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Indice

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FUNDACIONES SUPERFICIALESInforme Geotécnico en proyectos de edificios

Tipo de edificio,cargas, etc.

Cimentacióndirecta (zapatas,losas )

Toleranciasdel edificio

Deformabilidad

Influencia del NFsobre la const.

Terreno granular( arenas, gravas )

Optimizaciónde excavaciones

Roca aflorante apequeña prof.

Problemas deinteracción conedif.adyacentes

Cimentaciónprofunda ( pilotes )

Análisis segúntipo de edificio

Deformabilidad

Resistencia

Terreno cohesivo( arcillas )

Tipo de terreno

Antecedentes einformación previa

Reconocimientogeotécnico

Pruebas y ensayos

Baja Alta

Media

Estrictas

Amplias

Alta

BajaMedia

Media

Baja

Alta

Si

No

NegativoPositivo

Etapas de un Proyecto de Fundaciones

Geología Hidrogeología

Correlaciones

Parámetrosgeotécnicos

Informe Geotécnico

Ensayos

Reconocimientos

Antecedentes

Modelos decomportamiento

Problemasconstructivos

Interacción con elentorno

Acumulación deexperiencia

Resultado Mejora delproyecto

Control delcomportamiento

Sistema deestructuramiento

del terreno

Definición dela cimentación

Implantación

Condicionantes

Coeficientes deseguridad

Normativa

Tipología

Tecnología

Proyecto

Ejecución

Estudio Geotécnico

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RECONOCIMIENTO DEL TERRENOEstudio Geotécnico

Antes de construir cualquier obra de ingeniería, se debe tener presente :

• Las condiciones del subsuelo y sus posibles problemas• Su capacidad portante y deformabilidad• Sus características como material de construcción

Características del proyecto y objetivo del estudio

Características geotécnicas del sitio

Solución de fundación o del tema geotécnico de estudio

Recomendaciones para el procedimiento constructivo

Un estudio geotécnico debe incluir entre otros temas:

Geologíadel lugar

Topografía

Reconocimientogeológico

Naturalezadel suelo

Problemasa resolver

Ensayosgeotécnicos

Método de estudio

Asientos Estabilidad

Cimientos

En desniveles ysubterraneos

Contenciones

Estabilidadde pendiente

Adaptaciónal lugar

Agotamientos

Estabilidad de fondoy paredes de la

excavación

Socalzados

Condicionesde ejecución

Problema Habitualesa resolver

RECONOCIMIENTO DEL TERRENOEstudio Geotécnico

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RECONOCIMIENTO DEL TERRENOTrabajos a realizar

La cantidad y calidad de los trabajos de reconocimiento, queda definidos por :

Tiempo disponible

Importancia de la obra

Nivel de estudio( Factibilidad, previo,

anteproyecto,proyecto)

Tipo de terreno

RECONOCIMIENTO DEL TERRENOUbicación de los sondajes

SONDAJE : Prospección que busca detectar en forma razonablemente confiable, la extensión, espesor y carácter de suelos y rocas existentes destacando irregularidades importantes del subsuelo.

120 - 150 mentre sondajes

Uniformidaddel subsuelo

30 m entre sondajeso 1 c/ 1000 m2

Vías deacceso

15 a 7,5 mentre sondajes

Variabilidaddel subsuelo

Reconocimientopreliminar

Un criterio puede ser:

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RECONOCIMIENTO DEL TERRENOOtro Criterio de Ubicación de Sondajes

Estructura u obra Espaciamiento ( m )Carretera 300 - 600Presa de tierra - Diques 30 - 60Excavación para empréstito 30 - 120Edificio de varios pisos 15 - 30Edificio industrial de un piso 30 - 90

ESPACIAMIENTO DE SONDEOS

Bulbo de presiones

Consideraciones del diseño :

FS, asientos, infiltración de aguas, etc.

RECONOCIMIENTO DEL TERRENOProfundidad de los sondajes

La profundidad de los sondajes depende de :

Profundidad del estrato con capacidad de soporte adecuado

Tamaño y características de laestructura propuesta

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Algunas recomendaciones son:

Prof. mín.10% del bulbo

Zapata aislada1,5-2,0 B

Zapata corrida2,5 B

Teoríade Boussinesq

Prof. que cumpla∆ σ = 0,10 σo’

Regla deE. de Beer

Teoríade sobrepresiones

Otras recomendaciones

RECONOCIMIENTO DEL TERRENOEtapas del Estudio Geotécnico

1. Recopilación de antecedentes y reconocimiento geológico

2. Exploración Preliminar

3. Exploración detallada de muestras representativas y no perturbadas

4. Exploración complementaria y/o exploraciones especiales

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1.- RECOPILACION DE ANTECEDENTES Y RECONOCIMIENTO GEOLÓGICO.

• Registros Geológicos y Geofísicos• Comportamiento de estructuras existentes• Topografía y fotografía aérea• Zonificaciones de suelos• Servicios ( MOP, Municipalidades, etc )• Sismicidad• Clima• Napa freática

Como fuentes preliminares de información se tienen :

- Recopilar y evaluar los datos disponibles del subsuelo del sector- Reducir la extensión de la exploración.

Objetivo :


Dentro de esta etapa algunos métodos de exploración son:

2.- EXPLORACIÓN PRELIMINAR

Objetivo :

- Obtener el Perfil del subsuelo y muestras representativas de los estratos principales

- Obtener posición del nivel freático- Determinar efecto de subpresiones - Determinar la línea de roca, etc.

- Sondajes por Presión, Percusión o Rotación- Veleta- Mediciones presiométricas

• Reconocimiento Geofísico y sísmica de pozos• Ensayos de Penetración

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- Obtener perfiles detallados del suelo (muestras inalteradas de 2” a 3” de diámetro) y propiedades principales.

- Obtener muestras aproximadamente continuas de empréstitos de materiales

- Determinar el nivel de presión hidrostática del agua subterránea

Superficiales : Calicatas y ZanjonesProfundas : Muestradores tubulares abiertos, de pistón, testigos

de corona y sondeos de penetración.

Métodos según la profundidad :

3.- EXPLORACIÓN DETALLADA

Objetivo :


4.- EXPLORACIONES ESPECIALES

• La estructura es de gran tamaño• Las condiciones del subsuelo se asocian a modelaciones

muy difíciles.• Se quiere determinar simultáneamente características de

resistencia y deformabilidad en una misma capa y profundidad.• Se trata de suelos o condiciones de fundación “especiales”

Se utilizan cuando :

Obtener muestras generalmente no perturbadas (a veces de 4” o más de diámetro) desde los estratos considerados como críticos

Objetivo :

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RECONOCIMIENTO DEL TERRENOMétodos de Reconocimiento

DirectosResultados inmediatos

( Ensayos In Situ )

METODOS

IndirectosResultados no inmediatos( Ensayos en Laboratorio )

Calicatas, Zanjas y Pozos

Sondajes

Prospección Geofísica

Ensayos de Penetración

Veleta de Corte

Placa de Carga

Ensayo Presiométrico

Ensayo de Permeabilidad

ManualEstáticoDinámico:CPT,SPT

Manuales; por Presión;por Rotación y por Percusión

RECONOCIMIENTO DEL TERRENOMétodo de Muestreo Indirectos

• Excavación en el terreno, cuyo propósito es obtener la estratigrafía y muestras inalteradas, para someterlas a los ensayos necesarios en laboratorio

• El número mínimo de pozos por obra y su profundidad ya ha sido comentado, pero sus dimensiones mínimas en planta y profundidad están en función del tipo de estructura y del tipo de suelo

• Dentro de ellos se miden a distinta profundidad densidad , humedad, pesos específicos y se retiran muestras representativas

• Para suelos granulares limpios ( sin cohesión ) se “ moldean “ o fabrican muestras a la humedad y densidad del terreno, como alternativa a ensayos “in situ”

CALICATAS, ZANJAS Y POZOS

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• Perforaciones de pequeño diámetro ( entre 3 a 6 “ ) y de gran profundidad ( hasta 150 m )

• En caso de obtener muestras inalteradas, éstas se protegen con parafina sólida y se llevan al laboratorio.

SONDAJES

ROTACION: testigos no perturbados ( rocas y suelos duros)

PERCUSION : Muestras alteradas (gravas, suelos cementados)

POR PRESIÓN : inalterados (suelos blandos)

Tipos de

Sondajes

TIPOS DE SONDAJES


Sondaje por Presión

• Se usa para perforaciones en suelos blandos• Profundidad máx. 5 - 6 m• Para la extracción de la muestra, el barreno se

reemplaza por un tubo de muestreo

Barreno manual y muestreador

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Sondaje por Percusión

• Eficiente en suelos granulares medios a finos y menos en suelos blandos libres de piedras o rocas.

• El método consiste en introducir mediante un martinete, un conjunto de barras con un muestreador en la punta

• Se obtienen muestras o testigos alterados• La obtención de muestras inalteradas es

con muestreadores cilíndricos del tipo ShelbyMuestreador Cilíndricoφ interno 1 3/8”φ externo 2”Largo variable ( 6 -42” )

Equipo de perforación por Percusión

RECONOCIMIENTO DEL TERRENO

Sondeo y ensayo de Penetración Dinámica

SPT

• Se hinca en el suelo el muestreador, por medio de un martinete de 65kg de masa, que cae desde 0,76 m de altura

• Se registra el número de golpes N para los últimos 30 cm de penetración

• Diámetro de perforación entre 150 y 300 mm• Profundidad máxima de 50 - 60 m• Se obtiene el índice de resistencia a la

penetración N y permite estimar la densidad relativa y otros parámetros de resistencia y deformación.

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SONDAJE S.P.T.

CUCHARA NORMAL

SPT

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Informe estratigráfico obtenido mediante ensayo SPT

RECONOCIMIENTO DEL TERRENOEnsayo de Penetración Dinámica SPT


• Utilizado en rocas y suelos duros• Obtiene muestras inalteradas, mediante

rotación, empuje vertical y lavado.• El muestreador emplea en la punta, un material

más duro que el que se quiere penetrar, del tipo corona diamantada.

• Necesidad de un líquido lubricante, agua a presión controlada

• La calidad de la roca se puede medir relacionando el n

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de trozos menores de 10 cm, con el largo total: Indice de Recuperación o RQD

• Existen otras alternativas de perforación por medio de Trepano

Sondaje por Rotación

Perforadora con broca de corona que gira a velocidad de 600 a 1200 rpmEl barril muestreador posee diámetro de 30 a 100 mm

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SONDAJE POR ROTACION

Cabezal

conductos

Tubo exterior

Tubointerior

Brocacortanúcleos

Muestreador

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RECONOCIMIENTO DEL TERRENOMétodos de Muestreo Indirectos

PROSPECCIÓN GEOFÍSICA

• Procedimientos económicos para determinar límite de los estratos del suelo, niveles de roca y freáticos

• Se basa en la variación de un estrato a otro de:

Resistencia eléctricaElasticidadSusceptibilidad magnética.

hd d d

IE

Electrodode corriente

Electrodode potencial amperímetro

voltímetro

Configuración de Wennerpara Método de Resistividad

Distancia

Tiempox

Onda refractada

Onda directa

Curva de tiempode primer arribo

Método de Refracción Sísmica

- Método de resistividad eléctrica- Método de reflexión sísmica- Método de refracción sísmica

• Se pueden emplear 3 métodos:

RECONOCIMIENTO DEL TERRENOMétodos de Muestreo Indirectos

Resistividad Eléctrica

• Se basa en la presencia de aguas subterráneas que contienen sales, las que conducen corrientes apreciables a corta distancia.

• Se hincan 4 eléctrodos separados entre sí y a medida que cada uno cruza una interfase, se registran cambios en la resistividad.

Refracción Sísmica• Se basa en la diferencia de velocidad de las ondas

sísmicas al atravesar diferentes materiales• Afectan a la velocidad : ondas de choque, humedad,

densidad, textura, presencia de vacíos y elasticidad.• Se genera una onda sónica recepcionada por geófonos,

los cuales registran los cambios de la velocidad de onda.

Reflexión Sísmica• Se utiliza en exploraciones profundas ( > 300 m ) y para

exploraciones bajo agua a poca profundidad.• Similar al anterior, se emite una pulsación sónica que se

refleja en el lecho marino y el arribo de ondas se detecta con hidrófonos .

• Se obtienen rápidamente perfiles laterales y verticales

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Métodos DirectosResultados inmediatos

( Ensayos In Situ )

RECONOCIMIENTO DEL TERRENOMétodos de Muestreo Directos

MEDICIÓN REQUERIDA PRUEBAS MEDICIÓN REQUERIDADe Penetración: SPT Compacidad relativa y N

Resistencia al corte Veleta de cortePresiómetro Compresibilidad

Capacidad de carga Placa de cargaEsfuerzo in situ Piesómetro Presión de Poros

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Ensayo de PenetraciónEstática

( Deep soundering )

• Popular a nivel mundial (poco en Chile)• Uso en obras de fundaciones profundas y

en suelos blandos• Se utiliza un gato hidráulico con carga, y

una camisa, en donde se introduce la punta

Presión para hundir barra

Presión parahundir punta

Resistenciade punta

Resistenciade roce

z

Presión ( barra ) Kg- f / cm2

Manómetro

Revestimiento

Punta o barraAnclajes

Fuerza variableo continua

ENSAYOS DE PENETRACIÓN


• Un conjunto de barras terminadas en un cono normalizado, se hunde mediante la energía de la masa de 63,5 kg que cae desde 75 cm de altura

• Se registra N ( n��

de golpes ) cada 30 cm.• Este sondaje no permite extraer muestras• La correlación entre N y la resistencia del

suelo es buena en arenas y regular para suelos cohesivos

• Se limita su validez hasta profundidades del orden de 10 m

• Este sondaje no registra la profundidad de la napa

Ensayo de PenetraciónDinámica

CPT


Ver diagramas de equipo

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Ver Ensayo portatil

N COMPACIDAD φ<4 muy floja <29

4-10 floja 29-30 10-30 media 30-36 30-50 alta 30-41>50 muy alta >41

Ensayo de PenetraciónDinámica

CPT


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• Ensayo de Paleta o Veleta de corte• Se utiliza en suelos cohesivos blandos• Mide la resistencia al corte en función de la

cohesión, a través del torque necesario para hacer girar una paleta

τ = τ = τ = τ = c• La paleta se introduce dentro del pozo de

sondaje • Dependiendo de la naturaleza del suelo es

posible aplicarlo hasta 60 o 70m

ENSAYO VANE TEST

T

φ φ φ φ

Radio


ENSAYO DE PLACA DE CARGA

• El ensayo consiste en aplicar al suelo distintos estados de carga y registrar la deflexión producida en ellos.

• Se utiliza para evaluar la capacidad de soporte de subrasantes, bases o pavimentos completos.

• La carga se aplica por medio de un gato hidráulico y la deflexión producida se mide con diales colocados cerca del borde inferior y distribuidos regularmente en su perímetro.

• La deflexión para cada carga se alcanzará cuando no se aprecie un mayor incremento de ella , generalmente cuando la deformación no sea mayor a 0,025 mm por minuto.


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Def.Plástica Rebote elásticoCurva con aplicacióncíclica de la presión

Información por obtener de un ensayo de placa : E, Cc , K , Valor de soporte

Curva deformación v/s tiempo

Def

orm

ació

n

Tiempo Deformación

Curva Presión v/s Deformación con descarga

Ciclosde def.

Curva de carga repetida

Deformación Pre

sión

Nor

mal

Pre

sión

Nor

mal

Pre

sión

Nor

mal


Con los resultados obtenidos del ensayo Placa de carga , se obtiene el módulo de reacción según :

• El módulo de reacción del suelo depende de la deformación que se tome como referencia

• La medición del módulo de reacción es sensible al diámetro de placa empleada

• El valor del módulo de reacción depende del estado de humedad del suelo.

K = p / δδδδK = Módulo de Reacciónp = presión ( Kpa )δ = δ = δ = δ = reacción o deflexión


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Ensayo de carga in situ , en el cual se expande una membrana flexible en el interior de un sondaje previamente excavado, determinando características mecánicas del suelo a un costo reducido y en una situación más cercana al estado natural del suelo.

Gas

Agua

Manómetro

Pared inalterada

Célula de medida

Célula de guarda

ENSAYO PRESIOMÉTRICO


Los resultados que se obtienen son :• Presión límite de ruptura ( Pl )• Módulo presiométrico ( Em )• Em / ( pi - po ) - Historia de la rigidez del

suelo V =

inc.

tota

l

Presión

∆ ∆ ∆ ∆ v

p

Curvas presiométrica y de fluencia

• Capacidad de soporte de fundaciones superficiales o profundas

• Asentamientos totales o diferenciales• Esfuerzos horizontales sobre muros

de contención• Esfuerzos y desplazamientos de

pilotes solicitados horizontalmente

Aplicaciones del ensayo :


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RECONOCIMIENTO DEL TERRENO

ENSAYO DE PERMEABILIDAD

IN SITU (Ejemplo)• Se mide la cantidad bombeada de agua de un

pozo o el nivel de descenso del agua en el terreno

• Se busca alcanzar un estado estacionario cuando a flujo constante de bombeo, se mantienen constantes los niveles en pozos de observación

• Medición de la velocidad de infiltración:• Se utilizan dos perforaciones o pozos de

prueba, de tal forma de que exista entre ellos un gradiente hidráulico natural.

• En la perforación superior se introduce colorante y se mide el tiempo que demora en llegar a la otra perforación.

dh

h

h1

h2

L

Tubo vidrio

suelo

L

h

NFPozos de prueba


PROFUNDIDAD DE LOS SONDAJES EN MUROS DE CONTENCIÓN :

Considerar : - Fallas por resistencia al corte- Asentamientos

PROFUNDIDAD DE LOS SONDAJES EN CORTES PROFUNDOS :

Considerar : - Estabilidad de los taludes enla altura de la excavación

Material estable : D = 1,8 - 3,0 mB <<< H : D = H

D B

H

Estrato normal : D = 0,75 - 1,5 HEstrato ancho : D = 2H

D

H

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PROFUNDIDAD DE LOS SONDAJES EN EMBALSES Y DIQUES :

Considerar : - Filtraciones de agua

PROFUNDIDAD DE LOS SONDAJES EN TERRAZAS Y TERRAPLENES :

H

L

D

Considerar : - Cruzar zona meteorizada- Definir condiciones de drenaje- Definir riesgo de heladas

H

2L

Cargas livianas : D = 1,0 - 1,5 mCargas pesadas : D = 2,0 - 3,0 m

H = Debe permitir estimar :- Estabilidad- Permeabilidad- Presiones hidrostáticas

D


PROFUNDIDAD DE SONDAJES EN TÚNELES :

Considerar : - Estabilidad del suelo- Presión del suelo en las paredes

DCondición normal : D = B

σ’

∆ σz - incremento depresión vertical

Prof. z

Profundidadestimada

Sello de fundación

L < 2B => D = 0,8 pBL > 2B => D = 0,1 p( Zapata corrida )

PROFUNDIDAD DE SONDAJES EN FUNDACIÓN DE ESTRUCTURAS :

B

L = largo fundaciónB = ancho fundaciónp = presión media en el área

0,1 de la presión vertical

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Influencia deltiempo en el

escurrimiento ensuelos saturados

RECONOCIMIENTO DEL TERRENOCaracterización Geohidráulica

En Ingeniería de Fundaciones , el agua juega un rol muy importante, ya que genera variados problemas , los que se agrupan en :

Fuerzas dePercolaciónen taludes

Depresiónde la Napa

El control del agua en la construcción tiene por finalidad :

• Facilitar faenas constructivas en “ ambiente seco “ para compactar, rellenar, concretar,etc.

• Aumentar la estabilidad de los taludes de las excavaciones (en arenas podría excavarse cerca de la vertical)

• Reducir solicitación al sistema de entibación

• Evitar riesgos de situaciones artesianas en sello de fundación

Estanqueidady protección de

la contaminación

RECONOCIMIENTO DEL TERRENOCaracterización Geohidráulica

Los siguientes métodos de control de napa y / o procesos geotécnicos asociados, son utilizados en excavaciones de fundaciones y obras de movimiento de tierras :

Bombeo deresumideros abiertos

Bombeode

Pozos

Bombeo de pozofiltrante de pequeño

diámetro

Bombeode pozos

horizontales

Electro - osmósis

BitumenLechada con cementoSuspensión de arcilla

Geosintéticos

Consolidaciónquímica

Aire comprimido

Congelamiento

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Detalles Cono C.P.T

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