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
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-ARCILLAS
Resistencia al corte-ARCILLAS
Resistencia al corte-ARCILLAS
Resistencia al corte-ARCILLAS
Resistencia al corte-ARCILLAS
Resistencia al corte-ARCILLAS
Resistencia al corte de arenas
Resistencia al corte-ARCILLAS
Arcillas sobreconsolidadas
Condicion drenada (Sr=1)
► Condiciones
Velocidad de corte baja o
alta
Falla dilatante
Esqueleto solido
► Consecuencias: 0u φ>o
Resistencia al corte-ARCILLAS
Resistencia al corte-ARCILLAS
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
Interpretacion de resultados
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
Interpretacion de resultados
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
Interpretacion de resultados
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
Interpretacion de resultados
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
Interpretacion de resultados
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
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