INVESTIGACIONES SUBTERRANEAS

Integrantes:- Doris peña feijoó

- Fernando chiscul roque

- Javier carrasco

- Cesar palas Oviedo

- Juan ríos peña

INVESTIGACIÓN PARA EL DISEÑO DE OBRAS SUBTERRÁNEAS

- Dentro de las obras de ingeniería de un proyecto, las obras subterráneas presentan una incertidumbre especial, ya que el conocimiento de las condiciones del sitio donde se desarrollarán es parcial.

- La parte inicial del proceso consiste en la planificación de la investigación, lo cual incluye perforaciones, geofísica, cartografiado geológico de superficie, caracterización del macizo rocoso, ensayos geotécnicos, todo ello para generar un modelo geológico y geotécnico que permita diseñar la obra acorde a las variables del medio.

- Las perforaciones brindan información de la estratigrafía del área, fallas geológicas, hidrogeología (acuíferos, nivel freático, permeabilidad), además de los resultados obtenidos de las pruebas geotécnicas que se le realicen a las muestras (núcleos) recuperadas en la perforación.

PLANEAMIENTO DE LA INVESTIGACION:

Tenemos los siguientes puntos:

a) Naturaleza del depósito (geología, historia de los rellenos recientes, excavaciones e inundaciones; posibilidades de explotación de minerales).

b) Profundidad, espesor y composición de los estratos de suelo y de roca

c) Situación del agua subterránea.

Propiedades, desde punto de vista de la ingeniería, de los estratos de suelo y de rocas que afecten al comportamiento de la estructura.

COSTO: cuando el proyectista se encuentra con datos inadecuados compensa esta deficiencia haciendo un proyecto supe conservador.

El contratista no tiene una información completa aumenta el estimo el costo.

ESTUDIO GEOLOGICO: El propósito principal es determinar la naturaleza en el lugar de la investigación. Con este estudio se puede determinar los tipos de suelos y roca.

Actividades sísmicas potenciales: es uno de los factores más importantes en los proyectos estructurales en muchas regiones del mundo.

Fuente de información geológica: los mapas geológicos muestran frecuentemente las antiguas líneas de costa y la situación de los ríos lagos y rellenos, que ahora son estratos de suelo de grava, de arena y de arcilla.

Información sobre los datos del suelo: los datos incluyen un mapa donde esta trazados los suelos superficiales identificados y las descripciones de los horizontes.

Inspección del lugar; ejemplo Cuando los edificios tiene grieta debidas a asentamientos, es casi seguro que se encontrara un suelo pobre. Que si encuentra un buen suelo en un lugares colindantes.

Reconocimiento aéreo: un registro permanente de la inspección, hecho con una buena cámara fotográfica, preferiblemente en color, es extremamente útil para el estudio detallado que se le haga las condiciones de suelo y de la roca.

Forma del terreno: la forma del terreno es el punto básico de reunión de varios rasgo característicos, especialmente los topográficos y los de distribución de las corrientes.

Procedimiento para la investigación:

Consiste en tres etapas

1. Reconocimiento, para determinar la naturaleza

2. Investigación de exploración, para determinar la profundidad espesor y composición de suelo

3. Investigación completa y detallada para obtener la información precisa.

¿MÉTODOS DE EXPLORACIÓN?

Ensayo de Penetración Estándar:

Es el método de exploración y muestreo usado comúnmente en el Perú y la mayoría de países de América, por lo que se hace necesario dar a conocer algunos aspectos de importancia en lo relativo a este método.

*Peso del martillo: 140lbs.

* Altura de caída: 30pulgs.

*Herramienta de avance: cuchara partida.

*Motor de 5 a 5.5HP.

SONDEO POR INYECCIÓN DE AGUA: los sondeos pro inyección de agua se usaron ampliamente de exploración del suelo y todavía se usan cuando se requieren una limitada información, como la fundación de un extracto duro. El suelo se perfora cambiando la inyección de agua con el corte, usando una broca en forma de cincel unida a una barra de sondeo hueca.

EXPLORACIÓN VISUAL: Es decir determinar por las muestras obtenidas en los sondeos la dirección del buzamiento de los extractos inclinados así como la orientación de los defectos. Los pozos suficientemente grandes, que permitan una observación directa complementan los sondeos, ya que se pueden tener una visión tridimensional de los extractos.

PRUEBAS DE PENETRACION

Los cambios en las condiciones del subsuelo se pueden advertir por las diferentes resistencias que los estratos a ser atravesados por un penetrometro.

La mayoría de los penetrometros modernos consiste en una punta cónica unida a una barra de pequeño diámetro que sirve para hincarla

Existe dos técnicas para realizar pruebas de penetración: la estática y la dinámica.

En la estática la punta es forzada hacia adelante a una velocidad regulada y se mide la fuerza necesaria para producir el movimiento. En la dinámica se hinca el penetrometro una distancia especificada a golpes de maza de igual energía.

POSOS DE OBSERVACIÓN

Es necesario hacer observaciones durante un año o más para conocer las fluctuaciones del agua subterránea por los cambios de estación.

En la mayoría de los casos es necesario entubar el agujero para mantenerlo abierto y asegurar que los cambios del nivel del agua se producen sin retardo en el agujero.

La parte superior del pozo se sella con concreto para evitar que penetre el agua superficial y se le ajuste un casquete de ventilación.

VELOCIDADES DE LA ONDA SÍSMICA

La onda viaja directamente por el estrato superior a los primeros pocos geófonos; por lo tanto, la pendiente de la curva tiempo-distancia es inversamente proporcional a la velocidad:

DATOS QUE SE REQUIEREN PARA MUESTRAS DE SUELO:

El análisis de la seguridad de una estructura y su empuje de tierras máximo requieren datos sobre la resistencia al esfuerzo cortante del suelo.

La resistencia de los suelos cohesivos; se puede determinar correctamente en el laboratorio.

Las arcillas muy blandas o sensibles; en las que no es fácil de tomar muestras ya que se pueden alterar fácilmente, se prueban mejor en la propia obra.

La resistencia de los suelos no cohesivos; se puede determinar en muestras inalteradas o alteradas, que tengan la misma compacidad relativa.

Debido a la dificultad de obtener muestras inalteradas en los suelos no cohesivos y de las mismas a cambiar su estado durante el transporte, es más conveniente hacer los ensayos de peso específico de las muestras en la propia obra.

Cuando el asentamiento es crítico, son esenciales los datos sobre Módulo de elasticidad y compresibilidad. Las pruebas de consolidación y de esfuerzo-deformación se realizan con pruebas inalteradas en suelos no cohesivos y cohesivos.

Muestras que se requieren:

En la mayoría de las investigaciones los estratos críticos están compuestos de suelos cohesivos (arcillas, limos orgánicos y arcillas orgánicas que requieren muestras inalteradas de tamaño suficiente para las pruebas de laboratorio.

En la tabla de la fig. se dan los tamaños típicos de las muestras para las diferentes pruebas.

El número de muestras depende de la uniformidad del estrato que se analiza.

Un suelo homogéneo requiere una muestra suficiente para los ensayos necesarios.

MUESTRAS INALTERADAS

Las mejores muestras inalteradas son aquellas en que la humedad y la composición no sufren cambios y la relación de vacíos y la estructura sufren el menor cambio posible.

Muestras tomadas directamente: la toma directa de un trozo de suelo excavado a mano cuidadosamente, es, corrientemente, la mejor muestra inalterada que se puede obtener. En la siguiente figura se ilustra los pasos a seguir para la obtención de la muestra:

- Se excava un pozo en el lugar hasta la profundidad a que se quiera tomar la muestra.

- Se quita con cuidado el suelo alrededor de la muestra, de manera que ésta se proyecte sobre el lado o fondo de la excavación como un pequeño tacón.

- Si la muestra es fuerte y rígida se puede separar de su base cortándola con una paleta plana, se envuelve en una película plástica para que conserve la humedad y después se coloca en un cajón apropiado para transportarla al laboratorio en un automóvil.

- Si la muestra es débil o si se va a transportar por cami´0n, se requiere una protección adicional.

Un método muy bueno:

es colocar la muestra en una caja de madera resistente con tapa y fondo removibles, dejando un espacio libre de sólo 2cm alrededor de la misma; ese espacio se rellena con parafina fundida.

La muestra y la caja se sacan de la excavación y se vierte parafina fundida en ambos extremos de la muestra, colocándose después el fondo y la tapa.

Otro método consiste:

En deslizar un depósito cilíndrico sobre la muestra que ha sido cortada cuidadosamente para que se ajuste bien dentro del depósito. Se pueden usar latas de aceite de 5/4 de galón.

Se deben colocar tapas de madera o metal para proteger los extremos abiertos de la muestra.

Se debe verter parafina derretida para formar una capa en los extremos abiertos para evitar la evaporación de la humedad. Estos depósitos se deben colocar en una caja de madera, calzándolos con serrín o virutas para proteger la muestra en transporte.

El pozo que se hace para tomar la muestra es también una “ventana” a través de la cual se puede observar la estructura del suelo en el propio lugar. Permite observar la disposición, uniformidad e inclinación o buzamiento.

Toma de muestras inalteradas profundas: la calidad de inalterada de una muestra depende de los siguientes factores:

- Desplazamiento del suelo por el muestreador.

- Método para introducir el muestreador en el terreno.

- Rozamiento en la cara interior del muestreador.

- Compresión del suelo debida a la presión de la sobrecarga de tierra.

- Manipulación y almacenaje de las muestras hasta ser ensayadas.

- El desplazamiento del suelo por las paredes del muestreador es probablemente la causa de alteración más importante.

Muestreador de pared delgada: el muestreador para profundidades, más simple y más ampliamente usado, es el de pared delgada o tubo Shelby.

Tubo Shelby; está hecho de tubería de acero estirado en frío, de 2 a 5 pulgadas (5.08 a 12.70 cm) de diámetro, con paredes de 1/20 de pulgadas (1.27mm) de espesor para los tubos de 2 pulgadas (5.08cm) y de 1/8 de pulgada (3.17mm) para los tubos de 5 pulgadas (12.70cm). El extremo inferior está biselado para formar la arista cortante y puede estar inclinado hacia dentro para reducir el rozamiento con las paredes. La parte superior está unida a una válvula de retención que ayuda a mantener la muestra en el tubo cuando se está extrayendo del terreno.

Pasos:

El muestreador se introduce hasta el fondo del agujero de sondeo y se fuerza en el suelo para que penetre una distancia no mayor de 15 diámetros, para reducir al mínimo el rozamiento entre la muestra y las paredes del tubo.

La muestra se sella en el propio tubo con cera fundida y así se envía al laboratorio.

El muestreador de pared delgada reduce a un mínimo las causas más serias de alteración de las muestras: el desplazamiento y el rozamiento.

Muestreador de pistón:

La distorsión causada por el rozamiento también puede ser seria; pero si se reduce demasiado el rozamiento por la inclinación del borde y por la limitación de la longitud de la muestra, ésta se saldrá del tubo cuando se esté sacando del terreno.

Estas dificultades se pueden reducir colocando un pistón en el muestreador de pared delgada.

Prodecimiento:

Al empezar a tomar la muestra, el pistón está en el fondo del tubo y en contacto con la superficie del suelo. El pistón se fija en esta posición por la varilla que lo mueve, que se extiende hasta la superficie del terreno y que se asegura a un soporte rígido.

El tubo muestreador se introduce, adelántandose al pistón, en el suelo que estpa debajo.

El pistón, que está fijo, impide que el suelo ejerza presión hacia arriba, si la muestra tiende a salirse del tubo se crea un vacío entre el pistón y la muestra que ayuda a sostenerla.

Prodecimiento de pistón fijo de Osterberg:

Se incorpora un cilindro hidráulico en la cabeza del aparato muestreador para hacer avanzar el tubo de pared delgada. La presión hidrpaulica para la operación se suministra a través de varillas de sonseo huecas, lo cual elimina la necesidad de la engorrosa doble varilla concéntrica, una para sostener el pistón y la otra para introducir el muestreador en el suelo.

Muestreo profundo en arena: Es difícil obtener en los sondeos muestras inalteradas de arena y de grava sin cohesión, ya que la operación de tomar la muestra puede reagrupar los granos y porque generalmente las muestras se salen del muestreador.

- Se recurre a helar el suelo u perforarlo con una pared con una perforadora rotatoria, pero esto tiene la desventaja de que aumenta la relación de vacíos.

- En otro método se muestra con un muestreador de pared delgada y se hiela el extremo inferior de la muestra para evitar que esta se caiga al sacar el dispositivo.

Se pueden obtener muestras inalteradas de arena por debajo del nivel freático, si se emplea un lodo de perforación muy pesado. El lodo forma una capa cubierta en el extremo inferior de la muestra, impidiendo así que se salga del muestreador.

Pruebas en obra:

El hacer las pruebas del suelo en el propio lugar tiene, teóricamente, la ventaja de reducir al mínimo las alteraciones causadas por los cambios de esfuerzos y otras distorsiones similares inherentes a la toma de muestras, eliminándose también los efectos del choque y la vibración durante el transporte y la subsecuente manipulación.

Además, en la prueba en obra se incluyen los efectos de las características relacionadas con la formación de modo que este tipo de ensayo es probablemente la forma más realista de medir las propiedades físicas del suelo en su propio ambiente.

El cono estático mide directamente la resistencia puntual de la formación; hay que evaluar el efecto de escala. Las pruebas dinámicas también se pueden relacionar con la capacidad de carga. Debe existir una relación entre esas propiedades y la resistencia a penetración, ya sea estática o dinámica. Para un lugar y estrato determinado, la dispersión de los datos es limitada y se puede deducir, para ese preciso lugar, una relación bien definida.

Permeabilidad in situ

La permeabilidad de la totalidad de una masa se puede medir por pozos de prueba, en los cuales el agua se introduce en el terreno o se extrae por bombeo. La simple expresión para el flujo permanente, se puede aplicar para medir el gasto que sale o entra en los pozos. Es posible tener un mejor control de la operación bombeando agua dentro del terreno, para la cual es adecuado un pozo pequeño, que es barato. Si el nivel de agua subterránea es inicialmente alto o si no es posible bombear agua dentro del pozo se puede extraer el agua. Los pozos de ensayo de 7.5 a 15 cm de diámetro deben penetrar tanto como sea posible dentro del espesor del acuífero.

Los grupos de observación se sitúan regularmente a 7.5, 15 y 30 m del pozo de ensayo. Se bombea continuamente a un régimen constante hasta que se estabilice el nivel en los pozos de observación.

Cuando se haya establecido un gasto constante de entrada de agua, q, se puede calcular la permeabilidad por la siguiente relación:

Comprobación durante la construcción

Las investigaciones del suelo no se terminan al terminarse el proyecto ni al comenzar la construcción. Como se explicó en los casos históricos referidos en la introducción, se pueden presentar condiciones imprevistas o se pueden descubrir nuevas evidencias que pudieran tener una profunda influencia tanto en el proyecto como en la construcción.

Se debe mantener un cuidadoso registro de todas las condiciones del suelo, del agua subterránea y de la roca, documentadas con fotografías y mediciones.

GRACIAS.!