CURVA GRANULOMETRICA

CLASIFICACION DE SUELOS

H L

ANGULOSIDADPrticulas que tienen bordes afilados y con superficies relativamente planas con aristas no pulidas Prticulas que son similares a las descritas como angulosas pero tienen bordes redondeados

ANGULOSA

SUBANGULOSA

Partculas que tienen lados casi plans pero con esquinas y bordes bien redondeados

Partculas que tienen igualmente lados y bordes redondeados

SUBREDONDEADA

REDONDEADA

FORMA DE LAS PARTICULASRelacin (A/E > 3) Relacin (L/A> 3)

CHATA

ALARGADA

PLASTICIDADUn hilo de 1/8" no puede ser enrollado a ningn contenido de humedad El hilo puede ser enrollado difcilmente y la masa no se puede formar cuando se encuentra ms seca que el L.P. El hilo es fcil de enrollar y no se requiere mucho para alcanzar el L.P. El hilo no puede ser enrollado nuevamente despus de alcanzar el L.P. La masa se agrieta cuando esta mas cerca que el L.P. Toma considerable tiempo en erollar y amasar para alcanzar el L.P. El hilo puede ser enrollado nuevamente vaias veces luego de alcanzar el L.P. La masa puede ser formada si agrietamiento cuando se encuentra ms seca del lmite Pltico.

NO PLASTICA

LIGERAMENTE PLASTICA

MEDIANAMENTE PLASTICA

ALTAMENTE PLASTICA

RESISTENCIA

EXPLORACIONES GEOTECNICASCUANDO? PARA QUE?

Lo que debemos responder :

Cual es el nivel de cimentacin? Que resistencia tiene el suelo?

Antes de construir cualquier obra de ingeniera se necesita investigar las condiciones del sub suelo del sitio propuesto para determinar si es adecuado y establecer su capacidad para soportar la estructura propuesta, evitando esfuerzos y deformaciones indebidas. En el caso de obras construidas con suelo, tambin se necesita verificar si el material de relleno es adecuado y seleccionar el mtodo de construccin ms apropiado.

Mayor costo :

- Diseos muy conservadores- Diseo mal estructurados

OBJETIVOS Establecer el perfil del suelo en el sitio, determinando la secuencia de los estratos en funcin con la profundidad, su espesor y continuidad lateral de cada estrato y si es necesario, la profundidad del lecho rocoso. Obtener informacin con respecto a las caractersticas del nivel fretico en el sitio. Obtencin de muestras para determinar las propiedades necesarias para la identificacin, descripcin y clasificacin de los diferentes estratos y obtener los parmetros necesarios para el diseo, cuando sea posible.

ENSAYOS DE CAMPOIdentificacinTipos y perfil de suelos Condiciones de drenaje

AnlisisMtodos Directos Mtodos Indirectos

Evaluacin Mapeamiento Impacto Ambiental

Mtodos Estadsticos

Propiedades y Parmetros

Planeamiento

Proyecto

Proyecto

Mtodos IndirectosInterpretacin Emprica o Semi-emprica

Interpretacin Racional / Analtica / Numrica

ArenasCmaras de Calibracin

ArcillasCorrelacin con ensayos de referencia

Propiedades y Parmetros Geomecnicos (f, Su, E, Cv,...)

Proyecto

Ensayos de Refraccin Ssmica Excavaciones Calicatas Trincheras Auscultaciones con Posteadora Manual Ensayo de Penetracin Dinmica Ligera (DPL) Perforaciones Ensayo de Penetracin Estndar (SPT) Cono Peck Ensayos In Situ Cono de Arena Permeabilidad in Situ

ENSAYOS DE REFRACCION SISMICA Mtodo indirecto para determinar el perfil estratigrfico y propiedades dinmicas del suelo de cimentacin.

GRAVIMTRICO MAGNETOMTRICO

EXPLORACIN GEOFSICA

REFLEXIN SSMICA

SISMOLGICO ELCTRICO GEOTRMICO RADIOACTIVODIRECTA

REFRACCIN SSMICA

ic i r ic

V1 REFRACTADA V2

Nos permite conocer propiedades dinmicas de los materiales.

Nos permite conocer la alteracin en rocas, y el soporte necesario.Vp - 3500

Vp = 2000 m/s

Q = 10

1000

Vp = 3000-5000 m/s

(Vp - 3600 ) Q= 50

EXCAVACIONES Calicatas y Trincheras: Son excavaciones a cielo abierto, se realiza hasta la profundidad mnima de 1.5 veces el ancho de la cimentacin, tomando las precauciones necesarias para evitar el desprendimiento de material de las paredes que pueda afectar la seguridad del trabajador o contaminar la muestra que se espera obtener. Norma MTC E 101

CALICATAS Nos permiten examinar las condiciones del terreno in situ en sentido vertical y proveen el acceso directo para tomar muestras o realizar ensayos in situ. Este es uno de los mtodos mas satisfactorios para conocer las condiciones del subsuelo y sus dimensiones deben ser suficientes como para que un tcnico pueda directamente bajar, maniobrar y examinar los diferentes de suelo en su estado natural, as como darse cuenta de las condiciones precisas referentes al agua contenida en el suelo y extraer dependiendo del caso muestras alteradas e inalteradas. Si se requiere entibar se puede usar madera o acero; por lo regular el entibado se hace con tablones horizontales, pero debern ser verticales y bien hincados si se tuviesen suelos friccionantes (SM, SW, SP, GM, GW, GP), situados bajo el nivel fretico.

TRINCHERAS Al igual que en las Calicatas, se busca con esta excavacin determinar los espesores, caractersticas y condiciones de los estratos de suelos, pero a diferencia de la anterior, las trincheras se realizan en zonas de corte o donde la topografa nos permita con una simple limpieza o desbroce determinar la estratigrafa que compone la zona de estudio, por lo general sus dimensiones corresponden a un rectngulo y en este caso permite examinar de forma horizontal.

AUSCULTACIONES CON POSTEADORA MANUAL (MTC E 102)Con el objeto de identificar los diferentes estratos de suelo y su composicin, se ejecutarn extracciones manuales con el equipo Auger con la finalidad de obtener muestras de diferentes estratos para luego realizar los ensayos de laboratorio que permitirn la realizacin de los registros y perfiles estratigrficos. La profundidad de ellas sera la que se permita o sea indicada en campo y dependera de los tipos de suelo (por lo general es aplicaples solo para suelos con cohesin). Este equipo consiste en una cuchara de 10 de longitud por 2 de dimetro, a la cual se une tuberas de fierro galvanizado de dimetro de 1 y 40 de longitud, que van aadindose segn la profundidad del sondeo; en la parte superior lleva una manivela de manera que se ejerce una fuerza de derecha a izquierda, con la finalidad de cortar y extraer muestra del suelo. Este mtodo reemplaza a la calicata en suelos donde el nivel de agua es alto sin alterar el medio donde se realiza el ensayo. (ver grfico adjunto).

Muestra N1 Muestra N2Muestras Representativas

ENSAYO DE PENETRACION DINAMICA LIGERA DPL(DIN 4094)Adicionalmente a las exploraciones con el equipo Auger, se requiere realizar ensayos de penetracin dinmica ligera (DPL), con la finalidad determinar las condiciones de resistencia del terreno donde se llevaran a cabo las obras de arte y la cimentacin del canal. El ensayo DPL (DIN 4094), consiste en el hincado continuo en tramos de 10 cm de una punta cnica de 60 utilizando la energa de un martillo de 10 kg de peso, que cae libremente desde una altura de 50 cm. Este ensayo nos permite obtener un registro continuo de resistencia del terreno a la penetracin, existiendo correlaciones para encontrar el valor N de resistencia a la penetracin estndar en funcin del tipo de suelo, para cada 30 cm de hincado. (ver grfico adjunto). As mismo se aclara que este tipo de ensayo no altera de ninguna manera el medio en el que se realiza y la ubicacin de los puntos de investigacin se han programado en las zonas de estudio.

PARAMETROS DE LA RESISTENCIA AL CORTE c Y f La primera hiptesis sobre la resistencia al corte de un suelo fue presentada por Coulomb (1773) como

donde: tf es el esfuerzo cortante total en el plano de falla s es el esfuerzo normal al plano de falla f es el ngulo de friccin del suelo c es la cohesin del suelo

ENSAYO DE CORTE DIRECTO

VALORES TIPICOS DE ANGULO DE FRICCION

ENSAYO DE COMPRESION NO CONFINADA

ENSAYO TRIAXIAL

Determinacin del Angulo de Friccin Interna

Determinacin de la cohesin

PERFORACIONES Se realiza mediante diversas tcnicas de perforacin cuya eleccin depende del dimetro necesario en la perforacin, de la profundidad de exploracin y de la localizacin del sitio. En estos sondeos exploratorios las muestras de suelos obtenida es completamente alterada, suele ser representativa del suelo en lo referente al contenido de agua, por lo menos en suelos muy plsticos. Dentro de los mas conocidos tenemos al SPT y Cono Peck.

ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR ( SPT ) (ASTM D 1586 - MTC E 119) Es el mas aplicable para la exploracin de suelos, comprende dos etapas, el sondeo y el muestreo. Describe un procedimiento para obtener muestras y medir la resistencia del suelo a la penetracin de un muestreador normalizado, fundamentalmente para SUELOS NO COHESIVOS, (arenas) pudiendo ser usados en suelos cohesivos solo para recuperar muestras o para determinar un valor cualitativo de la resistencia. Norma MTC E 101

COMPACIDAD RELATIVA DE LA ARENA Numero de golpes Compacidad relativa

RESISTENCIA DE LOS SUELOS COHESIVOS Numero de golpes Compacidad relativa

045 - 10 11 20 21 30 31 50 Mas de 50

Muy SueltaSuelta Firme Muy Firme Densa Muy densa

30

Muy BlandaBlanda Media Firme Muy Firme Dura

ESQUEMA GENERAL DEL ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR ( SPT )

CONO PECK En suelos con grava y en roca se remplaza el extremo abierto del equipo por un cono. Las investigaciones muestran una similitud general entre los valores N para ambos tipos de suelo con la misma densidad. Este mtodo consiste en penetrar una punta cnica en el suelo y medir la resistencia que el suelo ofrece. En la prueba dinmica puede usarse un penetrmetro cuyo ngulo en la punta corresponde a 60 y un dimetros de 50.8 mm. Este aditamento es atornillado al extremo de la tubera de peroracin del equipo SPT, que se golpea en su parte superior de un modo anlogo al que se realiza en la prueba de penetracin estndar. Esta prueba se realiza por dos razones bsicas, su economa y su rapidez pues al no haber operaciones de muestreo no existe procedimiento de retirar la tubera de perforacin y obtener las muestras.

ENSAYOS IN SITU Los ensayos in situ que por lo general se realizan en las exploraciones de campo son el ensayo de densidad con el cono de arena y el ensayo de permeabilidad. Estos ensayos proporcionan datos importantes de las caractersticas del suelo como son: la densidad o peso volumtrico y permeabilidad. Por lo general estos se realizan dependiendo de las caractersticas del material, ya que si los suelos son cohesivos se recomienda la extraccin de muestras inalteradas con el fin de obtener los mencionados parmetros en laboratorio.

CONO DE ARENA (ASTM D 1556) La medida de la densidad del material en el terreno puede hacerse, as mismo, extrayendo una muestra de suelo y midiendo el volumen del hueco dejado por el material extrado. Este puede medirse mediante el empleo de agua, aceite o arena. Este ensayo se ejecuta bajo la norma ASTM D 1556. (Uso exclusivo para suelos granulares)

PERMEABILIDAD IN SITU La mejor manera de evaluar la permeabilidad de un depsito de material granular situado debajo del nivel fretico es llevando a cabo una prueba de permeabilidad in situ. Estas pruebas tienen su mayor aplicacin en los trabajos de cimentacin de puentes, edificios grandes y en presas, en las cuales se puede hacer descender el nivel de agua fretica (Martnez, 1991). Existen varios mtodos permeabilidad in situ, aqu presentaremos slo algunos de ellos.

b) Prueba de tubo abierto:Consiste en la evaluacin del coeficiente de permeabilidad k, por la observacin y las mediciones de la fluctuacin del nivel de agua, en un pozo perforado. Lo cual podra hacerse introduciendo agua en el pozo y medir el ritmo o velocidad de filtracin de esta agua en el terreno. En la Figura 3 tenemos que para un intervalo de tiempo Dt se mide Dh, conociendo r y h, se aplica:

Profundidad de Investigacin

Nmero de Investigaciones

1. Teora de deformacin unitaria mxima (Saint-Venant)

Define que la falla ocurre cuando se alcanza la mxima deformacin unitaria que experimenta el material en compresin o flexin

2. Mohr-Coulomb

Es la teora ms usada en la actualidad. Se atribuye la falla al esfuerzo cortante y se acepta que ste depende del esfuerzo normal actuante en el plano de falla, se acepta que la relacin entre ambos esfuerzos no es constante

3. Criterio de Hoek Brown Generalizado

Ideal para grandes esfuerzos; ampliamente usado en diseo de tneles.

4. Criterio de Barton Bandis

Roca Intacta: Roca sin fracturas Caracterizacin. Densidad Deformabilidad Resistencia (CUS, cohesin, ngulo friccin) Mtodos de Caracterizacin. Medicin directa de propiedades fundamentales Ensayos ndices

Caracterizacin Roca Intacta Martillo Schmidt

Masa Rocosa: Roca intacta + DiscontinuidadesCaracterizacin Masa Rocosa : Ensayos directos Mtodos indirectos Mtodos empricos

Resistencia al corte del macizo rocoso

CLASIFICACION GEOMECANICA BIENIAWSKIResistencia de la roca intacta Valoracin 0-15

Densidad de las discontinuidades RQD : 0-20 Espaciamiento: 0-20 Valoracin 0-40

RMRbsico 0 - 100

Ajuste Orientacin De discontinuidades Tneles: 0 (-12) Cimentaciones: 0 (-25) Taludes: 0 (-60)

RMR 0 - 100

Condicin de las discontinuidades Valoracin 0-30

Condicin de l agua subterrnea Valoracin 0-15

AL NO DISPONER DE SONDAJES DIAMANTINOS, EL RQD PUEDE CALCULARSE, DEFINIENDO UN RQD SUPERFICIAL SEGN LA SIGUIENTE EXPRESIN:

RQD (%) = 115 - 3.3 x Jv DONDE: Jv = N DE JUNTAS POR METRO CUBICO Jv = Jx + Jy + Jz PARA Jv < 5 ==> RQD = 100

CLASIFICACION GEOMECANICA BIENIAWSKIResistencia de la roca intacta Valoracin 0-15

Densidad de las discontinuidades RQD : 0-20 Espaciamiento: 0-20 Valoracin 0-40

RMRbsico 0 - 100

Ajuste Orientacin De discontinuidades Tneles: 0 (-12) Cimentaciones: 0 (-25) Taludes: 0 (-60)

RMR 0 - 100

Condicin de las discontinuidades Valoracin 0-30

Condicin de l agua subterrnea Valoracin 0-15

CLASIFICACION GEOMECANICA BIENIAWSKIResistencia de la roca intacta Valoracin 0-15

Densidad de las discontinuidades RQD : 0-20 Espaciamiento: 0-20 Valoracin 0-40

RMRbsico 0 - 100

Ajuste Orientacin De discontinuidades Tneles: 0 (-12) Cimentaciones: 0 (-25) Taludes: 0 (-60)

RMR 0 - 100

Condicin de las discontinuidades Valoracin 0-30

Condicin de l agua subterrnea Valoracin 0-15

Resistencia al corte del macizo rocoso

CLASIFICACIN DEL NGI (Q) RQD : PARMETRO DEFINIDO POR DEERE Jn Jr Ja Jw : INDICE DE NMERO DE FAMILIAS DE FRACTURAS : INDICE DE RUGOSIDAD : INDICE DE ALTERACIN DE LAS PAREDES DE LAS FRACURAS : INDICE DE FLUJO DE AGUA

SRF : INDICE DEL ESTADO DE TENSIN DEL MACIZO ROCOSO (STRESS REDUCTION FACTOR)

PLANTILLA PARA CLASIFICACIN DEL

NGI ( Q )

Q = (RQD / Jn) x (Jr / Ja) x (Jw/ SRF)Q = (RQD / Jn) x (Jr / Ja) GSI = 9 Loge Q +44

PARAMETROS DE RESISTENCIA DEL MACIZO ROCOSOMODULO DE DEFORMACION Em

CRITERIO DE FALLA DE HOEK - BROWN

PARAMETROS DE RESISTENCIA CORTANTE

CAPACIDAD ADMISIBLE

. se realizar la evaluacin de la estabilidad de los taludes existentes a lo largo de la alineacin del trazo...

Resistencia al corte del macizo rocosol Indice RMR de Bieniawski (1979)

Resistencia de la roca intacta. Designacin de la calidad de la Roca (RQD) Espaciamiento de Discontinuidades. Estado de las Discontinuidades. Condiciones del Agua Subterrnea.

Orientacin de las Discontinuidades.

l Indice Q de Barton (1974) l Indice RSR de Wickmac (1972) l Criterio Emprico de Hoek y Brown

ESTABILIDAD DE TALUDES EN ROCA (RMR - SMR)Resistencia de la roca intacta Valoracin 0-15

Ajuste por dao de voladura 0.80 - 1.0

Densidad de las discontinuidades RQD : 0-20 Espaciamiento: 0-20 Valoracin 0-40

RMR Bsico 0 - 100

Ajustes por esfuerzo in-situ y cambio de esfuerzo 0.60 - 1.2 Fallas y fracturas mayores 0.70 - 1.0

SMR 0 - 100

Condicin de las discontinuidades Valoracin 0-30

Condicin de l agua subterrnea Valoracin 0-15

Ajuste por orientacin de las discontinuidades

GRADOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES EN MACIZOS ROCOSOS

VALORACION POR GRANULOMETRIA

VG

( P x FTi 1 i

N

i

x F)

200

VALORACION POR ANGULO Y COMPACIDAD

VAC C x A

VALORACION POR ALTURA DEL TALUD, ALTURA CRITICA Y SU UBICACION

hcr h x5 htalud

VHU h x U

VALORACION POR CONDICIONES DEL AGUACondiciones del Agua Subterrnea Completamente seco Hmedo Goteo Flujo Valoracin (VCA) 0 2 3 5

VALORACION POR ALTERACION DE LAS PARTICULASGrado de alteracin de las partculas Cristales primarios Medianamente alterado Alterado Valoracin (VAP) 0 1 2

VALORACION POR SUSCEPTIBILIDAD AL DESLIZAMIENTOSusceptibilidad al deslizamiento y grado de erosin Nulo Medio Alto Valoracin (VED) 0 5 15

ESTABILIDAD DE TALUDES EN SUELO (ETS)Granulometra del material - Angularidad Valoracin 0-5 Compacidad / Angulo del Talud Valoracin 0-5 Altura del Talud y Altura Crtica ETS - Bsico 0 - 42

Valoracin 0-10Condiciones del Agua Subterrnea Valoracin 0-5

Alteracin de las PartculasValoracin 0-2 Susceptibilidad al Deslizamiento Valoracin 0-15

GRADOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES EN SUELOS

TALUD INFINITO

TALUD INFINITO CON FILTRACION

SISTEMAS DE PROTECCION Y REFUERZO FRENTE A INESTABILIDAD DE TALUDES- Mtodos de Proteccin - Estabilizacin o RefuerzoVEGETACION. Atenuacin efectos del viento Efecto hidrolgico

SISTEMA DE EVALUACION

. se realizar la evaluacin de la estabilidad de los taludes existentes a lo largo de la alineacin del trazo...

ETS (Suelos)

RMR-SMR (Rocas)

GRADO DE ESTABILIDAD E0: Totalmente Estable E1: Normalmente Estable E2: Inestable E3: Crtico

Factores que controlan los

deslizamientos

Tipo de material Tipo de movimientos Factores condicionantes y desencadenantes

Tipo de Material

Macizos rocosos Suelos Materiales de relleno

Tipo de Movimientos

Desprendimientos Volcamientos (Toppling), por flexin,de bloques Deslizamientos rotacionales y de traslacin (Planar, Cua)

FUERZAS PROVOCADORAS DE LA INESTABILIDADESFUERZOS DEBIDO AL CAMPO TECTONICO ACCIN GRAVITACIONAL PRESENCIA DE AGUA, ETC., RESIDUAL

FUERZAS RESISTENTES DEL MACISO ROCOSO COHESIN FRICCIN DEL MATERIAL.

124

LOS MTODOS FRECUENTEMENTE UTILIZADOS EN EL ANLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES EN ROCA, BUSCAN DETERMINAR EL EQUILIBRIO LIMITE ENTRE LAS ROCAS FACTIBLES DE DERRUMBAR. SE HAN DESARROLLDO MODELOS PARA SUPERFICIES DE FALLA QUE PLANTEAN PROCEDIMIENTOS DE ANLISIS PARA LA ESTABILIDAD DE BLOQUES LIMITADOS POR PLANOS DE DISCONTINUIDADES GEOLGICAS (FALLAS, FRACTURAS).

125

PROBLEMAS MAS COMUNES QUE SE PRESENTAN EN LA ELECCION DEL TIPO DE SOSTENIMIENO:

Dificultades en la prediccin de las posibles zonas desde donde se originan los desprendimientos y las posibles trayectorias de los fragmentos.

Las dimensiones de la roca tipo, as como de la energa con que las mismas pueden llegar a la zona donde se pretende detener.La influencia que pueda ejercer el material del que est compuesta la ladera donde se produce el desprendimiento.

BLOQUE EN FORMA DE PARALELEPIPEDO EN MOVIMIENTO

CONDICION INCIAL DE UN BLOQUE ANTES DE LA CAIDA DESDE LA CORONACION DEL TALUD

PROGRAMA DE SIMULACION DE LA CAIDA DE ROCAS: (CAIDAM) La simulacin mediante ordenador permite determinar los caminos y trayectorias de bloques inestables que caen de los taludes de roca. Variable que afectan Longitud mxima de recorrido. Altura. Velocidad. Energa alcanzada durante la cada. Cada Libre. Rebote. Rodadura. Deslizamiento. Simula el paso instantneo de una forma de movimiento a otra.

Anlisis de la cada

Consideraciones de Programa: Bloque individual como un punto de masa m y velocidad v. Trayectoria balstica del bloque mientras est en el aire. Cuando el bloque se pone en contcto con la superficie del talud las componente de la velocidad se reducen por kn (Coeficiente de restitucin normal) y kt (Coeficiente de restitucin tangencial) Resultados que brinda el programa: Energa Cintica de los bloques en los distintos tramos a lo largo del talud. Velocidades de los bloques. Alturas de rebote de los bloques

ELECCION DEL TIPO DE SOSTENIMIENTO Cunetas al pie del talud

PROTECCION CONTRA CAIDA DE ROCAS

Pantallas o barreras de proteccin - Pantallas estticas - Pantallas dinmicas Semitneles o falsos tneles

PARAMETROS DE DISEO