Mecánica de Suelos II _ Exploración Del Subsuelo

7/23/2019 Mecnica de Suelos II _ Exploracin Del Subsuelo

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Docente: Ing. Santiago Maldonado Leoro, MSc.MAGISTER EN INGENIERA VIALESPECIALISTA EN MECNICA DE SUELOS

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERA, CIENCIAS FSICAS Y MATEMTICAS

INGENIERA CIVIL

MECNICA DE SUELOS II


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CONSTRUCCION DE PAVIMENTOS

CAPACIDADPORTANTE DELOS SUELOS

CONTROL TECNOLOGICO EN LA

EXPLORACIN DEL SUB _ SUELO

Docente: Ing. Santiago Maldonado Leoro, MSc.

MAGISTER EN INGENIERA VIAL

ESPECIALISTA EN MECNICA DE SUELOS


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OBJETIVOS




1. CALICATAS

2. MUESTRAS PERTURBADAS/ALTERADAS

3. MUESTRAS SIN PERTURBAR/INALTERADAS

4. ETAPAS TPICAS DE UNA EXPLORACIN

4.1 ESTUDIO PRELIMINAR

4.2 RECONOCIMIENTO DEL TERRENO

4.3 EXPLORACIN

4.4 ENSAYOS EN TERRENO (IN-SITU)


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EL COSTO DE LA FALLA ES MUY ALTO


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ZP *

EL COSTO DE LA FALLA ES MUY ALTO


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OBJETIVOS TPICOS DE UNA EXPLORACIN

A) DETERMINAR LA UBICACIN Y ESPESOR DE LOS ESTRATOS DEL SUELO


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B) OBTENCIN DE MUESTRAS PARA SU POSTERIOR CARACTERIZACIN

OBJETIVOS TPICOS DE UNA EXPLORACIN


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1. CALICATAS




CARACTERSTICAS

Es el mtodo de exploracin que normalmente entrega la informacin msconfiable y completa.

En suelos con grava, la calicata es el nico medio de exploracin quepuede entregar informacin confiable.

Medio muy efectivo para exploracin y muestreo de suelos de fundacin ymateriales de construccin a un costo relativamente bajo.

Es necesario registrar la ubicacin y elevacin de cada pozo, los que sonnumerados segn la ubicacin.

La profundidad est determinada por las exigencias de la investigacinpero es dada, generalmente, por el nivel fretico.

La seccin mnima recomendada es de 0,80 m por 1,00 m, a fin de permitiruna adecuada inspeccin de las paredes.


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1. CALICATAS




CARACTERSTICAS

A cada calicata se le deber realizar un registro adecuado que pasar a formar partedel informe respectivo.

Descripcin del suelo


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1. CALICATAS




CARACTERSTICAS

La estratigrafagrfica debePresentarse

mediante lasimbologa

Cubierta vegetal -----

Gravas GP GW

Gravas limosas GMGravas arcillosas GC

Arenas SP SW

Arenas limosas SM

Arenas arcillosa SC

Limos ML MHArcilla CL CH

Arcilla limosa ------

Turba PT


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1. CALICATAS




CARACTERSTICAS

El laboratorista deber registrar claramente el espesor de cada estrato y efectuar unadescripcin del mismo mediante identificacin visual

PROPIEDADES BSICAS A IDENTIFICARSETamao: Los suelos gruesos son aquellos en que ms de la mitad de las partculas sonvisibles. En esta estimacin se excluyen las partculas gruesas mayores a 80 mm (3"); Lafraccin gruesa comprende los tamaos de gravas y arenas, y la fraccin fina los limos yarcillas.Color: Se debe indicar el color predominante.Olor: Las muestras recientes de suelos orgnicos tienen un olor distintivo que ayuda a suidentificacin. El olor puede hacerse manifiesto calentando una muestra hmeda.Humedad: Los materiales secos necesitan una cantidad considerable de agua paraobtener un ptimo de compactacin. Los materiales hmedos estn cerca del contenidoptimo. Los mojados necesitan secarse para llegar al ptimo, y los saturados son lossuelos ubicados bajo un nivel fretico.


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1. CALICATAS




PROPIEDADES BSICAS A IDENTIFICARSEEstructura: Si los materiales presentan capas alternadas de varios tipos o colores sedenominar estratificado; si las capas o colores son delgados, inferior a 6 mm, ser

descrito como laminado; fisurado si presenta grietas definidas; lenticular si presentainclusin de suelos de textura diferente.Cementacin: Algunos suelos muestran definida evidencia de cementacin en estadoinalterado. Esto debe destacarse e indicar el grado de cementacin, descrito como dbil ofuerte. Verificando con cido clorhdrico si es debida a carbonatos y su intensidad comoninguna, dbil o fuerte.Densificacin: La compacidad o densidad relativa de suelos sin cohesin puede ser

descrita como suelta o densa, dependiendo de la dificultad que oponga a la penetracinde una cua de madera.Clasificacin: Pueden usarse clasificaciones dobles cuando un suelo no pertenececlaramente a uno de los grupos, pero tiene fuertes caractersticas de ambos grupos.Deben colocarse entre parntesis para indicar que han sido estimadas.


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1. CALICATAS




DESCRIPCIN MANUAL VISUAL DE LOS SUELOS

Estas descripciones visuales debern contener como mnimo los siguientes antecedentes:

Identificacin de la calicata mediante un nmero, especificando su ubicacin conrespecto al kilometraje del eje o sus coordenadas, nombre del laboratorista y fecha dela inspeccin.

Profundidad total. Profundidad de la napa de agua, referida al nivel del terreno natural y fecha de

observacin. Profundidad de los diferentes estratos por describir, referidas al nivel del terreno

natural. Descripcin del suelo empleando adecuada terminologa. Cantidad y tipo de las muestras tomadas en la calicata. Observaciones y otras caractersticas relevantes.


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2. MUESTRAS PERTURBADAS / ALTERADAS




Se obtienen en general de las paredes de los pozos. Estas muestras deben guardarse enbolsas impermeables y de resistencia adecuada. Cada bolsa debe identificarse clara e

indeleblemente.

Muestras en bolsas: Las muestras en bolsas se toman con pala, barreta o cualquier otraherramienta de mano conveniente y se colocan en bolsas sin tratar de mantener al sueloen forma inalterada, estas muestras se usan para:

Anlisis granulomtrico. Ensayos de plasticidad. Ensayos de compactacin humedad ptima. Ensayos de compactacin CBR en laboratorio.


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3. MUESTRAS SIN PERTURBADAS / INALTERADAS




Este tipo de muestra se recorta de las paredes de los pozos y compromete estratos biendefinidos. Despus de cortadas deben revestirse con una capa de parafina slida aplicadacon brocha.

Las muestras sin perturbar debern tomarse apenas excavadas las calicatas, en especialcuando se trate de suelos cuya estructura se ve afectada por los cambios de humedad.

No deben escatimarse esfuerzos en el embalaje adecuado de las muestras, ya que elgrado de perturbacin que se le ocasione a una muestra no perturbada es irrecuperable ylleva a resultados errneos.

En las calicatas, es posible realizar ensayes en sitio tales como las pruebas de carga conplacas, CBR, permeabilidades, medidas de densidad, etc.

El muestreo es tan importante como el ensaye y se deben tomar las precauciones paraobtener muestras que exhiban la naturaleza real y condiciones de los suelos que serepresentan.


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3. MUESTRAS SIN PERTURBADAS / INALTERADAS





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CANTIDAD DE MUESTRA SEGN TIPO DE ENSAYO





Clasificacin 35,0 kg Tamao mx = 80mm



CBR, incl. compactacin 75,0 kg Tamao mx = 80mm

Proctor 50,0 kg Tamao mx = 20mm

Consolidacin Cubo de 20cm de arista

Compresin Cubo de 20cm de arista


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4.2 RECONOCIMIENTO DEL TERRENO

4.3 EXPLORACIN

4.4 ENSAYOS EN TERRENO (IN-SITU)


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Por lo general el primer paso en la obtencin de informacin consiste en revisar materialya publicado. Estos datos permiten a menudo reducir la extensin de la exploracin:

- Mapas Geolgicos

Representan los tipos de suelo y roca expuestos en la superficie CBR en laboratorio. Usualmente muestran la extensin de formaciones geolgicas, fallas, deslizamientos

de tierra importantes, etc. El estudio de la geologa local nos ayuda a predecir posibles problemas. Ayudan a interpretar los datos obtenidos de la exploracin del terreno



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MAPA GEOLGICO


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- Reportes Geotcnicos

Se pueden obtener de proyectos realizados en la cercana Pueden ser de gran ayuda, ya que generalmente incluyen sondajes, ensayos de suelo e

informacin relevante.

- Fotografas Areas

Permiten identificar caractersticas geolgicas, tales como deslizamientos, fallas,problemas de erosin, etc.

Ayudan a comprender la topografa del terreno y patrones de drenaje.

- Antecedentes Varios



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REPORTE GEOTCNICO





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FOTOGRAFA AREA





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4.3 EXPLORACIN

El objetivo de esta etapa es obtener el perfil del subsuelo, tomar muestrasde suelo, realizar ensayos in-situ para estimar parmetros de losmateriales, y determinar la profundidad de la roca basal y el nivel freticosi es necesario.

En exploraciones de poca profundidad se recurre a calicatas y_/o zanjas. En exploraciones ms profundas se realizan perforaciones La exploracin de suelos se realiza comnmente a travs de calicatas,

siempre que la profundidad de la napa de agua lo permita Cuando la napa fretica es elevada o se requieren alcanzar mayores

profundidades, el mtodo ms comn utilizado para explorar tanto sueloscomo rocas, es a travs de sondajes.

.




4. ETAPAS TPICAS DE UNA

EXPLORACIN


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4.3 EXPLORACIN

Existen diversos tipos de sondaje en suelos, siendo el ms utilizado el de lacuchara normal para la extraccin de las muestras, que proporcionanadems valores del nmero de golpes durante la penetracin.

En rocas, se utilizan sondajes a rotacin con coronas de diversos tipos,segn sea la dureza de la roca a muestrear.

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EXPLORACIN


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4.3 EXPLORACINSONDAJE A ROTACIN

Los sondajes a rotacin pueden perforar cualquier tipo de suelo o rocahasta profundidades muy elevadas.

Se utilizan brocas que muelen el material del fondo mediante rotacin ypresin. El material se extrae por medio de agua inyectada a presin.

Para obtener muestras cilndricas inalteradas se utilizan coronasdiamantadas..

.





EXPLORACIN


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4.3 EXPLORACINSONDAJE CON BARRENA

La barrena se introduce en el suelo mediante rotacin. Luego se extrae y se

remueve el material adherido a ella. Este proceso se repite hasta llegar a laprofundidad deseada.

Cuando el terreno es firme se remueve la barrena dejando el terreno sinproteccin.

Una vez que se retira la barrena es posible introducir equipos para tomar muestrasinalteradas

Este mtodo presenta problemas cuando la barrera se encuentra con materialesmuy resistentes.

.





EXPLORACIN


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4.3 EXPLORACINSONDAJE CON BARRENA HUECA

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EXPLORACIN


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4.3 EXPLORACINRECUPERACIN DE MUESTRAS

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Cilindros de cuchara partida : A) Muestreador abierto con muestra de suelo ycutting shoe, B) Muestra de suelo, cuchara partida, tubo Shelby y caja paraalmacenaje y transporte de muestras


EXPLORACIN


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4.3 EXPLORACINRECUPERACIN DE MUESTRAS

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EXPLORACIN


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4.3 EXPLORACINNUMERO DE SONDAJES

No existe una regla absoluta para especificar el nmero de sondajes; se

requiere juicio y experiencia del ingeniero. En general el nmero de sondajes debera aumentar a medida que: - La variabilidad del suelo aumenta - La carga aumenta - La estructura es ms crtica

.




Surface Conditions

Structure Footorint Area for Each

Exploratory Buring

(m2) (n)

Poor quality and / or erratic 100 - 300 1 - 3

Average 200 - 400 2 - 4

High quality and uniform 300 - 1000 3 - 10


EXPLORACIN


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4.3 EXPLORACINPROFUNDIDAD DE SONDAJES

No existe una regla absoluta para especificar la profundidad de los

sondajes En general el sondaje debera alcanzar una profundidad a la cual el

incremento de esfuerzos sea menor a un 10% de la generada por laestructura a nivel de la fundacin.

.




Surface Conditions

Minimun Depth of Borings

(S = number of stories;

D = anticipated depth of foundation

(m) (ft)

Poor quality and / or erratic 6S0,7 + D 20S0,7 + D

Average 5S0,7 + D 15S0,7 + D

High quality and uniform 3S0,7 + D 10S0,7 + D


EXPLORACIN


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4.4 ENSAYOS EN TERRENO IN SITU)

Se utilizan cuando es difcil obtener muestras inalteradas, en arenas porejemplo.

Sirven para estimar propiedades y parmetros del suelo Ensayos tpicos en terreno son:

- Ensayo de penetracin de cono (CPT)- Placa de carga- Ssmica de Refraccin- Ensayo de corte in situ (vane shear test, VST)- Dilatmetro- Presimetro- Ensayo de penetracin estndar (SPT)

.





EXPLORACIN


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EXPLORACIN


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ENSAYO DE PENETRACIN DE CONO CPT)

Este ensayo mide la resistencia de punta del cono y la resistencia porfriccin.

Es un ensayo rpido y entrega un perfil continuo La desventaja es que es relativamente caro y no se obtienen muestras. Es ms adecuado para suelos con cohesin

.





EXPLORACIN


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Este ensayo mide la resistencia de punta del cono y la resistencia por friccin.

Es un ensayo rpido y entrega un perfil continuo

La desventaja es que es relativamente caro y no se obtienen muestras.

Es ms adecuado para suelos con cohesin

ENSAYO DE PENETRACIN DE CONO

(CPT)





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(CPT)





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Datos tpicos de un ensayo

116 . 6 mm


(CPT)





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ENSAYO DE PLACA DE CARGA





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OBJETIVO:

Determinar el Mdulo de Elasticidad del Suelo, y con este valor, establecer elHundimiento del estrato debido a las Deformaciones Elsticas en el mismo.

Determinar el Coeficiente de Balasto o Mdulo de Reaccin del suelo






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EQUIPO Unas Placas de Ensayo, que pueden ser:

Rgidas: Se tratar entonces de discos metlicos gruesos (20 a 30 mm), reforzados

eventualmente por rigidizadores.

Semirrgidas: Constituidos por discos metlicos de 30 mm de espesor, sobre cuyacara inferior estn pegados unos discos de neopreno o caucho.

Ligeras: Llamadas cojines hidrulicos, que estn constituidos por unos cilindros deacero cuyo fondo es una membrana de caucho y que estn rellenas de agua.






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Las ms utilizadas, son las placas rgidas. Para un mismo taller de ensayo se disponegeneralmente de placas de varias dimensiones, entre las cuales las ms usuales son lassiguientes:

Normas suizas: placas rgidas de 16 y 30 cm. de dimetro.

Normas americanas: placas rgidas de 35, 4.75, 61, 76.2, 91,5 y 106.8 cm. Dedimetro.

Normas alemanas: placas rgidas de 30 y 60 cm. de dimetro.

Normas francesas: placas rgidas o semirrgidas de 20, 40 y 75 cm. de dimetro.

Normas belgas: placas de 33, 43, 61 y 75 cm. de dimetro.



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Una Carga de Reaccin, que puede ser un remolque especialmenteequipado, o simplemente un camin cargado.

Un Gato Hidrulico. La potencia del gato debe estar en relacin con lacarga de reaccin y la tensin mxima que se desea utilizar. El gato se

coloca sobre la placa y se apoya sobre el arreglo que constituye la cargade reaccin.

Unas Vigas de referencia. Se trata de una viguera ligera pero rgida eindeformable, que puede estar constituida por una viga sobre dosapoyos, un tringulo de tres apoyos, o un marco rectangular de cuatro

apoyos.

Unas deformmetros, que en nmero de dos o tres, estn fijados sobre laviguera de medida y toman apoyo sobre la placa del ensayo.

Cronmetro, pico, pala, nivel de albail, arena fina o yeso



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TCNICA DEL ENSAYO

La preparacin del ensayo precisa de las siguiente operaciones: Preparacin de la superficie de apoyo de la placa, con nivelado eventual (arena fina

apisonada o yeso).

Colocacin de la placa de ensayo, cuyo dimetro viene fijado en funcin de ladimensin de los elementos ms gruesos del suelo.

Instalacin y reglaje del dispositivo de medida.

Aplicacin de una primera carga para instalacin de la placa de ensayo, durante 30segundos.

Descarga.

Puesta a cero de los deformmetros.



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TCNICA DEL ENSAYO

El procedimiento mismo del ensayo se muestra a continuacin:

Se aplica inicialmente una presin de 1 Kg/cm2 y se mide la deformacin totalcausada por esta carga; a continuacin, se retira esta presin y se procede a medir ladeformacin permanente.

Seguidamente, se realiza el mismo procedimiento mostrado en el apartado anterior,aplicando cargas de 2, 3, 4 y 5 Kg/cm2.



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CALCULOS

Con los resultados obtenidos en el campo se calculan p, r y ra.

Se grafican los resultados en un par de ejes ordenados, en los cuales se

coloca a las abscisas, las Deformaciones Acumuladas, y en las ordenadas,

las presiones aplicadas en el ensayo.

El MODULO DE ELASTICIDAD (E) se puede calcular con las siguientes

expresiones,





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CALCULOS

Placas Flexibles:

Placas Rgidas:

Donde:

m = Coeficiente de Poisson del suelo (0.3)

s = Incremento de Presin ( 1 Kg/cm2)

R = Radio de la Placa

ER = Deformacin Permanente del suelo (para el incremento de presin).






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CALCULOS

Para el clculo de la Deformacin Elstica se tiene las siguientes frmulas:

Donde:

m = 0.3

= Incremento de Presin

d = Ancho de la zapata

d = Mdulo de elasticidad calculado






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CALCULOS

En caso de las arcillas se puede utilizar la siguiente expresin:

Donde:Ip = Factor de Influencia (Lmayor / Lmenor)

Eu = Mdulo de elasticidad






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EJEMPLO






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En un ensayo de Carga con Placa realizado para encontrar el mdulo de elasticidad se

obtuvieron los siguientes datos:




LD(mm) h (mm) eracu (m) P epacu (m) r

0 0 0 2,000 0,000

6,2 2,045

6,2 730 1 2,045 0,090

0 2,015

0 2,020 0,040 0,05 0,04 0,04

12,3 2,085

12,3 1460 2 2,085 0,170 0,06

0 2,030

0 2,030 0,060 0,11 0,02 0,06

18,5 2,125

18,5 2160 3 2,125 0,250 0,06

0 2,040

0 2,040 0,080 0,17 0,02 0,0824,6 2,160

24,6 29,2 4 2,160 0,320 0,05

0 2,050

0 2,050 0,100 0,22 0,02 0,1

30,8 2,205

30,8 3650 5 2,025 0,410 0,07

0 2,060

0 2,060 0,120 0,29 0,02 0,12

Lectura dia F (Kg) Kg/cm2Lecturas del Deformimetro



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Siguiendo el siguiente procedimiento, se obtienen los valores de cada una de

las columnas indicadas en la tabla:

La primera columna de la tabla, corresponde a las lecturas del dial de cargas

del aparato.

La segunda columna (Carga), se obtiene multiplicando los valores obtenidos

en la lectura del dial de cargas por la constante del mismo.

La tercera columna (Presin), resulta de dividir cada carga para el rea de la

placa.

La cuarta columna (LD), corresponde a las lecturas del deformmetro del

aparato para cada estado de carga. Como puede verse en la tabla, existen dos

lecturas para cada estado de carga, esto debido a que la aguja deldeformmetro no marca un valor exacto.

La quinta columna (h) se obtiene al restar de la lectura inicial del

deformmetro, cada una de las lecturas correspondientes a cada estado de

carga, y multiplicando este valor resultante por dos. Docente: Ing. Santiago Maldonado Leoro, MSc.MAGISTER EN INGENIERA VIAL




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La sexta columna (r acum) se obtiene restando de cada valor de h

correspondiente a las lecturas del deformmetro en cada estado de carga, el

valor de h correspondiente a las lecturas del deformmetro cuando la carga

vuelve ha ser cero.

La sptima columna de la tabla (p), se obtiene al restar cada h

correspondiente a las lecturas del deformmetro cuando la carga vuelve a ser

cero.

La octava columna (p acum), resulta de sumar cada valor de p

correspondiente a las lecturas del deformmetro cuando la carga vuelve ha ser

cero.

Finalmente, la novena columna de la tabla (r), corresponde a los valores

obtenidos al restar cada uno de los valores de r acum correspondientes a las

lecturas del deformmetro cuando la carga vuelve a ser cero.Docente: Ing. Santiago Maldonado Leoro, MSc.





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Ahora, con los valores de presin y Deformacin Recuperable Acumulada (r acum,

obtenidos en la sexta columna de la tabla), graficamos la siguiente curva :






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Con los datos de la grfica, calculamos el Mdulo de Elasticidad con las

expresiones mencionadas anteriormente, tanto para placas flexibles como para

placas rgidas:PARA PLACAS FLEXIBLES






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PARA PLACAS RGIDAS






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FORMATO DE LABORATORIO






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A B C D E ra (mm) p (mm) pa (mm) r (mm)

res de Placa: Hoja N:

Cte. Del Anillo: Local:

OBSERVACIONES: A=Lectura del Anillo (Div). B= Fuerza (kg). C= Presin (kgfcm2)

D= Lecturas Directas. E= Asentamientos

Deformaciones realizadas con Viga Berkleman (relacin 1:2)

ENSAYO: CALCUL: REVIS:

ESCUELA POLITCNICA DEL EJRCITOLABORATORIO DE MECNICA DE SUELOS

ENSAYO DE CARGA CON PLACA

FECHA: PROCESO N:

Dimetro de Placa: Punto N:



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EXPLORACIN

INDIRECTA

MEDIANTE

REFRACCIN

SSMICA

EXPLORACININDIRECTA

MEDIANTEREFRACCIN

SSMICA


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A USO

- Exploracin rpida y econmica de grandes reas

- Permite obtener espesores de estratos y las velocidades de ondas P y de

ondas S.

B DEFINICIN

- Medicin de los tiempo de viaje de las ondas compresionales (P) y de las

ondas de corte (S)

C FUENTE DE ENERGA

- Golpe de martillo o carga explosiva

D APLICACIONES

- Determinacin de la estratigrafa del subsuelo- Determinacin de la profundidad del basamento rocoso

- Determinacin de parmetros dinmicos




ENSAYO DE REFRACCIN SSMICA


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Disposicin detallada de la conexin de cables a los gefonos, trigger, equipo de

Adquisicin y amplificador Docente: Ing. Santiago Maldonado Leoro, MSc.MAGISTER EN INGENIERA VIAL




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Esquema del Ensayo de medicin en pozos ondas P y SDocente: Ing. Santiago Maldonado Leoro, MSc.





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Registro de Ondas PDocente: Ing. Santiago Maldonado Leoro, MSc.





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Registro de Ondas S Docente: Ing. Santiago Maldonado Leoro, MSc.MAGISTER EN INGENIERA VIAL




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Curva Distancia - Tiempo Docente: Ing. Santiago Maldonado Leoro, MSc.MAGISTER EN INGENIERA VIAL




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Valores promedios de Vp segn la norma ASTM D5777Docente: Ing. Santiago Maldonado Leoro, MSc.



Caliza 7000 a 20000 2134 a 6100

Esquisito, arcilla esquisto 9000 a 14000 2750 a 4270

Tiza 6000 a 13000 1830 a 3960

Agua de mar 4800 a 5000 1460 a 1525

Arenisca 6000 a 13000 1830 a 3960

Arcilla saturada 3000 a 9000 910 a 2750

Agua 4700 a 5500 1430 a 1665

Grava o arena seca 1500 a 3000 460 a 915

Arena saturada 4000 a 6000 1220 a 1830

DescripcinVelocidad Vp

pies/s m/s

Suelo intemperizado 800 a 2000 240 a 610



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Estacin Porttil de prospeccin Ssmica SMART SEIR S24 de 24 canales

(GEOMETRICS)Docente: Ing. Santiago Maldonado Leoro, MSc.





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Martillo de 25 lbs, utilizado generalmente en lneas pequeas Docente: Ing. Santiago Maldonado Leoro, MSc.MAGISTER EN INGENIERA VIAL




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Martillo de 75 Kg, utilizado en lneas de longitudes mayores a 100 m.






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Preparacin de explosivo para generar una onda ssmicaDocente: Ing. Santiago Maldonado Leoro, MSc.





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Colocacin de explosivo para la generacin de la onda ssmicaDocente: Ing. Santiago Maldonado Leoro, MSc.





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Disparo producido por un explosivoDocente: Ing. Santiago Maldonado Leoro, MSc.




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OBJETIVO

Determinar la Velocidad de Propagacin de las ondas ssmicas en el suelo,

para de esta manera establecer el tipo, espesor, carga admisible y Mdulo de

Elasticidad de dicho estrato de suelo.






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DESCRIPCIN DEL ENSAYO

Produciendo un impacto mecnico (choque o explosin) se propagan en el

sub _ suelo ondas ssmicas diferentes segn los terrenos atravesados. Esta

velocidad de las ondas ssmicas depende esencialmente de la compacidad

de las capas consideradas. La refraccin ssmica saca partido de este

fenmeno.

En la mayora de los casos, para subsuelo prximo, las capas presentan

velocidades crecientes con la profundidad. Se admite que la onda de

choque se propaga en lnea recta en un terreno dado, no cambiando nunca

la direccin, excepto cuando penetra en un terreno diferente (refraccin de

la onda).






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DESCRIPCIN DEL ENSAYO

Consideremos dos capas diferentes superpuestas A y B, la cara superior A

tiene una velocidad V1, que es inferior a la velocidad V2, correspondiente a

la capa inferior B.

La onda creada podr alcanzar el gefono siguiendo dos caminos

diferentes:

Un camino lento, pero ms corto por el terreno A.

Un camino rpido, pero ms largo por el terreno B.

Si el gefono y el emisor de ondas se encuentran prximos, ser la onda

que va por el terreno A la que alcance antes el receptor (camino corto).

Si despus, el punto de impacto se encuentra suficientemente alejado del

gefono, ser la onda que pasa por el terreno B la que llegar primero

(camino ms largo, pero mayor velocidad)






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EQUIPO

Gefonos

Medidor de los tiempos de refraccin de las ondas ssmicas en el suelo

Martillo o masa

Explosivos






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TCNICA DEL ENSAYO

El ensayo de refraccin ssmica se realiza bsicamente de la siguiente

manera:

Un emisor de ondas mvil (masa, martillo o explosivos) permite crear los

impactos.

Un captor fijo o gefono, mide el tiempo de llegada de las ondas

propagadas por el subsuelo.






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TCNICA DEL ENSAYO

Visto que la velocidad de las ondas ssmicas es mayor en los suelos saturados

que en los suelos no saturados se puede aplicar este mtodo en la

determinacin del nivel de agua en los suelos permeables.

La profundidad normal de la investigacin oscila entre 10 y 20 m. con

posibilidad de alcanzar profundidades del orden de 100 a 200 m. en

determinados casos muy favorables. De una forma general, la profundidad

explorada est comprendida entre el 20 y 40% de la distancia que separa el

emisor del receptor.






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TCNICA DEL ENSAYO

Los resultados obtenidos son las velocidades de propagacin de las ondas de los

medios encontrados as como los espesores. Por comparacin con medios tipo de

referencia, es posible tener una idea de su naturaleza geolgica. Este mtodo es

aplicable a determinados problemas de cimentacin, as como el estudio de capasaluviales, deslizamientos, graveras y areneros, etc.

Una fuerte humedad crea generalmente corto circuitos en los aparatos alternando las

medidas. El hielo modifica las velocidades falseando los resultados, as como una

fuente de vibraciones prxima (viento violento en los rboles, paso de trenes,

circulacin de maquinaria pesada), provocando tambin ondas parsitas que pueden

tambin alterar las medidas. Pero sobre todo, si estamos ante un terreno de alta

velocidad, que se encuentre sobre otro de velocidad ms dbil, este ltimo no puede

ser prospectado, puesto que la onda profunda en ningn caso alcanzar la onda

superficial.Docente: Ing. Santiago Maldonado Leoro, MSc.





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CLCULOS

Si sobre un grfico de coordenadas, se colocan en las abscisas las

distancias entre el punto emisor y el gefono, y en las ordenadas los

tiempos medidos, se obtiene una Curva Democrnica, que normalmente

est formada por segmentos de rectas correspondientes a las distintas

capas de subsuelo.

Estos segmentos tienen una gradiente inversamente proporcional a la

velocidad del medio considerado, pudiendo por este concepto, obtenerse las

velocidades buscadas.






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CURVA DROMOCRNICA






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El Espesor de los diferentes estratos, se puede calcular con la siguiente

expresin:

Donde:

D = Espesor de cada estrato

C = Distancia horizontal correspondiente al cambio de velocidad

en la curva Democrnica

V1 y V2 = Velocidades de propagacin en las diferentes capas de suelo






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Cuando en el grfico aparecen tres o ms velocidades correspondientes a

diferentes estratos, la expresin para estimar el espesor de los estratos

inferiores es usualmente resuelta con la ayuda de bacos o, para una

primera aproximacin se puede utilizar las siguientes expresiones:

O tambin:






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ENSAYO DE REFRACCION SISMICA




Cuando en el grfico aparecen tres o ms velocidades correspondientes adiferentes estratos, la expresin para estimar el espesor de los estratosinferiores es usualmente resuelta con la ayuda de bacos o, para unaprimera aproximacin se puede utilizar las siguientes expresiones:

2

+ + 0 . 8 5

O tambin:

2

+


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La velocidad ssmica es un indicador estimativo de dureza. De la teora dela elasticidad, la velocidad de una onda compresiva en un slido, nos indicaser una funcin de la masa, mdulo de elasticidad y la relacin de Poisson.De estos tres valores el ms importante es el mdulo de elasticidad, el cual

es muy sensible a la continuidad y el contacto grano a grano.

Los valores tpicos de las velocidades se indican en la siguiente tabla. Lavelocidad del suelo por debajo de los 1100 pie/seg. es difcil de medir conun reloj ssmico, ya que la onda area puede saltar el gefono. Esto dar unvalor errneo de V1 y C1, en las ecuaciones de profundidad. Cualquier

velocidad del suelo determinada alrededor de 1100 pie/seg. deberrevisarse.


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VALORES TPICOS DE VELOCIDADES

Material Velocidad(pie/seg)

Suelo 800-1800Suelo denso 1500-2000

Arena o grava arriba del nivel fretico 1500-4000Arcilla, pizarra blanda 4000-7000

Pizarra dura 6000-10000Arena gruesa 5000-10000Limo alterado 4000-6000

Limo 8000-18000Basalto 8000-13000Granito 10000-20000

Deposito glacial 4000-7000Losa 10000-12000Agua 5000Aire 12000


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Por este mtodo tambin se puede obtener valores aproximados delMdulo de Elasticidad (E) del suelo, utilizando la relacin terica:

50

Vi = Velocidad de propagacin de las ondas ssmicas en el interior del

estrato.


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La Presin Admisible de cada estrato de suelo se puede determinar conla siguiente expresin:

10

Donde N (S.P.T) se calcula con la siguiente expresin, a partir de lavelocidad de propagacin de las ondas ssmicas del estrato

0.0284 7.6


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EJEMPLO 1: Con los resultados de un ensayo de refraccin ssmica, indicados en lasiguiente tabla, determinar el Mdulo de Elasticidad de cada estrato.

Registro de ssmica de refraccin

Proyecto: Lnea Ssmica: Operador:

Croquis de observacin

Ubicacin: Long de lnea: Fecha:

Prof Investigacin: Direccin de lnea: Equipo:

Distancia (m) Tiempo (s) Distancia (m) Tiempo (s) Distancia (m) Tiempo (s)3 19,1

6 29,8

9 40,5

12 50,2

15 60,6

18 79,8

21 90,4

24 93,7

27 104,8

30 110,1

33 135,7

36 146,8

39 157,5

42 167,6

45 172,1


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EJEMPLO 1: Con los resultados de un ensayo de refraccin ssmica, indicados en lasiguiente tabla, determinar el Mdulo de Elasticidad de cada estrato.

0

2040

60

80

100

120

140

160

180

200

0 10 20 30 40 50

Curva refraccin sismica

Series9 Curva refraccin sismica

Punto de quiebre


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EJEMPLO 1: Con los resultados de un ensayo de refraccin ssmica,indicados en la siguiente tabla, determinar el Mdulo de Elasticidad decada estrato.

- La velocidad V1 ser:

21.266

4

1

5.32

= . = . /

- Y la velocidad V2 ser:

172.1 21.266

45 4

1

3.67

= . =. /


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El mdulo de Elasticidad para cada estrato de suelo ser:

EJEMPLO 1: Con los resultados de un ensayo de refraccin ssmica,indicados en la siguiente tabla, determinar el Mdulo de Elasticidad decada estrato.

50

187.9

50 706.12 /2

- Mdulo de Elasticidad E2:

50 272.5

50 1485.13 /2

ARENA SUELTA

GRAVA COMPACTA


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EJEMPLO 2: En un ensayo para determinar el coeficiente de elasticidadse obtuvo los siguientes datos:

D (m) t (ms)

5 810 21

15 26

20 28

25 32

30 3835 42

40 45 GRFICO DEL ENSAYO DE SSMICA DE REFRACCIN


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1. La Velocidad de propagacin:

1

21

10,1 2,08

1 0.48 1000 480/

40 10,1

45 21 1,244 1000 1244/

2. El espesor del estrato:

2

+

10,1

2

1244 480

1244 + 480 3.36


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3. El Mdulo de Elasticidad:

1

50

1

480

50 4608 kg/c

2 1244

50 30970,52kg/c

4. El Nmero de Golpes:

N = 0.0284 * Vp 7.6

N1 = 0.0284 * 480 7.6 = 6.032.. 6 golpes

N2 = 0.0284 * 1244 7.6 = 27.730. 28 golpes


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5. Carga Admisible

10

6

10 0,6kg/c

10

28

10 2,8kg/c



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ENSAYO DE REFRACCIN SSMICA:REGISTRO DE LABORATORIO


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EXPLORACIN DEL SUBSUELO

ENSAYOS EN EL TERRENO(IN SITU)

Paletas

Medidor de Tors in

ENSAYO DE

VELETA (VST)





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ENSAYO DE VELETA (VST)

NORMAS:

ASTM D2573

DESCRIPCIN:

Se lo realiza dentro de un sondeo o en una superficie

Cuchilla de 4 lados se entierran en limos y arcillas para medir:

o Suv Pico) = Resistencia Pico no Drenada < 200 kPa

oSuv Remoldeada) = Resistencia Remoldeada (despus de 10revoluciones)

o Sensitividad: Suv (Pio)

Suv (Remoldeada)


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ESQUEMA:


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EQUIPOS PARA EL ENSAYO:

Veleta Escandinava Veleta McClelland


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EQUIPOS PARA EL ENSAYO:


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VENTAJAS Y DESVENTAJAS:

ENSAYO DE VELETA

VENTAJAS

Permite obtener la resistencia no drenada de arcillas.

Equipo y ensayos muy sencillos.

Permite medir la sensitividad in situ.

Hay mucha experiencia en su uso

DESVENTAJAS

Su uso se limita a arcillas y limos con Suv < 200 kPa.

Es lento y se gasta mucho tiempo.

Requiere correlaciones empricas.

El resultado es afectado por lentes de arena.


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RESISTENCIA NO DRENADA:

12

+

+ 6


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VALORES DE Suv PARA VELETAS CON H/D =2 :

TIPO DE VELETA FORMA Suv PARA H/D=2

NILCON 0.265

GEONOR 0.257

RECTANGULAR 6

7 0273


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RESULTADO DEL ENSAYO DE VELETA:


114/145





RESISTENCIA MOVILIZADA: 1 mob =RSuv:

Factor decorreccin

(Chandler, 1988)


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VELETA DE CAMPO

Nilcon (mecnica) Geonor (mecnica) A.P. vanden Berg Geotech AB (electroveleta) Envi (memoveleta)

VELETA DE LABORATORIO (ASTM D 4648)


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ENSAYOS EN EL TERRENO(IN SITU) ENSAYO DE

DILATMETRO





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DILATMETRO PLANO DE MARCHETTI


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DILATMETRO PLANO DE MARCHETTI

Se entierra una cuchilla de acero a intervalos de 20 cm. Sin sondeo

Inventado por Marchetti (1980).

Cuchilla con ngulo de 18.

Se infla una membrana de acero flexible utilizando gas nitrgeno

Se toman dos medidas de presin (A and B) en aproximadamente unminuto.


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DILATMETRO DE CUCHILLA PLANA


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ENSAYO DE DILATMETRO (DMT)

ENSAYO DE DILATMETRO

VENTAJAS

Equipo simple y robusto

Sin influencia del Perforador

Rpido y econmico

Derivacin terica del mdulo elstico, resistencia y la historia deesfuerzos

DESVENTAJAS

Difcil penetrar en materiales densos

Funciona con base en correlaciones

Necesita calibracin para geologa local

S O O


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CALIBRACIN: A , B

LECTURAS: Presin de contacto A y Presin de expansin B a diferentesprofundidades

CORRECCIONES PARA RIGIDEZ DE LA MEMBRANA EN EL AIRE:

Po A + A P1 = B - B

INDICES DMT

- ID = ndice de material = (P1 P0) / (P0-Uo)

- ED = Mdulo de dilatmetro = 34.7 (P1 P0)

- KD = ndice de esfuerzo horizontal = (Po Uo) / vo



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SISTEMA DMT COMPUTARIZADO


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ENSAYOS EN EL TERRENO(IN SITU) ENSAYO DE

PRESURMETRO




ENSAYO DE PRESURMETRO (PMT)


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126/145







127/145





PRESUROMETRO PARA PERFORACIN PRE - EXCAVADA

PANEL CELDA



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PRESUROMETRO ALTO PERFORADOR


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ENSAYOS EN EL TERRENO(IN SITU) ENSAYO SPT




ENSAYO SPT ASTM D 1586


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ENSAYO SPT-ASTM D 1586

OBJETIVO

Determinar la compacidad y la capacidad de soporte del suelo.

PRINCIPIO DEL ENSAYO

El ensayo S.P.T. (Standard Penetration Test) consiste bsicamente en constar

el nmero de golpes (N) que se necesitan para introducir dentro de un estratode suelo, un toma muestras (cuchara partida) de 30cm. de variacin de metroen metro). El toma muestras es golpeado bajo energa constante, con unamaza en cada libre de 140 lbs. (33.5 Kg.) y una altura de cada de 30 plg.(76.2 cm.).Este ensayo se realiza en depsitos de suelo arenoso y de arcilla blanda; no esrecomendable llevarlo a cabo en depsitos de grava, roca o arcillaconsolidada, debido a los daos que podra sufrir el equipo de perforacin alintroducirlo dentro de dichos estratos.

EQUIPO


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EQUIPO

EQUIPO

Pesa de 140 lb. Con una altura de 30 plg. Barras y brazos de perforacin Muestrador o tubo partido con las siguientes dimensiones:

Largo: 50 cm. Dimetro exterior: 51 mm. Dimetro interior: 35 mm Peso total: 70 N. (16 lb.).

Trpode de carga

Flexmetro Parafina sellante Fundas de plstico Tarjetas de identificacin

EQUIPO


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EQUIPO

TRIPODE DE CARGA

TUBO PARTIDO

TCNICA DEL ENSAYO


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TCNICA DEL ENSAYO

De forma general el ensayo se ejecuta de la siguiente manera:

En primer lugar se realiza un sondeo hasta la profundidad establecida, ya continuacin se lleva al fondo de dicha perforacin una cucharanormalizada que se hinca 15 cm. en la capa a reconocer, a fin deeliminar la zona superficial parcialmente alterada.

Se hace entonces una seal sobre el varillaje y se cuenta el nmero degolpes (N) necesarios para hincar de nuevo la cuchara, profundidad de unpie (30 cm.). Como se mencion anteriormente, la masa que se utiliza

para la hinca pesa 140 lb. y su altura de cada es 30 plg., lo quecorresponde a un trabajo de 0.5 KJ por golpe, aproximadamente.

TCNICA DEL ENSAYO


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TCNICA DEL ENSAYO

Entonces el parmetro medido ser: N = N1 + N2, en donde N1corresponde al nmero de golpes necesarios para hundir el tomamuestras 15 cm. y N2 es el nmero de golpes que se necesita parahundir los 15 cm. restantes del toma muestras.

Finalmente se abre la cuchara partida y se toma la muestra de suinterior, para realizar los ensayos correspondientes (contenido dehumedad, granulometra, lmites de consistencia, peso especfico, etc.)

Este ensayo se debe realizar mximo hasta los 50 golpes, ya que,

despus de este lmite, introducir el equipo de perforacin dentro delestrato puede causar daos al mismo. Cuando tenemos este caso, sedice que existe RECHAZO (roca o suelo muy bueno)

CLCULOS


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CLCULOS

CLCULOS

El valor de N (nmero de golpes necesarios para hincar un tomamuestras de 30 cm. de longitud en un estrato de suelo, unaprofundidad que generalmente vara de metro en metro) se

determina, como se mencion anteriormente, sumando los valores deN1 + N2, entonces:

N = N 1 + N 2

Donde:

N1: nmero de golpes necesarios para hincar el toma muestras 15 cmN2 : Nmero de golpes necesarios para hincar el toma muestras otros 15cm.

CLCULOS


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CLCULOS

A partir del N del Ensayo S.P.T. se pueden determinar la Resistencia ala Penetracin y la Presin Admisible.

Resistencia a la penetracin

R p = N * 4

Carga admisible

Adm =

CLCULOS


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CLCULOS

Otro parmetro que se puede determinar a partir del N obtenido y dela clasificacin posterior del suelo, es el Grado de compacidad en casode suelos arenosos y la consistencia en caso de suelos arcillosos, estomediante tablas que relacionan los mencionados valores:

COMPACIDAD

(Suelo Granular)

Grado de

compacidad

N (S.P.T) Resistencia a la

Penetracin

Esttica

Muy suelta < 0.2 < 4 < 20 < 30

Suelta 0.2 0.4 4 10 20 40 30 35

Compacta 0.4 0.6 10 30 40 120 35 40

Densa 0.6

0.8 30

50 120

200 40

45

Muy Densa > 0.8 > 50 > 200 > 45

CLCULOS


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CLCULOS

Otro parmetro que se puede determinar a partir del N obtenido y dela clasificacin posterior del suelo, es el Grado de compacidad en casode suelos arenosos y la consistencia en caso de suelos arcillosos, estomediante tablas que relacionan los mencionados valores:

CONSISTENCIA

(Suelo Cohesivo)

N (S.P.T) qu (Kg/cm2)

Resistencia a la

Compresin Simple

E

(Kg. / cm2)

Muy blanda < 2 < 0.25 3

Blanda 2 4 0.25 0.50 30

Mediana 4 8 0.50 1.00 45 90

Compacta 8 15 1.00 2.00 90 200

Muy compacta 15 - 30 2.00 a 4.00 200

Dura > 30 > 4.00 200

EJEMPLO


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EJEMPLO

Con los siguientes datos obtenidos en un ensayo S.P.T. determinar: El nmero de golpes N, laresistencia a la penetracin, la presin admisible del suelo y el grado de compacidad.

z

(m) 15 cm 30 cm 45 cm

1 6 17 22 39 SP - SM

2 4 12 20 32 SP - SM

3 6 15 20 35 SP - SM

4 10 18 25 43 SP - SM

5 10 18 26 44 SP - SM

6 10 19 27 46 SP - SM

7 7 15 27 42 SP - SM

8 8 15 28 43 SP - SM

N (Valor obtenido en e l campo)N (S.P.T.) Tipo de suelo Smbolo

EJEMPLO

EJEMPLO


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Para obtener los valores buscados en el problema, se debe seguir el siguiente procedimiento:

Determino N corregido con los valores de N del SPT Con los valores de N corregido obtenidos del S.P.T. obtengo un diagrama graficando dichos

valores y uniendo los puntos que estos generan con lneas.

En el diagrama, podemos observar que existen dos partes diferentes bien definidas. A partirde esta consideracin se entiende que existen dos estratos, cada uno con diferente grado decompacidad. El N promedio para cada estrato es precisamente el promedio de los diferentesvalores de N obtenidos para cada profundidad.

Seguidamente determino el grado de compacidad de cada estrato mediante la tabla quecorresponde a la relacin existente entre este parmetro y el N del S.P.T.:

EJEMPLO

EJEMPLO


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1

2

3

4

5

6

7

8

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

PROFUNDIDAD(M)

NMERO DE GOLPES

N vs Profundidad

EJEMPLO

EJEMPLO


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Para nuestro primer valor, N = 37, tenemos un Gc= 0,67; igualmente para N = 44, Gc= 0,74.; Estos valores se los obtienen interpolando

COMPACIDAD

(Suelo Granular)

Grado de

compacidad

N (S.P.T) Resistencia a la

Penetracin

Esttica

Muy suelta < 0.2 < 4 < 20 < 30

Suelta 0.2 0.4 4 10 20 40 30 35

Compacta 0.4 0.6 10 30 40 120 35 40

Densa 0.6 0.8 30 50 120 200 40 45

Muy Densa > 0.8 > 50 > 200 > 45

EJEMPLO

EJEMPLO


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- La resistencia a la Penetracin se puede calcular como se mencionanteriormente, con la siguiente expresin: Rp = N * 4

Para el primer valor de N que corresponde a 36, Rp = 144 Kg/cm2. De lamisma forma calculo los valores de Rp para cada N.

- Finalmente obtenemos la Presin Admisible, que se puede calcular

mediante la expresin mencionada:

Para N = 36, la presin admisible 3.6 ./2,calculndose losdems valores de de manera similar.

EJEMPLO

EJEMPLO


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Hoja Electrnica

EJEMPLO

EJEMPLO
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_1/ejercicio-SPT.xlsxhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_1/ejercicio-SPT.xlsxhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_1/ejercicio-SPT.xlsxhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_1/ejercicio-SPT.xlsxhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_1/ejercicio-SPT.xlsxhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_1/ejercicio%20SPT.xlsxhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_1/ejercicio%20SPT.xlsxhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_1/ejercicio-SPT.xlsxhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_1/ejercicio-SPT.xlsx


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EJEMPLO

Mecánica de Suelos II _ Exploración Del Subsuelo

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