2- Caracterizacion geotecnica-03-02-10

UNIVERSIDAD JAVERIANA- FACULTAD DE

INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL

ESPECIALIZACION EN GEOTECNIA VIAL Y PAVIMENTOS

CURSO DE GEOTECNIA VIAL

Ing. Gilberto Rodríguez Ch.

2. CARACTERIZACION

GEOTECNICA

2.1 CONCEPTOS DE MECANICA DE SUELOS

Lectura recomendada:Cap. 1 y 2 LA Ingeneria de Suelos en las Vias Terrestres, Vol 1, RICO& DEL CASTILLO

TIPO DE MATERIALES

ROCAS: - SEDIMENTARIAS

- IGNEAS

- METAMORFICAS

SUELOS: - GRANO FINO (ARCILLAS)

- GRANO GRUESO (GRANULARES)

- RESIDUALES (METEORIZACION)

“Todos pueden constituir subrasantes, las zonas paraconstruir una carretera presentan diferentespropiedades mecanicas o de soporte, y de estabilidad”

ORIGEN DE LOS SUELOS

POR TRANSPORTE Y DEPOSITO

VIENTO GRAVEDAD AGUA(CENIZAS V.) (COLUVIONES) (ALUVIONES)

METEORIZACION DE LA ROCA

MADRE SUELOS RESIDUALES

Origen del Suelo

http://images.encarta.msn.com/xrefmedia/eencmed/targets/illus/ilt/T045308A.gif

Fases del Suelo

Esqueleto

Mineral

Agua

intersticial

Aire

•Material Trifásico

Relación Gravimétricas y Volumétricas

Va

Vw

Vs

Vo

Vt

Volumen:

Va: Volumen de aire en el suelo

Vw: Volumen de agua en el suelo

Vs: Volumen de suelo (sólidos)

Peso:

Pa: Peso aire = 0

Pw: Peso del agua en el suelo

Ps: Peso del suelo (sólidos)

PsPww /

HUMEDAD

Importancia:

► Suelos finos: Mucha: Correlación con resistencia

y compresibilidad

► Suelos gruesos: Alguna:Correlación con efectos

capilares

Peso Unitario

Suelos finos y gruesos:

► Correlación con resistencia

► Correlación con compresibilidad

► Suelo bajo agua:

suelosuelo VP /

ws´

Relación de vacíos

► Correlación con

► Correlación con

► Correlación con resistencia y compresibilidad

sv VVe /

w

Grado de saturación

►¿Presencia de aire en poros?

►Sr=1: Poros llenos con aire:Mecánica

de suelos clásica

►Sr<1:Poros con aire y agua: Mecánica

de suelos parcialmente saturados

(succión, capilaridad)

.máx/ wwSr

Clasificación de suelos

Objetivo:

►Unificar criterios internacionalmente

►Asociar tipo de suelos a comportamientos

geomecánicos típicos

►Identificar suelos representativos en

proyecto:Determinación de estratigrafía

Gravas

Arenas

Limos

Arcillas

Tam

añ

o d

e p

art

ícu

la0,02 m

10-7 m

Suelos

Gruesos

Suelos

Finos

Clasificación de los Suelos

AASHTO – USCS:

Tienen limitaciones

Desarrolar nuevos sistemas que se ajusten a nuevos problemas

Evitar ajustes en donde no se aplica (caso-cenizas)

AASHTO 1929/1945) USCS

SUBRASANTE A.CASAGRANDE

TERRAPLENES CLASIFICACION AEROPUERTOS

CONSTRUCCIONES MILITARES

PROPIEDADES REQUERIDAS PARA COMPLEMENTAR LAS

CLASIFICACIONES TRADICIONALES

Resistencia al corte (finos) Color

Densidad (granulares) Composición (granulometría, forma, mineralogía)

Compresibilidad

Plasticidad Estructura

Nivel Freatico

Clasificación de los suelos

Finos

Más del 50% pasa

el tamiz #200

Gruesos

Granulometría

Límites de

Atterberg

Clasificación de suelos finos

Ensayo: Límites de Atterberg

►WL: Límite líquido

►WP: Límite plástico

►IP:WL-WP: Indice de plasticidad

Clasificación de suelos finos

Límites de Atterberg : Limite Líquido, plástico e índice de

plasticidad

Líquido

Plástico

Semi-sólido

Sólido

Límite Líquido

Límite Plástico

Límite de

Contracción

Indice de

Plasticidad

Humedad (%)

Límites de Atterberg

WP WL

Muy firme

Firme

Blando

w

w

w

Consistencia

Consistencia – suelos finos

Resistencia qu

(kg/cm2)

“N”

Muy blando 0 – 0.25 0 -1

Blando 0.25 – 0.5 2 – 4

Medio 0.5 – 1.0 5 – 8

Firme 1.0 – 2.0 9 – 15

Muy firme 2.0 - 4.0 16 – 31

Duro > 4.0 > 31

Compresibilidad

Cc wL

Baja 0 – 0.19 0 - 30 0.25

Intermedia 0.2 – 0.39 31 - 50 0.2 – 0.3

Alta > 0.40 > 50 0.3 – 0.4

Plasticidad

Descripción IP Resistencia

seca

No plástico 0 -3 Muy baja (desintegra fácil)

Baja plasticidad 3 – 15 Baja

Media plasticidad

15 – 30 Media

Alta plasticidad > 31 Alta (difícil de romper con los dedos

Clasificación de suelos gruesos

Distribucion

granulometrica

Suelos Particulas Gruesas (granulares – arenas)

50% o mas retenido T200, desde el No.4

Sueltos Secos

Depositos Húmedos

Densos Saturados

Particulas

redondeadas,

angulares,

planas

•El asentamiento en materiales granulares en el

tiempo son “inmediatos”

•El agua no lubrica, disminuye esfuerzos efectivos

Clasificación de suelos gruesos

Granulometria correlaciona con:

►Compactabilidad

►Angulo de friccion interna

►Permeabilidad

Bien gradados

Granulometría Uniformes

Con vacíos (carencia de material)

Densidad Relativa

Termino Densidad Relativa % N

Suelto 0 – 50 25 – 30 0 – 10

Firme 50 – 70 30 – 35 11 – 30

Denso 70 – 90 35 – 40 31 – 50

Muy Denso 90 - 100 40 - 45 > 51

Permeabilidad

Permeabilidad Relativa Coef. Perm. (k) –cm/seg- Formación Típica

Muy permeable 1 * 10 -1 Grava gruesa

Permeabilidad media 1 * 10 -3 Arena, y fina

Baja permeabilidad 1 * 10 -3 / 10 -5 Arena limosa

Muy baja permeabilidad 1 * 10 -5 / 10 -7 Limos

Impermeable < 1 * 10 -7 Arcillas

Incidencia de los finos en el

comportamiento mecanico

Incidencia de los finos en la resistencia al corte

Suelos Residuales Meteorización de la roca madre, reflejan minerales y estructuras de

la roca

Ígneas

GranitoArenas limosas

ConstrucciónLimos arenosos

BasaltoArcillas

MontmorillonitasAlta plasticidad

SaprolitosSuelos residuales

profundosSaprolito

Antioqueno

Sedimentarias

Clásticas

Arenisca ArenasMaterial de origenArcillolitas Arcillas

Limolitas LimosLutitas Arcillas alta plasticidad

CarbonatadasCalizas Quedan partículas insolubles , pueden

producir hundimientos (sumideros)Dolomitas

Metamórficas

Limos arenososGneiss, esquistos

Los depósitos son muy variables dado

el origen del metamorfismo

Arenas limosas

Arcillas Filitas

Perfil Típico –Suelo Residual

depende del grado de alteracion

Horizonte Descripción

A – capa superiorMayor alteración, incluye capa

orgánica

B – capa intermediaZona de acumulación, alteración

superior

C - transiciónParcialmente meteorizada;

transición suelo roca

Cenizas – suelos volcanicos

Presentan problemas : Explanación

Compactación

Sensibles a la humedad

Susceptible al remoldeo

Cambio de propiedades con secado

Formación: Meteorización eyectos volcánicos

del cuaternario.

Características:

- Alta W%, variaciones drásticas

- Bajos

- Altas e

- w > LL

(sin ser arcillas)

- Buena resistencia y CBR

- La clasificación, no corresponde a la convencional

TE

RR

AP

LE

N

DE

PR

UE

BA

Permeabilidad

kiAAL

hhkQ 12

1 minutos 1 horas 100 días 100 años

Grava Arena Limo Arcilla

kiA

Qv

Caudal

Coeficiente de permeabilidad

Area de la

sección

transversal

Ley de Darcy

Gradiente hidráulico

Velocidad

L

h2

h1

Viscosidad

Densidad

Valores Típicos de Permeabilidad

Tipo de Suelo Coeficiente de

Permeabilidad

k (cm/s)

Gravas 102-10

Arenas 1-10-4

Limos 10-5-10-6

Arcillas 10-7-10-9

Flujo Unidimensional

Líneas equipotenciales: La “carga” es igual

Líneas de flujo: Líneas de corriente (incluyen las paredes)

Redes de Flujo Suelo isótropo: perpendiculares

Flujo Unidimensional

d

f

n

nkH

l

QCaudal por metro lineal

(perpendicular a la figura)

Número canales de flujo

Número de reducciones

de carga

Perdida de carga total

Flujo Bidimensional

Otros ensayos

Compresión inconfinadaConsolidación

Relación de Poisson ( )

z

x

x

z

L

l

H

h

= [ 0 – 0.5 ]

Disminución de volumen, no

deformación lateral (corcho,

icopor)

Volumen constante

(agua)

Suelos ( ) [0.25 – 0.40]

L l

H

h

( ) > 0.50 “aumento de volumen” [arcillas expansivas-granulares uniformes]

Módulo de Elasticidad

“Valores Tipicos”

Tipo Kg/cm2

Arcilla muy blanda 3 – 3.5

Arcilla blanda 20 – 50

Arcilla media 40 – 80

Arcilla dura 70 – 180

Arcilla arenosa 300 – 400

Arena limosa 70 – 200

Arena suelta 100 – 250

Arena densa 500 – 800

Arena densa y grava 1000, 2000 > ?

Comparativos

Madera 80 – 100*103

Concreto 200 – 300*103

Acero 2150*103

Esfuerzos en una masa de suelo

Esfuerzos normales en un sistema de partículas

A

Pnormal

ΔP’

ΔA

P

A

Esfuerzos normales en suelos

zsueloz *

Pzsueloz *

Arcilla Arcilla

P

z

suelo suelo

zsueloz *

DISTRIBUCIÓN DE ESFUERZOS –BOUSSINES Q.

(1886)

Cos

CosCosSen

P

KPaCos

Cos

R

rZP

horizontalrsentidoencompresióndeesfuerzosdeincr

KPaZ

CosP

ZrZ

P

R

ZP

r

r

r

z

z

1

*)21(**3

2

1

*)21(*3

2

.:

*2

*3

1*2

3

*2

*2

232

2

5

2

2

5

25

22

5

3

verticalndeformació

latelarndeformació

1

3

ESFUERZOS DEBIDO A CARGAS – GRAN

SIMPLIFICACIÓN

B

ZqZ

21

1*

ESFUERZOS DEBIDO A GARGAS – Error de

simplificación

ESFUERZOS EN EL SUELO – Debidos al peso del suelo

´

332211

´ *** HHHAV

w3

´

3

ESFUERZOS EN EL SUELO - Debidos a cargas de

estructuras.

Cuando se encuentran varias estructuras

cercanas se observa el fenómeno desuperposición de esfuerzos, que es cuando

los bulbos de esfuerzos de las estructuras

se sueperponen, entonces en ese caso losesfuerzos deben sumarse

Esfuerzos normales en suelos ( P)

PΔzsueloz *

Arcilla

P

z

P≈0,1*P

≈2*B

B

n=B/z m=L/z

L

i= f(n,m)

P= P*i Gráficas m,n

Para una carga rectangular, en una esquina:

Para una carga rectangular, en el

centro, dividir en cuatro:

B

L

n=(B/2)/ z m=(L/2)/z

P= 4*P*i

ΔP’

ΔA

Esfuerzo efectivo

σ = σ – μEsfuerzo

efectivo

(esfuerzo entre

partículas)

Presión de Poros

(presión del agua)

Agua

Caso Práctico: Fenómeno de Licuación

•Arenas Limpias (homogéneas)

•Sumergidas

•Fuerza dinámica (sísmo o

explosión)

σ = σ – μ

Si μ = σ

σ =0

El suelo fluye

σ > 0 σ = 0

Asentamientos

Asentamiento Instantáneo

Asentamiento por

Consolidación Primaria

Asentamiento por

Consolidación Secundaria

So

S1

S2

S

t0

Asentamiento

Total

ST= So+S1+S2

Exceso de presión de poros

n

Presión de Poros ( )

n + P

Presión de Poros ( ) +

exceso de presión de

poros ( )

Incremento de Carga

Asentamiento por consolidación primaria

P

P

P

P

P P

=0

S=0

>0

S=0

1> >0

S>0

=0

S=S total

t

Medición Consolidación

Consolidómetro o edómetro

Ensayo de Consolidación

0,95

1,05

1,15

1,25

1,35

0,10 1,00 10,00 100,00

Log Presión P, (kg/cm2)

Re

lac

ión

de

Va

cio

s, e

sv VVe /

Consolidacion

ASENTAMIENTOS POR CONSOLIDACIÓN -DEFINICIONES

• SUELO NORMALMENTE CONSOLIDADO.

actualpresiónhA *

daciónpreconsolideesfuerzoP

Nunca ha experimentado un mayor esfuerzo que el actual

ASENTAMIENTOS POR CONSOLIDACIÓN -DEFINICIONES

• SUELO SOBRECONSOLIDADO:

hP *

2*hA

AP

Alguna vez experimentó un

esfuerzo mayor que el actual

ASENTAMIENTOS POR CONSOLIDACIÓN PRIMARIA (S1)

• SUELO NORMALMENTE CONSOLIDADO. • SUELO SOBRECONSOLIDADO.

´

0

´

0

0

1 *1

* zc Loge

cHS ´

0

´

0

0

1 *1

* zr Loge

cHS

Tiempo de Consolidación

totaltoAsentamien

TentoAsentamienU

zArcilla

Arena

Δσ

Arcill

a

T=0 T= ∞

U

Z =z/H

vc

HTt

2* Distancia máxima que

debe recorrer el agua

Coeficiente de

consolidación

Tiempo adimensional f

(U)

Tiempo de

consolidación

RESISTENCIA AL CORTE

RESISTENCIA AL CORTE

DETERMINACION EN EL LABORATORIO

► Ensayo de compresion triaxial

► Ensayo de corte directo

► Ensayo de compresion inconfinada

DETERMINACIONEN CAMPO

► Ensayo de veleta (VST)

Determinación de la resistencia al corte

Ensayo de corte

directo

►Angulo de

fricción

interna

►Cohesión

Otros ensayos: Triaxial

Triaxial

σ3: Presión de ConfinamientoΔσ: Esfuerzo Desviadorσ1: Esfuerzo Normal

h

Δh

σ3 σ3

σ3

σ3

Δσ

Δσ }

} σ1

σ1

σ31 σ32 σ11m σ33 σ12m σ13m σ

φEnvolvente de

falla

Círculos

de

Mohr

C

τ

σ11máx = σ31 + Δσ 1

σ12máx = σ32 + Δσ 2

σ13máx = σ33 + Δσ 3

Triaxial

Triaxial

Cohesión

Angulo de

fricción

No consolidado no

drenado (UU)

Consolidado drenado

(CD)

Carga rápida

Sin drenaje

(OCR=1)

Carga lenta

Con drenaje

OCR>1

0u

υ=oυ=0

Cu

σ

τ

0u

υ>o

σ

φτ

CÁLCULOS DE ESTABILIDAD

Otros ensayos

Compresión inconfinada: Relación esfuerzo-deformación

Δσσfalla

ε

Deformación unitaria

ES

H

H

Altura original de la muestra

Módulo de

elasticidad

sE

Diseño de cimentaciones

Falla por capacidad portante

U depende de :

► τ = c + σn tan υ

Cohesión c

Angulo de fricción

Peso unitario ()

B

V

q = γ*DfDf

I

II IIIIIIII

Superficiede falla Superficie

de falla

σn

Resistencia al corte-ARCILLAS

Arcillas normalmente consolidadas

Condicion no consolidda no drenada (Sr=1)

► Condiciones

Velocidad de corte alta

Baja permeabilidad

Falla compresible

► Consecuencias:0u υ=o







Resistencia al corte de arenas


Arcillas sobreconsolidadas

Condicion drenada (Sr=1)

► Condiciones

Velocidad de corte baja o

alta

Falla dilatante

Esqueleto solido

► Consecuencias: 0u φ>o



Granos de arena

2.2 EXPLORACION DEL SUBSUELO

EXPLORACIÓN DEL

SUBSUELO Y ENSAYOS DE

LABORATORIO

Objetivo general

Caracterizar los diferentes estratos del subsuelo y definir parámetros

necesarios para cálculos y diseños

EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO Y

ENSAYOS DE LABORATORIO

Actividades

►Realización de perforaciones del subsuelo

►Excavación de apiques

►Metodos geofisicos (geoelectrica, sismica)

►Ensayos de campo (SPT, CPT, VST, etc)

►Realización de ensayos de laboratorio

Las exploraciones se llevan a cabo en dos etapas:

1. Sondeos o Barrenos:

Para caracterizar; Perfil, Estratigráfico; Nivel freático

2. Apiques:

Propiedades de los materiales y

definición de la subrasante – (CBR yMr[flexible] / K[rigido])

Exploraciones en Sitios Especiales como zonas

inestables, requisitos de obras de contención yrellenos; perforaciones, ensayos especiales.

PLAN DE EXPLORACION DE CAMPO Y ENSAYOS

Análisis por unidad de diseño

Condiciones GeológicasFormaciones, Discontinuidades

Condiciones GeotécnicasTipos de Suelos, humedad, inestabilidad

Resistencia Suelos

Condiciones de Drenaje Muy Importante

Estabilidad Volumétrica Expansión, Contracción

Posibilidad de Mejoramiento o Estabilización

Con los ESTUDIOS GEOTECNICOS (Suelos/Geología), se llevan a cabo los análisis

enunciados

LO

QU

E S

E B

US

CA

LA SUBRASANTE COMO ELEMENTO GEOTECNICO DE SOPORTE DE LA ESTRUCTURA DE PAVIMENTO (EP)

EP RODADURA

FLEXIBLE

RIGIDO

(B)BASE(SB) SUB-BASE

MEJORAMIENTO

N.F

SUBRASANTE (SR) SOPORTE

CONDICIONES QUE SE PUEDEN PRESENTAR :

1. EP sobre SR ó Terraplén (T) o Relleno (R)

2. EP dentro del suelo, SR (cajón)

3. EP Media Ladera (relleno y subrasante)

4. EP sobre Talud

1. EP sobre SR ó Terraplén (T) o Relleno (R)

EP

SR

T

SR

EP

BUENAS

CARACTERISTICAS

Se transmiten “cargas” al terreno natural problemas de capacidad portante,

asentamientos en SR (blandas, debiles,sueltas), problemas durante el inicio de

construccion, posibilidad de mejorar:

REEMPLAZO

ESTABILIZACION

RAJON

CAL

CEMENTO

QUIMICA

PROFUNDIDAD DE EXPLORACION DEPENDE DE

LA ALTURA/CARGA DEL TERRAPLEN

2. EP dentro del suelo, SR (cajón)

Por presencia del N.F, es necesario adoptar medidas de drenaje,

debido a la excavación (cajón), los esfuerzos finales que soportan

el suelo, probablemente serán bajos. Se reducen posibilidades de

problemas con asentamientos, capacidad portante. Si SR blanda

aplica concepto de mejoramiento.

EP

SR

?

3. EP Media Ladera (relleno y subrasante)

R

EP

SR

DREN

MC

?

GRIETA

LLUVIA

?

LA EXPLORACION

TIENE QUE SER

MUY DETALLADA

E INTENSA

Tanto la EP como R transmiten cargas a la SR, pudiendo ocasionar asentamientos. El R

como tal, puede tener asentamientos, mejor “NP” (IP<3, max – JNG). Como EP se

apoya en R y SR, se puede generar grieta (Geotextil puede ser buena solucion).

Debido a existencia ladera, muy importante manejo aguas escorrentía y de infiltración

(aplicable a otros casos)

4. EP sobre Talud

Perforaciones

drenajes

EP

EP

SR

Puede requerir obras de

estabilización (contención)

LLUVIA

El talud resultante tiene que ser estudiado bajo condiciones de

humedad (N.F) existentes y los esfuerzos inducidos por la EP

(análisis de estabilidad). La Geología y Perfil Estratigráfico es

“ESENCIAL”

RESUMEN ENFOCADO A EXPLORACIONES

El alcance de la exploración, dependerá del tipo o

condición que se anticipe de SR.

Las exploraciones de caracterización/perfilestratigráfico podrán variar entre pequeños sondeos o

barrenos manuales, hasta perforaciones profundas 5-

15-20 m?, dependiendo se consideran terraplenes,rellenos, SR blandas o taludes potencialmente

inestables.

Finalmente, el espaciamiento y profundidad, por lo

tanto, no se pueden establecer hasta tanto se conozca

el proyecto – trazado y geologia.

Del análisis geológico, desde el punto de vista

geotécnicos, xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

ESTUDIO GEOTECNICO

Sondeos / Barrenos / Apiques

“PERFORACIONES’

Ensayos de Laboratorio

PERFIL ESTRATIGRÁFICO – N.F

*Caracterización SR

*Análisis Especiales

Asentamientos

Cap. Portante

Análisis de Estabilidad

Mejoramiento

Sondeos / Barrenos [perforaciones] 1era ETAPA

Perfil Estratigrafico

N.F u otro sistema de humedad

Ensayos Directos (SPT, PCD)

Muestras para ensayos

Sondeo: Percusión y lavado, suelos blandos/medios, plásticos, toma demuestra con “split”. En granulares las muestras se alteran. (SPT, PCD yVeleta)

Barrenos: Son manuales y consisten en perforar con un barreno o tornillo,las muestras son totalmente alterados; se conocen los cambios de material yse toman muestras para caracterización.

Perforaciones: Percusión y lavado; con broca para suelos duros o roca.Recobro de muestras inalteradas “split” (tubo partido) o brocas, Ensayosdirectos : SPT, PCD, Veleta y otros mas sofisticados

IMPOSIBLE DETERMINAR ESPACIAMIENTO ANTES DE INICIAR UNA

INVESTIGACION, DEBIDO A QUE ESTE DEPENDE: TIPO DE

ESTRUCTURA Y UNIFORMIDAD DE LAS FORMACIONES

Espaciamiento Inicial

Experiencia

Geología del Sitio o Corredor Vía

Información Básica

DISMINUIR ESPACIAMIENTO

SUELOS MUY MALOS CONTINUAR

CON PROFUNDIDAD

Zonas con Mayores Cargas

Zonas con Suelos Malos

1A ETAPA – CRITERIOS GENERALES PARA DEFINIR PERFIL ESTRATIGRAFICO

TIPO DE OBRA ESPACIAMIENTO PROFUNDIDAD

Carretera 200 – 600m Prom. 1.5 – 3.0 m

Zonas criticas > 5.0 m

Vias Urbanas 20 – 50m; dependelongitud via; por lo menosdos (2)

1.5 – 3.0 m (cajon),terraplen: por cada metro,2-3 m en subrasante.

Pistas Aeropuerto 40 – 80 m; distribuidos ejey extremos (intercalados)

3.0 – 6.0 m

Zonas mayor impacto (inicioextremo)

Aéreas Pavimentadas(parqueaderos, zonas decargue, etc.)

1 c/d 800 – 1000 m2

20 – 60 m

5 – 10 m

3 – 6 m

Concentración de cargas,aumenta

Zonas de préstamo(material seleccionado,base, sub-base,agregados en general)

Depende características delárea:

1 c/d 1000 – 2000 m2

Importante identificacióndel sitio

Depende tipo de formación: deposito de roca…….

Ideal explotación superficial3 – 5 m, cantera 5 – 10 -20m

Geología muy importante

Recomendaciones Finales

En caso de suelo malo, blando, NO PARAR

EL SONDEO

En caso de terraplenes, rellenos, MAYOR

PROFUNDIDAD DE EXPLORACION, REGLA

DEL 10% MAX DEL ESFUERZO INICIAL.

En caso de duda: mas sondeos, mayor

profundidad, mas ensayos……….visitas

complementarias “se duerme mejor”

Finalmente: Que el cliente sepa que es

posible modificar el plan de exploración.

RESUMEN ASPECTOS GEOTECNICOS A

EVALUAR EN 1A ETAPA: SONDEOS,

BARRENOS, PERFORACIONES

Condiciones de humedad/plasticidad – Limites Atterberg (LL, LP, IP) – IC

Granulometrías (incluye pasa T200)

Resistencia (SPT, Veleta, PCD)

Posición N.F

Clasificación Convencional suelos/rocas

PERFIL ESTRATIGRAFICO

2A

ETAPA DE EXPLORACION

EJECUCION DE APIQUES

Conocer propiedades y parámetros de resistencia de la Subrasante.

Confirmar cualquier inquietud o duda de la primera Etapa

En caso de N.F superficiales, confirmarlo

CRITERIOS PARA EL ESPACIAMIENTO

En general menor que el de la 1ra Etapa

Depende del perfil estratigráfico definido y de las unidades homogéneas definidas.

Condiciones de consistencia de los suelos

Condiciones de humedad / plasticidad

Condiciones especiales y excepcionales. (sitio geotécnicamente críticos)

IMPORTANTE: en esta etapa se definen las características y capacidad de soporte dela SUBRASANTE (SR)

CRITERIOS GENERALES PARA APIQUES SECCIÓN 1*1 m – 1*1.5 m

TIPO DE OBRA ESPACIAMIENTO PROFUNDIDAD

CARRETERA 50 – 300 m1.0 – 2.0 m

Medida a partir del nivel de la subrante

1.5 m

En general

VIA URBANA10 – 50 m; depende de

longitud via; min 2

PISTA AEROPUERTO 30 – 200 m

AREAS PAVIMENTADAS (PARQUEADEROS,

ZONAS DESCARGUE, ETC.)

10 – 50 m

RESUMEN ASPECTOS GEOTECNICOS A EVALUAR EN LA

2A

ETAPA DE EXPLORACION: (APIQUES – SUBRASANTE)

Condiciones de Soporte y Resistencia (CBR, MR, E) también PCD, SPT

Condiciones de Plasticidad (LL, LP, IP, pasa Tamiz 200)

Condiciones de Compactación (Proctor Estándar o Modificado?(simaterial blando); humedad optima)

Presencia N.F y condiciones de humedad

Estudios particulares; mejoramiento, cambios volumétricos, estabilidad,capacidad portante.

IMPORTANTE : Se pretende caracterizar y conocer los parámetros desoporte y resistencia, de la mejor y segura manera de la subrasante.

PRESENTACION DE LA INFORMACION:

Variación humedad natural con profundidad y a lo largo del abscisado,y para unidades homogéneas de diseño.

Mostrar el nivel de subrasante o estrato de soporte

Indicar N.F. Si esta presente.

Mostrar los sondeos y apiques donde se determinaron la humedad.

Perfil Estratigráfico• Definición estratos de materiales

• Presencia Nivel Freático (N.F)

• Propiedades de los Materiales

COTA

ABS.K0+000 K0+100 K0+200 K0+300 K0+400

SR

1050

1049

1048

1047

IPW% S-1 N

IPW% S-1 N

IPW% S-1 N

DESCRIPCION

DE MATERIALES

•TIPO

•COLOR

•HUMEDAD

•N, VELETA, qu

•CLASIFICACION

ARENAARCILLALIMO

NOTA: muchas veces no se logra la

continuidad esperada y quedan

inquietudes, se debe SOLICITAR OTRO

SONDEO

“CASOS QUE GENERAN MALAS INTERPRETACIONES [BOLSAS,

LENTES O VETAS DE MATERIALES]”

S-1 S-2S-3

SIMBOLOGIA/CONVENCIONES

RELLENO

CAPA

VEGETAL

LIMO

ARENA

ARCILLA

LIMO

ARCILLOSO

ARCILLA

LIMOSA

LIMO

ARENOSO

ARCILLA

ARENOSA

ARCILLA LIMO

ARENOSA

DEPOSITO

ALUVIAL

PARA USCS

MH ML

CLCH

Mat. Vegetal MH-CH

OH

Nota: Cualquier convención es apropiada, lo importante es la

correcta correlación e identificación de materiales. Existen o se

pueden emplear convenciones con colores; tiene mucho de

creatividad

COMPLEMENTACION PERFIL ESTRARIGRAFICO CON APIQUES Y DEFINICION SOPORTE SR

1

2

3

N.F

CBR

FIN APIQUE

Capa Vegetal

Arcilla arenosa,

consistencia media,

plasticidad media

Suelo arenoso,

amarillo oscuro, de

consistencia densa

0.0

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

REGISTRO APIQUE

•Descripción de suelos

•Clasificación y

Limites w%

•Resultados de N,

Veleta, qu, u otros

•Localización N.F

•Valores de CBR:

Natural, Saturado,

muestra de lab.

•Estrato donde se

localiza la SR

PROFUNDIDAD

DESCRIP. SUELOCLASIFICACION LIMITES, W

RESISTENCIA

(N, qu, Vel)CBR OBSERVACIONES

K0 + 150

INTERPRETACION DE RESULTADOS

Consideraciones de drenaje y humedad: Aspecto fundamental y mas importante para garantizar el buen comportamiento del

pavimento.

- Drenaje Superficial: cunetas, canales, alcantarilla

- Subdrenaje: Filtros-dren en zanjas (1 – 2 m) [PAV. RIGIDO]

Filtros transversales

Drenajes horizontales (perforaciones

Entrega

alcantarilla o

pozo

Cunetas

Dren / filtro zanja (no ahorrar

esfuerzos en profundidad

Pavimento (no es impermeable)

CORTE

CUNETA

DREN

TRANSV

CAUCE NATURAL

CAJA

POZO

ALCANTARILLA

PLANTA

Perforaciones del subsuelo y

excavación de apiques

Apiques

Ensayos básicos

►Ensayos de granulomería

►Límites de Atterberg

►Humedad natural

►Peso Unitario

►Contenido de materia orgánica

Ensayo de corte torsional con veleta

(VST)

Ensayo de penetracion estandar (SPT)

Ensayo de cono dinamico (PDC)

2.3 INTERPRETACION Y ANALISIS DE ENSAYOS DE CAMPO Y LABORATORIO

Interpretacion de resultados

GRÁFICO DE HUMEDADES Y LÍMITES COLUVIONES

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 20 40 60 80 100 120

W, WL y WP ( %)

Pro

fun

did

ad

(m

)

W WL WP


SU ELOS C OLU V IA LES

N S P T vs PR OF U N D ID A D

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 2 0 4 0 6 0

N (golpes/pie)

PR

OF

UN

DID

AD

(m

)

PT -1 PT -2 PT -4 PT -5 PT -6

PT -7 PT -8 PT -9 PT -11 PT -13

PT -14 PB-11 PB-15 PB-15A PB-16

PB-17 PB-25 PB-29 PB-30 PB-31

PB-32 PB-34 PB-1 PB-2 PB-3

PB-4 PB-5 PB-9 PT -10 PB-14

PB-24


N SP T v s P ROFUNDI DAD

0

2

4

6

8

10

12

14

0 2 0 4 0 6 0 8 0

N (golpes/pie)

PR

OF

UN

DID

AD

(m

)

S-1

S-2

S-3

S-4

S-5

S-6

S-7

S-8

S-9

S-10

S-11


0

5

10

15

20

25

0 50 100 150 200

w (%)

Pro

fun

did

ad

(m

)

wn

LL

LP

0

5

10

15

20

25

0 10 20 30 40 50

N (golpes/pie)

Pro

fun

did

ad (

m)

P1

P2

P3

P4

P5

P6

AP1

AP2

AP3


0

5

10

15

20

25

0 10 20 30 40 50 60

C (T/m2)

Pro

fun

did

ad

(m

)

P1

P2

P3

P4

P5

P6

AP1

AP2

AP3

0

5

10

15

20

25

0 0,5 1 1,5 2

g (T/m3)

Pro

fun

did

ad

(m

)

P1

P2

P3

P4

P5

P6

AP1

AP2

AP3


0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00

Cu (T/m2)

Prof

undi

dad

(m)

P1

P2

P3

P4

P5

AP1

AP2

AP3

Deposito

arcilloso

Determinación de la estratigrafía y profundidad del nivel freático

2.4 COMPORTAMIENTO ESPECIAL DE SUELOS:

LICUACION, CONTRACCION-

EXPANSION, COLAPSO

SUELOS LICUABLES

► Esfuerzo efectivo

► Presión del agua

► Resistencia al corte

,

u'

ctan,

u

CONDICIONES

►Arenas sueltas (baja densidad)

►Arenas finas

►Mal gradadas

►Arenas saturadas

►Arenas limpias (sin arcillas)

1. Sismo

2. Densificación de arenas

3. Exceso de presión agua en los poros

4. Resistencia al corte=0

5. Arena fluyectan,

►Metodología: Semiempírica SEED &

IDRIS

►Resultados: Arenas hasta los 12m

son potencialmente licuables

SUELOS EXPANSIVOS

Lectura recomendada: Capitulo IX-9 La Ingenieria de Suelos en las Vias Terrestres-RICO & DEL CASTILLO

http://1510365blog.files.wordpress.com/2008/03/131-photo-expansive-clay-soil-usda.jpg

Efectos de suelos expansivos (activos) en pavimentos

►1. Contraccion por secado

►Expansion por humedecimiento

►Desarrollo de presiones de expansion en suelos confinados

►Reduccion de resistencia al corte y de la capacidad de carga por expansion

Danos causados en pavimentos por suelos expansivos

►Elevaciones o descensos de la superficie de rodadura

►Agietamientos longitudinales

►Deformaciones al lado de alcantarillas

►Agietamiento generalizado (piel de cocodrilo d ela carpeta

Importante: tienen que estar parcialmente saturados

W % < LP , en general, aprox.

Arcillas “PC”

Actividad (Ac) = [IP] / [% peso < 2 m]

Suelos Expansivos (Identificación)

MINERAL AC

Grado

Caolinita 0.33 – 0.46 Inactiva

Ilita 0.9 Normal

(Ca) Montmorillonita

1.5 Normal – Activa

(Na) Montmorillonita

7.2 Activa

EN GENERAL , MENORES W%, PRODUCEN MAYORES

EXPANSIONES

CAMBIO LC IP

ADAPT. HOLTZ GIBBS (SORS)VERBAJO >12 0 – 15

MODERADO 10 – 12 15 – 30

ALTO 0 - 10 >30

CONT. COLOIDES

% < 0.0001 mmIP LC(SL) % CAMBIO

GRADO EXPANSION

HOLTZ GIBBS (1956)

>28 >35 <11 >30 MUY ALTO

20 – 31 25-41 7 – 12 20 – 30 ALTO

13 – 23 15 – 28 10 – 16 10 – 20 MEDIO

<15 <18 >15 <10 BAJO

% PASA T.N 200 L.L N % CAMBIO GRADO

EXPANSION

CHEN (1998)

>95 >60 >30 >10 MUY ALTO

60 – 95 40 – 60 20 – 30 3 – 10 ALTO

30 – 60 30 – 40 10 – 20 1 – 5 MEDIO

<30 <30 <10 <5 BAJO

IP (CHEN 88) IP (RAMAN 67) IC (RAMAN 67) GRADO EXP.

0 – 15 <12 <15 BAJO

10 – 35 12 – 23 15 – 30 MEDIO

20 – 55 23 – 32 30 – 40 ALTO

>35 >32 >40 MUY ALTO

ENSAYOS DIRECTOS

EXPANSIÓN LIBRE:

Suelo pasa No. 40 seco de conocido , se satura y sedeja expandir. %Exp.>50 – 100% pueden ser altamenteexpansivos; BENTONITA:1200-2000%(Mont – Na).

EXPANSIÓN CONTROLADA:

Se satura la muestra y se va colocando carga paracontrolar expansión. Cargas de hasta 10 kg/cm2, elensayo se realiza en un anillo de consolidometro(muestra remoldeada).

Metodo del Bureau of Reclamation (E.U)

100...Vo

VoVLE

E.L.= Expansion libre

V=Volumen muestra despues de expansion

Vo= Volumen muestra antes de expansion (10cm3)

Se considera:

•E.L. Expansion libre

•L.C. Limite de contraccion

•IP Indice de plasticidad

•%particulas < 1 µ

Efecto del peso unitario y la humedad inicial en la expansion

►Suelos remoldeados compactados a igual peso especifico seco y w presentan mayor potencial del expansion.

►No compactar suelos expansivos mas de lo necesario

►Suelos compactados estaticamente presentan mayor potencial del expansion que lso compactados con impactos

Efecto de actividad en terraplenes

Zona de mayor actividad

Zona de mayor actividad

Zona humedad de equlibrio

Grieta de tension en hombro

EFECTO DE LOS ÁRBOLES (VEGETACION)

FENOMENO: Succión del agua del suelo por evapotranspiración

DONDE OCURRE: Suelos parcialmente saturados, Las raíces no penetran

en el N.F, mayor incidencia en suelos expansivos.

CONSECUENCIAS: Asentamientos por perdida de humedad genera

sobrecarga en el suelo al abatir zonalmente el N.F (cada „m‟, 1 piso)

EFECTO – AREA DE INFLUENCIA: dos (2) veces la altura del arbol

ÁRBOLES MAS AGRESIVOS: Acacias, Eucaliptos, Mangos, Mamoncillos

h

2h2h

asentamiento

Zona

Activa

Variacion N.F con el tiempo

EL SUELO SE AGRIETA SE

GENERAN FALLAS LOCALES EN

ZONA DE P.C

CONTROL EFECTO ARBOLEDAS Y VEGETACION EN COMPORTAMIENTOS EN LOS PAVIMENTOS

OBJETO: Evitar variaciones humedad en la S.B impedir raíces alcancen zona húmeda protegida por E.P.

SOLUCIONES: Barreras verticales y horizontales; Críticos: Tala del Árbol

Barrera en concreto pobre

Zona Conservación Húmeda

(1 – 2 m)

2h

h

Barrera en concreto pobre

Zona Conservación Húmeda

2h

hProlongar estructura del

Pavimento (1 – 2m)

NOTA: muchas veces la misma grama o vegetación de potreros essuficiente para generar succión. En Bogota hay casos registrados

de agrietamientos del pavimento en zonas aledañas a losseparadores con grama……

SRSR

POSIBLE SOLUCION O

BARRERA VERTICAL

AGRIETAMIENTOSAGRIETAMIENTOS

DETERMINACION DE LA ZONA ACTIVA (variación de humedad) ; APLICABLE TAMBIEN PARA ARCILLAS EXPANSIVAS

Zona Activa: Aquella donde pueden ocurrir variaciones o cambios de humedad,principalmente por Evapotranspiración (Z 3 – 5m)

Exploración Directa: Por medio de apiques (2-4m) verificar zona con grietas ofisuras, por encima de N.F

Ensayos: Grafico que relaciona W % / IP vs. Z (profundidad). Se puedesubestimar la profundidad, generalmente 3 – 5 – 6 m; Z<3mpueden ser constante, se puede estar en el limite de la zonaactiva.

Z (ft) W % IP %

2.5 11 28

5.0 13 28

8.0 5 8

11.5 3 NP

13.5 16 36

16.5 19 36

20.0 28 36

25.0 29 36

30.0 28 36

0

5

10

15

20

25

30

Ftm

0

3.3

6.6

ARCILLA

ARCILLA

LIMOSA

ARENA

ARCILLA

ZO

NA

A

CT

IV

A

“EXPANSIVE SOILS” JOHN D. NELSON (1992)

PR

OF

UN

DID

AD

METODOS DE TRATAMIENTOS RECOMENDADOS PARA SUBRASANTES EXPANSIVAS

ENSAYOS: Expansión libre (E1), Expansión controlada (EC), Ensayoalterno (EA-UJ), Expansión CBR, Determinación Zona Activa.

Seleccionar otra alternativa de alineamiento.

Remover y reemplazar la capa (o parte ?) del suelo expansivo

Alteración física mediante escarificación para destruir su estructura;recompactar con W>opt (1-2-3 puntos) y buen control de compactación.

Alteracion Química con cal (estabilización) [3 – 6%] en una profundidad de20 a 30 cm.

Minimizacion de cambios de humedad por evapotranspiracion:presaturacion, barreras horizontales y verticales, drenes de arenaprofundos, inyeccion de lodos de cal y otros.

Precarga

Sello (relleno estabilizado cal / cemento)

Material Granular (gravas)

Membrana Impermeable PolietilenoDrenar (cómodo) – sitio seguro

60 cm

1 - 2 m

BARRERA – DREN VERTICAL

BARRERAS CON GEOMEMBRANAS IMPERMEABLES

Evitan que el agua ingrese al suelo expansivo y cambie su humedad…..

SR Expansiva (Wn)

Geomembrana

2 – 5 m2 – 5 mRodadura

Evapotranspiración (E.T)

EP

EP

(E.T)(E.T)

> 1.5 – 2 mZona activa (puede ser no

practico alcanzar toda laprofundidad), [ $]

“Zona Conservación W”

Barrera contraflujo

de Geomembrana

Finalmente: bEvitar cambio de humedad en la SR

bIdentificación adecuada (exploraciones y ensayos apropiados)

bEn lo posible evitarlos

bUtilizar pavimentos flexibles

Otras medidas para el control de expansion

►Mezcla consuelos no activos

►Sobrecarga para control de expansion

►Mezcla con cal (incrementa capacidad de carga)

►Anadir agua hasta valores cercanso al WP

►Anegar la subrasante antes de construir pavimento

Documents

2- Caracterizacion geotecnica-03-02-10