Capitulo 7 Investigaciones geotecnicas

Geotecnia I - Fac. de Ing. U.N.L.P.

Ing. Augusto José Leoni 1

Profesor: Ing. Augusto J. Leoni

GEOTECNIA I“Investigaciones Geotécnicas”

Ejecución de calicatas: Excavación a cielo abierto de aproximadamente 2 m2 de sección enplanta

Perfil resultante

Z1

Z2

Z3

Z4

Z5

Calicata N° Apertura de calicata, perfilaje y extracción de dama (muestra indisturbada)

Dama



Esquema de montaje de un ensayo vertical de plato de carga, dentro de una calicata

1: Perfil doble T anclado en el tereno

2: Gato hidráulico

3: Aro dinamométrico 4: Comparadores centecimales

5: Plato de carga

6: Puntal telescópico

1

6

4

3

2

5 B

GRAFICO DE RESULTADOS

d =0,127 cm = 0,05” d (cm)

Curva tensión - deformación

cmk

127.01

1

σ=

σ kg/cm2

σ1

k1

(kg/cm3)



Tensión = 10% . q

2.B1

2. B

B1 B

Esquema de ejecución de una perforación manual con recirculación de lodos para un estudio de suelos.

bomba

Cabeza de inyección

Cañería de perforación

Mecha de perforación cola de pescado

Chupón de la bomba

PERFORACIONES PARA ESTUDIOS DE SUELOS

Aspiración

Impulsión



HERRAMIENTAS DE PERFORACION MANUAL

Barreno de mano Mecha “cola de pescado”

POZO DE DECANTACIONCIRCUITO DEL AGUA DE LAVADO



Sacamuestras de Terzaghi

0,45 m

ENSAYO DE CAMPO

Ensayo normal de penetración:

Es el número de golpes necesario para que el sacamuestras normalizado de Terzaghi penetre en el terreno virgen 30 cm cuando a la cañería se la golpea con un martillo de 140 lb (63,5 kg) que se deja hacer desde una altura de 30 pulgadas (76,2 cm)

MUESTREADOR TERZAGHINorma ASTM 1586



45 cm

15 cm

15 cm

15 cmEnsayo normal de penetración ENP o SPT

Sacamuestras de Terzaghi

Perforación

Taco de madera de referencia

15 cm

15 cm

15 cmAntes de la hinca

Durante la hinca de los 45 cm, contamos los golpes necesarios hincar cada uno de los 3 intervalos de 15 cm c/u



63,5 KG

76,2 cm

Esquema de golpeo para los ensayos “SPT” utilizado en Argentina

Disparador

Pisón

Guía del disparador

Muesca que indica la altura de caída

Cabeza de golpeo

Aparejo para levantar

Acción del operador cuando ve aparecer la muesca que marca la altura de caída de 76,2 cm

PROCESO DE HINCA



RECUPERACION DE MUESTRAS

Flejes para retención de muestras arenosas ó fluidas



Compacidad relativa

ENCUADRE DE LOS SUELOS FINOS EN FUNCIÓN DE LOS RESULTADOS DEL “SPT”

> 4,00

2,00 a 4,00

1,00 a 2,00

0,50 a 1,00

0,25 a 0,50

< 0,25

Compresión Simple (kg/cm²)

15 a 30Muy Compacta

8 a 15Compacta

> 30Dura

4 a 8Median. Compacta

2 y 4Blanda

< 2Muy Blanda

Valores del SPT

Arcillas

Relaciones aproximadasy orientativas para los suelo de la región

Donde X toma valores entre 15 a 20 y cu se expresa en kg/cm²

X

Ncu =

Nou .66,02 +=φ

400

Es (kg/cm²) 500

Ks1 (kg/cm³)

80300

200

150

100

90 70 60 50 40 30 20 15 10 32

0.3

0.25

0.2

0.8

0.6

0.5

0.4

0.7

9

6

Ks1=1

48 7 6 5

E=1

3 2

N=1

qu=

1

0.9

2

5

4

3

qu (kg/cm²)

1098

7

3025201510987654

N ( SPT )

qu

Ks1

Es



Sondeo 1 Ubicación: Calle 57 entre 6 y 7 - La Plata. Napa: -

Nro Prof. Descripción del Suelo E.N.P.Clasif. Wn, Wl, Wp, Ip, Granulometría Fricc. Cohes. γ d

[ ° ] [Kg/cm²] [g/cm³]10 20 30 40 50 60 70 80 90 10 20 30 40

Humedad Natural Límite Plástico Límite Líquido Indice Plasticidad E.N.P.

Pasa tamiz 4 Pasa tamiz 10 Pasa tamiz 40 Pasa tamiz 100 Pasa tamiz 200

1 0,72 ML

2 1,22 ML

3 2,22 ML

4 3,22 ML

5 4,22 ML 9 0,48 1,47

6 5,22 ML

7 6,22 ML

8 7,22 ML 17 1,20 1,50

9 8,22 ML

10 9,22 ML

11 10,22 ML

Limo arcilloso castaño

con escombro

Limoso castaño con nódulos

Limo arcilloso

castaño

Limoso castaño

con nódulos compactos y tosquillas

>50

Representación de los resultados de un estudio de suelos

Densidad in situ en suelos granulares

Anillo de “Oroville”En la mecánica de suelos, las propiedades mecánicas de los suelos granulares se refieren siempre a su densidad.

Este valor luego es relacionado con la densidad máxima y mínima del mismo suelo para obtener el valor de la Densidad Relativa Dr (%)



Densidad in situ en suelos granulares

Volumen Vi

Volumen Vf

Volumen = Vf - Vi

V

Wsd =γ

)1( nw

WhWs

+=

Wh

wn

Manta de latex

Densidad mínima en suelos granularesLa densidad mínima que puede tener un suelo granular se refiere al estado más suelto que ese suelo puede adoptar, se determina en el laboratorio mediante un ensayo.

El mismo consiste en volcar al suelo en estado seco, en un recipiente de volumen conocido a través de un embudo, desde una altura constante y luego de llenarlo calcular la densidad haciendo

V

Wsmínd =)(γ

Se vuelca la arena Se llena el recipiente

Se enrasa y se pesa el

material

Ws

V



Densidad máxima en suelos granularesLa densidad máxima que puede tener un suelo granular se refiere al estado denso que ese suelo puede adoptar, se determina en el laboratorio mediante un ensayo, donde se trata por todos los medios de colocar en un recipiente de volumen conocido, la mayor cantidad de suelo.

Para ello se coloca el recipiente sobre una mesa vibrante, y se le adiciona suelo y agua en su interior al mismo tiempo que con una varilla metálica se lo acomoda para permitir una mayor densificación de su masa.

Una ves que el recipiente se llena, se le colocan pesas para transmitirle una tensión establecida por norma y se lo deja en la mesa vibrante hasta que no ingrese más suelo en el recipiente. Posteriormente se retira todo el suelo y se lo seca a estufa para luego calcular la densidad máxima

V

Wsmáxd =)(γ

Se vuelca el suelo granular con agua sobre la mesa vibrante

Se llena el recipiente con suelo y agua sobre la mesa vibrante mientras se lo varilla

Se le colocan pesas para lograr una mayor densificación, luego se enrasa y se pesa el material

Ws

V

100.(%)

−−=

d

máx

mínmáx

míndDrγγ

γγγγ

CALCULO DE LA DENSIDAD Y DE LA DENSIDAD RELATIVA

100).(%mínmàx

mìn

ee

eeDr

−

−=

γd = Densidad natural

e = Relación de vacíos natural



Consideraciones especiales a tener en cuenta al momento de valorar los resultados del SPT

Suelos Arcillosos Suelos granulares

E

z

E = Cte

E

z

E = f(z)

La rigidez del suelo se mantiene constante con la profundidad o lo que es lo mismo con los niveles de tensiones que le induce la tapada

La rigidez de un suelo granular aumenta con la profundidad o lo que es lo mismo con los niveles de tensiones que le induce la tapada

Consideraciones especiales a tener en cuenta al momento de valorar los resultados del SPT en suelos granulares

Suelos granulares

E

z

E = f(z)

La rigidez de un suelo granular aumenta con la profundidad o lo que es lo mismo con los niveles de tensiones que le induce la tapada

Los valores del SPT en suelos granulares dependen por lo tanto de la presión de la tapada existente al nivel donde se realiza el ensayo.

Ello implica que para poder relacionar valores del SPT a distintos niveles tendremos que corregir los resultados teniendo en cuenta la presión vertical existente en cada nivel.



Corrección de los valores del SPT teniendo en cuenta la presión de la tapada en suelos granulares.

El factor de corrección tiene en cuenta la presión de la tapada al nivel donde se ejecuta el ensayo e intenta corregirlo con un valor que se obtendría con un nivel que tenga una tapada que genere una presión vertical efectiva de 1 kg/cm2 Skempton

Schmertmann

Meyerhof-Ishihara

Liao-Whitman

oNC

´.3,202,10

5,32

σ+=

oNC

´1

2

σ+=

´7,0

7,1

o

NCσ+

=

,

1

oNCσ

=

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

Fac

tor

de C

orre

cció

n "N

c"

0.1 1 10 100 Presión de la tapada (kg/cm²)

(8) (9) (10) (11)

(8)

(9)

(10)

(11)

Supongamos que tenemos un manto de arena de 25 m de espesor con una densidad de 2 tn/m3

que al nivel de -1,25 m tiene un valor de SPT = 5 podemos hacer:

,

1

oNCσ

=σo’= 2 tn/m3. 1,25 m = 2,50 tn/m2 = 0,25 kg/cm2 CN = 2

Nc = 2 . 5 = 10

Si hacemos otro ensayo al nivel de los -20 m y obtenemos un valor de SPT = 20 al corregirlo observamos lo siguiente:

,

1

oNCσ

=σo’= 2 tn/m3. 20 m = 40 tn/m2 = 4 kg/cm2 CN = 0,5

Nc = 0,5 . 20 = 10

Nc = CN . SPT

Esto quiere decir que la arena que se ubica al metro de profundidad, con un SPT = 5 tiene la misma densidad relativa que la arena ubicada a -20 m que da un SPT = 20, las dos tienen una densidad relativa correspondiente a la de las arenas “MEDIANAMENTE DENSAS”



ENERGIA SUMINISTRADA EN EL ENSAYO SPT

)1

(1

1 EfN =

2211 ENEN ×=×1

221 E

ENN

×=

Con disparador Con reenvío Con malacate

ENSAYO SPT EN SUELOS GRANULARES

Ncorr. = N x CN x CE x CR

N = Valor obtenido en el Ensayo Normal de Penetración (SPT) en el ensayo

CN = Factor de corrección por la presión de la tapada o por la profundidad del ensayo

CE = Factor de corrección por la energía entregada por el martillo (0,45 ≤ η1 ≤ 1)

CR= Factor de corrección por el diámetro de la perforación (>1 φ = 5” ; = 1 φ = 3”)



ENSAYO SPT Y DENSIDAD RELATIVA(suelos granulares)

Descripción Muy

Suelta Suelta Med. densa Densa Muy

Densa

Dr (%) 0 a 15 15 a 30 30 a 60 60 a 80 80 a 100

Arena fina 1 – 2 3 – 6 7 – 15 16 – 30 > 30

Arena media 2 – 3 4 – 7 8 – 20 21 – 40 > 40 Valores de “Nc”

Arena gruesa 3 – 6 5 - 9 10 - 25 26 - 45 > 45

ENSAYO SPT Y DENSIDAD RELATIVA

N

NDr

.716,023

.100%)(

+= 2.50.531600.22276,07,11(%) CuNDr ov −−++= σ

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Den

sida

d re

lativ

a (%

)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 Ensayo SPT

Fórmula N° 1 Fórmula N° 2

Densidad relativa - SPT

Donde en la fórmula (2) el valor de “σov” se expresa en Libras sobre pulgadas cuadradas (lb/in2) y “Cu”representa el valor del Coeficiente de Uniformidad del suelo granular

Cu = D60/D10.

(1) (2)



ENSAYO DE SPT Y ANGULO DE FRICCION INTERNA

(Japan Road Boreau)

(Japan National Railway)

(Peck Hanson Thornburn)

(Schmertmann)

(Muromachi 1974)

(Hatanaka – Uchida)

(Kishida)

(Peck)

).45,0(20´ Nc+°=φ

).40,0(5,28´ Nc+°=φ

Nc.1815´ +°=φ

Nc.4,1520´ +°=φ

Nc.5,320´´ +°=φ

=34,0

27tan´

NcArcφ

−×= − )39

(

225,26´Nc

eφ

).30,0(27´ Nc+°=φ

Nc.15(15´ +°=φ

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

Ang

ulo

(°)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 Ensayo SPT corregido "Nc"

ENSAYO DE SPT Y ANGULO DE FRICCION INTERNA EN SUELOS GRANULARES



ENSAYO SPT Y MODULO DE DEFORMACION

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Mód

ulo

de D

efor

mac

ión

Es

(kg/

cm²)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 Número de golpes "SPT"

Arenas gruesas Arenas finas

Es = 7,7 .N70 + 190)

Es = 80 .

Arenas gruesas

Es = 6,5 . (N70 + 12)

Es = 7,8 .N70

Arenas finas limpias

Es = 5,3 .N70 + 76

Es = 4,9 .N70 + 73

Arenas finas con limos

70N

Scheiding – 1931

PaPa

PcCEi n .).(=

Donde: “C” y “n” son valores que dependen de la densidad relativa de la arena “Dr”

Arenas densasPara σo’ = 1 kg/cm²

C = 2.100 kg/cm²

n = 0,33

Arenas sueltasPara σo’ = 1 kg/cm²

C = 100 kg/cm²

n = 1

Donde σo’ representa la presión de octaédrica = z . γ´.(1+ 2.ko)/3

)(.4,01,1 NcLogn −=

80.015,05,0

2

+

+=

N

NcC

Módulo de Young inicial en suelos granulares

Para cualquier otro valor de σo’ en función del SPT corregido



100

1 000

10 000 M

ódul

o ta

ngen

te in

icia

l

1 10 100

Presión (kg/cm2)

Arena densa Arena suelta

Relación entre el Modulo tangenteinicial y la presión ejercida

Scheiding – 1931

Módulo de deformación tangente inicial en arcillas en función de qu

(qu = resistencia a la compresión simple)

Arcillas sobre consolidadasEi = (750 a 1.000) x qu

Arcillas normalmente consolidadas o ligeramente sobre consolidadas, insensitiva

Ei = (350 a 600) x qu

Arcillas normalmente consolidadas, sensitivasEi = (100 a 250) x qu



ENSAYO DE SPT Y MODULO DE BALASTO VERTICAL Para Suelos Granulares

25.0.)04,0.( 3,41 NcNckv +=

12,0.)04,0.( 7,31 NcNckv +=

0

5

10

15

20

25

30

35

Coe

ficie

nte

Kv1

(kg

/cm

3)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Ensayo de penetración Nc (SPT)

Arenas secas o húmedas Arenas saturadas

Arenas secas o húmedas

Arenas sumergidas

DENSIDAD RELATIVA Y ANGULO DE FRICCION

(Meyerhof 1956) (Arenas con < 5% de

suelos finos)

(Meyerhof 1956) (Arenas con > 5% de

suelos finos)

(Giuliani Nicoll)

12,2

20

%21´

+°= Drφ

+=866,0

100

(%).361.0575,0tan´

DrArcφ

(%).15.025´ Dr+°=φ

(%).15.030´ Dr+°=φ



DENSIDAD RELATIVA Y ANGULO DE FRICCION

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60 A

ngul

o de

fric

ción

(°)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Densidad relativa (%)

Sacamuestras de Zapatas Intercambiables de Moreto (Raymond)

Ar % = (De² – Di²) / Di²

Raymond Ar = 58 %Terzaghi Ar = 93 % Shelby (3”) Ar = 10 %



OBTENCION DE MUESTRAS INDISTURBADAS DE PERFORACIONE SSacamuestras Shelby

Presión estática, sin golpes, en forma manual o con gatos hidráulicos

Suelos arcillosos blandos a

medianamente compactos

0 < N < 6

SACAMUESTRAS ROTATIVOS



Corona de corte rotativa y Zapata de corte

SACAMUESTRAS DENISON Y MUESTRA



Muestras Denison de suelos arcillosos de 4” de diámetro

Muestra Denison de suelo limoso con arena



Muestra de suelo preconsolidado y fisurado de la Fm. Pampeano

MUESTRA ORIGINAL COLOCADA EN EL TALLADOR PARA PREPARAR UNA PROBETA



PROCESO DE TALLADO DE LA MUESTRA

PROBETA TERMINADA



ENSAYO DE LA VELETA DE CORTE O DE “VANE TEST”

CONEXIÓN DE LA VELETA CON LA

CAJA DE REGISTRO



CAJA DE REGISTRO

Velocidad de giro de la manivela a 1rev/seg que asegura un giro de la veleta de 6°/min

VELETA DE CORTE “VANE TEST”

×+××=

dH

d

TCu máx

167,02

2π

3273,0

d

TCu máx×=

Como en el caso que estamos mencionando se utilizaron veletas de corte donde H/d = 2

D

H



1

10

100

1 000

Pc

(tn/

m²)

0 1 10 100 1 000 Cu medida (tn/m²)

83,0).(77,4´ medidoucp =

Donde los valores de pc´ y cu

se expresan en tn/m2

Skempton (1957)

Ipp

cu .0037,011,0´

+=

RESULTADOS DE MAYNE Y MITCHELL:Para arcillas normalmente consolidadas

p’ (

tn/m

2 )

-20

-15

-10

-5

0

Pro

fund

idad

(m

)

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70Cohesión (kg/cm²)

04,0.018,0 += zCu

MEDICIONES DE CAMPO: Traza del Emisario de As. As en el Río de La Plata

Arcillas de origen marino, en el lecho del Río de La Plata

(Cu en kg/cm2)

z en metros



Determinaciones con el ensayo del Piezocono

Parámetros determinados con el Piezocono

Punta



Determinación de la velocidad de la onda corte en suelosCrosshole

∆ x

∆ t

osciloscopio

Bomba

receptorGeofono

inflablePacker

Sondeo receptor

Sondeo emisor

Packerinflable

Martillode profundidad

Profundidadde ensayo

tren de ondas

V = ∆ X ∆ t

s

Determinación de la velocidad de la onda corte en suelosDownhole

Z1

Z2

∆ x

∆ t

osciloscopio

Plancha horizontalcon una carga dinámicavertical

Manto aEnsayar

Packerinflable

Geofonosreceptores

Sondeo único

( Z1)

( Z2 )

Bomba

R = Z + X

R = Z + X

1

2 2

2 2

1

2 2

V = ∆ R ∆ t

s

∆ R = R - R1 2

Tren

de on

da



Ensayo Dilatométrico de Marchetti

Dilatómetro de Marchetti



Dilatómetro de Marchetti

Po = Presión necesaria para un desplazamiento nulo de la membrana

P1 = Presión necesaria para un desplazamiento de la membrana de 1,1 mm en el centro

uo = Presión hidroastática al nivel del ensayo

∆P = P1 - Po

ID = Indice del material

K D = Indice de empuje horizontal

Ko = (K D / 1,5)0,47 – 0,6

ED = Módulo dilatométrico = 34,7 . ∆P)

OCR = (0,5 . KD)1,56

cu = 0,22. σv0’(0,5.KD)1,25

'voD

uoPoK

σ

−=

)( uoPo

PI D −

∆=

Comparación entre Cu determinada a través de DMT y de otros ensayos



EQUIPO DE MENARD

ESQUEMA DE LA MONOCELDA ORIGINAL

DE MENARD



ESQUEMA DE EXPANSION DE LA SONDA DE TRES CELDAS DE

MENARD

EXPANSION DE LA CELDA CENTRAL O DE CARGA

PRICIPIOS BASICOS DEL ENSAYO DE PRESIOMETRIA



FACTORES DE CORRECCION QUE INTERVIENEN EN EL ENSAYO

CORRECCION POR RESISTENCIA A LA EXPANSIÓN DE LA SONDA

CORRECCION POR DEFORMACION DE LOS CIRCUITOS HIDRAULI COS

DEL EQUIPO



REGULACION DE LAS DIFERENCIA ENTRE LAS PRESIONES DE L AGUA Y DEL GAS

REGISTROS DE PERAMETROS

Pc Pm Pf PL

Presión (bar)

Rango elástico ∆P

Volumen (cm3)

Vf

Vm ∆VVc



GRAFICO TIPICO DE EN ENSAYO DE PRESIOMETRÍA

PL

∆v

E

Vo

Interpretación del ensayo de Presiometría



Esquema de un Presiómetroautoperforador de

Cambridge

(Self Boring Pressuremeter)

Presiómetro auto perforador de Cambridge



Diseño de plataformas de trabajo para investigaciones bajo carga de

agua

Plataforma marina transportable y de apoyo fijo



Vibracore para extracción de

nuestras continuas de 6,00 m de

longitud y de 2” de diámetro



Sacamuestras de barros (Contaminación)



Sacamuestras de barros de sección cuadrada con vaina interna de polietileno para barros contaminados

Extracción de muestras de barro del lecho de un río



Muestra obtenida de barros contaminados con hidrocarburos.

Es importante observar la poca consistencia de la muestra y la dificultad que ello representa a la hora de obtener una muestra

Capitulo 7 Investigaciones geotecnicas

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