FUNDACIONES SUPERFICIALES Informe Geotécnico en proyectos de edificios. Etapas de un Proyecto de Fundaciones

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1 ! "# Indice 1

2 FUNDACIONES SUPERFICIALES Informe Geotécnico en proyectos de edificios Antecedentes e información previa Reconocimiento geotécnico Pruebas y ensayos Tipo de edificio, cargas, etc. Tipo de terreno Terreno granular ( arenas, gravas ) Roca aflorante a pequeña prof. Terreno cohesivo ( arcillas ) Baja Influencia del NF sobre la const. Deformabilidad Media Tolerancias del edificio Amplias Cimentación directa (zapatas,losas ) Alta Estrictas Optimización de excavaciones Alta Baja Media Problemas de interacción con edif.adyacentes Resistencia Deformabilidad Si No Media Positivo Baja Análisis según tipo de edificio Negativo Alta Cimentación profunda ( pilotes ) Etapas de un Proyecto de Fundaciones Estudio Geotécnico Antecedentes Normativa Condicionantes Tecnología Geología Correlaciones Reconocimientos Ensayos Informe Geotécnico Parámetros geotécnicos Hidrogeología Coeficientes de seguridad Modelos de comportamiento Implantación Definición de la cimentación Proyecto Ejecución Sistema de estructuramiento del terreno Tipología Problemas constructivos Interacción con el entorno Control del comportamiento Acumulación de experiencia Resultado Mejora del proyecto 2

3 Estudio Geotécnico Antes de construir cualquier obra de ingeniería, se debe tener presente : Las condiciones del subsuelo y sus posibles problemas Su capacidad portante y deformabilidad Sus características como material de construcción Un estudio geotécnico debe incluir entre otros temas: Características del proyecto y objetivo del estudio Características geotécnicas del sitio Solución de fundación o del tema geotécnico de estudio Recomendaciones para el procedimiento constructivo Estudio Geotécnico Método de estudio Ensayos geotécnicos Reconocimiento geológico Naturaleza del suelo Problemas a resolver Geología del lugar Topografía Problema Habituales a resolver Cimientos Contenciones Adaptación al lugar Condiciones de ejecución Asientos Estabilidad En desniveles y subterraneos Estabilidad de pendiente Agotamientos Estabilidad de fondo y paredes de la excavación Socalzados 3

4 Trabajos a realizar La cantidad y calidad de los trabajos de reconocimiento, queda definidos por : Tipo de terreno Nivel de estudio ( Factibilidad, previo, anteproyecto,proyecto) Importancia de la obra Tiempo disponible Ubicación de los sondajes SONDAJE : Prospección que busca detectar en forma razonablemente confiable, la extensión, espesor y carácter de suelos y rocas existentes destacando irregularidades importantes del subsuelo. Un criterio puede ser: Reconocimiento preliminar Uniformidad del subsuelo Vías de acceso Variabilidad del subsuelo m entre sondajes 30 m entre sondajes o 1 c/ 1000 m2 15 a 7,5 m entre sondajes 4

5 Otro Criterio de Ubicación de Sondajes ESPACIAMIENTO DE SONDEOS Estructura u obra Espaciamiento ( m ) Carretera Presa de tierra - Diques Excavación para empréstito Edificio de varios pisos Edificio industrial de un piso Profundidad de los sondajes La profundidad de los sondajes depende de : Tamaño y características de la estructura propuesta Consideraciones del diseño : FS, asientos, infiltración de aguas, etc. Profundidad del estrato con capacidad de soporte adecuado Bulbo de presiones 5

6 Profundidad de los sondajes Algunas recomendaciones son: Teoría de sobrepresiones Otras recomendaciones Teoría de Boussinesq Prof. mín. 10% del bulbo Zapata aislada 1,5-2,0 B Zapata corrida 2,5 B Regla de E. de Beer Prof. que cumpla σ = 0,10 σo Etapas del Estudio Geotécnico 1. Recopilación de antecedentes y reconocimiento geológico 2. Exploración Preliminar 3. Exploración detallada de muestras representativas y no perturbadas 4. Exploración complementaria y/o exploraciones especiales 6

7 Etapas del Estudio Geotécnico 1.- RECOPILACION DE ANTECEDENTES Y RECONOCIMIENTO GEOLÓGICO. Objetivo : - Recopilar y evaluar los datos disponibles del subsuelo del sector - Reducir la extensión de la exploración. Como fuentes preliminares de información se tienen : Registros Geológicos y Geofísicos Comportamiento de estructuras existentes Topografía y fotografía aérea Zonificaciones de suelos Servicios ( MOP, Municipalidades, etc ) Sismicidad Clima Napa freática Etapas del Estudio Geotécnico 2.- EXPLORACIÓN PRELIMINAR Objetivo : - Obtener el Perfil del subsuelo y muestras representativas de los estratos principales - Obtener posición del nivel freático - Determinar efecto de subpresiones - Determinar la línea de roca, etc. Dentro de esta etapa algunos métodos de exploración son: Reconocimiento Geofísico y sísmica de pozos Ensayos de Penetración - Sondajes por Presión, Percusión o Rotación - Veleta - Mediciones presiométricas 7

8 Etapas del Estudio Geotécnico 3.- EXPLORACIÓN DETALLADA Objetivo : - Obtener perfiles detallados del suelo (muestras inalteradas de 2 a 3 de diámetro) y propiedades principales. - Obtener muestras aproximadamente continuas de empréstitos de materiales - Determinar el nivel de presión hidrostática del agua subterránea Métodos según la profundidad : Superficiales : Calicatas y Zanjones Profundas : Muestradores tubulares abiertos, de pistón, testigos de corona y sondeos de penetración. Etapas del Estudio Geotécnico 4.- EXPLORACIONES ESPECIALES Objetivo : Obtener muestras generalmente no perturbadas (a veces de 4 o más de diámetro) desde los estratos considerados como críticos Se utilizan cuando : La estructura es de gran tamaño Las condiciones del subsuelo se asocian a modelaciones muy difíciles. Se quiere determinar simultáneamente características de resistencia y deformabilidad en una misma capa y profundidad. Se trata de suelos o condiciones de fundación especiales 8

9 Métodos de Reconocimiento Indirectos Resultados no inmediatos ( Ensayos en Laboratorio ) Calicatas, Zanjas y Pozos Manuales; por Presión; por Rotación y por Sondajes Percusión Prospección Geofísica METODOS Directos Resultados inmediatos ( Ensayos In Situ ) Ensayos de Penetración Veleta de Corte Placa de Carga Ensayo Presiométrico Manual Estático Dinámico:CPT,SPT Ensayo de Permeabilidad Método de Muestreo Indirectos CALICATAS, ZANJAS Y POZOS Excavación en el terreno, cuyo propósito es obtener la estratigrafía y muestras inalteradas, para someterlas a los ensayos necesarios en laboratorio El número mínimo de pozos por obra y su profundidad ya ha sido comentado, pero sus dimensiones mínimas en planta y profundidad están en función del tipo de estructura y del tipo de suelo Dentro de ellos se miden a distinta profundidad densidad, humedad, pesos específicos y se retiran muestras representativas Para suelos granulares limpios ( sin cohesión ) se moldean o fabrican muestras a la humedad y densidad del terreno, como alternativa a ensayos in situ 9

10 Método de Muestreo Indirectos SONDAJES Perforaciones de pequeño diámetro ( entre 3 a 6 ) y de gran profundidad ( hasta 150 m ) En caso de obtener muestras inalteradas, éstas se protegen con parafina sólida y se llevan al laboratorio. Tipos de Sondajes ROTACION: testigos no perturbados ( rocas y suelos duros) PERCUSION : Muestras alteradas (gravas, suelos cementados) POR PRESIÓN : inalterados (suelos blandos) Método de Muestreo Indirectos TIPOS DE SONDAJES Sondaje por Presión Se usa para perforaciones en suelos blandos Profundidad máx. 5-6 m Para la extracción de la muestra, el barreno se reemplaza por un tubo de muestreo Barreno manual y muestreador 10

11 Método de Muestreo Indirectos Sondaje por Percusión Equipo de perforación por Percusión Eficiente en suelos granulares medios a finos y menos en suelos blandos libres de piedras o rocas. El método consiste en introducir mediante un martinete, un conjunto de barras con un muestreador en la punta Se obtienen muestras o testigos alterados La obtención de muestras inalteradas es con muestreadores cilíndricos del tipo Shelby Muestreador Cilíndrico φ interno 1 3/8 φ externo 2 Largo variable ( 6-42 ) Sondeo y ensayo de Penetración Dinámica SPT Se hinca en el suelo el muestreador, por medio de un martinete de 65kg de masa, que cae desde 0,76 m de altura Se registra el número de golpes N para los últimos 30 cm de penetración Diámetro de perforación entre 150 y 300 mm Profundidad máxima de m Se obtiene el índice de resistencia a la penetración N y permite estimar la densidad relativa y otros parámetros de resistencia y deformación. 11

12 SONDAJE S.P.T. CUCHARA NORMAL SPT 12

13 Ensayo de Penetración Dinámica SPT Informe estratigráfico obtenido mediante ensayo SPT Método de Muestreo Indirectos Sondaje por Rotación Utilizado en rocas y suelos duros Obtiene muestras inalteradas, mediante rotación, empuje vertical y lavado. El muestreador emplea en la punta, un material más duro que el que se quiere penetrar, del tipo corona diamantada. Necesidad de un líquido lubricante, agua a presión controlada La calidad de la roca se puede medir relacionando el n de trozos menores de 10 cm, con el largo total: Indice de Recuperación o RQD Existen otras alternativas de perforación por medio de Trepano Perforadora con broca de corona que gira a velocidad de 600 a 1200 rpm El barril muestreador posee diámetro de 30 a 100 mm 13

14 SONDAJE POR ROTACION Cabezal conductos Tubo exterior Tubo interior Muestreador Broca cortanúcleos 14

15 Métodos de Muestreo Indirectos PROSPECCIÓN GEOFÍSICA Procedimientos económicos para determinar límite de los estratos del suelo, niveles de roca y freáticos Se basa en la variación de un estrato a otro de: Resistencia eléctrica Elasticidad Susceptibilidad magnética. Se pueden emplear 3 métodos: - Método de resistividad eléctrica - Método de reflexión sísmica - Método de refracción sísmica Electrodo de corriente Electrodo de potencial amperímetro I voltímetro E d d d Configuración de Wenner para Método de Resistividad Tiempo x Onda directa Curva de tiempo de primer arribo Onda refractada h Distancia Método de Refracción Sísmica Métodos de Muestreo Indirectos Resistividad Eléctrica Refracción Sísmica Reflexión Sísmica Se basa en la presencia de aguas subterráneas que contienen sales, las que conducen corrientes apreciables a corta distancia. Se hincan 4 eléctrodos separados entre sí y a medida que cada uno cruza una interfase, se registran cambios en la resistividad. Se basa en la diferencia de velocidad de las ondas sísmicas al atravesar diferentes materiales Afectan a la velocidad : ondas de choque, humedad, densidad, textura, presencia de vacíos y elasticidad. Se genera una onda sónica recepcionada por geófonos, los cuales registran los cambios de la velocidad de onda. Se utiliza en exploraciones profundas ( > 300 m ) y para exploraciones bajo agua a poca profundidad. Similar al anterior, se emite una pulsación sónica que se refleja en el lecho marino y el arribo de ondas se detecta con hidrófonos. Se obtienen rápidamente perfiles laterales y verticales 15

16 Métodos de Muestreo Directos Métodos Directos Resultados inmediatos ( Ensayos In Situ ) MEDICIÓN REQUERIDA PRUEBAS MEDICIÓN REQUERIDA De Penetración: SPT Compacidad relativa y N Resistencia al corte Veleta de corte Presiómetro Compresibilidad Capacidad de carga Placa de carga Esfuerzo in situ Piesómetro Presión de Poros 16

17 Métodos de Muestreo Directos ENSAYOS DE PENETRACIÓN Fuerza variable o continua Manómetro Ensayo de Penetración Estática ( Deep soundering ) Revestimiento Anclajes Punta o barra Presión ( barra ) Kg- f / cm2 Popular a nivel mundial (poco en Chile) Uso en obras de fundaciones profundas y en suelos blandos Se utiliza un gato hidráulico con carga, y una camisa, en donde se introduce la punta z Resistencia de punta Resistencia de roce Presión para hundir barra Presión para hundir punta Métodos de Muestreo Directos Ensayo de Penetración Dinámica CPT Un conjunto de barras terminadas en un cono normalizado, se hunde mediante la energía de la masa de 63,5 kg que cae desde 75 cm de altura Se registra N ( n de golpes ) cada 30 cm. Este sondaje no permite extraer muestras La correlación entre N y la resistencia del suelo es buena en arenas y regular para suelos cohesivos Se limita su validez hasta profundidades del orden de 10 m Este sondaje no registra la profundidad de la napa Ver diagramas de equipo 17

18 Ver Ensayo portatil Métodos de Muestreo Directos Ensayo de Penetración Dinámica CPT N COMPACIDAD φ <4 muy floja < floja media alta >50 muy alta >41 18

19 Métodos de Muestreo Directos ENSAYO VANE TEST Radio T Ensayo de Paleta o Veleta de corte Se utiliza en suelos cohesivos blandos Mide la resistencia al corte en función de la cohesión, a través del torque necesario para hacer girar una paleta τ = c La paleta se introduce dentro del pozo de sondaje Dependiendo de la naturaleza del suelo es posible aplicarlo hasta 60 o 70m φ Métodos de Muestreo Directos ENSAYO DE PLACA DE CARGA El ensayo consiste en aplicar al suelo distintos estados de carga y registrar la deflexión producida en ellos. Se utiliza para evaluar la capacidad de soporte de subrasantes, bases o pavimentos completos. La carga se aplica por medio de un gato hidráulico y la deflexión producida se mide con diales colocados cerca del borde inferior y distribuidos regularmente en su perímetro. La deflexión para cada carga se alcanzará cuando no se aprecie un mayor incremento de ella, generalmente cuando la deformación no sea mayor a 0,025 mm por minuto. 19

20 Métodos de Muestreo Directos Información por obtener de un ensayo de placa : E, Cc, K, Valor de soporte Deformación Curva deformación v/s tiempo Tiempo Presión Normal Curva Presión v/s Deformación con descarga Deformación Presión Normal Def.Plástica Rebote elástico Curva con aplicación cíclica de la presión Deformación Presión Normal Curva de carga repetida Ciclos de def. Métodos de Muestreo Directos Con los resultados obtenidos del ensayo Placa de carga, se obtiene el módulo de reacción según : K = p / δ K = Módulo de Reacción p = presión ( Kpa ) δ = reacción o deflexión El módulo de reacción del suelo depende de la deformación que se tome como referencia La medición del módulo de reacción es sensible al diámetro de placa empleada El valor del módulo de reacción depende del estado de humedad del suelo. 20

21 Métodos de Muestreo Directos ENSAYO PRESIOMÉTRICO Ensayo de carga in situ, en el cual se expande una membrana flexible en el interior de un sondaje previamente excavado, determinando características mecánicas del suelo a un costo reducido y en una situación más cercana al estado natural del suelo. Manómetro Gas Agua Pared inalterada Célula de medida Célula de guarda Métodos de Muestreo Directos Los resultados que se obtienen son : Presión límite de ruptura ( Pl ) Módulo presiométrico ( Em ) Em / ( pi - po ) - Historia de la rigidez del suelo Aplicaciones del ensayo : V = inc.total Presión Capacidad de soporte de fundaciones superficiales o profundas Asentamientos totales o diferenciales Esfuerzos horizontales sobre muros de contención Esfuerzos y desplazamientos de pilotes solicitados horizontalmente v Curvas presiométrica y de fluencia p 21

22 ENSAYO DE PERMEABILIDAD IN SITU (Ejemplo) Se mide la cantidad bombeada de agua de un pozo o el nivel de descenso del agua en el terreno Se busca alcanzar un estado estacionario cuando a flujo constante de bombeo, se mantienen constantes los niveles en pozos de observación Medición de la velocidad de infiltración: Se utilizan dos perforaciones o pozos de prueba, de tal forma de que exista entre ellos un gradiente hidráulico natural. En la perforación superior se introduce colorante y se mide el tiempo que demora en llegar a la otra perforación. h1 h2 L NF h Tubo vidrio dh h suelo Pozos de prueba L Profundidad de los sondajes PROFUNDIDAD DE LOS SONDAJES EN MUROS DE CONTENCIÓN : D H Considerar : - Fallas por resistencia al corte - Asentamientos Estrato normal : D = 0,75-1,5 H Estrato ancho : D = 2H PROFUNDIDAD DE LOS SONDAJES EN CORTES PROFUNDOS : D H B Considerar : - Estabilidad de los taludes en la altura de la excavación Material estable : D = 1,8-3,0 m B <<< H : D = H 22

23 Profundidad de los sondajes PROFUNDIDAD DE LOS SONDAJES EN EMBALSES Y DIQUES : L H Considerar : - Filtraciones de agua H = Debe permitir estimar : - Estabilidad - Permeabilidad - Presiones hidrostáticas D PROFUNDIDAD DE LOS SONDAJES EN TERRAZAS Y TERRAPLENES : 2L D H Considerar : - Cruzar zona meteorizada - Definir condiciones de drenaje - Definir riesgo de heladas Cargas livianas : D = 1,0-1,5 m Cargas pesadas : D = 2,0-3,0 m Profundidad de los sondajes PROFUNDIDAD DE SONDAJES EN TÚNELES : B Considerar : - Estabilidad del suelo - Presión del suelo en las paredes D Condición normal : D = B PROFUNDIDAD DE SONDAJES EN FUNDACIÓN DE ESTRUCTURAS : Profundidad estimada Prof. z σ Sello de fundación σz - incremento de presión vertical 0,1 de la presión vertical L < 2B => D = 0,8 pb L > 2B => D = 0,1 p ( Zapata corrida ) L = largo fundación B = ancho fundación p = presión media en el área 23

24 Caracterización Geohidráulica En Ingeniería de Fundaciones, el agua juega un rol muy importante, ya que genera variados problemas, los que se agrupan en : Influencia del tiempo en el escurrimiento en suelos saturados Fuerzas de Percolación en taludes Depresión de la Napa Estanqueidad y protección de la contaminación El control del agua en la construcción tiene por finalidad : Facilitar faenas constructivas en ambiente seco para compactar, rellenar, concretar,etc. Aumentar la estabilidad de los taludes de las excavaciones (en arenas podría excavarse cerca de la vertical) Reducir solicitación al sistema de entibación Evitar riesgos de situaciones artesianas en sello de fundación Caracterización Geohidráulica Los siguientes métodos de control de napa y / o procesos geotécnicos asociados, son utilizados en excavaciones de fundaciones y obras de movimiento de tierras : Bombeo de resumideros abiertos Bombeo de pozos horizontales Consolidación química Bombeo de Pozos Electro - osmósis Aire comprimido Bombeo de pozo filtrante de pequeño diámetro Bitumen Lechada con cemento Suspensión de arcilla Geosintéticos Congelamiento 24

25 Detalles Cono C.P.T Volver al la diapositiva anterior 25

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