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• Luis Camilo Cerchiaro Mejia

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DETERMINACIÓN DIRECTA DE PARAMETROS A PARTIR DE ENSAYOS IN SITU (DMT, PMT, VST) Juan C. Montoya E. Pontificia Universidad Javeriana Ingeniería Civil Código(s) de Estudiante(s) No.: 112, Email: [email protected]

Ana M. Peralta V. Pontificia Universidad Javeriana Ingeniería Civil Código(s) de Estudiante(s) No.: 112, Email: [email protected]

Luis C. Cerchiaro M. Pontificia Universidad Javeriana Ingeniería Civil Código(s) de Estudiante(s) No.: 1234567, Email: [email protected]

Juan S. Barrera N. Pontificia Universidad Javeriana Ingeniería Civil Código(s) de Estudiante(s) No.: 1234567, Email: [email protected]

[GRUPO N° 4]

RESUMEN: El presente documento presenta los ensayos ensayo de dilatómetro de placa plana (DMT), ensayo presiometrico (PMT), ensayo de corte con veleta (VST) donde se explica para cada uno que su procedimiento, ventaja y desventajas y su principal aplicación. Se destaca la fácil obtención de parámetros in-situ. El cual se genera menos incertidumbre en la obtención de parámetros para llegar a obtener una mejor caracterización geotécnica mas aproximada a la realidad. INTRODUCCIÓN En los proyectos de ingeniería muchas veces se tiene una alta incertidumbre en la caracterización geotécnica, esto se debe a las alteraciones que puede llegar a tener una muestra de suelo el cual es obtenida en terreno y llevada al laboratorio para realizarle los ensayos requeridos. Los ensayos realizados in situ no generan el mismo grado de alteración como lo genera la extracción de muestras como lo es la perdida de confinamiento, afectación de la humedad, entre otros. Por esta razón hoy en día los ensayos in situ se les da un poco más de valor e importancia a la hora de realizar una caracterización geotécnica.

en prácticamente todos los países industrializados. El ensayo está estandarizado por la norma ASTM D6635 y el Eurocode 7. (Poblete & Leal, 2015)

Procedimiento El ensayo se inicia introduciendo la paleta del dilatómetro verticalmente en el terreno. Cuando la paleta ha alcanzado la profundidad deseada se suspende la penetración. El suelo presiona la membrana contra la paleta, lo cual emite una señal acústica en la superficie. Entonces, el operador infla la membrana y toma, en un lapso de 30 s dos lecturas: la presión A, necesaria para justamente empezar a desplazar la membrana (presión de 'despegue') y la presión B, requerida para empujar el centro de ENSAYO DE DILATÓMETRO DE PLACA la membrana una distancia de 1.1 mm contra el PLANA (DMT) suelo. Se puede también tomar opcionalmente El Dilatómetro Plano DMT es un equipo para una tercera lectura C (presión de cierre) al ensayos in situ desarrollado hace desinflar lentamente la membrana justamente aproximadamente cuatro décadas (Marchetti, después de alcanzar la presión B y regresar la 1975, 1980). Su uso ha ido en aumento paleta a su posición original. Se continúa constante con el correr de los años y se emplea hincando la paleta hasta alcanzar la siguiente Ensayos in situ (DMT, PMT, VST)

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profundidad de ensayo, en incrementos típicos de avance cada 20 cm. (ASTM, 2008)

Ilustración 1 Esquema de ejecución de ensayo DMT. Fuente: (Poblete & Leal, 2015)

Las lecturas de presión A y B obtenidas en el ensayo se deben corregir para tomar en cuenta el efecto de la rigidez de la membrana, la cual puede ser importante especialmente en suelos sueltos y blandos. En primer lugar, las lecturas de terreno corregidas se convierten en los parámetros intermedios del DMT conocidos como índice del material ID, índice de tensión horizontal KD y módulo del dilatómetro ED. (Poblete & Leal, 2015) Ventajas • La principal del ensayo DMT es que no requiere un sondeo previo, ya que es un equipo de fácil utilización y permite obtener resultados independientes del operador de la repetitividad garantizada. • Permite obtener un índice de la historia de tensiones del terreno. • Mediante correlaciones se pueden obtener; módulo edométrico M, resistencia a la corte no drenada Su, coeficiente de empuje en reposo K0 (arcillas), OCR (arcillas), ángulo de fricción interna f' (arenas) y peso unitario g. (Totani et al., 1998). • El ensayo DMT, resulta adecuado para arenas, limos y arcillas, cuyas partículas son pequeñas.

Ensayos in situ (DMT, PMT, VST)

Desventajas • No se recomienda la utilización del ensayo DMT en gravas y rocas. • Se necesita calibración para la geología local. Principales aplicaciones Asentamientos de fundaciones superficiales. Es una de las aplicaciones más utilizadas en el ensayo DMT, principalmente en arenas en las que no se pueden recuperar muestras inalteradas, en donde se determina la variación del incremento de carga Δσ con σ v el incremento de profundidad Δz asumiendo al suelo como un semi-espacio elástico e infinito. (Schnaid, 2009). Desplazamiento de pilotes cargados lateralmente. A partir de los resultados de sondajes con el ensayo DMT se trazan curvas Py, donde P corresponde a la carga horizontal, y es el desplazamiento horizontal del pilote. (Robertson, 1987) Superficies de deslizamiento en arcillas OC, Totani desarrollo un método para detectar superficies de deslizamiento activas o antiguas en taludes de arcilla preconsolidada OC, tomando como base la inspección de los perfiles del indicador KD (Totani, 1997). Control de mejoramiento de suelos. Para controlar el mejoramiento de los suelos se realizan sondajes con el DMT antes, durante y después del mejoramiento. (Schmertmann, 1986) Control de compactación. El ensayo DMT es usado como una herramienta útil para el control de la compactación de la subrasante sobre la que se apoyan subbases, bases y el pavimento de la carretera. (Marchetti, 1994) ENSAYO PRESIOMETRICO (PMT) El ensayo del presurómetro mide “in situ” la deformación de suelos y de rocas blandas mediante la expansión de una membrana cilíndrica flexible sometida a presión. El equipo fue desarrollado en Francia por Ménard en 1955. El ensayo esta estandarizado por la norma ASTM-4719. Se pueden utilizar cuatro tipos de aparatos: • Presurómetro de Ménard (MPM), • Presurómetro con perforación previa (PBP), 2/5

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Presurómetro auto perforante (SBP), Presurómetro de desplazamiento completo (FDP),

Procedimiento Las calibraciones de todas las sondas deben ser fiables, repetibles, precisas y trazables con los patrones. El método seguido en este procedimiento consiste en la introducción en el suelo de una sonda especial, cuyas paredes se someten a un juego de presiones que permiten conocer las reacciones que provoca el suelo sobre las paredes de esta sonda especial. El aparato consta, esencialmente, en una sonda y un cilindro que controla las variaciones de volumen. La sonda se ha subdividido en tres células de membranas de caucho, cuya dilatación se realiza por medio de la inyección de agua a presión controlada con un manómetro. Estas células se han formado de tal manera, que sólo permitan una expansión radial. La célula central regula las observaciones, mientras que la inferior y superior tienen por objeto eliminar todas aquellas causas que impedirían una repartición cilíndrica de las deformaciones objeto de estudio y observación. El cilindro que controla el volumen es de cristal, graduado, y permite leer las variaciones de volumen debidas a la dilatación de la célula central. La inyección de agua en las células se verifica por medio de gas presión retenido en un depósito que se halla en la parte superior del cilindro. Este gas, conducido por canalizaciones especiales, actúa sobre las dos células que comprenden a la central. Para la utilización del aparato se empieza abriendo un taladro de unos 65 mm de diámetro, cuyo testigo se utiliza para estudiar la constitución y características del suelo en estudio. Luego se llena de agua la célula y el cilindro que regula la presión, procediendo después a descender la célula al lugar donde ha de estudiarse el terreno. Cuando la sonda se halla en posición se van aumentando las presiones progresivamente, dejando unos segundos o minutos de tiempo a presión constante antes de aumentar nuevamente Ensayos in situ (DMT, PMT, VST)

la presión, que aumenta por saltos de 250 a 500g, según los casos. (Informe de la construcción, 1960)

Ilustración 2 Esquema de ejecución de ensayo PMT. Fuente: (FHWA, 2002)

Ventajas • Teóricamente muy bien soportado para calcular los parámetros del suelo. • Aplicable para todo tipo de suelos y para rocas. • Desarrolla la curva completa esfuerzodeformación. • Se pueden efectuar ensayos cíclicos. Desventajas • Requiere de operadores altamente calificados. • El ensayo es costoso • Es el ensayo de campo de mayor complejidad de ejecución. • Los ensayos son demorados • Las fallas de la membrana causan demoras. Principales aplicaciones Con el ensayo presiométrico se pueden obtener de manera directa el módulo presiométrico (Ep), el módulo de corte (Gp), el módulo de descarga (Eu), el módulo de recarga (Er), la presión de fluencia (Pf) y la presión límite (Pl). A partir de los valores anteriores, se pueden obtener otros valores como la cohesión no drenada (Cu), el ángulo de fregamiento interno (f), el módulo edométrico (Eed), el coeficiente de empuje en reposo (Ko) y la resistencia al corte sin drenaje (Su). 3/5

El cual estos valores obtenidos sirven para el análisis de cualquier estructura geotécnica como, por ejemplo: - Desplazamiento y fricción de pilotes. A partir de los resultados de sondajes con PMT. - Análisis de bulbo de presiones en anclajes. - Control de mejoramiento de suelos. Para controlar el mejoramiento de los suelos se realizan sondajes con el PMT antes, durante y después del mejoramiento.

ENSAYO DE CORTE CON VELETA (VST) El ensayo de veleta en campo es un ensayo que básicamente se les aplica a suelos cohesivos blandos inalterados o remoldeados que no permitan drenaje y se recomienda no hacerlo a una distancia menor a 0.76m entre sí para determinar la resistencia in situ al corte no drenado. Este esta estandarizado por la ASTM D-2573. Procedimiento Consiste en colocar una veleta de cuatro hojas perpendiculares entre sí con una altura de valor del doble del diámetro en el terreno inalterado a estudiar mediante un empuje simple, se introduce la veleta de campo por medio de varillas de extensión con una rigidez suficiente para que no ocurran torciones y no ocurra fricción mientras es hincada la veleta hasta la profundidad del ensayo. Una vez es hincada la veleta se procede a girarla desde la superficie a una velocidad no mayor a 0.1°/segundo aproximadamente entre 6° y 12° por minuto. Para determinar la fuerza de torsión o momento máximo, necesario para que las 4 hojas o aspas giren y generen una falla cilíndrica en el suelo y poder determinar la resistencia mediante mediciones de los grados de torsión alcanzados, justo después de obtener el momento máximo se rota la veleta para obtener la resistencia remodelada y por medio de cálculos y correlaciones se obtiene la resistencia al corte no drenado del suelo (Su).

Ensayos in situ (DMT, PMT, VST)

Ilustración 3 Esquema de ejecución de ensayo VST. Fuente: (Changbin & Yong, 2018)

Ventajas • Se realiza en muestra inalterada de suelo. • En un ensayo in situ por lo que evita traslado de muestra y alteración de esta. • Sus cálculos y correcciones son relativamente sencillos. • Hay mucha experiencia en el ámbito laboral. Desventajas • La herramienta que se debe utilizar debe ser de óptima calidad para evitar variaciones y correcciones en el ensayo. • Su uso es limitado a arcillas y limos blandos de falla plástica. • Sus resultados pueden ser alterados por lentes de arena o turba. • Es un proceso lento y demorado de realizar. • Requiere correlaciones con cierto grado de incertidumbre. Principales aplicaciones Su aplicación como antes se menciona es básicamente para suelos cohesivos blandos y saturados que no permitan drenaje como arcillas y limos, aunque su campo de acción es limitado en cuanto a los suelos donde está planteado realizar el ensayo.

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Conclusiones El ensayo DMT es de gran ayuda para los ingenieros geotécnicos, en cuanto a la obtención de parámetros de diseños adecuados; ya que representa una alternativa económica y rápida. A su vez permite obtener parámetros, los cuales son utilizados en correlaciones y permiten obtener parámetros como la resistencia al corte no drenado Su, a pesar de que la aplicación de correlaciones no es un buen estimativo para la determinación de parámetros por la incertidumbre generada. El ensayo PMT son ensayos directos en los que se estudia la respuesta frente al incremento de presión progresiva y controlada que se aplica al terreno mediante la introducción de una sonda en el sondeo, el cual, los resultados se obtienen evitando las alteraciones que se producen en las muestras cuando se sacan para obtener un resultado en el laboratorio. El ensayo VST es muy útil para obtener la resistencia al corte no drenado del suelo, el cual es un parámetro muy importante a la hora de realizar proyectos de geotecnia y teniendo en cuenta los suelos encontrados en la ciudad de Bogotá es un ensayo que puede realizarse con frecuencia.

Schmertmann, J.H., Baker, W., Gupta, R. and Kessler, K. (1986). CPT/DMT Quality control of ground modification at a power plant. Proceedings of In Situ '86, Conference on Use of In Situ Tests in Geotechnical Engineering, Virginia Tech, Blacksburg, ASCE Geot. Special Publ. No. 6, 985-1001. Schnaid, F. (2009). In Situ Testing in Geomechanics the main tests. Taylor & Francis Group, London. Totani, G., Calabrese, M., Marchetti, S. and Monaco, P. (1997). Use of in situ flat dilatometer (DMT) for ground characterization in the stability analysis of slopes. Proceedings XIV ICSMFE, Hamburg, vol. 1, 607610. Changbin He, Yong You, Decheng Wang, Hongjian Wu. (2017 Elsevier B.V. All rights reserved.). Estimating soil failure due to torsion via vane shear test by varying vane diameter and soil properties. Soil and Tillage Research, 10. April 2018, De Copyright © 2019 Copyright Clearance Center, Inc. Base de datos.

Referencias ASTM. (2008). Standard Test Method for Performing the Flat Plate Dilatometer1. Manual on Hydrocarbon Analysis, 6th Edition, 04, 545-545–3. https://doi.org/10.1520/mnl10913m Marchetti, S., Monaco, P., Totani, G. and Marchetti, D. (2008). In situ tests by seismic dilatometer (SDMT). Proceedings From Research to Practice in Geotechnical Engineering, ASCE Geotech. Spec. Publ. No. 180 (honoring J.H. Schmertmann), 292-311 Poblete, M., & Leal, K. (2015). Determinación de la resistencia al corte de una arena limpia mediante ensayo de Dilatómetro Plano (DMT) Shear strength determination of clean sand with Flat Dilatometer Test (DMT), 20–25. Retrieved from http://www.rioc.cl/index.php/RIOC/article/view/5.2/27 Robertson, P.K., Davies, M.P. and Campanella, R.G. (1987). Design of laterally loaded driven piles using the flat dilatometer. Geotechnical Testing Journal 12, No. 1, 30-38.

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