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• William Montiel Cardozo

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ENSAYOS IN SITU ►

Los ensayos geotécnicos in situ constituyen una serie de técnicas variadas e independientes con un objetivo común: la caracterización física y mecánica de las capas que componen el suelo a través de parámetros medidos en el propio medio natural

►

La utilización de ensayos in situ nos permite determinar de forma directa o indirecta parámetros de resistencia (corte) en suelos residuales mediante la utilización de procedimientos sencillos o complejos: correlaciones empíricas o semi-empíricas.

PENETROMETROS ► Un

penetrómetro es un aparato que penetra en el suelo para recabar una serie de informaciones directas e indirectas . ► Se pueden diferenciar dos tipos de ensayo de penetración, el de los conos ( dinámico y estático ), y el otro referido al ensayo de penetración estándar

ENSAYO DE PENETRACION CON CONO: ESTATICO ► Consiste

en introducir una serie de varillas cilíndricas con un cono en la base. Si el penetrómetro es estático las varillas serán empujadas a una velocidad constante mediante un aparato transmisor, si es dinámico se procederá al hinque y posterior sobre-presión sobre la cabeza.

CONO ESTATICO ► El

penetrómetro de cono estático mide el esfuerzo necesario para el desplazamiento lento de un cono dentro del suelo. Las puntas del cono varían de 30º a 90º y de 36 a 50 mm de Ø. El cono provee información sobre la resistencia a intervalos muy pequeños

► Durante

esta prueba la resistencia al cortante se obtiene mediante la relación matemática que esta en función de ángulo con el que se introduce el cono y la fuerza utilizada para dicho fin.Con el valor de la resistencia a la penetración del cono se puede obtener el ángulo de fricción φ o la cohesión C utilizando las correlaciones respectivas. ► La implementación de este ensayo en suelos residuales es muy limitada debido ala dificultad en la penetración lo que motivó el desarrollo relativamente reciente del piezocono (CPTU) el cual mide la presión de poro además de la resistencia no drenada.Por lo tanto la prueba de penetración con cono esta amarrada a ser utilizada en suelos blandos o suelos con densidad mediana en otras palabras suelos finos.

► La

resistencia del cono estático puede ser utilizado para calcular la capacidad de soporte, densidad y resistencia de los suelos para partículas menores que el tamaño del cono. Algunos conos tienen un medidor electrónico que da una información más exacta. ► La aplicación general de los ensayos de penetrómetro de cono (CPT) en problemas de estabilidad de taludes, es el determinar la resistencia al cortante no drenada de suelos cohesivos.

Donde: Su = Resistencia al cortante no drenada qc = Resistencia del cono por unidad de área proyectada cn = Peso total de la capa N Nc = Factor de capacidad de soporte o factor de cono zn = Espesor de la capa N Para asegurar la confiabilidad del valor calculado Su es necesario correlacionarlo contra cálculos reales de fallas ocurridas o con ensayos de laboratorio.El cono estático no es recomendable para suelos residuales, debido a que la presencia de bloques no meteorizados genera datos de resistencia altos no confiables.

PENETROMETRO DE BOLSILLO ► La

resistencia a la compresión inconfinada de arcillas puede ser determinada por medio de un penetrómetro de bolsillo en el campo, este se entierra manualmente en la arcilla a una profundidad predeterminada y se mide la presión requerida para su penetración, este ensayo de un valor muy crudo de la resistencia a la comprensión inconfinada y su utilización requiere correlaciones con otros ensayos.

PROCEDIMIENTO

Consiste en la penetración de una punta cónica en el terreno a una velocidad constante de 2 cm/s. El dispositivo incorpora, además, un revestimiento de fricción que está conectado a células de carga que miden la resistencia de punta qc , y la resistencia friccional del cilindro, fs.A partir de estos parámetros se obtiene el radio de fricción, Rf, como:

El radio de fricción sirve para clasificar el suelo y es mayor en suelos cohesivos pero menor en suelos no cohesivos.La resistencia de punta y la fricción lateral se correlacionan con el tipo de suelo y otras propiedades como la razón de sobreconsolidación, el grado de cementación, la edad y la sensitividad obteniéndose así una clasificación final .Discrimina entre suelos muy blandos a duros, entre arenas muy sueltas a muy densas, entre arenas y arcillas limosas, arcillas arenosas, arcillas inorgánicas insensitivas, arcillas orgánicas y turba

Gráfico para la identificación de suelos propuesto por Robertson y otros (1986)

Existe una variante del ensayo, el piezocono (CPTU) que puede medir la presión de agua en la punta por medio de una piedra porosa situada justo detrás de la punta y conectada a un transductor de presiones. La clasificación de suelo en este caso se obtiene a partir de otro parámetro, Bq , definido como:

Donde uT es la presión de poros medida en la piedra porosa, σv0 es la tensión vertical, u0 es la presión de poros y qT es la tensión en la punta.La clasificación obtenida en la sgte figura permite saber si se trata de un suelo normalmente consolidados, o bien sobreconsolidado (aumento de OCR), de un suelo de mayor edad, o bien de un suelo con mayor grado de cementación.

A partir de los resultados de estos ensayos (qc y fs) se pueden obtener propiedades como la densidad relativa del suelo Dr o el módulo de corte a bajas deformaciones G’0 mediante correlaciones:

Donde C0 C1 y C2 son parámetros empíricos, Dr es la densidad relativa, e el índice de poros, qc es la resistencia de punta y σ’oct es la tensión octaédrica efectiva. Dado un sistema de referencia donde σ1 ,σ2 y σ3 son las tensiones principales se puede definir una recta donde σ1 = σ2 = σ3 . Dicha recta se conoce como recta hidrostática y el plano perpendicular a ésta es la plano octaédrico. Entonces, la tensión octaédrica es la tensión normal a dicho plano.

Los factores que influyen en los resultados de este ensayo son los siguientes. La temperatura, ya que durante la penetración del cono y especialmente en arenas secas o en arcillas cuando se trabaja cerca de superfíe, se producen temperaturas elevadas debido a la fricción con el suelo que pueden afectar en gran medida a los resultados obtenidos. El ratio de penetración porque se ha comprobado que en limos y arcillas el ratio de penetración recomendado produce exceso de presión de poros y que en suelos de grano grueso si se excede este ratio de penetración recomendado se obtienen valores de resistencia de punta qc superiores a los esperados.

La resolución del dispositivo ya que los dispositivos de este ensayo transmiten datos digitalmente lo que implica que las medidas son valores medios obtenidos a una profundidad determinada y debe tenerse en cuenta que la resolución del dispositivo disminuye a medida que aumenta la profundidad. La presión de poros porque dicha presión debe ajustarse especialmente en suelos de grano fino y en arcillas. Además, las presiones de poros medidas depende de la saturación mantenida en la piedra porosa y en el transductor. La rigidez del cono porque la resolución de las medidas realizadas depende del rango de tensiones totales para el cual se ha diseñado el dispositivo.

Existe la tendencia a utilizar dispositivos únicos para materiales muy diferentes como por ejemplo arena o arcilla blanda. Esto conlleva disminuir la resolución en el rango de las bajas tensiones [36]. La alteración del terreno porque el ensayo CPT produce rotura en el suelo. Durante esta rotura se desarrollan presiones de poros en función de las propiedades del suelo y por tanto la fricción medida es la de un suelo alterado.

La resistencia al cortante es obtenida por la relación:

Donde: H=altura del cono K=constante que depende de θ y Q

VENTAJAS Los ensayos CPT/CPTU presentan numerosa ventajas respecto a las investigaciones “in situ” tradicionales Permite distinguir entre penetración no drenada ,parcialmente drenada y drenada ► Detección de capas delgadas con una precisión mayor a la de los sondeos tradicionales ► Permite estimación de compacidad en profundidad. ► Clasificación inmediata del suelo ► Permite estimación de parámetros resistentes y evaluar parámetros geotécnicos ► Es posible la instalación de piezómetros. ► Existen una serie de experiencias en tranques de relaves

DESVENTAJAS ► Resultados

corrección.

depende de varios factores de

► Entrega

parámetros de resistencia discontinuos.

► Es

lento y de mayores costos.

ENSAYO DE PENETRACION CON CONO: DINÁMICO Consiste en una punta que es golpeada repetidamente para asi penetrar en el suelo y conocer la resistencia de este a la penetración, dicha punta consta de un cono cuyo ángulo suele ser de entre 60º y 90º que suele ser denominado puntaza. En un principio estos penetrometros concebidos para apreciar la compactabilidad de los suelos sin cohesión de los cuales era muy difícil tomar muestras inalteradas

METODOS DINAMICOS DE SONDEO Se explora el terreno mediante la penetración, por el impacto de un martillo, de una sarta extensible de barras de perforación conectadas a una punta de hinca; y el registro de numero de golpeo necesarios para una longitud prevista de avance. El mas generalizado de estos métodos es el SPT, además de la anterior se han desarrollado otros ensayos donde la punta de hinca es un cono de acero que puede recuperarse o dejarse en el sitio.

PRINCIPIO FISICO M M v= (2gH) g g

R

d

M2 H = (M  P)A.e

Rd = resistencia a la penetracion M = El peso de la maza en kilogramos P = el peso del varillaje en kilogramos e = espacio recorrido por la puntaza entre el numero de golpes dados. H = Altura a la que cae la maza y golpea a la cabeza de impacto A = Area de la puntaza en cm2

FACTORES QUE AFECTAN LA INFORMACION DEL ENSAYO La

alta velocidad de penetración es causante de que en arenas muy finas y limos saturados, con densidades relativas superiores a la critica, el numero de golpes puede ser anormalmente alto. En

arenas sueltas susceptibles al colapso estructural o bien en arcillas blandas sensitivas, se puede obtener un valor bajo del numero de golpes por longitud dada de penetración Una

parte variable y desconocida de rozamiento lateral se suma a la resistencia en la punta. Si no se usan revestimientos, no es posible medir por separado la resistencia en la punta y el rozamiento lateral Cuando

la punta de hinca es ensanchada el suelo cortado puede refluir en torno a ella y aflojarse por encima de su parte superior.

ENSAYO DE PENETRACIÓN DINÁMICA VENTAJAS: ► Permiten obtener un estado de compacidad más representativo en profundidad. ► Permiten el control de compactación hasta 8 m. aproximadamente. ► Los resultados dependen de menos factores externos. ► Permiten la estimación de parámetros resistentes. ► Requieren menor tiempo de ejecución. ► Menores costos. PRINCIPAL DESVENTAJA: ► La interpretación de los resultados.

► Sensitividad

La sensitividad se define como la relación de la resistencia pico al corte entre una muestra inalterada y otra remoldeada. En algunos suelos arcillosos esta relación puede ser hasta de 4, lo que equivale a que se pierde gran partede la resistencia al remoldearse; y en la literatura se conoce de casos catastróficos, donde por acción del cambio de esfuerzos, el suelo se remoldea in situ, pierde su resistencia y se produce el deslizamiento.

CONCLUSIONES Las diferencias existentes entre las resistencias halladas en pruebas de campo y los resultados obtenidos en laboratorio pueden atribuirse a tres condiciones fundamentales: liberación de esfuerzos, técnicas de muestreo, y procedimientos de manejo.En detalle:

Liberación de Esfuerzos ►

►

Se producen cambios en los esfuerzos debido a la excavación o sondeo a esto se le conoce como reducción de presión por sondeo la cual puede causar deformaciones excesivas en extensión. También hay reducción en el esfuerzo de confinamiento lo que produce que el aire atrapado en los vacíos se expanda.

Técnicas de Muestreo

► Durante

el avance del sondeo o excavación se recomienda mantener una continuación continua que el típico hincado a golpes. ► En la extracción se recomienda utilizar un rompedor de vacíos con el fin de disminuir la succión en la parte inferior de la muestra.

Manejo

► Durante

el transporte se deben evitar los golpes y los cambios de temperatura. ► En el almacenamiento hay que cuidar que no se presente la migración de agua debido a un tiempo de almacenamiento muy prolongado. ► Para el tallado se deben minimizar los esfuerzos adicionales.