Download Investigación del terreno

Geología, Morfología del terreno y Climatología
UPM - ETSIC
I TEMA 9 i
INVESTIGACIÓN DEL TERRENO
1. INVESTIGACIÓN DEL TERRENO
La Geología aplicada a la Ingeniería Civil estudia las implicaciones que la naturaleza y la estructura del
terreno tienen para las obras realizadas por el hombre y los fenómenos naturales que puedan
afectarlas.
Proyectar la cimentación de un edificio o estructura requiere un conocimiento previo de:
 Las características geológico-geotécnicas del terreno de apoyo de la estructura.
 La complejidad del entorno geológico donde se ubica la obra.
 La tipología de la estructura prevista.
 La importancia de la estructura que se proyecta.
Las características geológicas y geotécnicas del terreno de apoyo de la estructura y su complejidad
geológica se determinan mediante un “reconocimiento del terreno” y los resultados obtenidos se
reflejan en el “informe geológico-geotécnico”.
El informe geológico-geotécnico
© Adrián de la Torre Isidoro
1
www.nuestrosapuntes.webcindario.com
Geología, Morfología del terreno y Climatología
UPM - ETSIC
2. FASES DE INVESTIGACIÓN DEL TERRENO
Las fases en las que se han de desarrollar el “informe geológico-geotécnico” deben responder a las
siguientes actividades:
1. RECOPILACIÓN DE LA INFORMACIÓN
La información del terreno que se conozcan previamente influye, significativamente, en su
planificación y también en su coste. Por tanto el reconocimiento del terreno debe comenzar
siempre por recopilar toda la información de la zona donde se realiza la obra.
Se deben considerar dos tipos de información:
a) Información básica (topografía, accesos, tipo de estructura).
b) Información complementaria (geológica, hidrogeológica).
2. PLANIFICACIÓN DEL RECONOCIMIENTO DE TERRENO
El principal objetivo del reconocimiento del terreno es determinar y cuantificar las condiciones del
subsuelo que puedan afectar a la viabilidad, diseño y construcción de una obra.
No existe una norma general que permita planificar una campaña de reconocimiento. El diseño
de la campaña, se debe realizar, de acuerdo con la normativa existente para cada tipo de obra de
cimentación:
• Cimentación de edificios.
— Código CTE (Código Técnico de la Edificación). Documento Básico SE-C. 2007
• Cimentación de grandes obras civiles (puertos, presas, centrales hidráulicas y nucleares).
— Recomendaciones geotécnicas para el proyecto de Obras Marítimas y Portuarias.
(ROM 0.5-94)
— Instrucción para el proyecto, construcción y explotación de grandes presas. 1967
• Obras lineales (canales, carreteras, ferrocarriles).
— PG-3. Pliego de prescripciones técnicas para obras de carreteras y puentes
— RENFE. Norma NRV 1-0-1.0
• Túneles.
• Terraplenes, desmontes y canteras.
• Norma de Construcción Sismorresistente (NCSE-02)
• Eurocódigos. Eurocódigo 7: Proyecto geotécnico.
© Adrián de la Torre Isidoro
2
www.nuestrosapuntes.webcindario.com
Geología, Morfología del terreno y Climatología
UPM - ETSIC
3. RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
Actualmente no se admite un proyecto de cimentación sin que se realice un “reconocimiento del
terreno” que permita determinar, las características geotécnicas del terreno de apoyo de esta
cimentación.
En primer lugar, y a propósito del término “terreno” utilizado, es conveniente hacer la distinción
entre “suelo” y “roca”, puesto que los métodos de reconocimiento y las técnicas a emplear son
diferentes.
 Suelo: Agregado natural de partículas minerales, granulares y cohesivas, separables por
medios mecánicos de poca energía, o por agitación con agua.
 Roca: Agregado natural compuesto de partículas de uno o más minerales, con fuertes
uniones cohesivas permanentes, que constituyen masas geológicamente independientes
y cartografiables.
Por tanto, antes de proyectar una cimentación hay que proceder a reconocer el terreno mediante
distintas técnicas de investigación.
Este reconocimiento debe proporcionar, en general, los siguientes datos:








Naturaleza de los diferentes estratos existentes y sus características geotécnicas.
Existencia de problemas geológicos que puedan afectar a la cimentación (presencia de
suelos blandos, terrenos expansivos, rocas de diferente dureza, zonas tectonizadas y
fracturadas, deslizamientos, karstificaciones, filtraciones).
Muestras y/o testigos de cada uno de los estratos o niveles
característicos atravesados, para el estudio en laboratorio de sus propiedades resistentes
y deformaciones.
Existencia de nivel freático y sus características.
Sismicidad regional.
Valor de la permeabilidad en suelos y rocas.
Mediciones de discontinuidades en rocas que permitan establecer clasificaciones
geomecánicas.
 TÉCNICAS DE RECONOCIMIENTO DEL TERRENO.
Los procedimientos o técnicas utilizadas para la obtención de los datos requeridos para un
informe geológico-geotécnico son:
A. Métodos directos.
Son los procedimientos o técnicas que permiten un seguro y suficientemente detallado
reconocimiento de la naturaleza y localización de los diferentes estratos, niveles o capas
de terreno, con la posibilidad de obtener muestras y/o testigos y, eventualmente,
realizar ensayos “in situ”.
© Adrián de la Torre Isidoro
3
www.nuestrosapuntes.webcindario.com
Geología, Morfología del terreno y Climatología
UPM - ETSIC
Se incluyen en este grupo los siguientes procedimientos:
• Sondeos mecánicos:
Se entiende por sondeo “una perforación realizada con especial cuidado y con
maquinaria y herramientas apropiadas para extraer de las capas de terreno
atravesadas muestras en suelos y testigos en roca, y poder realizar ensayos a
diferentes profundidades”.
•
Calicatas, zanjas y pozos
La observación directa del terreno se puede realizar, en determinadas ocasiones,
mediante labores sencillas de excavación con medios mecánicos convencionales.
Estos tipos de investigaciones pueden ser eficaces, pero suelen estar limitadas por
la profundidad que puede alcanzarse con las máquinas.
•
Galerías
Esta técnica es muy costosa, por lo que se reserva, casi exclusivamente, para
aquellos trabajos en los que el coste no incida en el presupuesto general del
proyecto y se requiera un completo conocimiento estratigráfico, tectónico y
tensional, así como la realización de ensayos “in situ” (observación de presas,
drenajes, túneles).
B. Métodos indirectos.
Son aquellos procedimientos que se llevan a cabo sin necesidad de realizar un examen
directo del terreno, midiendo desde la superficie algunas propiedades físicas de los
materiales que constituyen los diferentes niveles o estratos del terreno.
Se consideran incluidos en estos procedimientos los siguientes métodos:
•
•
•
•
•
© Adrián de la Torre Isidoro
Geofísica de superficie. Métodos eléctricos, sísmicos, electromagnéticos,
gravimétricos, magnéticos.
Geofísica en el interior de los sondeos. Testificación, sísmica y tomografía
sísmica.
Ensayos de resistencia. Ensayo de penetración estática (CPT) y dinámica (DP),
ensayo con medida de presión intersticial, ensayo Vane Test (Molinete).
Ensayos de deformabilidad. Ensayo presiométrico en suelo y dilatométrico en
roca, ensayo de placa de carga.
Ensayos de permeabilidad. En suelos: Lefranc, Gilg-Gavard, Haefeli, Matsuo. En
rocas: Lugeon.
4
www.nuestrosapuntes.webcindario.com
Geología, Morfología del terreno y Climatología
UPM - ETSIC
 Sondeos mecánicos.
Se define como sondeo a un método directo de reconocimiento del terreno que consiste en
“una perforación realizada con especial cuidado y con maquinaria y herramientas apropiadas
para extraer de las capas de terreno muestras en suelos y testigos en roca”.
Los métodos de perforación utilizados se agrupan en dos categorías:
•
Sondeos a percusión.
El principio general consiste en el empleo de una tubería que avanza por golpeo
sucesivo, que se obtiene por caída de la tubería en el fondo del sondeo o bien por su
hinca mediante el golpeo de una maza.
El terreno más apropiado para su empleo es el de las formaciones incoherentes, limos,
arenas, gravas y bolos, ya que permite extraer y visualizar todo el terreno que se
atraviesa. Desde el punto de vista económico es un sondeo cuya perforación es lenta y,
en consecuencia, tiene un precio caro y poco competitivo.
•
Sondeos a rotación.
El principio general consiste en ejercer, con un útil “corona”, una presión y a la vez una
acción de rotación en el terreno, mediante un varillaje conectado a una cabeza giratoria
de una sonda, accionada por un motor. El avance útil se obtiene actuando sobre la
cabeza giratoria solidaria al varillaje, al cual se le trasmite su rotación. Los principales
métodos de avance pueden clasificarse:
- Manuales o “sensitivos”, cuando la presión se aplica y regula por el sondista
manualmente, accionando una palanca.
- Mecánicos, basados en un sistema de ejes y coronas diferenciales concéntricas al
varillaje (velocidad de rotación y de avance en relación constante).
- Hidráulicos, basados en actuales sistemas hidráulicos de accionamiento.
Los útiles de perforación que se emplean comúnmente pertenecen a dos grandes
categorías:
•
© Adrián de la Torre Isidoro
Barrenas helicoidales.
Las barrenas continuas helicoidales son un sistema rápido y económico para
obtener muestras alteradas del terreno, y su utilización va desde el empleo
manual para pequeñas profundidades, 2-4 m con diámetros de 1” y 2”, a la
perforación mecánica para profundidades de hasta 40 m, con diámetros de 8”,
6” 4” y 3”, que son las usuales para los sondeos de reconocimiento. Durante la
perforación se puede intercalar la extracción de muestras inalteradas.
5
www.nuestrosapuntes.webcindario.com
Geología, Morfología del terreno y Climatología
UPM - ETSIC
Las barrenas continuas helicoidales utilizadas para sondeos de reconocimiento
son de dos tipos:


Barrena helicoidal maciza.
Barrena helicoidal hueca.
Las barrenas helicoidales huecas, a diferencia de las macizas, permiten extraer
muestras inalteradas sin extraer la maniobra. Están formadas por un tubo
central hueco de mayor diámetro que el de las normales. A lo largo y por el
interior de la barrena va un varillaje que termina al final de la cabeza helicoidal y
lleva una pequeña broca.
Estas varillas giran solidariamente con la barrena hueca; cuando se quiere tomar
una muestra, se extraen las varillas del interior de las barrenas y se introduce
por el interior de las mismas un tomamuestras.
•
© Adrián de la Torre Isidoro
Baterías de rotación (tubo de testigo).
El término “tubo testigo” se refiere a que la corona, al ir avanzando en el
terreno, va obteniendo un cilindro de terreno llamado testigo, el cual va
entrando en un tubo roscado a la corona, llamado tubo porta testigo o
simplemente tubo testigo. Por “tubo testigo” se entiende el conjunto de batería
de rotación, que está compuesta por los siguientes elementos:
• Corona. Es el elemento de corte, y pueden ser de WIDIA o DIAMANTE.
- Coronas de Widia.
La Widia es un metal compuesto de carburo de Wolframio y fue
descubierto por el alemán OSRAM, en el año 1925. Su dureza
solamente es sobrepasada por el diamante, de ahí viene su nombre,
Wie Diamant (como el diamante).
En las coronas de perforación se emplean en forma de pequeños
prismas octogonales de 15 mm de largo, incrustados en el frente de
la corona y a una distancia aproximada de 10 mm. Estos prismas
están afilados por el borde de la corona y durante la perforación se
desgastan y hay que volverlos a afilar. Esto se realiza con una muela
de carburo de silicio y en seco.
Las coronas de widia deben emplearse en suelos y rocas blandas.
- Coronas de Diamante.
Si el terreno a perforar es muy duro no se puede perforar con
coronas de widia, por el desgaste que sufren los prismas. En este
caso es aconsejable la utilización de coronas de diamante. Si
además se desea obtener una buena recuperación de testigo en
terrenos blandos, se recomienda la utilización de coronas de
diamante por el corte más suave que las de widia. Existen dos tipos
de corona de diamante:
6
www.nuestrosapuntes.webcindario.com
Geología, Morfología del terreno y Climatología
UPM - ETSIC

•
•
•
•
Coronas de inserción: están construidas con diamantes que
se distribuyen en la superficie de la corona, siendo el
tamaño de los diamantes variable de 10 a 80 piedras por
quilate (p.p.q.). “1 quilate equivale a la quinta parte de un
gramo”.
 Coronas de concreción: están construidas con diamantes
cuyo tamaño varía entre 80 y 1000 piedras por quilate
(p.p.q.), regularmente distribuidos en el cuerpo de la
matriz.
Manguito porta-extractor. Es donde se aloja un muelle (extractor) que
sirve para romper el testigo durante la extracción y no dejarle que se
deslice durante esta maniobra.
Extractor.
Calibrador.
Tubo porta-testigo. Es donde se recoge el testigo y la cabeza es la pieza
de unión entre el tubo testigo y el varillaje, el cual le transmite el
movimiento de rotación a la batería de rotación.
El tubo porta-testigo puede ser:
- Tubo testigo simple.
Se considera “tubo simple”, cuando el tubo porta-testigo es rígido
y está constituido por un solo tubo. Este tipo de batería no es el
mejor útil para obtener una buena recuperación de terreno, ya
que, al estar constituido por un único tubo, el fluido perforación
(agua o lodo) cae sobre el testigo que se aloja en el interior del
tubo alterándolo y, por estar en contacto con el tubo en
movimiento, se destruye en gran parte. El empleo del tubo simple
se recomienda cuando no es muy importante la obtención del
testigo en su totalidad, o cuando hay que limpiar sondeos de
obstáculos, perforar armaduras en hormigones, o para efectuar
perforación en seco.
-
© Adrián de la Torre Isidoro
Tubo testigo doble.
Para tratar de paliar los inconvenientes de la perforación con el
tubo simple, se empleó, en principio, un “tubo doble rígido” en el
que el agua pasaba entre los dos tubos, no alterando por tanto el
testigo, pero, al estar el testigo en contacto con el tubo interior en
rotación, éste también se destruía, aunque en menor proporción
que en el tubo simple.
Al final se ha llegado al “tubo doble giratorio”, en el cual el tubo
interior va montado sobre rodamientos a bolas, y
consecuentemente no tiene por qué girar. Este tipo de tubo doble
es el más apropiado para proporcionar un buen testigo y el mayor
porcentaje de recuperación.
7
www.nuestrosapuntes.webcindario.com
Geología, Morfología del terreno y Climatología
-
UPM - ETSIC
Tubo testigo triple.
La circulación del fluido de perforación permite mayores y más
rápidos avances, pero en algunos casos (terrenos tectonizados,
poco cohesivos, esquistosos, etc.) hace difícil, en ocasiones
imposible, la obtención de testigos, imponiendo, si se utilizan los
tubos simples, una serie repetitiva de maniobras “en seco”
intercaladas con maniobras de lavado para la evacuación de los
detritus de perforación.
Con el empleo de tubos dobles, el efecto negativo de la
circulación del agua puede ser eliminado o reducido,
especialmente cuando el tubo interior que recoge el testigo está
algo adelantado a la corona del tubo exterior que gira. Este es el
caso del tubo doble tipo Mazier, llamado impropiamente “tubo
triple”.
El tubo triple es un tubo testigo doble a rotación, destinado a
extraer muestras intactas del terreno. Hay tres tipos de diámetro:
86, 101 y 146 mm., que dan, respectivamente, testigos de
diámetro: 59, 72 y 107,5 mm. El testigo de 1,00 m de longitud se
aloja en un “tercer tubo” (estuche) que se encuentra alojado
dentro del tubo interior.
•
Está compuesto, esencialmente, de un tubo interior que contiene
un estuche de latón y dispone, en su base, de una zapata cortante
que sobresale de la corona con el objeto de extraer testigo por
punzonamiento. La cabeza giratoria del sacatestigo tiene un
resorte (muelle) que permite que el tubo interior entre más o
menos en el tubo exterior fijo. Se utiliza como un tubo testigo
doble normal, haciéndolo girar (rotación normal) y ejerciendo la
presión necesaria para su introducción en el terreno.
Cabeza.
 ELECCIÓN DEL MÉTODO DE PERFORACIÓN.
En la elección del método para la realización de sondeos de investigación, el conocimiento de
la naturaleza del terreno de la zona a investigar es un supuesto necesario.
Se distinguen tres tipos fundamentales de terreno, en los que se recomiendan os siguientes
métodos de reconocimiento:
• Terrenos granulares.
Se entiende como suelo granular, aquellos que tienen un porcentaje de finos inferiores a
un 35 %.
– Finos y medios: Percusión y Baterias de rotación de tubo simple.
– Gruesos: Percusión con tuberías de diámetros 230 mm y 6 ½”.
© Adrián de la Torre Isidoro
8
www.nuestrosapuntes.webcindario.com
Geología, Morfología del terreno y Climatología
UPM - ETSIC
• Terrenos cohesivos.
Se entiende como suelos cohesivos, aquellos terrenos que tengan cohesión y no
cumplan las condiciones para clasificarlos como granulares o como rocas.
– Barrenas helicoidales, para terrenos de baja consistencia y profundidades < 30 m
– Baterías de rotación, con dobles y triples tubos, para extracción de testigo
continuo y muestras de rotación.
• Rocas.
Se consideran rocas a aquellos terrenos que cumplan las condiciones siguientes:
Recuperación de testigo superior al 75 % y el RQD superior al 25 %, y Resistencia a
compresión simple de los testigos sanos siempre superior a 3 MPa.
– Baterías de tubo doble. Diámetros de perforación de 101 a 76 mm, para
profundidades inferiores a los 100 m, y el sistema “wire line”, PQ, HQ, NQ Y BQ,
para profundidades superiores.
 TOMA DE MUESTRAS EN SONDEOS.
El término “muestreo” tiene un significado muy amplio en cuanto a que puede atribuirse a
cualquier método para obtener una muestra bien, con cualquier sistema de perforación, o
con aparatos, más o menos sofisticados, para conseguir una ventaja cualitativa.
El objetivo de la toma de muestras, según el CTE, es la realización, con la fiabilidad suficiente,
de los ensayos de laboratorio pertinentes según las determinaciones que se pretendan
obtener. Las muestras extraídas de los sondeos se pueden clasificar en las categorías
siguientes:
• Muestra de Categoría A: Mantiene inalteradas las siguientes propiedades del suelo:
estructura, densidad, humedad, granulometría, plasticidad y componentes químicos
estables.
• Muestra de Categoría B: Mantiene inalteradas las siguientes propiedades del suelo:
humedad, granulometría, plasticidad y componentes químicos estables.
• Muestra de Categoría C: Todas aquellas que no cumplen las especificaciones de la
categoría B.
Habitualmente se hace la distinción entre muestras “alteradas” e “inalteradas”, teniendo en
cuenta el método de extracción más que la calidad de la muestra.
Los tomamuestras que se utilizan en los sondeos para la obtención de muestras inalteradas
(Categoría A), son tomamuestras hincados a presión o a percusión, desplazando un cierto
volumen de terreno correspondiente al espesor de la pared, y pueden ser:
- Abiertos:
 De pared gruesa. Son tubos robustos que se hincan mediante golpeo
“percusión” y por lo tanto, se emplean en terrenos compactos y con un cierto
esqueleto lapídeo. Su relación de áreas es siempre superior al 25%. Existe una
amplia gama de tipos, dotados de zapatas intercambiables, e incorporan un
estuche de poco espesor de PVC o de zinc. Suelen estar cortados
“tomamuestras de tubo partido” a lo largo de su generatriz para facilitar la
extracción de la muestra.
© Adrián de la Torre Isidoro
9
www.nuestrosapuntes.webcindario.com
Geología, Morfología del terreno y Climatología
UPM - ETSIC

-
De pared delgada. son conceptualmente similares a los de pared gruesa, con la
variante de tener las paredes del tubo más delgadas. La hinca se realiza a
presión. La particularidad más importante es la posibilidad de cambiar los tipos
de zapata y así introducir un sistema de clapetas, adecuado para retener las
muestras en el interior durante la fase de extracción. El tomamuestras más
utilizado es un tubo de acero estirado en frío de pared fina, que sirve de
tomamuestras y de contenedor de la misma, tipo “Shelby”.
Cerrados: tienen un pistón que cierra el tomamuestras en su parte inferior y se
desbloquea cuando se requiere efectuar la toma de la muestra. Se distinguen dos
categorías: de “pistón libre” y de “pistón fijo”. En el primer caso el pistón es libre de
moverse con la muestra durante la extracción; en el segundo el pistón queda fijo y lo
que avanza es el tubo que recoge la muestra. La misión de los pistones, en ambos
casos, es crear un vacío dentro del tomamuestras que facilite la obtención de la
muestra.
Las principales características, en cuanto a las dimensiones de los tomamuestras, que
condicionan el éxito de la extracción de una muestra inalterada (Categoría A) son:
Pared gruesa
Pared delgada
Relación de áreas
R
Di2)/Di2.100
R < 25
R<10
Despeje interior
D = (Di - Ds)/Ds .100
D<3
D<1
E = (De – Di)/2
E < 10 mm
E< 2 mm
L
L > 500 mm
L > 500 mm
Espesor de zapata
=(De2
Longitud
-
De: diámetro exterior
Di: diámetro interior
Ds: despeje interior
 ENSAYOS EN SONDEOS
• Ensayo de penetración estándar (SPT).
Este ensayo es puntual a lo largo de un sondeo, y se realiza fundamentalmente en
presencia de terrenos incoherentes con la finalidad de juzgar “in situ” la densidad
relativa de estos suelos. El aparato estándar es, en esencia, un tomamuestras de pared
gruesa de tubo partido con las siguientes características principales:
• Longitud total: 813 mm.
• Diámetro exterior: 51 mm.
• Diámetro interior: 35 mm.
• Peso total: 7 Kg
El ensayo consiste en la hinca del aparato en cuatro tandas o tramos de 15 cm,
registrando el número de golpes necesarios para cada hinca y hasta una longitud total
de 60 cm, según norma ASTM-D.1586-63T y UNE 103-800-92.
La maza utilizada tiene un peso de 63,5 Kg (140 libras) y la altura de caída es de 76,2
mm. (30 pulgadas). La suma de los golpes necesarios para la hinca de los dos tramos
centrales, en total 30 cm. (12 pulgadas), es el llamado número N de resistencia a la
penetración estándar.
© Adrián de la Torre Isidoro
10
www.nuestrosapuntes.webcindario.com
Geología, Morfología del terreno y Climatología
•
•
UPM - ETSIC
Ensayo de molinete (Vane test).
Esta prueba permite determinar directamente la resistencia al corte de los terrenos
cohesivos en términos de cohesión no drenada. Se realiza en el interior de los sondeos,
alternando con la extracción de muestras inalteradas y realización de ensayos de
penetración estándar (SPT). Norma ASTM D-2573.
El principio del ensayo consiste en la medida del momento torsor necesario para
producir la ruptura del terreno sobre una superficie cilíndrica de deslizamiento, creada
por la rotación de un útil formado por cuatro aspas verticales de dimensiones iguales,
situadas en cruz. El molinete está constituido por:
• Un equipo de superficie para la aplicación y la medida del momento torsor
(dinamómetro anular).
• Un varillaje de 20 mm de diámetro para transmitir el movimiento de rotación a la
cabeza (molinete, aspas).
• Unas aspas de una altura igual al doble del diámetro (h = 2d) y un diámetro
variable de 4,5 a 6,5 cm.
• Una tubería de revestimiento de 1 ¼” de diámetro unida a un cuerpo de
protección del molinete.
Ensayo presiométrico.
El ensayo presiométrico consiste en efectuar una puesta en carga lateral creciente del
terreno, a una profundidad determinada del sondeo, mediante una sonda cilíndrica
dilatable radialmente. El objetivo de este ensayo es obtener una curva que relacione la
presión aplicada al suelo y su deformación.
La curva presiométrica se puede utilizar para obtener el estado tensional “in situ” y
parámetros de resistencia y deformación del suelo.
- El presiométrico “tipo Menard”, es el equipo más adecuado para ensayos en
suelos. Dispone de tubulares coaxiales de alta presión, con deformaciones nulas
hasta los 25 bares. La presión máxima de trabajo de este equipo es de 80 bares.
La sonda consta de una célula central de medida, alimentada por agua a
presión, y dos células de guardia, mantenidas en presión con gas, que
mantienen un campo cilíndrico de esfuerzos alrededor de la sección central.
Norma Française NF 94-100 y proyecto de Norma Europea prEN ISO 22476-4.
- El dilatómetro es el equipo que se utiliza para ensayos en materiales rocosos.
Este equipo permite presiones de trabajo teóricas de 200 bares. Las presiones y
deformaciones se realizan electrónicamente en el interior de la sonda mediante
un captor de presión. Las tensiones se aplican escalonadamente mediante
inyección de fluido (agua a presión mediante nitrógeno, o este último
directamente). Norma ASTM D 4719-87.
© Adrián de la Torre Isidoro
11
www.nuestrosapuntes.webcindario.com
Geología, Morfología del terreno y Climatología
•
UPM - ETSIC
Ensayo de permeabilidad.
La permeabilidad de un terreno, caracterizada por el coeficiente K, se puede obtener
durante la ejecución de un sondeo de reconocimiento. Se diferencian dos tipos de
ensayos:
– El ensayo de permeabilidad tipo Lefranc, específico para suelos, puede ser
efectuado por varios métodos más o menos precisos:
– Con aducción o extracción de agua.
– Con carga hidráulica constante, midiendo el caudal estabilizado
correspondiente.
– Con carga hidráulica variable, midiendo, en función del tiempo, el
descenso del nivel de agua, después de haber creado temporalmente un
ascenso del nivel freático.
Para llevar a cabo este ensayo es necesario realizar una cavidad de una forma
determinada (depende del diámetro de perforación) en el fondo de una
perforación entubada. La permeabilidad es función del caudal y de la forma de la
cavidad.
– El ensayo de permeabilidad Lugeon se realiza en rocas, y consiste en inyectar
agua en el interior de un sondeo, en un tramo de 5 metros de longitud, a una
presión de 10 kg/cm2, midiendo durante 10 minutos el caudal de agua
inyectado, una vez alcanzado un régimen de filtración estable, manteniendo fija
la presión. Se obtiene así la Unidad Lugeon, definida como la admisión de:
1 litro por minuto y metro a una presión de 10 kg/cm2
La absorción de una unidad Lugeon es equivalente a la que tendría un medio
homogéneo con coeficiente de permeabilidad K = 1,5 a 2,1 x 10-5 cm/seg
© Adrián de la Torre Isidoro
12
www.nuestrosapuntes.webcindario.com
Geología, Morfología del terreno y Climatología
UPM - ETSIC
 ENSAYOS PENETROMÉTRICOS.
Se incluyen entre los métodos indirectos y son pruebas realizadas “in situ”, como
complemento, y en sustitución a veces, de los sondeos de reconocimiento.
El ensayo de penetración permite estimar la resistencia a la penetración de un útil hincado
en el terreno con determinados medios operativos. Se pueden distinguir dos categorías de
ensayo, en función del método de avance:
•
Ensayos de penetración dinámica (DP).
Este ensayo consiste en la hinca en el terreno de una puntaza metálica, unida a un
varillaje, mediante golpeo, por medio de una maza que cae desde una altura
determinada. En función del tipo de puntaza, de la maza utiliza para el golpeo y la
altura de caída, se diferencian los siguientes ensayos:
-
Ensayo tipo Borros. En este ensayo, el útil de penetración “puntaza” es de
acero, de sección cuadrada de 4x4 cm, de 20 cm de longitud y termina en una
pirámide de 90º en la punta. Esta puntaza se acopla a una varilla de 32 mm de
diámetro, en la cual va sujeta mediante rosca o simplemente colocada a presión.
El equipo para realizar este ensayo consta de un dispositivo automático que
permite golpear la varilla con una maza de 65,0 Kg, dejándola caer desde una
altura de 50 cm, con un ritmo de 15 a 30 golpes por minuto.
El número de golpes necesario para hacer que penetre la puntaza 20 cm en el
terreno, se llama NB, y esta serie de hincas permite registrar, en un gráfico, la
resistencia del terreno a lo largo de la profundidad del ensayo. El ensayo se da
por finalizado cuando son necesario más de 100 golpes para el avance de 20 cm
(Rechazo).
-
Ensayo DPH (Dynamic Probing Heavy)
El equipo (pesado) para realizar este ensayo consta de un dispositivo automático
que permite golpear la varilla con una maza de 50 Kg, dejándola caer desde una
altura de 50 cm.
El número de golpes necesario para hacer que penetre la puntaza 10 cm en el
terreno, se llama N10, y esta serie de hincas permite registrar, en un gráfico, la
resistencia del terreno a lo largo de profundidad del ensayo.
-
Ensayo DPSH (Dynamic Probing Super Heavy)
En este ensayo, el útil de penetración “puntaza” es de acero, de 20 cm2 de área.
El equipo (súper pesado) para realizar este ensayo consta de un dispositivo
automático que permite golpear la varilla con una maza de 63,5 Kg, dejándola
caer desde una altura de 75 cm.
El número de golpes necesario para hacer que penetre la puntaza 20 cm en el
terreno, se llama N20, y esta serie de hincas permite registrar, en un gráfico, la
resistencia del terreno a lo largo de profundidad del ensayo. Gráficamente se
dan estos valores de número de golpes, obteniéndose de esta manera la curva
de hinca de cada ensayo de penetración.
© Adrián de la Torre Isidoro
13
www.nuestrosapuntes.webcindario.com
Geología, Morfología del terreno y Climatología
•
UPM - ETSIC
Ensayos de penetración estática (CPT y CPTU).
El ensayo de penetración estática, llamado CPT (Cone Penetration Test), consiste en
hincar a presión en el suelo a velocidad constante una punta cónica y medir el esfuerzo
necesario para la penetración del cono, denominado qc. En los conos de tipo móvil, se
mide además el rozamiento lateral local, denominado fs, en un manguito especial,
colocado encima de la base del cono.
Si a la punta cónica se le instala un sensor especial, que permite medir la presión
intersticial, el ensayo se denomina Piezocono (CPTU). Este ensayo permite medir,
además de la resistencia de la punta y el rozamiento lateral, las presiones intersticiales
u que se van generando durante la hinca de la punta. Las principales
Aplicaciones geotécnicas de este ensayo son:
• Determinar el perfil estratigráfico del terreno.
• Evaluar los parámetros geotécnicos de las capas atravesadas.
• Calcular la capacidad portante del terreno y asientos frente a solicitaciones
externas.
 GEOFÍSICA
Esta técnica de reconocimiento permite medir determinadas propiedades físicas del terreno
desde la superficie o en el interior de los sondeos.
Las técnicas geofísicas realizadas desde la superficie, son:
• Métodos eléctricos. Sondeos eléctricos verticales, Calicatas eléctricas.
Permite identificar la variación, en vertical y horizontal, de la resistividad eléctrica de
las distintas capas de terreno, lo que determina espesores de recubrimientos y
niveles de agua.
• Métodos sísmicos. Sísmica de refracción, Sísmica de reflexión.
Permite identificar la variación de la velocidad de propagación de las ondas P y S a
través de los distintos terrenos.
• Métodos electromagnéticos. Georadar
• Métodos gravimétricos.
Permite detectar las anomalías en el campo gravitatorio terrestre, en especial en la
detección de oquedades y karstificaciones.
Las técnicas realizadas en el interior de los sondeos, son:
• Testificación geofísica. Eléctrica, radiactiva, sónica, fluidos, geométrica.
• Sísmica en sondeos. Cross-hole, Down-hole y up-hole.
© Adrián de la Torre Isidoro
14
www.nuestrosapuntes.webcindario.com
Geología, Morfología del terreno y Climatología
UPM - ETSIC
 TESTIFICACIÓN DE SONDEOS
La testificación consiste en el registro y descripción de los testigos obtenidos durante la
perforación de los sondeos.
Los testigos y muestras obtenidas se colocan en cajas porta testigos, de madera , plástico o
cartón parafinado, de acuerdo con la disposición que presentan en el terreno, señalándose
con tablillas las cotas a las que ha finalizado la maniobra de perforación, cambia la litología a
se detecta alguna estructura geológica importante.
La testificación de sondeos, tanto en suelos como en rocas, debe realizarse de acuerdo con
un protocolo establecido, debiendo aportar datos relativos a:
• Naturaleza y composición litológica.
• Profundidad y tipo de muestras obtenidas.
• Ensayos realizados dentro del sondeo.
• Porcentaje de testigo obtenido.
• Descripción de discontinuidades.
• Índice RQD (en rocas).
• Profundidad del nivel de agua y sus variaciones.
• Reportaje fotográfico.
El tamaño de las muestras inalteradas y testigos obtenidos en los sondeos está condicionado
a las exigencias de los ensayos de Laboratorio.
4. ELABORACIÓN DEL INFORME GEOLÓGICO-GEOTÉCNICO
El informe geológico-geotécnico es el conjunto de documentos que el técnico en Ingeniería del Suelo
debe redactar para el proyecto de cimentaciones de la estructura de la obra, recogiendo este el informe
del reconocimiento del terreno realizado, sus resultados y las condiciones de cimentación analizadas.
El informe contendrá una Memoria que irá acompañada de una serie de Anejos. El alcance y detalle que
debe figurar en cada una de estas partes dependerá de la importancia de la obra, de la complejidad de
los terrenos existentes y de la información disponible.
En el documento Memoria se definirán los siguientes apartados:
• Antecedentes
• Metodología del trabajo
• Marco geológico e hidrogeológico
• Trabajos realizados
• Resultados del reconocimiento del terreno
• Análisis de los problemas geotécnicos planteados
• Propuesta de cimentación
• Resumen y conclusiones
La memoria del informe irá acompañada de los siguientes Anejos:
• Anejo I: Información previa
• Anejo II: Planos de situación de la obra
• Anejo III: Trabajos de campo
• Anejo IV: Ensayos de laboratorio
• Anejo V: Cálculos justificativos
© Adrián de la Torre Isidoro
15
www.nuestrosapuntes.webcindario.com