el ensayo de presurómetro en perforación pre-excavada.

Acople a varilla AW

http://www.insituengineering.com/images/pmt_device.jpg

Coraza exterior de metal

Cable de señal

Manguera de presión

Escudo exterior de metal (corte de sección)

Circuito amplificador

Membrana

Sensor de desplazamiento(3 sensores a 120°)

Sensor de presión


26/02/2016

http://www.insituengineering.com/images/pmt_device.jpg



Curvas típicas y presiones características del presurómetro de Menard en perforación pre-excavada.

Pre

sió

n

Seudo-elástico

Plástico

Ciclo de carga - descarga

Prueba de flujo

plásticoLa presión pL

corresponde a:

ΔV = V0.

O cuando

V = 2V0.

Volumen

26/02/2016

• Ensayo de veleta de corte (VST).




aplicablesPropiedades


Ensayo de veleta de corte

(VST)

Se rota lentamente una veleta de cuatro palas mientras se mide el torque aplicado con el fin de calcular la resistencia pico al corte sin drenaje.

Se rota la veleta rápidamente durante 10 giros y se registra el torque requerido para fallar el suelo con el fin de calcular la resistencia al corte sin drenaje del material remoldeado.

Arcillas, algunos limos y turbas si se pueden asumir condiciones sin drenaje.

No se debe emplear en suelos granulares.

σ’p, su y St.

Se puede presentar alteración en arcillas blandas y sensitivas, lo cual reduce la resistencia medida.

Se pude presentar drenaje parcial en arcillas fisuradas y materiales limosos, lo cual lleva a errores en la resistencia calculada.

Se debe tener en cuenta la fricción de la barra en el cálculo de la resistencia.

El diámetro de la veleta y la capacidad de la llave de torque deben seleccionarse apropiadamente para una medida adecuada en varios depósitos de arcilla.



(a) Veleta rectangular, (b) Parámetros empleados en la definición de las dimensiones de la veleta.

Geometría de las palas de la veleta

26/02/2016

Evaluación in situ de macizos rocosos.



Método ProcedimientoPropiedades de la

rocaLimitaciones / Observaciones

Dilatómetroen

perforación

El dilatómetro se ubica en la profundidad de prueba y la membrana flexible se expande aplicando una presión uniforme en las paredes de la excavación.

Módulo del macizo rocoso fracturado

Se debe asumir la relación de Poisson de la roca.

El ensayo solo afecta un área pequeña del macizo rocoso, pero se pueden hacer varias pruebas a diferentes profundidades.

Gato en perforación

El gato aplica una presión unidireccional a las paredes de la perforación mediante dos placas curvas y opuestas.

Módulo del macizo rocoso fracturado.

El módulo medido se debe corregir para tener en cuenta la rigidez de las placas de acero.

El ensayo se puede emplear para estimar la anisotropía.

Ensayo de placa cargada

Se aplica la carga a una placa de acero o a una cimentación de concreto empleando un sistema de gatos hidráulicos y un marco de reacción anclado a la fundación rocosa.

Módulo del macizo rocoso fracturado.

El área cargada es pequeña, de forma que el ensayo no es efectivo en la evaluación del macizo rocoso si las discontinuidades están muy espaciadas entre sí.

Los valores del módulo se deben corregir por la geometría de la placa, el efecto de la rotura de la roca, la anisotropía de la roca y el módulo de la placa de acero.

Ensayo de corte directo

in situ

El ensayo suele realizarse en un socavón, en el cual la reacción a la carga de cortante se logra en las paredes del mismo.

La carga normal se aplica mediante un sistema de gatos que emplea el techo del socavón como punto de apoyo.

Resistencias al corte pico y residual de las discontinuidades o del relleno de las mismas.

Se requiere aislar un bloque de roca por encima de la superficie de la discontinuidad sin alterar su material de relleno.



Gráficas típicas de presión – dilatación para un dilatómetro en perforación (ISRM, 1987).

Dilatación (número de vueltas de la bomba, n)

Pre

sió

n a

plic

ada

Pi (

MP

a)

Calibración

Ensayo

n asentamiento

26/02/2016

Configuración típica para un ensayo de corte directo in situ en un socavón (Saint Simon et al., 1979).

ESCALA

Leyenda:

1. Anclaje en roca.2. Concreto.3. Viga de acero de ala ancha.4. Madera dura.5. Placas de acero.6. Gato de 30 toneladas.7. Dial de medida.8. Rodillos de acero.9. Apoyo de concreto reforzado.10. Placa de apoyo.11. Espuma de poliestireno.12. Gato de 50 toneladas.13. Esfera de acero.

Piso del socavón

Bloque de prueba:0.63 x 0.63 x 0.30 m



26/02/2016

Ensayos geofísicos.



Método Procedimientos básicos de campo Aplicaciones Limitaciones

Métodos sísmicos:

Refracción sísmica

Se aplica una carga por impacto en la superficiedel terreno. La energía sísmica se refracta en las interfases del suelo / roca y se registra en la superficie mediante varias docenas de geófonos ubicados a lo largo de una línea, o con un solo geófono para múltiples eventos.

• Profundidad del lecho rocoso.

• Profundidad del nivel freático.

• Espesor y rigidez relativa de las capas de suelo / roca.

• No funciona si la rigidez se reduce con la profundidad o si la capa blanda subyace a la capa rígida.

• Funciona bien cuando existe una discontinuidad marcada en la rigidez.

Análisis espectral de ondas

superficiales (SASW)

Se aplica una carga por impacto en la superficie del terreno. Las ondas superficiales se propagan a lo largo de la superficie y se registran con dos geófonos ubicados a lo largo de una línea.

• Profundidad del lecho rocoso.

• Medida de la velocidad de onda de corte.

• Espesor y rigidez de capas superficiales de pavimento.

• Indicador cualitativo del agrietamiento en pavimentos.

• La resolución se reduce significativamente con la profundidad.

• Se requiere mucha pericia para una adecuada interpretación.

• La interpretación es difícil si una capa rígida yace sobre una capa blanda cuyas propiedades son de interés.

Métodos eléctricos:

Resistividad a la corriente directa

Se aplica una corriente directa al terreno mediante electrodos. Se miden los voltajes en diferentes puntos de la superficie del terreno con otros electrodos ubicados a lo largo de una línea.


• Contaminación inorgánica del agua subterránea.

• Salinidad del agua subterránea.

• Espesor de las capas de suelo.

• Delineación de ciertas características verticales (sifones, trincheras de desechos).

• Lenta. Se deben instalar los electrodos directamente en el terreno.


• La resolución es difícil de obtener en depósitos muy heterogéneos.




Métodos eléctricos:

Electromagnetismo

Se sostienen bobinas eléctricas sobre el terreno. La corriente que pasa a través de las bobinas induce un campo magnético en el terreno, el cual se mide con bobinas receptoras.

• Salinidad del agua subterránea.

• Contaminación inorgánica del agua subterránea.

• Detección de objetos metálicos enterrados.

• Delineación de ciertas características verticales (sifones, trincheras de desechos).

• Se requiere un esfuerzo adicional para caracterizar una profundidad específica.


Radar de penetración del terreno (GPR)

La energía electromagnética se envía mediante pulsos al terreno. Esta energía se refleja en las fronteras entre diferentes capas de suelo y se mide en la superficie.


• Identificación de objetos enterrados.

• Espesor de capas de pavimento.

• Detección de vacíos.

• No es efectivo por debajo del nivel freático o en arcillas.

• La profundidad de penetración está limitada a 10 metros.

Métodos gravitacionales y magnéticos:

Gravitacional Se mide el campo gravitacional del la Tierra en la superficie del terreno.

• Identificación de vacíos subsuperficiales.

• Identificación de grandes objetos con densidades inusualmente altas o bajas.

• Los resultados no son únicos, es decir, varias condiciones subsuperficiales pueden dar el mismo resultado.

• Es una aplicación de reconocimiento a gran escala con aplicaciones limitadas en Ingeniería.

MagnéticoSe mide el campo magnético de la Tierra en la superficie del terreno.

• Identificación de materiales ferrosos.

• Identificación de suelo / roca que contenga grandes cantidades de materiales magnéticos.

• Los resultados no son únicos, es decir, varias condiciones subsuperficiales pueden dar el mismo resultado.

• Es una aplicación de reconocimiento a gran escala con aplicaciones limitadas en Ingeniería.

26/02/2016




Métodos nucleares cercanos a la superficie:

Contenido de agua por neutrones

El instrumento se ubica en la superficie del terreno y emite neutrones en el mismo. La energía de los neutrones que regresan se relaciona con la humedad del terreno (los átomos de hidrógeno reducen la energía de los neutrones detectados por el sensor).

• Estima la humedad de un suelo compactado.

• Estima el contenido de bitumen en el concreto asfáltico.

• Puede ser cuantitativo si se calibra adecuadamente con las condiciones in situ.

• Profundidad limitada de investigación (pocas pulgadas).

• Riesgos a la seguridad y la salud si el operador no está bien entrenado.

• Detecta iones de hidrógeno (gas, arcillas) en estratos que no contienen agua.

Densidad Gamma

El instrumento se ubica en la superficies del terreno y emite radiación Gamma en el mismo. La energía Gamma que regresa es una función de la densidad del material (los materiales más densos absorben más energía gamma de forma que menos de esta es detectada en el sensor).

• Estima la densidad del suelo o del concreto asfáltico.

• Profundidad limitada de investigación (pocas pulgadas).

• Profundidad de investigación aún más limitada a pocas pulgadas si el suelo no puede penetrarse.


26/02/2016




Métodos en perforaciones:

Crosshole/Downhole

Se instalan fuentes de energía y geófonos en perforaciones y/o en superficie. Los intervalos de tiempo de viaje se convierten en velocidad de ondas sísmicas como función de la profundidad en la perforación.

• Medida de las velocidades de onda para análisis de respuesta sísmica del sitio.


• Correlación de las unidades litológicas con sísmica superficial.

• Identificación de capas delgadas en profundidad.

• Requiere una o más perforaciones y equipo de apoyo en campo.

Registro en suspensión

El instrumento se instala en una perforación llena de un fluido y se emplea para medir las velocidadesde ondas P y S en el suelo o roca circundante.

• Medida de las velocidades de onda para análisis de respuesta sísmica del sitio.

• Correlación de las unidades litológicas con sísmica superficial.


• Requiere una perforación y equipo de apoyo.

• La perforación debe llenarse con un fluido.

Registro eléctrico

El instrumento se instala en una perforación. Se aplican campos eléctricos de forma directa o se inducen electromagnéticamente en el suelo o roca circundante y se mide la resistividad eléctrica.

• Estimación de la permeabilidad o porosidad de suelo / roca.

• Identificación de lentes de contaminación inorgánica o intrusión de agua salada.


• Requiere perforación y equipo de apoyo en campo.

• No se puede realizar en una perforación encamisada.

• Puede requerir que la perforación se llene con un fluido.

• Los resultados pueden variar con la salinidad de los lodosde perforación.

26/02/2016




Métodos en perforaciones:

Registro nuclear

El instrumento se instala en una perforación. El suelo o roca circundante se irradia con neutrones o energía Gamma. Se miden los neutrones y la energía que regresa al instrumento y se correlacionan con la densidad de la roca, la porosidad y el tipo de fluido en los poros.

• Estimación del tipo de suelo o roca, su densidad, porosidad y tipo de fluido en los poros.




Registro litológico

El instrumento se instala en una perforación. Los campos eléctricos y los niveles de radiación naturales se relacionan con el tipo de suelo o roca.

• Clasificación del tipo de suelo o roca.



• Puede requerir que la perforación se llene con un fluido.

• Los resultados dependen de las condiciones específicas del sitio y /o de la salinidad del fluido en la perforación.

26/02/2016

Ensayos de laboratorio sobre muestras de suelos.



Categoría de ensayo

Nombre del ensayoDesignación del ensayo

AASHTO ASTM

Identificación visual

Práctica para la descripción e identificación de suelos (procedimiento visual – manual). - D2488

Práctica para la descripción de suelos congelados (procedimiento visual – manual). - D4083

Propiedades índice

Método de ensayo para la determinación del contenido de agua (humedad) del suelo por el método de calentamiento directo.

T265 D2216

Método de ensayo para el peso específico de suelos. T100 D854; D5550

Método para el análisis del tamaño de partículas de suelos. T88 D422

Método de ensayo para la clasificación de suelos con propósitos de ingeniería. M145 D2487; D3282

Método de ensayo para determinar la cantidad de material más fino que el tamiz No. 200 (75 µm) en el suelo. D1140

Método de ensayo para obtener el límite líquido, límite plástico e índice de plasticidad de los suelos. T89; T90 D4318

Compactación

Método de ensayo para obtener las características de compactación en laboratorio de suelos, empleando la energía estándar (600 kN . m / m³).

T99 D698

Método de ensayo para obtener las características de compactación en laboratorio de suelos, empleando la energía modificada (2,700 kN .m / m³).

T180 D1557





AASHTO ASTM

Propiedades de resistencia

Método de ensayo para obtener la resistencia a la compresión no confinada de suelos cohesivos. T208 D2166

Método de ensayo para obtener la resistencia a la compresión no consolidada – no drenada de suelos cohesivos en compresión triaxial.

T296 D2850

Método de ensayo para obtener la resistencia a la compresión consolidada – no drenada de suelos cohesivos en compresión triaxial.

T297 D4767

Método de ensayo para el corte directo de suelos bajo condiciones consolidadas y drenadas. T236 D3080

Métodos de ensayo para obtener el módulo y el amortiguamiento de suelos mediante el método de columna resonante. - D4015

Método de ensayo para veleta de corte en miniatura en laboratorio sobre suelos de grano fino, arcillosos y saturados. - D4648

Método de ensayo para obtener el CBR (California Bearing Ratio) de suelos compactados en laboratorio. - D1883

Método de ensayo para obtener el módulo resiliente de suelos. T294 -

Método de ensayo para obtener el Valor-R de resistencia y la presión de expansión de suelos compactados. T190 D2844

Propiedades de consolidación y

expansión

Método de ensayo para obtener las propiedades de consolidación unidimensional de suelos. T216 D2435

Método de ensayo para obtener las propiedades de consolidación unidimensional de suelos empleando carga con deformación controlada.

- D4186

Método de ensayo para obtener el potencial de expansión o asentamiento de suelos cohesivos. T258 D4546

Método de ensayo para medir el potencial de colapso de los suelos. - D5333

26/02/2016





AASHTO ASTM

Permeabilidad

Método de ensayo para obtener la permeabilidad de suelos granulares (carga hidráulica constante). T215 D2434

Método de ensayo para medir la conductividad hidráulica de materiales porosos saturados mediante un permeámetro de pared flexible.

- D5084

Corrosividad

Método de ensayo para obtener el pH de materiales de turba. - D2976

Método de ensayo para obtener el pH de los suelos. - D4972

Método de ensayo para obtener el pH de los suelos para su empleo en pruebas de corrosión. T289 G51

Método de ensayo para obtener el contenido de sulfatos. T290 D4230

Método de ensayo para medir la resistividad. T288 D1125; G57

Método de ensayo para obtener el contenido de cloruros. T291 D512

Contenido de materia orgánica

Método de ensayo para determinar los contenidos de agua, ceniza y materia orgánica de turbas y otros suelos orgánicos. T194 D2974

26/02/2016



Ensayos índice

Procedimiento Tipos de suelos aplicables Propiedades del suelo aplicables Limitaciones / Observaciones

Humedad natural, wn.

Suelo seco en horno a 100 ± 5°C.Grava, arena, limo, arcilla, turba.

e0, γEnsayo índice simple para todos los materiales.

Peso unitario y densidad.

Extraiga una muestra de tubo y mida sus dimensiones y peso.

Suelos donde se puedeobtener muestra inalterada como limo, arcilla y turba.

γtot, γdry, ρtot, ρdry, σvo

No es apropiado para materiales granulares limpios donde no es posible obtener muestra inalterada.Prueba índice de gran utilidad.

Límites de Atterberg: LL, LP, IP, LC, IL.

LL: Humedad asociada con la falla de un espécimen a 25 golpes en la copa de Casagrande.LP: Humedad asociada con el desmoronamiento de cilindros de suelo de 3.2 mm.

Arcillas, limos, turba; arenas limosas y arcillosas para determinar si son SM o SC.

Clasificación del suelo.No son apropiados en suelos granulares. Recomendados para todos los materiales plásticos.

Tamizado mecánico.

Pase el material seco al aire a través de una serie de mallas de abertura descendente conocida y aplique vibración para separar las partículas en diámetros equivalentes específicos.

Grava, arena y limo. Clasificación del suelo.No es apropiado para arcillas.Es muy útil en materiales granulares limpios o sucios.

Lavado sobre tamiz.

Se lavan las partículas con agua a través de un tamiz U.S. No.200.

Arena, limo y arcilla. Clasificación del suelo.Requerido para establecer el contenido de finos en materiales granulares sucios.

Hidrómetro.Se permite la sedimentación de partículas y se mide el cambio del peso específico de la solución en el tiempo.

Arena fina, limo y arcilla. Clasificación del suelo.Ayuda a estimar la cantidad relativa de limo y arcilla.

Peso específico.

El volumen de una masa conocida de suelo se compara con el volumen conocido de agua en un picnómetro calibrado.

Arena, limo, arcilla y turba. Se emplea en el cálculo de e0.Particularmente útil en casos donde se encuentran minerales inusuales en el suelo.

Contenido de materia orgánica

Luego de obtener la humedad a 110°C, la muestra es quemada en un horno a 440°C para medir el contenido de ceniza.

Todos los tipos de suelos en los cuales se sospeche que la materia orgánica será un problema.

No está relacionado con ningún parámetro específico de comportamiento. Se puede presentar alta compresibilidad.

Recomendado en todos los suelos sospechosos de contener materiales orgánicos.

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Ensayos de comportamiento

Procedimiento Tipos de suelo aplicablesPropiedades


Edométrico 1D.

Se aplican cargas crecientes a una muestra de suelo confinada por un anillo rígido. Se registran los valores de deformación en el tiempo. Los incrementos de carga duplican el valor anterior y se aplican en intervalos de 24 horas.

Principalmente arcillas y limos. Podrían ensayarse suelos granulares, aunque no es común.

σ‘p, RSC, Cc, Ccε, Cr, Crε, Cα, Cαε, cv, k

Recomendado para suelos de grano fino. Los resultados son indicadores útiles para otros parámetros críticos.

Edómetro con tasa de deformación constante.

Las cargas se aplican de forma tal que el Δu está entre 3% y 30% del esfuerzo vertical aplicado durante el ensayo.

Arcillas y limos. No es aplicable en suelos granulares drenantes.

σ‘p, Cc, Ccε, Cr, Crε, cv, k

Requiere equipo especial para el ensayo, pero reduce el tiempo del mismo significativamente.

Compresión no confinada (UC).

Se pone una muestra en un aparato de carga y se cizalla bajo compresión axial sin confinamiento.

Arcillas y limos. No se puede realizar en suelos granulares o materiales fisurados o varvados.

Su, UC

Proporciona una medida rápida y aproximada de la resistencia al corte sin drenaje. Los efectos de la alteración, la velocidad del ensayo y la migración de humedad afectan los resultados.

Corte triaxial no consolidado – no drenado (UU).

No se le permite al espécimen consolidar bajo el esfuerzo de confinamiento y se lo carga con rapidez para prevenir el drenaje del agua.

Arcillas y limos.Su, UU

La muestra debe estar cercana a la saturación. Los efectos de la alteración y la velocidad del ensayo afectan laresistencia medida.

Compresión isótropamente consolidada – drenada (CIDC).

Se permite al espécimen consolidar bajo el esfuerzo de confinamiento, y luego se lo cizalla a una velocidad lenta para prevenir el incremento en las presiones de poros.

Arenas, limos y arcillas. φ‘, c’, ESe puede realizar en un espécimen de arcilla, pero tomará mucho tiempo. Es el mejor triaxial para obtener propiedades de deformación.

Símbolos:σ‘p: Esfuerzo de preconsolidación.RSC: Relación de sobreconsolidación.Cc: Índice de compresión.Ccε: Índice de compresión modificado.Cr: Índice de recompresión.Crε: Índice de recompresión modificado.Cα: Índice de compresión secundaria.Cαε: Índice de compresión secundaria modificado.

cv: Coeficiente de consolidación vertical.k: Conductividad hidráulica.SU, UC: Resistencia al corte sin drenaje en compresión no confinada.SU, UU: Resistencia al corte sin drenaje no consolidada – no drenada.SU, CIUC: Resistencia al corte sin drenaje consolidada isótropamente – no drenada.φ‘: Ángulo de fricción pico en esfuerzos efectivos.φr‘: Ángulo de fricción residual en esfuerzos efectivos.c‘: Intercepto de cohesión en esfuerzos efectivos.E: Módulo de Young.

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Ensayos de comportamiento

Procedimiento Tipos de suelo aplicablesPropiedades


Compresión isótropamente consolidada – no drenada (CIUC).

Se permite al espécimen consolidar bajo el esfuerzo de confinamiento con el drenaje abierto. Luego se cizalla con el drenaje cerrado pero midiendo las presiones de poro.

Arenas, limos, arcillas y turbas.

φ´, c’, Su, CIUC, E

Recomendado para la medición de presión de poros durante el ensayo. Ensayo útil para estimar los parámetros de resistencia en esfuerzos efectivos. No debe aplicarse para medir propiedades de deformación.

Corte directo.El espécimen es cizallado en un plano forzado de falla a una velocidad constante, la cual es función de la conductividad hidráulica de la muestra.

Materiales de lleno compactados, arenas, limos y arcillas.

φ‘, φ’r

Requiere asumir las condiciones de drenaje. Prueba de resistencia relativamente fácil.

Permeámetro de pared flexible.

El espécimen se reviste con una membrana, se consolidad, se satura con contrapresión y se mide el flujo en el tiempo para un gradiente específico.

Materiales con permeabilidad relativamente baja (k ≤ 1 x 10-5 cm/s). Arcillas y limos.

k

Recomendado para materiales de grano fino. Se requiere saturación con contrapresión y presión de confinamiento. La permeabilidad del sistema debe ser al menos un orden de magnitud superior a la del espécimen. Se requiere tiempo para que los flujos de entrada y salida se estabilicen.

Permeámetro de pared rígida.

El espécimen se pone en una celda de paredes rígidas, se aplica confinamiento vertical y se mide el flujo en el tiempo bajo condiciones de carga hidráulica constante o decreciente.

Materiales con permeabilidad relativamente alta. Arenas, gravas y limos.

kSe requiere controlar el gradiente. No se debe emplear en suelos de grano fino. Se debe monitorear la posible filtración lateral.

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Efecto de la alteración de las muestras.



AP: Muestreo “perfecto”.AB: Perforación.BC: Muestreo en tubo.CD: Extrusión del tubo.DE: Cavitación y redistribución de la humedadEF: Tallado y montaje en la cámara triaxial.

Tallado

Línea Kf

Línea K0

Alteración de muestras durante el muestreo y tallado (Ladd & Lambe, 1963).


Rango de la RSCIntervalo de

profundidad (m)Ensayo muy bueno

si εv < (%)Ensayo aceptable si

< εv < (%)Ensayo muy

alterado si εv > (%)

1.0 – 1.20 – 10

10 – 503.02.0

3.0 – 5.02.0 – 4.0

5.04.0

1.2 – 1.50 – 10

10 – 502.01.0

2.0 – 4.01.0 – 3.0

4.03.0

1.5 – 2.00 – 10

10 – 501.51.0

1.5 – 3.51.0 – 2.5

3.52.5

2.0 – 3.00 – 10

10 – 501.0

0.751.0 – 3.0

0.75 – 2.03.02.0

3.0 – 8.00 – 10

10 – 500.50.5

0.5 – 1.00.5 – 2.0

1.02.0

Sistema de designación de la calidad de la muestra (Lacasse et al., 1985).εv es la deformación para llegar a σ’v0

Curvas de consolidación de laboratorio y campo.

En A: Condición de campo.En B: Ensayo UU.En C: Ensayo CIU.

Rel

ació

n d

e va

cío

s, e

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Ensayos de laboratorio sobre muestras de roca.



Ensayo Procedimiento Tipos de roca aplicablesPropiedades

aplicables de la rocaLimitaciones / Observaciones

Ensayo de resistencia por carga puntual.

Especímenes de roca en forma de núcleos, bloques cortados o granos irregulares se rompen mediante la aplicación de carga concentrada a través de un par de placas cónicas esféricamente truncadas.

Generalmente no es apropiado para rocas con resistencia a la compresión uniaxial menor que 25 MPa.

Proporciona un indicador de la resistencia a la compresión uniaxial

Se puede realizar en laboratorio o campo con equipo portátil. En rocas blandas o débiles se deben ajustar los resultados del ensayo para tener en cuenta la marca de las placas.

Resistencia a la compresión no confinada de un núcleo de roca intacta.

Un espécimen cilíndrico de roca se pone en un aparato de carga y se cizalla bajo compresión axial sin confinamiento hasta obtener la carga pico de falla.

Núcleo de roca intacta.Resistencia a la compresión uniaxial.

Es el ensayo más rápido y simple para evaluar la resistencia de la roca. Las fisuras u otras anomalías causarán la falla prematura.

Ensayo de corte directo en laboratorio

Un espécimen de roca se pone en la mitad inferior de la caja de corte y se encapsula en una resina sintética o un mortero. El espécimen se debe instalar de tal forma que la línea de fuerza cortante pase en el plano de discontinuidad que se quiere investigar. El espécimen se monta en la mitad superior de la caja de corte y se aplican las fuerzas normal y cortante.

Se emplea para establecer las resistencias pico y residual de la discontinuidad.

Resistencias al corte pico y residual.

Puede ser necesario hacer el ensayo de corte directo in situ si el diseño está controlado por el potencial deslizamiento a lo largo de una discontinuidad rellena con material muy débil.

Módulo elástico de un núcleo de roca intacta

El procedimiento es similar al de la resistencia a la compresión no confinada de roca intacta. También se miden deformaciones laterales.

Núcleo de roca intacta.Módulo y relación de Poisson.

Los valores de módulo (y relación de Poisson) varían debido a la no linealidad de la curva esfuerzo – deformación.

Durabilidad por desleimiento

Se ponen fragmentos de roca seca en un tambor hecho con malla de alambre parcialmente sumergido en agua destilada. El tambor se rota, se seca y se pesa la muestra. Luego de dos ciclos de rotación y secado se registra la pérdida de peso y la forma y tamaño de los fragmentos de roca remanentes.

Lutita u otras rocas blandas o débiles.

Indicador del potencial de degradación de la roca.


Ensayo de carga puntual.Equipo para el ensayo de corte directo de roca en

laboratorio.

Dial de desplazamiento vertical.

Carga normal.

Caja superior.

Caja inferior.

Dial de desplazamiento horizontal.

Muestras.

Placa con rodamientos.

Yunque

Peso colgante

Palanca de control

Bomba

Gato

Carga de corte

26/02/2016

htt

p:/

/ww

w.t

err

ag

eo

.it/

wp

-co

nte

nt/

up

loa

ds/2

01

3/0

5/P

oin

t_lo

ad

_te

st_

gra

nd

e.jp

g

http://www.controls-group.com/backend/prodotti/img_upload/img_big/1309161130110_45_d0550_e_d_rev_2_16.09.2013_2.jpg

http://www.terrageo.it/wp-content/uploads/2013/05/Point_load_test_grande.jpg

http://www.controls-group.com/backend/prodotti/img_upload/img_big/1309161130110_45_d0550_e_d_rev_2_16.09.2013_2.jpg


http://www.controls-group.com/backend/prodotti/img_upload/img_big/120308182990_advantest_9.jpg

Ensayo triaxial en roca.

http://www.matest.com/Cms_Data/Import_Data_Image/Metaprodotto/_3411_Cell

a%20di%20hoek.jpg

http://www.controls-

group.com/backend/prodotti/img_upload/img_big/1203191139100_1_hoek_cells_for_t

riaxial_test.jpg

http://www.controls-group.com/backend/prodotti/img_upload/img_big/120308182990_advantest_9.jpg

http://www.matest.com/Cms_Data/Import_Data_Image/Metaprodotto/_3411_Cella di hoek.jpg

http://www.controls-group.com/backend/prodotti/img_upload/img_big/1203191139100_1_hoek_cells_for_triaxial_test.jpg

INTERPRETACIÓN DE LAS PROPIEDADES DE LOS DEPÓSITOS DE SUELO.

Interpretación de la estratigrafía y obtención de las propiedades de deformacióny resistencia.


Interpretación de la estratigrafía del subsuelo.



Lecho rocoso

Muestras alteradas

Clasificación y propiedades índice2 a 3 días

Tamizado

HumedadMateria orgánica

Perforación, muestreo y ensayos de laboratorio tradicionales sobre las muestras recuperadas.

Límites de Atterberg

Contenido de carbonatos

Muestras alteradas:

Las muestras se toman hincando un muestreador de cuchara partida (tubo hueco) mediante golpes de un martillo.

Muestras inalteradas:

Se empuja hidráulicamente un tubo de pared delgada para recuperar muestras de suelo relativamente inalteradas para ensayos de laboratorio de propiedades mecánicas.

Muestras inalteradas

Propiedades mecánicas2 a 3 semanas

Capa 1

Capa 2

Capa 3

Capa 4

Las muestras recolectadas son:• Marcadas y selladas• Almacenadas verticalmente.• Trasportadas al laboratorio.

Toma de núcleos de roca con broca de diamante.

Consolidación

Resistencia al corte directo

Resistencia al corte y módulo en triaxial

La muestra se extrude hidráulicamente y se talla

26/02/2016

• Correlaciones entre el valor N delSPT y las propiedades de suelosgranulares (AASHTO, 1988).

• Correlaciones entre el valor N delSPT y las propiedades de sueloscohesivos (AASHTO, 1988).


Valor de N Densidad relativa

0 – 4 Muy suelto

5 – 10 Suelto

11 – 24 Medianamente denso

25 – 50 Denso

> 50 Muy denso

Valor de N Consistencia

0 – 1 Muy blando

2 – 4 Blando

5 – 8 Medianamente rígido

9 – 15 Rígido

16 – 30 Muy rígido

31 – 60 Duro

> 60 Muy duro


Variabilidad del valor de N de ensayos de SPT

Pro

fun

did

ad (

pie

s)

Pro

fun

did

ad (

pie

s)

Resistencia SPT, N (golpes / pie) Resistencia SPT, N (golpes / pie)

26/02/2016


Comparación del (N1)60 del SPT y el qt del CPT.

Co

ta (

pie

s so

bre

el n

ive

l de

l mar

)

(N1)60 (golpes / pie) & qt (toneladas / pie²) /10

26/02/2016


Clasificación del suelo basada en qt y FR (Robertson et al., 1986)

Clasificación del suelo basada en qt y Bq (Robertson et al., 1986)

Relación de fricción FR (%)

Re

sist

en

cia

cón

ica

qt(M

Pa)

Re

sist

en

cia

cón

ica

qt(M

Pa)

Parámetro de presión de poros Bq

Tipo de comportamiento del suelo (Robertson et al., 1986; Robertson & Campanella, 1988)1. Sensitivo de grano fino. 5. Limo arcilloso a arcilla limosa. 9. Arena2. Material orgánico. 6. Limo arenosos a arena limosa. 10. Arena gravosa a arena.3. Arcilla. 7. Arena limosa a limo arenoso. 11. Suelo fino muy rígido (*).4. Arcilla limosa a arcilla. 8. Arena a arena limosa. 12. Arena a arena arcillosa (*).

(*) Sobreconsolidado o cementado.

26/02/2016


Índice del material, ID.

Mó

du

lo d

el d

ilató

met

ro, E

D(a

tmó

sfe

ras)

.

Clasificación del suelo basada en el DMT.

𝑬𝑫=𝟑𝟒.𝟕

×𝒑𝟏−𝒑𝟎

𝑰𝑫 =𝒑𝟏 − 𝒑𝟎𝒑𝟎 − 𝒖𝟎

• Arcilla: ID < 0.6• Limo: 0.6 < ID < 1.8• Arena: ID > 1.8

26/02/2016


Perfil de resumen sobre límites de Atterberg.

Pro

fun

did

ad (

m)

Humedad (%)

ARCILLA muy

blanda a firme.

ARCILLA LIMOSA firme a

muy rígida.

26/02/2016


Perfil subsuperficial inferido.

Co

ta (

pie

s so

bre

el n

ivel

del

mar

)

26/02/2016

Estado de esfuerzos in situ en los depósitos de suelo.

• Esfuerzo efectivo vertical desobrecarga (σ’vo):

– Se estima a partir del peso unitario y las condiciones del agua subterránea.

• Esfuerzo efectivo horizontal:

– Se estima indirectamente mediante un factor de proporcionalidad con el esfuerzo efectivo vertical, K.

– OCR: Relación de sobreconsolidación.


Propiedades de deformación por consolidación en depósitos sedimentarios.


Definición de Cc, Cr, Cs y σ’p

Log (σ’v)

Re

laci

ón

de

vac

íos,

eRelación de sobreconsolidación, RSC = σ’p / σ’vo

Esfuerzo vertical actual.

Esfuerzo de preconsolidación o cedencia.

Índice de recompresión

Índice de hinchamiento

Índice de compresión


Perfil de esfuerzo de preconsolidación.

Elev

ació

n (

pie

s)

TURBA

ARENA LIMOSA

ARCILLA RÍGIDA

ARCILLA AZUL DE BOSTON

Consistencia media

ARCILLA AZUL DE BOSTON

Consistencia blanda

Esfuerzos in situ, σ’vo & σ’p (kPa)

Al final de la consolidación primaria.

A las 24 horas.

26/02/2016

• Evaluación del esfuerzo efectivo de preconsolidación o cedencia (σ’p) apartir de ensayos in situ (depósitos sedimentarios):

– Ensayo de cono de penetración (Kulhawy & Mayne, 1990).


𝜎′𝑝 = 0.33 𝑞𝑡 − 𝜎′𝑣𝑜 𝜎′𝑝 = 0.47 𝑢1 − 𝑢𝑜

Piezocono Tipo 1. Elemento en la punta.


𝜎′𝑝 = 0.54 𝑢2 − 𝑢𝑜

Piezocono Tipo 2. Elemento lateral.

26/02/2016

– Ensayo de dilatómetro plano.

𝜎′𝑝 = 0.51 𝑝0 − 𝑢𝑜

– Ensayo de presurómetro auto –perforante.

– Ensayo de veleta de corte (VST).


𝜎′𝑝 = 0.45 𝑝𝐿𝜎′𝑝 = 3.54 𝑠𝑢,𝑉𝑆𝑇

• Selección de parámetros de consolidación en depósitos sedimentarios:


Pro

fun

did

ad (

met

ros)

Esfuerzo de preconsolidación, σ’p (kPa) Correlación cv con LL

Límite líquido (%)

Co

efic

ien

te d

e co

nso

lidac

ión

, cv

(m²/

segu

nd

o)

Propiedades generales esfuerzo –deformación de suelos.

• El comportamiento de los suelospuede representarse como elásticoconsiderando:

– La definición de los esfuerzos de trabajo.

– El carácter no lineal de la rigidez de los depósitos de suelo.

– La relación entre la rigidez del suelo y el estado físico del mismo.

• El rango de variación del móduloelástico equivalente puede alcanzarun orden de magnitud en un mismodepósito (factor de 10).


Tipo de suelo Rango del módulo elástico equivalente (kPa)

ArcillaBlanda sensitiva

Medianamente rígidaMuy rígida

2,500 a 15,00015,000 a 50,000

50,000 a 100,000

Loess 15,000 a 60,000

Limo 2,000 a 20,000

Arena finaSuelta

Medianamente densaDensa

8,000 a 12,00012,000 a 20,00020,000 a 30,000

ArenaSuelta


10,000 a 30,00030,000 a 50,00050,000 a 80,000

GravaSuelta


30,000 a 80,00080,000 a 100,000

100,000 a 200,000

• Constantes elásticas de varios tipos de suelos basadas en el valor (N1)60 del ensayode penetración estándar (AASHTO, 1996).

• La simpleza de esta correlación no se compadece de la exigencia implícita en laconversión de los valores de N de campo en valores corregidos y normalizados(N1)60.


Tipo de suelo Módulo elástico equivalente (kPa)

Limos, limos arenosos, mezclas ligeramente cohesivas 400 (N1)60

Arenas limpias finas a medias y arenas ligeramente limosas 700 (N1)60

Arenas gruesas y arenas con algo de grava 1,000 (N1)60

Grava arenosa 1,200 (N1)60

26/02/2016

• Módulo elástico equivalente, Es.

– El carácter no lineal de los suelos semanifiesta en los ensayos delaboratorio.

– El módulo secante, Es, representa larigidez del material para deformacionespequeñas, correspondientes a lamayoría de problemas de la geotecniaen su rango de esfuerzos de trabajo.

– Por el contrario, los ensayos depenetración movilizan la resistenciapico de los materiales y actúan en unnivel de deformaciones mucho mayor.

– Esto debe tenerse en cuenta alcorrelacionar propiedades dedeformación (Es) con medidas directasde resistencia [(N1)60, qt, KD, SuVST].


Resistencia medida con ensayos in situ en el pico de la curva esfuerzo – deformación

Deformación axial, ε1

Esfu

erzo

des

viad

or

Punto medido por la mayoría de ensayos de penetración (SPT, CPT, DMT, VST)

Región correspondiente a la mayoría de problemas de deformación en geotecnia.

Estado inicial de esfuerzos.

Resistencia.(σ1 – σ3)máx.

• Módulo de corte, G, y resistencia alcorte.

– Si se caracteriza la rigidez del materialcon el módulo de cortante, G, seaprecia el mismo comportamiento nolineal.

– En la figura, tres materiales tienen lamisma resistencia, pero la desarrollancon deformaciones cortantes(distorsiones) significativamentediferentes.

– En un análisis límite de resistencia sucomportamiento es similar.

– Por el contrario, bajo las cargas deservicio la respuesta de los tresmateriales será sustancialmentediferente.


Esfu

erzo

co

rtan

te, τ

Curvas de esfuerzo – deformación – resistencia para tres geo materiales con la misma resistencia y diferentes rigideces.

Deformación cortante, γ (%)

Módulo cortante secante

Resistencia al corte

• El módulo de corte, G, sedegrada con la deformación.

• Diferentes pruebas estimandicho valor condeformaciones que difierenen órdenes de magnitud.

• Este modelo se emplea en elestudio de la respuesta dedepósitos de suelo frente ala acción de los sismos.


Variación del módulo con el nivel de deformación

Deformación cortante, γ (%)

Mó

du

lo c

ort

ante

, G

Ensayos

geofísicos

Rango para los análisis de deformación

Región para los cálculos de capacidad portante y estabilidad

Carga – descarga en PMT

Dilatómetro plano

Carga inicial en PMT Ensayos de penetración

• La estimación del módulo de cortante máximo, G0, se basa en la medición dela velocidad de onda de corte.


Métodos de campo y laboratorio para evaluar la velocidad de onda de corte.

Resistencia al corte de los suelos.

Modalidades de ensayo.


Esfuerzo cortante

CORTE SIMPLE

CORTE SIMPLE

DIRECTO

CORTE DIRECTO EN

CAJA

Esfuerzo normal

Esfuerzo normalEsfuerzo

normal

Esfuerzo cortante

Esfuerzo cortante

Compresión triaxial (carga)

Compresión triaxial

(descarga)

Extensión triaxial

(descarga)

Extensión triaxial (carga)


Compresión en deformación plana

Extensión en deformación plana Triaxial

cúbico

Corte torsional

Corte torsional en

cilindro hueco

Corte anular

Base fija

Espécimen

Comportamiento esfuerzo – deformación.


Criterio de falla de Mohr – Coulomb.


Esfu

erz

o c

ort

ante

, τ

Esfuerzo normal efectivo, σ’

σ’1σ’3

Círculo de Mohr

Punto de tangencia

φ'c'

½ (σ’1 + σ ’3)c‘ / tan φ’



Elemento de diseño Aspectos relevantes en la evaluación de la resistencia al corte

Cimentación superficial• Se requiere información sobre la resistencia al corte del suelo en profundidades de hasta dos veces el ancho de las zapatas, a menos que

se encuentren materiales débiles por debajo de dicho nivel. La profundidad de desplante de la zapata deberá considerar también la posible socavación.

Pila pre-excavada• La excavación de la pila genera alivio de esfuerzos y alteración del suelo, los cuales reducen la resistencia al corte del suelo in situ (previa a

la construcción). Las magnitudes del alivio de esfuerzos y la alteración dependen del método de construcción, del tipo de suelo, de la condición de saturación y del tipo de resistencia (fricción lateral o soporte en la punta).

Pilote hincado

• La resistencia al corte del suelo puede variar significativamente entre el momento en que el pilote (o grupo de pilotes) es (son) hincado(s) y ensayado(s) y el momento en el cual se aplican las cargas de la superestructura sobre el mismo (los mismos). El proceso de incremento de resistencia en el tiempo se observa con frecuencia en pilotes hincados en suelos de gradación fina, saturados y normalmente consolidados a ligeramente sobreconsolidados. La reducción en la resistencia, conocida como “relajación”, suele observarse en arcillas fuertemente sobreconsolidadas, limos densos, arenas finas densas y roca débil laminada. Por lo tanto, la resistencia al corte debe evaluarse en condiciones a corto y largo plazo.

• Cualquier cambio en las condiciones del sitio que afecte es estado de esfuerzos efectivos puede incrementar o reducir la resistencia al corte y la capacidad de la pila. Estos cambios pueden incluir desecación del sitio o cargas adicionales en la superficie por la construcción de un terraplén.

• Se puede presentar un incremento en la resistencia de suelos granulares debido a la densificación durante el proceso de hinca. Este incremento de la resistencia debe ser considerado en la selección de un sistema de hinca apropiado para la construcción.

Muro de contención

• El análisis de muros en voladizo y pantallas ancladas requiere la evaluación de las presiones de tierra en el lado pasivo y en el lado activo de la excavación. Para procesos de carga sin drenaje en algunos suelos arcillosos, particularmente en materiales de plasticidad media a baja, puede existir una gran diferencia entre la resistencia no drenada empleada en el lado activo y en el lado pasivo de la excavación.

• En suelos que exhiben condiciones de resistencia pico, resistencia con ablandamiento total y resistencia residual, es necesario estimar la deflexión tolerables en el muro y emplear dicho valor en la selección de la condición de resistencia apropiada para el análisis.

Taludes

• La resistencia al corte de las discontinuidades (fisuras) en suelos y rocas debe evaluarse, ya que representa la resistencia crítica para el diseño.

• La meteorización y otras reacciones físico-químicas pueden ocurrir con tal rapidez que debilitan el suelo y reducen la resistencia al corte.

• La pérdida de resistencia puede ocurrir en taludes de corte debido al ablandamiento del suelo (en presencia de agua) y la deformación continua del material. Para los análisis a largo plazo se deben emplear resistencias residuales asociadas con grandes deformaciones.

26/02/2016

Ensayo triaxial no consolidado – no drenado.


Interpretación de resultados de ensayos sin consolidación y sin drenaje

Curvas esfuerzo – deformación y círculos de Mohr de ensayos sin consolidación y sin drenaje realizados en un mismo suelo.

Ensayo triaxial isotrópicamente consolidado y no drenado.


Resultados de un ensayo de compresión triaxial consolidado (isótropamente) y sin drenaje (CIU).

Trayectorias de esfuerzos efectivos en corte sin drenaje.


Resultados del ensayo de corte directo.

Curva esfuerzo – deformación típica y representación del estado de esfuerzos con círculos de Mohr en un ensayo de compresión sin confinamiento.

• Relación entre los ensayos de resistencia en laboratorio con las condiciones encampo.


Modos de corte para una superficie de falla circular bajo un terraplén.

Ensayo de compresión (compresión en

deformación plana o compresión triaxial)

Ensayo de corte simple directo

Ensayo de extensión (extensión en

deformación plana o extensión triaxial)

Estimación del ángulo de resistencia (φ’) con ensayos in situ:


Correlación de φ’ con el parámetro N60 del ensayo de penetración estándar (SPT) en arenas limpias

Esfuerzo vertical efectivo, σ’vo (kPa)

Nú

me

ro d

e g

olp

es

en

el S

PT

(N6

0)


Correlación de φ’ con el parámetro qt del ensayo normalizado de penetración cónica (CPT) en arenas limpias

Esfu

erz

o v

ert

ical

efe

ctiv

o, σ

’ vo

(kP

a)

Resistencia a la penetración del cono, qt (MPa)


Correlación de φ’ con el parámetro KD del ensayo de dilatómetro plano en arenas limpias

Relación entre la cohesión, c’, y la presión de preconsolidación, σ’p.


Relación entre c’ y σ’p (Mesri & Abdel-Ghaffar, 1993)

Estimación de la resistencia de gravas yenrocados (no es posible realizar el SPT).

Tipo de enrocado

Resistencia a la compresión sin confinamiento de las partículas (kip / ft²)

A > 4,610

B 3,460 – 4,610

C 2,590 – 3,460

D 1,730 – 2,590

E ≤ 1,730


Estimación del ángulo de fricción en condiciones drenadas de gravas y enrocados (modificado de Terzaghi et al., 1996).

Esfuerzo normal efectivo, σ’n (MPa)

Esfuerzo normal efectivo, σ’n (kips / ft²)

Án

gulo

de

fric

ció

n s

eca

nte

, φ’ s

(gra

do

s)Valores de porosidad

Enrocado de cantera (ver Tabla con tipos A – E).

Grava arenosa bien gradada, subredondeada a subangular

Arena uniforme subredondeada

Arena uniforme subredondeada, granos muy débiles como el yeso

0.45

Arena uniforme redondeada, n0 = 0.45

Resistencia residual de los suelos.


Relación entre φ’ y el IP (Terzaghi et al., 1996)


Ángulo de fricción residual en suelos arcillosos (Stark & Eid, 1994)

Conductividad hidráulica del suelo.


PROPIEDADES BÁSICAS DE LOS MACIZOS ROCOSOS.

Definición de términos básicos y características de deformación y resistencia demacizos rocosos con discontinuidades.


Términos empleados para el mapeo geológico.


A: Tipo de roca

B: Resistencia de las paredes

G: Apertura (abierta)

M: Flujo

L: Tamaño / forma del

bloque

F: Rugosidad (i)

H: Tipo de relleno, ancho.

J: Persistencia (l)

I: EspaciamientoS1 = Sapp * sen θ

Sbedding

Sapp

D: Tipo de discontinuidad:

estratificación, falla, etc.

E: Orientaciónα: dirección de

buzamientoψ: Buzamiento

K: Número de grupos

B, J1, J2

26/02/2016


http://www.ukgeohazards.info/images/Landslides/Rockslide%20gallery/P1010036.JPG

http://www.ukgeohazards.info/images/Landslides/Rockslide gallery/P1010036.JPG



Término Descripción

A: Tipo de rocaEl tipo de roca se define por su origen (sedimentaria, metamórfica, ígnea), color (incluyendo si predominan minerales claros u oscuros), textura o fábrica (variable entre cristalina, granular, vidriosa) y tamaño de grano (variable entre bloques hasta partículas de limo / arcilla).

B: Resistencia de las paredes

La resistencia a la compresión de la roca que forma las paredes de las discontinuidades afecta la resistencia al corte y la deformabilidad. Las categorías de resistencia a la compresión varían de extremadamente fuerte (> 250 MPa) a extremadamente débil (0.25 a 1 MPa).

C: Meteorización La reducción de la resistencia de la roca debida a la meteorización afecta la resistencia al corte de las discontinuidades y del macizo.

D: Tipo de discontinuidad

El tipo de discontinuidad varía entre suaves fisuras de tensión de poca longitud hasta fallas con varios centímetros de relleno arcillosos y longitudes de muchos kilómetros. Los tipos de discontinuidad incluyen fallas, planos de estratificación, foliaciones, diaclasas, clivaje y esquistosidad.

E: Orientación de las discontinuidades

La orientación de las discontinuidades se expresa mediante el buzamiento y la dirección de buzamiento en la superficie. Alternativamente, la discontinuidad se puede representar por rumbo y buzamiento. El buzamiento de la discontinuidad es el máximo ángulo del plano con la horizontal (ψ) y la dirección del buzamiento es la dirección de la traza horizontal de la línea del buzamiento medida desde el norte en el sentido horario (α).

F: RugosidadLa rugosidad debe medirse en campo sobre superficies expuestas de al menos 2 metros de longitud. El grado de rugosidad puede cuantificarse con el Coeficiente de Rugosidad de Juntas. La rugosidad de las paredes es un importante componente de la resistencia al corte, especialmente en elementos no desplazados e trabados entre sí como juntas sin relleno.

G: AperturaLa apertura es la distancia perpendicular de separación entre las caras adyacentes de roca en una discontinuidad abierta en la cual el espacio es aire o agua. Se diferencia así del ancho de una discontinuidad rellena. Las categorías de apertura varían de cavernosa (> 1m) a muy apretada (> 0.1 mm).

H: Tipo de relleno y ancho

El relleno corresponde al material que separa las caras de las discontinuidades, la distancia perpendicular entre las paredes de roca adyacentes se denomina ancho de la discontinuidad rellena. Las discontinuidades rellenas pueden presentar un rango de comportamiento muy amplio que afecta de igual forma la resistencia al corte y la deformabilidad.

I: EspaciamientoEl espaciamiento entre discontinuidades se puede mapear en la cara del macizo rocoso y en los núcleos de perforación. Las categorías del espaciamiento varían entre extremadamente amplio (>6,000 mm) hasta muy estrecho (< 6 mm). El espaciamiento de las discontinuidades individuales tiene gran influencia en la permeabilidad y las características del flujo en el macizo rocoso.

J: PersistenciaLa persistencia es la medida de la longitud o área continua de la discontinuidad. Las categorías de persistencia varían de muy alta (> 20m) a muy baja (< 1m). Este parámetro se emplea para definir el tamaño de los bloques y la longitud de las potenciales superficies de deslizamiento. La persistencia es importante en la evaluación del desarrollo de grietas de tracción por detrás de la corona de un talud.

K: Número de familias

El número de familias de discontinuidades que se intersectan entre sí afectan la deformabilidad de la roca intacta antes de la falla. A medida que se incrementa el número de familias, se reduce el tamaño de los bloques y es más probable que estos roten, se trasladen o se rompan bajo las cargas aplicadas.

L: Tamaño y forma de los bloques

El tamaño y forma de los bloques son definidos por el espaciamiento entre discontinuidades, la persistencia y el número de familias. Las formas de los bloques incluyen bloque, tabular, astillado y columnar, mientas que sus tamaños varían de muy grande (> 8m³) a muy pequeños (< 0.0002 m³).

M: FlujoSe deben realizar observaciones del flujo en las discontinuidades. El flujo en discontinuidades sin relleno varía de escaso y seco hasta continuo. El flujo de discontinuidades con relleno varía de seco, en relleno altamente consolidado, hasta materiales lavados completamente en presencia de altas presiones de agua.

26/02/2016

Resistencia del material rocoso.


Grado Descripción Identificación en campoRango de la resistencia a la compresión uniaxial (MPa)

R0 Roca extremadamente débil Se puede tallar con la uña 0.25 – 1.00

R1 Roca muy débilSe desmorona bajo golpes firmes con la punta del martillo de geólogo. Puede ser raspada con una navaja.

1.00 – 5.00

R2 Roca débilPuede ser raspada con una navaja con dificultad. Se forma marcas superficiales con un golpe firme con la punta del martillo de geólogo.

5.00 – 25.0

R3 Roca medianamente fuerteNo se puede raspar o pelar con una navaja. Un espécimen se puede fracturar con un solo golpe firme del martillo de geólogo.

25.0 – 50.0

R4 Roca fuerteEl espécimen requiere más de un golpe con el martillo para causar fractura.

50.0 – 100

R5 Roca muy fuerteEl espécimen requiere muchos golpes con el martillo de geólogo para causar fractura.

100 – 250

R6 Roca extremadamente fuerte El espécimen solo puede ser astillado con el martillo de geólogo. > 250

Grados de meteorización del macizo rocoso.


Término Descripción Grado

FrescaNo hay señales visibles de la meteorización del material rocoso. Es posible una ligera decoloración en las superficies de las discontinuidades principales.

I

Ligeramente meteorizadaLa decoloración indica meteorización del material rocoso y las superficies de las discontinuidades. Todo el material rocoso puede estar descolorido por la meteorización y las superficies externas pueden ser algo más débiles que la roca en condición fresca.

II

Moderadamente meteorizadaMenos de la mitad del material rocoso está descompuesto o se ha desintegrado como suelo. Se presenta roca fresca o descolorida como un marco independiente o como bloques.

III

Altamente meteorizadaMás de la mitad del material rocoso está descompuesto o se ha desintegrado como suelo. Se presenta roca fresca o descolorida como un marco independiente o como bloques.

IV

Completamente meteorizadaTodo el material rocoso se ha descompuesto o desintegrado como suelo. La estructura original de la masa aún se encuentra primordialmente intacta.

V

Suelo residual

Todo el material rocoso se ha convertido en suelo. La estructura de la masa y la fábrica del material están destruidas aunque la estructura aparente permanece intacta. Pueden presentarse cambios volumétricos importantes, aunque el suelo no haya sido transportado de forma significativa.

VI

Clasificación CSIR de macizos rocosos.

• RQD: Rock Quality Designation (Deere, 1963 – 1967).

– Recuperación de núcleos (CR):

– RQD: Recuperación de núcleos no meteorizados de más de 100 mm.


𝐶𝑅 =250 + 200 + 250 + 190 + 60 + 80 + 120 𝑚𝑚

1,200 𝑚𝑚

𝐶𝑅 =1,150 𝑚𝑚

1200 𝑚𝑚= 96%

𝑅𝑄𝐷 =250 + 190 + 200 𝑚𝑚

1,200 𝑚𝑚

𝑅𝑄𝐷 =640 𝑚𝑚

1,200 𝑚𝑚= 53%

Cálculo del RQD

Cálculo de la recuperación de núcleos

Altamente meteorizadaNo satisface los requerimientos de sanidad.

Eje central de los pedazos < 100 mm y muy meteorizados.

Sin recobro

Rotura mecánica

Causada por la perforación

Lon

gitu

d t

ota

l de

per

fora

ció

n:

1200

mm

.

• Descripción de la calidad de la roca basada en la RQD.

• Además de la RQD, la clasificación CSIR de macizos rocosos (Sistema Rock Mass Rating –RMR – de Bieniawski, 1974 – 1979) considera:

– Resistencia del material intacto (compresión uniaxial / carga puntual).

– Características de las discontinuidades del macizo (disposición, geometría, relleno).

– Flujo de agua en el macizo rocoso.


Valor de la Rock Quality Designation (RQD) (%) Descripción de la calidad de la roca

0 – 25 Muy mala

25 – 50 Mala

50 – 75 Regular

75 – 90 Buena

90 – 100 Excelente


Clasificación CSIR de macizos rocosos con discontinuidades (Sistema Rock Mass Rating – RMR – de Bieniawski, 1974 - 1979)

A. PARÁMETROS DE CLASIFICACIÓN Y SUS CALIFICACIONES

1

Resistencia del material

rocoso intacto

Índice de resistencia de carga puntual

> 8 MPa 4 a 8 MPa 2 a 4 MPa 1 a 2 MPaPara este rango se prefiere el

ensayo de compresión uniaxial

Resistencia a la compresión uniaxial

> 200 MPa 100 a 200 MPa 50 a 100 MPa 25 a 50 MPa10 a 25

MPa3 a 10 MPa

1 a 3 MPa

Calificación relativa 15 12 7 4 2 1 0

2Calidad RQD de los núcleos 90% a 100% 75% a 90% 50% a 75% 25% a 50% < 25%

Calificación relativa 20 17 13 8 3

3Espaciamiento de juntas > 3 m 1 a 3 m 0.3 a 1 m 50 a 300 mm < 50 mm


4Condición de las discontinuidades

Superficies muy rugosasDiscontinuasSin separaciónParedes de roca dura

Superficies ligeramente rugosasSeparación < 1mmParedes de roca dura

Superficies ligeramente rugosasSeparación < 1 mmParedes de roca blanda

Superficies pulidas por fricción (slickensided), oRelleno de < 5 mm de espesor , o Discontinuidades abiertas 1 a 5 mmContinuas

Rellenos blando > 5 mm de espesor, oDiscontinuidades abiertas > 5 mm, o Continuas


5

Agu

a su

bte

rrán

ea

Flujo por 10m de longitud de túnel Ninguno < 25 litros / minuto 25 a 125 litros / minuto > 125 litros / minuto

Relación = Presión del agua en discontinuidad / esfuerzo principal mayor

0.0 0.0 a 0.2 0.2 a 0.5 > 0.5

Condiciones generales Completamente secoHúmedo solamente

(intersticial) Agua bajo presión

moderadaProblemas graves con el agua

Calificación relativa 10 7 4 0

B. AJUSTE DE LA CALIFICACIÓN POR LA ORIENTACIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES

Rumbo y buzamiento de las discontinuidades Muy favorable Favorable Regular Desfavorable Muy desfavorable

Calificaciones

Túneles 0 -2 - 5 - 10 - 12

Fundaciones 0 -2 - 7 - 15 - 25

Taludes 0 -5 - 25 - 50 - 60

26/02/2016


Clasificación CSIR de macizos rocosos con discontinuidades (Sistema Rock Mass Rating – RMR – de Bieniawski, 1974 - 1979)

C. CLASES DE MACIZOS ROCOSOS DETERMINADOS DE LA CALIFICACIÓN TOTAL

Calificación RMR 100 a 81 80 a 61 60 a 41 40 a 21 < 20

Clase No. I II III IV V

Descripción Roca muy buena Roca buena Roca regular Roca mala Roca muy mala

D. SIGNIFICADO DE LAS CLASES DE MACIZOS ROCOSOS.

Clase No. I II III IV V

Tiempo promedio de soporte10 años para luces de 5

metros6 meses para luces de

4 metros1 semana para luces de 3

metros5 horas para luces de 1.5

metros10 minutos para luces de 0.5

metros

Cohesión del macizo rocoso > 300 kPa 200 – 300 kPa 150 – 200 kPa 100 – 150 kPa < 100 kPa

Ángulo de fricción del macizo rocoso > 45° 40° - 45° 35° - 40° 30° - 35° < 30°

26/02/2016

Características esfuerzo – deformación del macizo rocoso.


Curvas de esfuerzo – deformación axial y diametral en muestras de roca intacta sometidas a compresión uniaxial (Foundations on Rock, 1999).

Deformación (microstrain)

Esfu

erzo

axi

al, σ

(MP

a)

Deformación diametralDeformación vertical

𝐸𝑀 𝐺𝑃𝑎 = 2 ∙ 𝑅𝑀𝑅 − 100

𝐸𝑀 𝐺𝑃𝑎 = 10𝑅𝑀𝑅−10

40

Bieniawski, 1978:

Serafim & Pereira, 1983:


Relaciones entre los esfuerzos normales y cortantes en la superficie de rotura para cinco condiciones geológicas diferentes (TRB, 1996).

Esfu

erz

o c

ort

ante

, τ


Roca débil, intacta

Roca fuerte, fracturada

Fractura rugosa

Fractura lisa

Fractura rellena

Resistencia al corte del macizo rocoso.


Efecto de la rugosidad de la superficie y el esfuerzo normal sobre la fricción desarrollada en la superficie de una discontinuidad (Foundations on Rock, 1999).

Dilatancia

Corte


Para mayor información sobre el criterio de resistencia actualizado del Profesor Hoek se puede acceder a http://www.rocscience.com/education/hoeks_corner

26/02/2016

Envolvente típica con curva de la resistencia al corte definida con la teoría de Hoek-Brown de resistencia de macizos rocosos (Hoek – Brown, 1983).

Esfu

erz

o c

ort

ante

, τ


Envolvente de Mohr

𝜏 = cot𝜑𝑖′ − cos𝜑𝑖

′ 𝑚 ∙ 𝜎𝑐8

ℎ = 1 +16 ∙ 𝑚 ∙ 𝜎′ + 𝑠 ∙ 𝜎𝑐

3 ∙ 𝑚2 ∙ 𝜎𝑐

𝑐′𝑖 = 𝜏 − 𝜎′ ∙ tan𝜑′𝑖

𝜑′𝑖 = tan−11

24 ∙ ℎ ∙ cos2 𝜃 − 1

𝜃 =1

390° + tan−1

12ℎ3 − 1

http://www.rocscience.com/education/hoeks_corner


Criterio empírico de falla:

σ‘1: Esfuerzo efectivo principal mayor.σ‘3: Esfuerzo efectivo principal menor.σc: Resistencia a la compresión uniaxial de la roca intacta.m, s: Constantes empíricas.

Calidad de la roca

Par

áme

tro

s (r

oca

alt

era

da

/ ro

ca n

o a

lte

rad

a)

RO

CA

S C

AR

BO

NO

SAS

CO

N

CLI

VA

JE C

RIS

TALI

NO

BIE

N

DES

AR

RO

LLA

DO

. (d

olo

mit

a, c

aliz

a y

már

mo

l).

RO

CA

S A

RC

ILLO

SAS

LITI

FIC

AD

AS.

(lo

do

lita,

lim

olit

a, a

rcill

olit

a y

esq

uis

to –

no

rmal

al c

livaj

e).

RO

CA

S A

REN

OSA

S C

ON

C

RIS

TALE

SFU

ERTE

S Y

CLI

VA

JE

CR

ISTA

LIN

O M

AL

DES

AR

RO

LLA

DO

.(a

ren

isca

y c

uar

cita

).

RO

CA

S ÍG

NEA

S C

RIS

TALI

NA

S D

E G

RA

NO

FIN

O D

E M

ÚLT

IPLE

S M

INER

ALE

S.(a

nd

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a, d

ole

rita

, d

iab

asa

y ri

olit

a).

RO

CA

S ÍG

NEA

S Y

M

ETA

MÓ

RFI

CA

SC

RIS

TALI

NA

S D

E G

RA

NO

GR

UES

O D

E M

ÚLT

IPLE

S M

INER

ALE

S.(a

nfi

bo

lita,

gn

eis

de

gab

ro,

gran

ito

, n

ori

ta, c

uar

zo -

dio

rita

).

MUESTRAS DE ROCA INTACTA.Especímenes de laboratorio sin discontinuidades.Calificación CSIR: RMR = 100.

ms

7.001.00

10.001.00

15.001.00

17.001.00

25.001.00

ms

7.001.00

10.001.00

15.001.00

17.001.00

25.001.00

MACIZO ROCOSO DE MUY BUENA CALIDAD.Roca fuertemente entrabada e inalterada con discontinuidades no meteorizadas con espaciamiento entre 1.0 y 3.0 metros.Calificación CSIR: RMR = 85.

ms

2.400.082

3.430.082

5.140.082

5.820.082

8.560.082

ms

4.100.189

5.850.189

8.780.189

9.950.189

14.630.189

MACIZO ROCOSO DE BUENA CALIDAD.Roca fresca a ligeramente meteorizada, ligeramente alterada y con discontinuidades con espaciamiento entre 1.0 y 3.0 metros.Calificación CSIR: RMR = 65.

ms

0.5750.00293

0.8210.00293

1.2310.00293

1.3950.00293

2.0520.00293

ms

2.0060.0205

2.8650.0205

4.2980.0205

4.8710.0205

7.1630.0205

MACIZO ROCOSO DE REGULAR CALIDAD.Presenta varios grupos de discontinuidades, moderadamente meteorizadas y espaciadas entre 0.3 y 1 metro.Calificación CSIR. RMR = 44.

ms

0.1280.00009

0.1830.00009

0.2750.00009

0.3110.00009

0.4580.00009

ms

0.9470.00198

1.3530.00198

2.0300.00198

2.3010.00198

3.3830.00198

MACIZO ROCOSO DE MALA CALIDAD.Presenta numerosas discontinuidades meteorizadas y espaciadas entre 30 y 500 milímetros; con algo de material fragmentado. Roca estéril limpia y compacta.Calificación CSIR. RMR = 23.

ms

0.0290.000003

0.0410.000003

0.0610.000003

0.0690.000003

0.1020.000003

ms

0.4470.00019

0.6390.00019

0.9590.00019

1.0870.00019

1.5980.00019

MACIZO ROCOSO DE MUY MALA CALIDAD.Presenta numerosas discontinuidades muy meteorizadas, con espaciamiento menor que 50 milímetros y presencia de material fragmentado. Roca estéril con finos.Calificación CSIR: RMR = 3.

ms

0.0070.0000001

0.0100.0000001

0.0150.0000001

0.0170.0000001

0.0250.0000001

ms

0.2190.00002

0.3130.00002

0.4690.00002

0.5320.00002

0.7820.00002

𝜎′1 = 𝜎′3 + 𝑚 ∙ 𝜎𝑐 ∙ 𝜎′3 + 𝑠 ∙ 𝜎𝑐

2

Relación aproximada entre la calidad del macizo rocoso y las constantes del material (Hoek & Brown, 1983).


Aplicabilidad del criterio de Hoek–Brown a diferentes escalas de macizos rocosos (1988).

Descripción

Intacto

Una sola discontinuidad

Dos discontinuidades

Muchas discontinuidades

Macizo rocoso

Aplicabilidad

El criterio de Hoek-Brown es aplicable, emplee los valores de s y m para roca intacta.

El criterio de Hoek-Brown no es aplicable, emplee un criterio anisótropo como el de Amadei (1988).

El criterio de Hoek-Brown no es aplicable, emplee un criterio anisótropo como el de Amadei (1988):

El criterio de Hoek-Brown es aplicable, con cuidado, para cuatro o más grupos de discontinuidades con resistencia uniforme.

El criterio de Hoek-Brown es aplicable, use la Tabla para estimar los valores de s y m del macizo rocoso.

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