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PEDRO JULIAN GALLEGO QUINTANA INGENIERO CIVIL

CANDIDATO MAESTRIA EN INGENIERIA CIVIL CON ENFASIS EN GEOTECNIA VIAL

ITFIP FACULTAD DE INGENIERIA

INGENIERIA CIVIL 21 DE MARZO DE 2015

ESTUDIO GEOTCNICO NSR10 - Conjunto de actividades que comprenden el reconocimiento

de campo, la investigacin del subsuelo, los anlisis y recomendaciones de ingeniera necesarios para el diseo y construccin de las obras en contacto con el suelo, de tal forma que se garantice un comportamiento adecuado de la edificacin, protegiendo ante todo la integridad de las personas ante cualquier fenmeno externo, adems de proteger vas, instalaciones de servicios pblicos, predios y construcciones vecinas.

Peck, Hanson y Thornburn Para que el ingeniero pueda proyectar una cimentacin inteligentemente, debe tener un conocimiento razonable de las propiedades fsicas y disposicin de los materiales del subsuelo. A las operaciones de campo y laboratorio necesarias para obtener esta informacin esencial se les llama exploracin del suelo o programa de exploracin.

ESTUDIO GEOTCNICO BRAJA DAS - El proceso de identificar las capas de depsitos que

subyacen a una estructura propuesta y sus caractersticas fsicas generalmente se denomina exploracin del subsuelo. Su propsito es obtener informacin que ayude el ingeniero geotcnico en: 1. Seleccionar el tipo y la profundidad de la cimentacin adecuada para una

estructura dada.

2. Evaluar la capacidad de carga de la cimentacin

3. Estimar el asentamiento probable de la estructura

4. Detectar problemas potenciales de la cimentacin (por ejemplo: suelos expansivos, colapsables o licuables)

5. Determinar la posicin del nivel fretico

6. Predecir el empuje lateral de las estructuras como muros de retencin

7. Establecer mtodos de construccin para condiciones cambiantes del suelo

ESTUDIO GEOTCNICO Partes del Estudio Geotcnico:

1. Del Proyecto

2. Del subsuelo - Morfologa del suelo

- Origen Geolgico (identificacin, espesor, distribucin, datos de campo y laboratorio, identificacin suelos especiales)

- Caractersticas Fsico - mecnicas

- Descripcin de posibles niveles freticos o cuerpos cercanos de agua

3. De los Anlisis Geotcnicos - Anlisis y justificacin de los criterios geotcnicos adoptados

- Problemas constructivos, cortes temporales, sistemas de contencin temporales

- Alternativas de Cimentacin y Contencin, caractersticas de resistencia y deformabilidad

- Influencia de factores Hidrulicos

ESTUDIO GEOTCNICO Partes del Estudio Geotcnico:

4. De las recomendaciones para el diseo - Tipo de cimentacin y profundidad de apoyo, presiones admisibles, asentamientos

diferenciales

- Tipos de estructuras de Contencin y variables de diseo

- Perfil del suelo para el anlisis sismo resistente

- Parmetros para los anlisis de Interaccin suelo- estructura

5. De las recomendaciones para la edificacin de edificaciones y predios vecinos

- Efectos sobre edificaciones vecinas y de acuerdo a esta consideracin disear sistemas de control o contencin

6. De las recomendaciones para construccin. (Sistema Constructivo) En el sistema constructivo se deben establecer las alternativas tcnicamente factibles para solucionar los problemas geotcnicos de excavacin y construccin.

EXPLORACIN DE CAMPO

NUMERO DE EXPLORACIONES Y PROFUNDIDAD NSR 98

NUMERO DE EXPLORACIONES Y PROFUNDIDAD NSR 10

CONJUNTO VIVIENDAS DE

INTERS SOCIAL

TANQUE PLANTA DE

TRATAMIENTO

CONSIDERACIONES ADICIONALES

H.3.2.4 CARACTERSTICAS Y DISTRIBUCIN DE LOS SONDEOS:

(a) Los sondeos con recuperacin de muestras deben constituir como mnimo el 50%

de los sondeos practicados en el estudio definitivo.

(b) En los sondeos con muestreo se deben tomar muestras cada metro en los primeros

5 m de profundidad y a partir de esta profundidad, en cada cambio de material o cada

1.5 m de longitud del sondeo..

(c) Al menos el 50% de los sondeos deben quedar ubicados dentro de la proyeccin

sobre el terreno de las construcciones.

PROFUNDIDAD DE LAS EXPLORACIONES

H.3.2.5 PROFUNDIDAD DE LOS SONDEOS Por lo menos el 50% de todos los

sondeos debe alcanzar la profundidad dada en la Tabla H.3.2-1, afectada a su vez por los

siguientes criterios, los cuales deben ser justificados por el ingeniero geotecnista.

(a) Profundidad en la que el incremento de esfuerzo vertical causado por la edificacin, o

conjunto de edificaciones, sobre el terreno sea el 10% del esfuerzo vertical en la interfaz

suelo-cimentacin.

(b) Longitud total del pilote ms largo, mas 4 veces el dimetro del pilote o 2 veces el ancho

del grupo de pilotes.

PROFUNDIDAD DE LAS EXPLORACIONES

En los casos donde se encuentre roca firme, o aglomerados rocosos o capas de suelos firmes

asimilables a rocas, a profundidades inferiores a las establecidas, el 50% de los sondeos

debern alcanzar las siguientes penetraciones en material firme (material designado como A, B

o C en la Tabla A.2.4.4-1 del Ttulo A de este Reglamento.), de acuerdo con la categora de la

unidad de construccin:

- Categora Baja: los sondeos pueden suspenderse al llegar a estos materiales;

- Categora Media, penetrar un mnimo de 2 metros en dichos materiales, o dos veces el

dimetro de los pilotes en stos apoyados;

- Categora Alta y Especial, penetrar un mnimo de 4 metros o 2.5 veces el dimetro de

pilotes respectivos, siempre y cuando se verifique la continuidad de la capa o la

consistencia adecuada de los materiales y su consistencia con el marco geolgico local.

NUMERO DE EXPLORACIONES

H.3.1 UNIDAD DE CONSTRUCCIN.

Se define como unidad de construccin

(a) Una edificacin en altura,

(b) Grupo de construcciones adosadas, cuya longitud mxima en planta no exceda los 40 m,

(c) Cada zona separada por juntas de construccin,

(d) Construcciones adosadas de categora baja, hasta una longitud mxima en planta de 80 m

(e) Cada fraccin del proyecto con alturas, cargas o niveles de excavacin diferentes.

Para los casos donde el proyecto exceda las longitudes anotadas, se deber fragmentar en

varias unidades de construccin, por longitudes o fraccin de las longitudes.

Efecto por repeticin Para proyectos con varias unidades similares, el nmero total de

sondeos se calcular a partir de la segunda unidad de construccin y siguientes como la mitad

(50%) del encontrado para la primera unidad, aumentando al nmero entero siguiente al aplicar

la reduccin.

MUESTREO Y ENSAYOS DE LABORATORIO

H.3.3 ENSAYOS DE LABORATORIO

H.3.3.1 SELECCIN DE MUESTRAS Las muestras obtenidas de la exploracin de

campo debern ser objeto de los manejos y cuidados que garanticen su representatividad y

conservacin. Las muestras para la ejecucin de ensayos de laboratorio debern ser

seleccionadas por el ingeniero geotecnista y debern corresponder a los diferentes materiales

afectados por el proyecto.

H.3.3.2 TIPO Y NMERO DE ENSAYOS El tipo y nmero de ensayos depende de las

caractersticas propias de los suelos o materiales rocosos por investigar, del alcance del

proyecto y del criterio del ingeniero geotecnista. El ingeniero geotecnista ordenar los ensayos

de laboratorio que permitan conocer con claridad la clasificacin, peso unitario y

permeabilidad de las muestras escogidas. Igualmente los ensayos de laboratorio que ordene el

ingeniero geotecnista deben permitir establecer con claridad las propiedades geomecnicas de

compresibilidad y expansin de las muestras escogidas, as como las de esfuerzo-deformacin

y resistencia al corte ante cargas monotnicas.


Se permite emplear la resistencia no drenada SU para casos de anlisis en materiales cohesivos

saturados y no fisurados:

(a) Estticos de cimentaciones superficiales

(b) Estticos de cimentaciones profundas

(c) Estticos de taludes temporales o de falla de fondo temporal

Pero NO SE PERMITE emplearlo en casos de anlisis:

(a) Estticos de empujes de tierras

(b) Problemas geotcnicos que impliquen relajacin de esfuerzos

(c) Estabilidad de taludes permanentes

(d) De materiales no saturados

(e) De materiales fisurados

(f) Seudo estticos

(g) Dinmicos


= c + tan

Ecuacin de falla Criterio Mohr - Coulomb

Siendo = U por lo tanto es necesario determinar los

parmetros de resistencia en trminos de esfuerzos efectivos.

p

q


p

q

a

tan sin

cos

a

C


p

q

TRAYECTORIAS DE ESFUERZOS COMPRESIN AXIAL ARCILLA RSC = 1

p

q

Kf

Ko < 1 u

TSP ESP

TRAYECTORIAS DE ESFUERZOS COMPRESIN AXIAL ARCILLA RSC > 1

p

q

Kf

Ko > 1

u TSP

ESP

ENSAYOS PARA DETERMINACIN DE LOS PARMETROS DE RESISTENCIA EN LAB.

Triaxial

Corte Directo

Compresin Simple

No consolidado no drenado UU (Rpido)

Consolidado no Drenado CU o C (medio)

Consolidado Drenado CD (Lento)

ENSAYOS DE EXPLORACIN EN CAMPO

STANDART PENETRATION TEST (SPT)

Raymond Pile Company en 1902

Obtiene de forma aproximada una medida de resistencia dinmica del suelo

ASTM D 1586

AASHTO T-206

INVE


Este ensayo se basa en la medicin del numero de golpes del (Split-barrel sampelr) que requiere para obtener un avance vertical de 300 mm (1 foot), con una masa de hincado que tiene un peso de 63.5 Kg (140 Lb) y una altura de cada de 0.76 m (30 in), reconociendo el remoldeo del material de la exploracin se aconseja un golpe previo de ajuste y conteos sucesivos de golpes por cada 150 mm (0.5 foot) para hacer un barrido total de 450 mm (1.5 foot) permitiendo definir de los tres puntos tomados los dos mas homogneos.


A = 1.0 a 2.0 in (25 a 30 mm)

B = 18.0 a 30.0 in (0.457 a 0.762 m)

C = 1.375 0.005 in (34.93 10.13 mm)

D = 1.50 0.05 - 0.00 in ( 38.11 1.3 0.0 mm)

E = 0.10 0.02 (2.54 0.25 mm)

F = 2.00 0.05 0.00 in (50.8 1.3 0.0 mm)

G = 16.0 a 23.0

STANDART PENETRATION TEST (SPT) Reconociendo que la perdida de energa entrante de hincado se

presenta los siguientes factores que inciden en los resultados del ensayo de SPT:

- Peso y Altura del Martillo (H)

- Dimetro de la perforacin (B)

- Longitud de la barra (R)

- Tipo de muestreador (S)

- Profundidad de la perforacin (CN)

- Presencia del material grueso o muy fino

STANDART PENETRATION TEST (SPT) Relaciones de energa:

=

Por lo tanto: 11 = 22

Factores de correccin Propuestos por Seed y Skempton:

60 = HBSR60

CORRECCIONES SPT Pas

Tipo de Martillo

Liberacin del Martillo

H

Japn Donut Cada Libre 78

Donut Cuerda y Polea 67

USA Seguridad Cuerda y Polea 60


Argentina Donut Cuerda y Polea 45

China Donut Cada Libre 60


Dimetro B

mm Pulg

60 120 2.4 4.7 1

150 6 1.05

200 8 1.15

Long. de Barra R

m Pies

>10 >30 1.0

6 10 20 30 0.95

4 6 12 20 0.85

0 - 4 0 - 12 0.75

Variable Se

Muestreador Estndar 1.0

Con forro para arcilla y arena densa 0.8

Con forro para arena suelta 0.9

Bowles (1988) sugiere una relacin de energa

general del 70% - usualmente 60%

STANDART PENETRATION TEST (SPT) Reconociendo la variabilidad en los datos

obtenidos en campo se busca una regularidad en la informacin por tal motivo factores como el esfuerzo efectivo presentado y la Densidad Relativa influyen notablemente en arenas.

= tan

A continuacin se presenta la propuesta de diversos autores:

Correcciones por Profundidad

Liao y Withman (1986)

=1

Skempton (1986)

= 2

1 +

Seedy otros (1975)

= 1 1.25 log

Peck, Hanson y Thornburn (1974)

= 0.77 log20

100 2

= 25 2

Discusin Correcciones por Profundidad

Determinacin de Parmetros de Resistencia Por el modo de ejecucin del ensayo,

fundamentalmente su velocidad se obtienen las siguientes propuestas:

= 27.1 + 0.360 0.0005460

= tan160

12.2+20.3

0.34

= 15 + 2060

Es necesario reconocer que estas ecuaciones son ajustadas a una energa de 60%, lvaro Gonzales (1999) propone para Colombia una eficiencia del 45%

Es Necesario reconocer que estas ecuaciones son ajustadas a

una energa de 60%, lvaro Gonzales (1999) propone para

Colombia una eficiencia de 45%

Determinacin de Parmetros de Resistencia

OTRAS CORRELACIONES

689.0

72.02

efectivo Esf.193.0

29)/(

NOCR

NmKNCu

OTRAS CORRELACIONES


VENTAJAS DESVENTAJAS

Obtencin de muestras de forma continua Obtencin de muestras en un punto

Equipo de operacin simple Obtencin de muestras alteradas

Costo de equipo y operacin Informacin inexacta en suelos heterogneos

Posible uso en rocas dbiles No aplicable a arcillas bkandas (sensitividad)

Avalado a nivel mundial Gran variabilidad en la toma de datos

STANDART PENETRATION TEST (SPT) El recobro de la muestra en este ensayo no es representativa

para determinacin de los parmetros de resistencia de la masa de suelo por pruebas de laboratorio.

2

22

i

ie

D

DDAr

Factores que alteran:

-Rapidez del ensayo

-Percusin

-Dimensiones del muestreador

Definicin del Tipo de Perfil de Suelo Se definen seis tipos de perfiles de suelo

Clasificacin corresponde a los 30 metros superiores

Estratos diferenciables se subdividen desde i hasta n

Para el perfil tipo F se aplican otros criterios y la respuesta no debe limitarse a los 30 metros superiores del perfil es los casos de perfiles con espesores significativos

Parmetros para definir el tipo de suelos Vs (Velocidad media de onda cortante) y N (Numero medio de golpes del ensayo de penetracin estndar) y Su (Resistencia media al corte no drenada).

TIPO DE PERFIL DE SUELO

Definicin del Tipo de Perfil de Suelo

a) Vs en los 30 metros superiores del perfil

b) N En los 30 metros superiores del perfil

c) Nch para los estratos existentes en los 30 metros superiores que se

clasifican como no cohesivos cuando IP < 20, o el promedio

ponderado de Su en los estratos de los suelos cohesivos existentes en

los 30 metros superiores del perfil, que tienen IP > 20, lo que indique

un perfil mas blando.

TIPO DE PERFIL DE SUELO

CIMENTACIONES SUPERFICIALES

ASENTAMIENTOS

Causas fundamentales de los asentamientos:

Cargas Permanentes

Transitorias

Dinmicas

Carga debida al medio Accin del Frio

Accin del calor

Descenso del nivel fretico

ASENTAMIENTOS

ADMISIBLES Valores

tolerables en

asentamientos

Capacidad de carga admisible

Limitan

Uniforme

Rotacin sin

distorsin

Distorsin

sin Rotacin

Rotacin +

distorsin

ASENTAMIENTOS

ADMISIBLES

Categora de Dao Potencial

Peligro para maquinaria sensible a asentamientos 1/750

Peligro para prticos con elementos diagonales 1/600

Limite seguro para no agrietamientos de edificios 1/500

Primer agrietamiento de muros sin carga y de

ladrillo dificultades en puentes gua

1/300

Es visible la inclinacin de altos y rgidos 1/250

Agrietamiento considerable de muros sin carga y

de ladrillo

1/150

Peligro de dao estructural para edificios en general Limite

seguro para muros flexibles de ladrillo L/H>4b

ASENTAMIENTOS

ADMISIBLES

H.4.9 EFECTOS DE LOS ASENTAMIENTOS NSR 10

H.9.4 Limites de Giro: En ningn caso deben sobrepasar el l /250.

ASENTAMIENTOS

Es posible identificar tres componentes fundamentales en el

calculo de asentamientos: = + +

Inmediato o

elstico teora de

elasticidad

Consolidacin

Primaria o

recompresin

Compresibilidad

secundaria

ASENTAMIENTO

INMEDIATO

Distorsin angular o bajo volumen constante

Simultaneo a la aplicacin de cargas Tiempo corto finaliza antes de terminar la

construccin

Aplicaciones de teora de la elasticidad en la mecnica de suelos.

= 1

Poulus y Davis (1968)

ASENTAMIENTO

INMEDIATO

Arcilla Saturada

Aplicacin de Cargas Baja Permeabilidad Salida de agua baja Volumen Constante

Solido Elstico

Istropo Homogneo Volumen Constante

Asentamiento Elstico

Mat. elstico similitud con arcilla saturada

=

ASENTAMIENTO

INMEDIATO Modificacin de Janbu y Bjerrum(1956)

= 12

= 0.5

Modificacin de Bowles (1987)

= 0 1 2

Modificacin de Mayne y Poulos (1999)

=

1 2

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