ASIA

ESTUDIO GEOTECNICO

Presenta: Ing. Ms. Enrique E. Melara Ruiz

INTRODUCCIONCon este curso se pretende formar una idea general sobre aspectos bsicos de Ingeniera Geotcnica que deben conocer los profesionales de la ingeniera y la arquitectura, de tal forma de darle buen uso a la informacin que le brinde un estudio Geotcnico.

Adicionalmente les permitir formarse una idea general al tiempo de planificar un proyecto, del gasto estimado en el que incurrir al realizar un estudio de suelos, as como de la supervisin geotcnica al momento de la construccin.Finalmente se presenta una serie de casos histricos que servirn para formar una idea ms amplia de la importancia que tiene para los profesionales el conocimiento de las caractersticas del suelo, previo a la construccin, y en la etapa misma de construccin.

OBJETIVOS GENERALESI) Que los profesionales conozcan la importancia de la ingeniera geotcnica en las diferentes etapas de la construccin (planeacin, ejecucin y control).II) Que los profesionales reconozcan la importancia de la supervisin geotcnica y los costos que tiene al momento de planificar un proyecto especfico.

III) Presentar casos histricos donde se indique la importancia del trabajo en conjunto: ingeniero de suelos, ingeniero estructural y arquitecto.IV) Que conozcan la normativa y reglamentacin vigente en el pas en cuanto a estudios geotcnicos y supervisin geotcnica. V) Presentar experiencias sobre el comportamiento de estructuras de tierra despus de los recientes sismos del 13 de enero y 13 de febrero de 2001

OBJETIVOS ESPECIFICOSI) Conocer los diferentes mtodos de exploracin del subsuelo y saber seleccionar el ms adecuado para un proyecto especfico.II)Saber interpretar un estudio geotcnico.III) Saber solicitar al ingeniero de suelos un trabajo especifico.IV) Conocer la normativa actual que rige en nuestro pas (REDES)V) Presentar experiencias recientes sobre el comportamiento del suelo despus de los sismos de enero y febrero 13 de 2001.

POR QUE UN ESTUDIO DE SUELOS?Un estudio de suelos se realiza para responder las siguientes preguntas:Qu tipos de suelos existen en el lugar?Existe agua superficial en el sitio?Qu alternativas de cimentacin tendr en funcin de la calidad del suelo?Peligros potenciales debido a trabajos de excavacin en tierra.

PROPOSITO DE UN TRABAJO DE EXPLORACINEl propsito de un programa de exploracin del subsuelo, es obtener informacin que pueda ayudar al ingeniero o arquitecto en lo siguiente:1) Seleccionar el tipo y profundidad de la cimentacin.2) Evaluar la capacidad de carga de la cimentacin.3) Estimacin de posibles asentamientos en las estructuras.

4)Determinacin de problemas potenciales en la fundacin (suelos expansivos, suelos colapsibles, rellenos sanitarios)5) Establecimiento del nivel fretico.6)Establecimiento de mtodos de construccin debido a cambios en las condiciones del subsuelo.7)Adems son necesarias exploraciones subsuperficiales cuando hay alteraciones en estructuras existentes (ampliaciones, cambio de destino de la edificacin8) Cuando se requiera recimentar un edificio.

PROGRAMA PARA LA EXPLORACION SUBSUPERFICIAL

Pasos para la exploracin subsuperficial:1) Recoleccin de informacin preliminar2) Reconocimiento del lugar3) Investigacin del lugar.

1. Recoleccin de informacin:Tipo de estructura a construir y su uso general.Cargas aproximadas que el suelo recibir a travs de las zapatas.Espaciamiento de las columnasCdigo de construccin del pas o zonaEstudios previos

Algunas fuentes de informacin:1) Mapa geolgico de El Salvador.2) Ministerio de Agricultura y Ganadera (MAG)3) Servicio Hidrolgico de El Salvador (MAG)4) Direccin General de Caminos

2.Reconocimiento del lugar:La inspeccin es siempre muy necesaria realizarla, con el objeto de obtener la siguiente informacin:1) Topografa general del sitio (evidencias de creep, vaguadas, depsitos de escombros)2) Estratificacin del suelo, observada en los cortes profundos: carreteras, vas frreas, etc.3) Tipo de vegetacin del sitio, indica la naturaleza del suelo.

4)Altura de las aguas mximas, especialmente en el caso de puentes y bvedas.5)Nivel de agua subterrnea (pozos prximos al lugar)6)Tipo de construccin en la vecindad (agrietamientos en paredes, tipo de cimentacin, etc.)

3. Exploracin del sitioLa fase del programa de exploracin consiste en planeas, ejecutar y coleccionar muestras para su subsecuente observacin y anlisis de laboratorio, pudindose realizar a travs de:

1) Pozos a cielo abierto.2)Exploracin con barra posteadora.

3)Ensayo de Penetracin Estndar, segn lo indicado en el Nuevo Reglamento. 4) Penetrmetro dinmico.5) Penetrmetro esttico.6) Exploracin en roca (mtodos rotativos).7) Exploracin Geofsica.

METODOS DE EXPLORACION 1)ENSAYO DE PENETRACION ESTNDAR:Es el mtodo de exploracin y muestreo usado comnmente en El Salvador y la mayora de pases de Amrica, el de penetracin estndar (SPT), por lo que se hace necesario dar a conocer algunos aspectos de importancia en lo relativo a este mtodo.*Peso del martillo: 140 lbs.*Altura de cada: 30 plgs.*Herramienta de avance: cuchara partida.*Motor de 5 a 5.5 HP.

COMENTARIOS DEL SPT:*Recuperacin:% del material recogido por la cuchara partida, si recupera poco a poco, se sospecha que el suelo sea granular.*Valor de N: Resistencia que opone el subsuelo a ser penetrado un pie (30cms) usando el equipo de Penetracin Estndar.* Rechazo: segn criterio del ingeniero geotcnico, normalmente se define cuando un suelo posee valores de N>50 golpes/pie. Caracterstica comn que posee el talpetate en nuestro pas.

TABLA 1. DENSIDAD RELATIVA DE LAS ARENAS DE ACUERDO CON LOS RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE PENETRACIN. TERZAGHI (1955)

N GOLPES "N"

DENSIDAD RELATIVA

0-4

Muy suelta

4-10

Suelta

10-30

Medianamente densa

30-50

Densa

>50

Muy densa

TABLA 2. RELACION ENTRE CONSISTENCIA DE ARCILLAS, NUMERO DE GOLPES N DE LA CUCHARA NORMAL Y LA RESISTENCIA A LA COMPRESION SIMPLE.TERZAGHI (1955)

N DE GOLPES

CONSISTENCIA

DENSIDAD RELATIVA

4.00

PROFUNDIDAD DE LOS SONDEOSEl nmero, profundidad y espaciamiento de los sondeos sern determinados por el ingeniero geotecnista y el diseador estructural, conforme a las caractersticas propias del proyecto. Sin embargo, se presenta a continuacin la profundidad mnima de los sondeos basados en experiencias de Sowers y Sowers

TABLA 3. PROFUNDIDAD DE LOS SONDEOS EN FUNCION DEL ANCHO DEL EDIFICIO Y EL NUMERO DE PISOS. TOMADO DE BRAJA DAS, 1990.

ANCHO

DEL

EDIFICIO

(m)

N DE PISOS

1

2

4

8

16

PROFUNDIDAD DE LOS SONDEOS (m)

30.5

3.4

6.1

10.1

16.2

24.1

61

3.7

6.7

12.5

0.7

32.9

122

3.7

7.0

13.7

24.7

41.5

Para hospitales y edificios de oficina, Sowers y Sowers (1970), tambin usan la siguiente regla para determinar la profundidad de los sondeos.

Db=3S 0.7, para construcciones angostas o de acero o concreto. Db=6S 0.7, para construcciones pesadas o edificios anchos de concreto.

Db:profundidad de los sondeos en metrosS: nmero de pisos

ESPACIAMIENTO APROXIMADO DE LOS SONDEOS

TABLA 4. TOMADO DE SOWERS Y SOWERS, 1970

TIPO DE PROYECTO

ESPACIAMIENTO(m)

Edificio multipisos

10-30

Edificio industrial de una planta

20-60

Carreteras

250-500

Presas y diques

40-80

ESPACIAMIENTO SUGERIDO ENTRE PERFORACIONES:*Para carreteras, de 300 a 500 m.*En obras de paso como puentes, a criterio del ing. estructural y geotcnico.*Dependiendo de la importancia de la estructura.* En funcin del nmero de niveles.*Si existe stano.* Depende del rea de la zona objeto de estudio.

PREPARACION DE LAS HOJAS DE REGISTROSLos resultados de cada sondeo son presentados en hojas de registros, y presentan la mayora de veces la siguiente informacin:1)Nombre y direccin de la empresa responsable2)Nombre del equipo de perforacin3)Nmero y tipo de sondeo4)Fecha de realizacin del sondeo5)Elevacin del nivel Fretico6)Valor de N7)Nmero, tipo y profundidad de las muestras8)Perforacin en roca:Tipo de muestreador y RQD

2) POZOS A CIELO ABIERTOAlternativamente al ensayo de penetracin estndar, para la obtencin de muestras alteradas o inalteradas, se podr emplear la excavacin de pozos a cielo abierto

3) PERFORACION ROTATIVACuando se requiera que las cargas generadas por las edificaciones proyectadas se transmitan directamente en la roca, la mnima profundidad del sondeo dentro de la roca intacta deber ser de 3.00 m. Si la roca existente est fracturada y/o intemperizada, la profundidad del sondeo deber incrementarse a criterio del ingeniero geotcnico.

4)EXPLORACION GEOFISICAHoy en da se dispone de varios tipos de equipos para realizar una exploracin geofsica. Estos equipos permiten cubrir rpidamente grandes reas y son menos caros que los mtodos convencionales de perforacin rotativa. Sin embargo, en muchos casos la interpretacin definitiva es difcil, por esa razn esta tcnica debe ser utilizada solamente para trabajos preliminares.

Es comn que para la exploracin geofsica se realicen alguno de los tres (3) mtodos, dependiendo de la necesidades del proyecto:1) Refraccin ssmica2) Cross-Hole3) Resistividad elctrica

El de uso ms generalizado en nuestro pas es el de Resistividad elctrica (SEV), y el arreglo ms comn es el de Wenner

TABLA 5. VALORES TIPICOS DE RESISTIVIDAD ELECTRICA (ohm-m) DE DIFERENTES TIPOS DE SUELOS. TOMADO DE BRAJA DAS. 1942

MATERIAL

RESISTIVIDAD (Ohm-m)

Arena

500-1500

Arcilla, limos saturados

0-100

Arena arcillosa

200-500

Grava

1500-400

Roca intemperizada

1500-2500

Roca masiva

>5000

REPORTE DE LA EXPLORACION DEL SUELO:Un reporte de suelos deber incluir las siguiente informacin:1)Alcance de la investigacin2)Breve descripcin del tipo de estructura propuesta, y por la cual se realiz el trabajo3)Descripcin del sitio, esta deber contener estructuras prximas, condiciones de drenaje del sitio, naturaleza de la vegetacin y condiciones especiales del sitio.4)Condiciones geolgicas

5)Detalles de la exploracin de campo, nmero de sondeos, profundidad de estos, tipo de sondeo.6)Descripcin de las condiciones del subsuelo, las cuales son determinadas de los especimenes de suelo, valor de N, etc.7)Nivel Fretico8)Recomendaciones en lo relativo a la fundacin, esta deber incluir el tipo de fundacin recomendada, capacidad de carga admisible y algn mtodo de construccin que sea necesario9)Conclusiones y limitaciones de la investigacin

INFORMACION ADICIONAL:Adicionalmente es necesario presentar la siguiente informacin:1)Plano de localizacin del sitio2)Plano general del sitio presentando la localizacin de los sondeos3)Hojas de registros4)Resultados de los ensayos de laboratorio5)Otras presentaciones grficas especiales

NORMA TECNICA SOBRE INVESTIGACION GEOTECNICA SEGN EL REDESCAPITULO 3Consideraciones de diseo

3.1 CARGAS APLICADAS3.1.1 Para el dimensionamiento de las cimentaciones y la comprobacin de las presiones transmitidas por la estructura al terreno, se puede optar por una distribucin lineal elstica de presiones en la base de la cimentacin, de acuerdo al mtodo de esfuerzos de trabajo.

Se debern revisar las distintas combinaciones de carga establecidas en el ttulo II del Reglamento, as como los efectos de impacto y de vibracin de las cargas mviles.

3.1.2. La presin mxima transmitida por la cimentacin bajo las cargas ms severas no ser mayor que el esfuerzo admisible del suelo, establecido de conformidad con esta Norma Tcnica.

3.1.3. Para cimentaciones que se apoyan directamente sobre roca intacta, el esfuerzo admisible debe basarse en la resistencia de la parte intacta de la roca, considerando la influencia que puedan tener las rocas fisuradas y las descompuestas.

3.1.4. Para pilotes, se deber cumplir lo siguiente:

La carga mxima transmitida bajo la combinacin de cargas ms severa, no exceder la capacidad de carga admisible del pilote.

Debern ser capaces de resistir, adems de la fuerza requerida por compresin, una fuerza de tensin equivalente a la resistencia al cortante de los estratos atravesados.

Cuando sean prefabricados, se disearn adems para soportar los esfuerzos a los que se les pueda someter durante las maniobras de transporte y colocacin..

Su dimensin transversal no ser menor de 0.25 m. La separacin centro a centro entre los pilotes no ser menor de 3 veces su dimensin transversal o 0.90 m, la que sea mayor.

3.2 SUELOS BAJO ZAPATAS

3.2.1 Para zapatas aisladas, combinadas o corridas, placas de cimentacin, cascarones o cualquier combinacin de las anteriores cimentaciones, debern hacerse las siguientes consideraciones:1) No deber construirse sobre suelo suelto u orgnico o sobre material de desecho.

2) Ser necesario determinar el grado de hinchamiento y contraccin de las arcillas expansivas cuando estas se detecten en los suelos de soporte de una cimentacin y as tomar las medidas preventivas en el diseo y la construccin de la obra.3) Los asentamientos verticales, totales o diferenciales, que ocurran durante la construccin de una obra y durante su vida til, no deben afectar la estabilidad de la obra o el adecuado funcionamiento de las instalaciones domiciliares ni de las construcciones vecinas.

4) El terreno en que se apoya una cimentacin ser protegido contra la erosin interna o la disminucin de su compacidad por efecto de saturacin. Deben evitarse escurrimientos superficiales nocivos, empozamientos o filtraciones de cualquier tipo. Cuando exista flujo de agua en la zona de cimentacin, debern construirse drenajes apropiados. En caso de que exista posibilidad de licuefaccin o tubificacin, las estructuras debern cimentarse a una profundidad mayor que las capas susceptibles a tales fenmenos o debern efectuarse las correcciones necesarias al suelo

3.3 CIMENTACIONES EN TALUDES En cimentaciones ubicadas en terrenos prximos a taludes o en terrenos inclinados, se verificar que el talud es estable para las cargas estticas y dinmicas que le son transmitidas. En cimentaciones adyacentes y construidas a diferentes niveles, se evitar que en la zona de influencia del cimiento del nivel superior intersecte la de la cimentacin del nivel inferior. Si esto no fuera posible, el dimensionamiento de la cimentacin inferior tomar en cuenta las presiones inducidas por la cimentacin ms alta.

3.4 CIMENTACIONES COMPENSADAS

En las cimentaciones compensadas se puede sustituir total o parcialmente el peso de la edificacin por el peso total del suelo excavado.Lo anterior est sujeto a la verificacin de que o existan suelos sueltos, galeras, grietas u otros defectos del subsuelo.

3.5 CIMENTACIONES PARA MAQUINAS

Para el diseo de cimentaciones de maquinaria se tomarn en cuenta las solicitaciones debidas a los efectos provenientes de las vibraciones o impacto producidos por el funcionamiento de las mismas y se verificar que:

Los esfuerzos estticos y dinmicos inducidos en la cimentacin no excedan los lmites de capacidad permisible del suelo en que se apoya la misma.El suelo sea capaz de soportar las fuerzas estticas y dinmicas que se le transmiten por medio de las cimentaciones, sin sufrir asentamientos importantes.La vibracin que se produzca en la cimentacin, para cualquier combinacin probable de cargas y/o velocidades de operacin, no debe ser objetable.

3.6 RECIMENTACIONES

Para toda obra de recimentacin se requerir efectuar una investigacin geotcnica, as como un estudio detallado que explique razonablemente las causas de la falla, o un estudio que relacione la estructuracin existente y la propuesta.

3.7 LICUEFACCION

Debe considerarse que existe la posibilidad de licuefaccin cuando se presenten estratos de arena fina con ms del 50% de los granos con dimensiones menores o iguales de 2mm (tamiz N10) y la densidad relativa sea menor de 70% y cuando el nivel fretico est prximo al estrato considerado.

3.8 ZONAS DE PROTECCION

3.8.1. Se deber proveer a los muros de retencin o taludes con una zona de proteccin entre la cresta del talud y las construcciones superiores, as como entre el pie del talud y las inferiores.3.8.2. El ancho de la zona de proteccin se determinar por medio de un anlisis apropiado de mecnica de suelos.

3.8.3. Las zonas de proteccin que no sean provistas de un revestimiento permanente, debern dotarse de una vegetacin apropiada de acuerdo a la pendiente del terreno y al tipo de suelo3.8.4. Cuando el terreno presente cambios de nivel mayores de un metro, deber protegerse con obras como taludes engramados, estaquillados, barreras vivas, etc. Los taludes mayores de 10.00 m de altura, debern proveerse de un drenaje apropiado.

NORMA TECNICA SOBRE INVESTIGACION GEOTECNICA SEGN EL REDESCAPITULO 4Investigacin Geotcnica

4.1 INSPECCION DEL LUGARSe debe obtener informacin general preliminar del tipo de suelo existente en los alrededores del sitio de la obra, en base a una inspeccin del lugar y de todo lo concerniente al tipo de estructura a construir, su destino y las cargas estimadas que transmitir la estructura.

4.2 METODOS DE EXPLORACION DEL SUBSUELO

4.2.1. Ensayo de Penetracin Estndar (SPT)Para efectos de esta Norma Tcnica, se deber verificar que los ensayos de penetracin estndar cumplan los siguientes requisitos:

1. Nmero y espaciamiento de las perforacionesEl nmero y espaciamiento de las exploraciones en el subsuelo sern determinadas por el diseador estructural en conjunto con el ingeniero geotecnista, conforme a las caractersticas propias del lugar y las cargas transmitidas por la estructura al suelo.

2. Profundidad de las perforacionesLa profundidad mnima de las perforaciones consideradas a partir de los niveles proyectados de terraza, ser la que se indica a continuacin:a)Para edificaciones de una (1)planta, 3.00 mb)Para edificaciones de dos (2)plantas, 5.00 mc)En todo caso, el especialista en geotecnia definir la profundidad de los sondeos; el mismo especialista podr decidir el aumentar la profundidad de los mismos dependiendo de las condiciones reales del subsuelo detectadas durante el proceso de perforaciones.

NOTAS:*Este reglamento no considera la separacin de los sondeos.*No considera edificios de ms de tres (3) plantas.*No considera el caso de stanos.*No considera cimentaciones especiales (torres, vallas publicitarias, etc)

4.2.2. Cuando se requiera que las cargas se transmitan directamente en roca, la mnima profundidad del sondeo dentro de la roca intacta ser de 3.00 m si la roca est fracturada y/o intemperizada, la profundidad del sondeo deber incrementarse a criterio del geotecnista.

4.2.3. Otros procedimientos.Alternativamente al ensayo de penetracin estndar (SPT), para la obtencin de muestras alteradas o inalteradas, se podr emplear la excavacin de Pozos a Cielo Abierto.

4.3 ESFUERZOS PERMISIBLES Y CAPACIDAD DE CARGASe podr estimar el esfuerzo admisible o la capacidad de carga de un suelo tanto para cimentaciones superficiales como para cimentaciones profundas, a partir de informacin obtenida de ensayos triaxiales, de ensayos de penetracin estndar o de otro mtodo aceptado de exploracin.

4.3.1 Para suelos granulares el esfuerzo admisible del suelo podr basarse en correlaciones con ensayos de penetracin estndar.4.3.2 El esfuerzo admisible del suelo, a partir de ensayos triaxiales, se puede determinar dividiendo la capacidad de carga ltima entre un factor de reduccin de 3.4.3.3 La capacidad de carga admisible de un pilote de punta o friccin, se determinar dividiendo la capacidad de carga ltima entre un factor de reduccin de 3.

4.4 PARAMETROS DINAMICOS DEL SUELOSe podrn determinar los parmetros dinmicos de un suelo, utilizando correlaciones empricas en base a resultados obtenidos del ensayo de penetracin estndar o de cualquier otro procedimiento aceptado.

En caso de requerirse informacin ms detallada de las caractersticas y propiedades dinmicas del suelo, pueden realizarse ensayos geofsicos del tipo Down Hole o Cross Hole, as como emplearse correlaciones con el mdulo de rigidez al cortante, determinadas por medio de procedimientos como el pndulo de torsin simple o cualquier otro mtodo aceptado.

4.5 REPORTE GEOTECNICOTal como se establece en los Artculos 46 y 47 del Reglamento, el reporte geotcnico debe contener como mnimo la siguiente informacin:

Capacidad de carga admisible, identificacin y clasificacin del suelo, condiciones de humedad, lmites de consistencia, presencia de agentes contaminantes y flujos de aguas subterrneos; as como tambin, la definicin de la profundidad mnima de desplante de las cimentaciones, a niveles bajo los cuales no existan cantidades perjudiciales de material orgnico y el suelo posea caractersticas mnimas aceptables.

Para estructuras clasificadas como de Categora de Ocupacin 1, adems deber considerarse en el reporte la identificacin y ubicacin de fallas geolgicas, as como todos los ensayos adicionales que a criterio del geotecnista y diseador estructural, se requieran.

COMENTARIO FINALPor ser las cimentaciones la causa principal de fallas de estructuras, la participacin del consultor de mecnica de suelos y su carcter de corresponsable en los reglamentos de construccin debe promoverse a fin de reducir riesgos por mal comportamiento y fallas de cimentacin y de lograr que cumplan con los objetivos de la ingeniera o sea seguridad, funcionabilidad y por supuesto, economa

EL SUELO ES EL MATERIAL MS ANTIGUO DE LA HUMANIDAD Y EL MS DESCONOCIDO POR EL HOMBRE

LA CALIDAD DE UN ESTUDIO GEOTCNICO NUNCA PODR SER MEJOR QUE LA CALIDAD DE LA INFORMACIN OBTENIDA EN EL CAMPOProf. Arthur Casagrande

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