ELABORACIÓN E INTERPRETACIÓN DE ESTUDIOS ......de actividades que en su conjunto se denomina...
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TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN DEL SUELO José María Noriega Rivera
GEÓLOGO – Ingeniería Geotécnica
P.I. Guadalquivir, c/ Tecnología, 25 – Gelves 41120 (Sevilla)- Tel: 955 762 824 – Fax: 955 762 942 – www.axangeotecnia.com – [email protected] Sociedad inscrita Registro Mercantil Hoja SE-42455, Tomo 3164. Folio 121, Inscripción 1ª. C.I.F.:B-91094367
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AUTOR Y PONENTE: JOSÉ M. NORIEGA RIVERA
TITULACIÓN: GEÓLOGO – Ingeniería Geotécnica
CONSULTOR:
Gestión de Calidad
AXAN, s.l. DOCUMENTACIÓN DISEÑADA PARA:
FECHA: Abril de 2008
TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN DEL SUELO José María Noriega Rivera
GEÓLOGO – Ingeniería Geotécnica
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INDICE
CRITERIOS DE LA EXPOSICIÓN Y PRESENTACIÓN. ................................................................. 4 1.- NECESIDADES DE UN ESTUDIO GEOTECNICO ................................................................... 5
1.1.- ESTUDIOS GEOTÉCNICOS TRADICIONALES ................................................................ 5 1.2.- OBLIGATORIEDAD ACTUAL DE LOS ESTUDIOS GEOTÉCNICOS ..................................... 6
2.- CAMPAÑAS DE INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA ................................................................. 10 2.1.- PROGRAMACIÓN DE CAMPAÑAS DE INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA (CTE) .................. 10
3.- TÉCNICAS DE PROSPECCIÓN EN CAMPO ........................................................................ 12 3.1.- TECNICAS DE INVESTIGACIÓN SEGÚN CTE............................................................... 12 3.2.- CALICATAS ............................................................................................................. 13 3.3.- SONDEOS MECÁNICOS ............................................................................................ 14 3.4.- ENSAYOS DE PENETRACIÓN DINÁMICA CONTÍNUA ................................................... 15 3.5.- INVESTIGACIONES GEOFÍSICAS ............................................................................... 16
4.- ENSAYOS “IN SITU”....................................................................................................... 17 4.1.- ENSAYOS “IN SITU” DENTRO DEL SONDEO .............................................................. 17 4.2.- OTROS ENSAYOS “IN SITU” ..................................................................................... 20
5.- TIPOS DE MUESTRAS DE SUELOS ................................................................................... 23 5.1.- GENERALIDADES SOBRE LA TOMA DE MUESTRAS ..................................................... 23
6.- TIPOS DE “TOMA-MUESTRAS” EN SONDEOS ................................................................... 26 6.1.- EJEMPLOS DE DIFERENTES “TOMA-MUESTRAS” ........................................................ 26
7.- RECONOCIMIENTOS DE SUELOS .................................................................................... 27 7.1.- ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS SUELOS ........................................................ 27 7.2.- CRITERIOS DEL CTE PARA RECONOCIMIENTOS DE SUELOS ...................................... 31
8.- RECONOCIMIENTOS DE ROCAS Y MACIZOS ROCOSOS .................................................... 37 8.1.- CRITERIOS DEL CTE PARA RECONOCIMIENTOS DE ROCAS ........................................ 37 8.2.- CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA DEL MACIZO ROCOSO ......................................... 38
9.- LOS ENSAYOS Y ANÁLISIS DE LABORATORIO ................................................................. 40 9.1.- PROGRAMACION DE ENSAYOS DE LABORATORIO (CTE) ............................................ 40 9.2.- DENOMINACIÓN DE SUELOS SEGÚN ANÁLISIS .......................................................... 41 9.3.- AGRESIVIDAD QUÍMICA DE SUELOS ROCAS Y AGUAS ................................................ 41
10.- DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS Y ANÁLISIS DE LABORATORIO ..................................... 42 10.1.- ENSAYOS IDENTIFICATIVOS. ................................................................................. 42 10.2.- ENSAYOS DE RESISTENCIA Y DEFORMABILIDAD. .................................................... 44 10.3.- ENSAYOS DE EXPANSIVIDAD Y COLAPSO. ............................................................... 48 10.4.- ENSAYOS DE COMPACTACIÓN ................................................................................ 50 10.5.- ANÁLISIS QUÍMICOS. ............................................................................................ 52
11.- CLASIFICACIONES DE SUELOS ..................................................................................... 54 11.1.- SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS (U.S.C.S.) .............................. 54 11.2.- OTRAS CLASIFICACIONES DE SUELOS (PG-3) .......................................................... 56
12.- CRITERIOS GENERALES PARA PROYECTOS DE VIARIOS DE URBANIZACIONES ....... 57 12.1.- RESUMEN: NORMA 6.1 SECCIONES DE FIRME DE LA INSTRUCCIÓN DE CARRETERA (ORDEN FOM/3460/2003, DE 28 DE NOVIEMBRE). ............................................................ 57 12.2.- CATEGORÍAS DE TRÁFICO PESADO ........................................................................ 57 12.3.- FORMACIÓN DE LA EXPLANADA ............................................................................. 58
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13.- EL INFORME GEOTÉCNICO. Elección del tipo de cimentación. ......................................... 60 13.1.- SECCIONES DE UN INFORME GEOTÉCNICO. ............................................................ 60 13.2.- CARACTERÍSTICAS DE LA PARCELA Y PROYECTO .................................................... 61 13.3.- FACTORES GEOTÉCNICOS CONDICIONANTES. ........................................................ 63 13.4.- RESUMEN DEL ESQUEMA GEOTÉCNICO .................................................................. 68 13.5.- TERRAPLENADOS, EXCAVACIONES Y VACIADOS PARA SOTANOS .............................. 68 13.6.- PROPUESTA DE CIMENTACIÓN. .............................................................................. 69
14.- TIPOS DE CIMENTACIÓN: USOS, VENTAJAS E INCONVENIENTES. .................................. 71 14.1.- CIMENTACIONES SUPERFICIALES: zapatas y pozos. ............................................... 71 14.2.- CIMENTACIONES SUPERFICIALES: LOSAS. .............................................................. 72 14.3.- CIMENTACIONES PROFUNDAS. .............................................................................. 73
15.- CRITERIOS DE CÁLCULOS JUSTIFICATIVOS DE PARÁMETROS PARA . DIMENSIONADO DE CIMIENTOS. ........................................................................................ 74
15.1.- EXPRESIÓN DE LA PRESIÓN DE HUNDIMIENTO: CIMENTACIONES DIRECTAS ........... 74 15.2.- PRESIÓN DE HUNDIMIENTO PARA SUELOS COHESIVOS .......................................... 75 15.3.- PRESIÓN DE HUNDIMIENTO PARA SUELOS GRANULARES ........................................ 76 15.4.- MÓDULO DE BALASTO K30 ...................................................................................... 77 15.5.- ESTIMACION DE ASIENTOS EN CIMENTACIONES SUPERFICIALES ............................ 78 15.6.- CRITERIOS DE CÁLCULO PARA CIMENTACIONES PROFUNDAS.................................. 80
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CRITERIOS DE LA EXPOSICIÓN Y PRESENTACIÓN.
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Esta Ponencia sobre TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN DEL SUELO: ELABORACIÓN E
INTERPRETACIÓN DE ESTUDIOS GEOTÉCNICOS, consta de dos partes documentales:
1. Documentación escrita en soporte papel.
2. Documentación gráfica de presentación en soporte informático PowerPoint.
Esta parte del curso pretende establecer los pasos y criterios a seguir a la hora de
definir el estudio geotécnico de un proyecto de edificación, así como proporcionar un
somero conocimiento de las posibles técnicas de investigación geotécnicas, facilitar
ciertos conocimientos sobre la interpretación de los mismos y finalmente aportar
criterios geotécnicos que permitan evaluar la idoneidad o no de las posibles soluciones
de cimentación.
Todos estos aspectos se tratarán desde la perspectiva que proporciona la actual
legislación en esta materia, (Real Decreto 1627/1997, de 24 de octubre) por el que se
define El Código Técnico de la Edificación (en adelante CTE), según el Documento
Básico (en adelante DB), en la parte de Seguridad Estructural (en adelante SE), y mas
concretamente en Cimentaciones (en adelante C): CTE.DB-SE.C.
Esta sección del curso se abordará por el orden lógico que puede suponer el
planteamiento del problema: pautas a seguir desde que surge la necesidad de realizar
un estudio geotécnico, hasta la interpretación del mismo una vez que disponemos de
este. En este sentido esta sección del curso se estructura:
1º. Necesidades de un estudio geotécnico.
2º. Campañas de investigación geotécnica.
3º. Técnicas de Prospección en campo.
4º. Tipos de ensayos “in situ”
5º. Tipos de muestras de suelo.
6º. Tipos de ensayos de laboratorio.
7º. Información que debe recoger un informe geotécnico.
8º. Criterios en la elección del tipo de cimentación mas adecuado.
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1.- NECESIDADES DE UN ESTUDIO GEOTECNICO
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1.1.- ESTUDIOS GEOTÉCNICOS TRADICIONALES
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Tradicionalmente la cimentación de los edificios se diseñaba en base a experiencias
locales y muy habitualmente se recurría a lo que era posible ejecutar, sin otros
criterios que las apreciaciones organolépticas que hacía la propia Dirección
Facultativa.
En este sentido encontramos edificios históricos que pueden llevar cientos de años
funcionando a través de cimentaciones que actualmente no consideramos viables.
Como ejemplos clásicos, en actuaciones dentro de cascos históricos se hacen
demoliciones de antiguas viviendas, normalmente cimentadas a través de un somero
empotramiento de los propios muros, a su vez construidos con argamasa. Cuando se
realiza un estudio geotécnico actual las recomendaciones de cimentación que surgen
pueden ser drásticas aun cuando se piensa trabajar con menores solicitaciones y
estructuras mas rígidas. Esta es una clásica situación de discordia entre geotécnicos,
Direcciones facultativas y promotores.
Evidentemente, cada caso es muy particular, pero la principal causa de esta
circunstancia resulta de los factores de seguridad que aplica cada parte interviniente
en el desarrollo del proyecto. En estos casos hay que considerar criterios adicionales
como la sobreconsolidación de los suelos superficiales por el sobrepeso de la
estructura demolida, la dificultad de accesos con maquinarias especializadas en
cimentaciones, los estados de las medianerías respecto a los trabajos de cimentación
etc.
Finalmente hay que considerar otros condicionantes, mas burocráticos que técnicos,
como son las necesidades de contratación del seguro decenal de la vivienda, para el
que las propias aseguradoras (como entidades privadas) establecen sus propios
factores de seguridad de cara reducir riesgos por siniestralidad.
El actual ritmo en la construcción no permite considerar el asentamiento progresivo
conforme a la evolución de la obra.
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1.2.- OBLIGATORIEDAD ACTUAL DE LOS ESTUDIOS GEOTÉCNICOS O
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1.2.1.-LOE: Ley de Ordenación de Edificación 38/1999, de 5 de noviembre. LO
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La aparición de esta ley supuso un gran avance en la calidad y garantía de la
construcción, afectando también a la obligatoriedad de los estudios geotécnicos
de los terrenos a edificar.
Seguidamente se entresacan los artículos que refieren esta obligatoriedad.
ARTÍCULO 1.1.
El objetivo prioritario de la LOE es regular el proceso de la edificación y establecer
responsabilidades y garantías de forma que los edificios deban cumplir
determinados requisitos técnicos estableciendo un seguro de daños.
ARTÍCULO 2.1. (Ámbito de aplicación)
Aplicación al sector de la construcción, de obra nueva y rehabilitación.
El proceso de edificación comprende las acciones de promoción, la actividad de
construcción, el efecto del proceso constructivo, y las garantías de su
permanencia continuada a lo largo de un tiempo determinado.
ARTÍCULO 12.3.b
La ley establece la necesidad de un control técnico de la obra, de manera que el
proyecto viene después a materializarse por el director de la obra que tiene entre
sus obligaciones verificar las características geotécnicas del terreno.
Para la redacción del proyecto es necesario que exista un ESTUDIO GEOTÉCNICO
suficiente como para conocer convenientemente el terreno y adecuarlo al
proyecto a realizar.
ARTÍCULO 14
La misión del control de calidad realizado por empresas externas es informar
acerca de la idoneidad del proyecto, de los procedimientos constructivos y de la
calidad de lo edificado.
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S 1.2.2.- El Estudio Geotécnico desde el CTE.DB-SE.C
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GENERALIDADES (Punto 3.1):
1. El estudio geotécnico es el compendio de información cuantificada en cuanto a
las características del terreno en relación con el tipo de edificio previsto y el
entorno donde se ubica, que es necesaria para proceder al análisis y
dimensionado de los cimientos de éste u otras obras.
2. Las características del terreno de apoyo se determinarán mediante una serie
de actividades que en su conjunto se denomina reconocimiento del terreno y
cuyos resultados quedarán reflejados en el estudio geotécnico.
3. El reconocimiento del terreno, que se fijará en el estudio geotécnico en cuanto
a su intensidad y alcance, dependerá de la información previa del plan de
actuación urbanística, de la extensión del área a reconocer, de la complejidad
del terreno y de la importancia de la edificación prevista. Salvo justificación el
reconocimiento no podrá ser inferior al establecido en este DB.
4. Para la realización del estudio deben recabarse todos los datos en relación con
las peculiaridades y problemas del emplazamiento, inestabilidad,
deslizamientos, uso conflictivo previo tales como hornos, huertas o vertederos,
obstáculos enterrados, configuración constructiva y de cimentación de las
construcciones limítrofes, la información disponible sobre el agua freática y
pluviometría, antecedentes planimétricos del desarrollo urbano y, en su caso,
sismicidad del municipio, de acuerdo con la Norma de Construcción
Sismorresistente NCSE vigente.
5. Dado que las conclusiones del estudio geotécnico pueden afectar al proyecto
en cuanto a la concepción estructural del edificio, tipo y cota de los cimientos,
se debe acometer en la fase inicial de proyecto y en cualquier caso antes de
que la estructura esté totalmente dimensionada.
6. La autoría del estudio geotécnico corresponderá al proyectista, a otro técnico
competente o, en su caso, al Director de Obra y contará con el preceptivo
visado colegial.
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S 1.2.3.- Los Organismos de Control Técnico: O.C.T.: Su papel en el E.G.
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La figura de los O.C.T. surge al amparo de la L.O.E. 38/99 como consecuencia de
la obligatoriedad de establecer un Seguro Decenal para el resarcimiento de daños
causados por vicios o defectos que tengan su origen o afecten a la cimentación y
la estructura.
La materialización de la Póliza de Seguros se basa en un informe de riesgos por el
estudio de la documentación del Proyecto, emitiéndose informes sobre la
estructura y la cimentación.
Estos informes son emitidos por empresas independientes, especializadas y
autorizadas por UNESPA (Unión Española de Entidades de Seguros y Reaseguros).
En una primera revisión, por chequeo distintas partes del Proyecto y Estudio
Geotécnico (memorias generales y de cálculo, planos, secciones, cimentación,
suficiencia de investigaciones, correspondencias ...), se emite un Informe de
Conclusiones Provisionales con observaciones como:
- Correctas
- Recomendaciones
- Aclaraciones
- Reservas Técnicas
Este documento se hace llegar a la Dirección del Proyecto, y las partes implicadas
como los redactores del Estudio Geotécnico. Estas observaciones deben ser
contestadas, aclaradas o consideradas por la parte que corresponda hasta
subsanar y cancelar todas las RT, permitiéndose la elaboración del Informe Final
de Conclusiones D-6. Este documento informa favorablemente a la Aseguradora
en cuanto al Control de Calidad con un Riesgo Asegurable.
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S 1.2.4.- Revisiones del Estudio Geotécnico para su validación
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1.2.4.a.- Acreditaciones de la Empresa – Laboratorio.
Con la finalidad de garantizar un Control de Calidad en cuanto a la realización de
las diferentes investigaciones geotécnicas (toma de muestras y ensayos de
laboratorio), a través de la Orden de 15 de junio de 1989 y su desarrollo en Orden
de 18 de febrero de 2004, la C.O.P.y T. de la Junta de Andalucía se dispone de un
registro de Entidades Acreditadas.
Esta acreditación define un Control de Calidad en cuanto a procedimientos y
ejecución de trabajos, garantizando que los mismos se realizan de acuerdo a
criterios y Normas establecidas y revisadas.
La acreditación que afecta a la parte de geotecnia se recoge bajo los epígrafes
GTL (área de ensayos de laboratorio), GTC (área de toma de muestras),
existiendo dos categorías: ensayos básicos y ensayos especiales opcionales.
La acreditación en cualquiera de esas áreas requiere disponer de la maquinaria y
personal cualificado para dar cumplimiento a la normativa (UNE, ASTM, EHE, XP
...) de ejecución de ensayos y toma de muestras.
1.2.4.b.- Número, distribución y tipo de investigaciones.
Existen diferentes propuestas recogidas en la N.T.E. – C.E.G.; el EuroCódigo 7
“Proyecto Geotécnico”, así como las propuestas de diferentes autores de prestigio,
donde además de la entidad, de los antecedentes, de la experiencia y de las
características del proyecto se incluyen aspectos como las dimensiones y
geometría del área de investigación.
Actualmente se entiende de obligado cumplimiento los requerimientos
establecidos por CTE.DB-SE.C.
En todo caso debe considerarse que las investigaciones geotécnicas tienen un
carácter puntual, y la mayor aproximación a la realidad deriva del mayor número
de investigaciones puntuales.
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2.- CAMPAÑAS DE INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA
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2.1.- PROGRAMACIÓN DE CAMPAÑAS DE INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA (CTE)
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La vigente normativa (Real Decreto 1627/1997, de 24 de octubre) define el CTE.DB
como el documento a seguir en el proceso constructivo, incluyendo el informe
geotécnico (SE.C), y por tanto recogiendo la programación de ensayos de
investigación geotécnica.
El CTE establece campañas de investigación tomando como unidad la edificación
proyectada (cargas en función del numero de plantas), la superficie de ocupación y el
tipo de terreno previsible. Además considera la experiencia de la zona y
reconocimientos del entorno con posibles afecciones sobre el propio proyecto o sobre
otras instalaciones cercanas.
Clasificación del tipo de edificación:
Tabla 3.1. (CTE) tipo de construcción TIPO Descripción C-0 Construcción de menos de 4 plantas y superficie construida inferior a 300 m2. C-1 Otras construcciones de menos de 4 plantas. C-2 Construcciones entre 4 y 10 plantas. C-3 Construcciones entre 11 y 20 plantas. C-4 Construcciones de mas de 20 plantas, o conjuntos monumentales o singulares.
Clasificación del tipo de terreno:
Tabla 3.2. (CTE) Grupo de terreno Grupo Descripción
T-1 Terrenos favorables: a) Terrenos de poca variabilidad
litológica y geotécnica b) Práctica habitual de cimentación
directa mediante elementos aislados
T-2
Terrenos intermedios:c) Terrenos con cierta variablilidad
litológica y geotécnica d) No siempre se recurre a la misma
solución de cimentación
e) Se presume la presencia de rellenos antrópicos, sin superar los 3,00 m.
T-3
Terrenos Desfavorables: Los que no pueden clasificarse dentro de los grupos anteriores, y especialmente se considerarán los siguientes terrenos: a) Suelos expansivos. b) Suelos colapsables. c) Suelos blandos o sueltos. d) Terrenos karsticos (yesos o calizas) e) T. variables (composición y estado.) f) Rellenos antrópicos (>3,00 m)
g) Terrenos de deslizamientos h) Rocas volcánicas o con cavidades i) Terrenos con desnivel > 15º j) Suelos residuales k) Terrenos de marismas.
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CTE
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En función del tipo de terreno y el tipo de edificación se definen las distancias
máximas entre puntos de reconocimiento, profundidades orientativas, nº mínimo de
sondeos y porcentaje máximo de sustitución por penetrómetros:
Tabla 3.3. (CTE) Distancias máximas entre puntos de reconocimientos y profundidades.Tabla 3.4. (CTE) Número mínimo de sondeos mecánicos y % sustitución por penetros. Modificadas por combinación
GRUPO T-1 T-2 TIPO dmáx(m) Nmin S P (m) %max Pt dmáx (m) Nmin S P (m) %max Pt C-0 35 - 6 - 30 1 18 66 C-1 35 1 6 70 30 2 18 50 C-2 30 2 12 70 25 3 25 50 C-3 25 3 14 50 20 3 30 40 C-4 20 3 16 40 17 3 35 30
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dmáx (m).- Distancia máxima entre puntos de investigación P (m) .- Profundidad orientativa de reconocimiento Nmin S.- Número mínimo de sondeos %max Pt.- Porcentaje máximo de sustitución por Penetraciones dinámicas continuas
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a) El mínimo de puntos a reconocer será de 3 b) Punto 9 (Aptdo. 3.2.1) En la tabla 3.4 se establece el número mínimo de sondeos
mecánicos y el porcentaje del total de puntos de reconocimiento que pueden sustituirse por pruebas contínuas de penetración cuando el numero de sondeos mecánicos exceda el mínimo especificado en dicha tabla.
c) En superficies mayores de 10.000 m2 se podrá reducir la campaña hasta un 50% de los obtenidos con la regla anterior sobre el exceso de esa superficie.
d) La profundidad planificada debe ser suficiente para alcanzar cotas bajo las cuales no habrá asientos significativos.
e) Esa unidad geotécnica resistente, debe comprobarse al menos en 2,00 m, y 0,3 m adicionales por cada planta de edificación.
f) En caso de cimentaciones profundas se reconocerán al menos 5 diámetros por debajo de la previsible punta de los pilotes.
g) En caso de terrenos del grupo T-3 se intercalarán puntos de reconocimiento en las zonas problemáticas hasta definirlas adecuadamente.
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3.- TÉCNICAS DE PROSPECCIÓN EN CAMPO
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3.1.- TECNICAS DE INVESTIGACIÓN SEGÚN CTE
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Tabla D.7. (CTE) Utilización de los ensayos in situ Tipo Descripción Utilización para Determinar
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onde
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Ensayo de penetración estándar (SPT) UNE 103800:1992
Nº de golpes NSPT para hincar 30 cm de un cilindro hueco de dimensiones normalizadas. Golpeo con maza de 63,5 kg cayendo desde 76 cm
Compacidad de suelos granulares. Densidad relativa. Ángulo de rozamiento interno en suelos granulares Resistencia de arcillas preconsolidadas por encima del nivel freático
Ensayo de molinete (Vane Test) ENV-199-3
Rotación de unas aspas dispuestas a 90º e introducidas en el terreno, midiendo el par necesario para hacerlas girar hasta que se produce el corte del suelo
Para determinar la resistencia al corte de arcillas blandas por encima o por debajo del nivel freático
Ensayo presiométrico (P.M.T.) ENV-199-3
Dilatación, por gas a presión, de una célula cilíndrica contra las paredes de un sondeo midiendo la deformación volumétrica correspondiente a cada presión hasta llegar, eventualmente, a la rotura del terreno
Presión límite y deformabilidad de suelos granulares, arcillas duras, etc.
Ensayo Lefranc Medida del caudal de agua bombeada al terreno a través de un tramo de sondeo de 50 cm
Permeabilidad de suelos
Ensayo Lugeon
Medida de los caudales bombeados a un tramo de sondeo, a presiones escalonadas, durante un tiempo de 10 min.
Permeabilidad de rocas moderadamente fisuradas
En s
uper
ficie
o
pozo
Ensayo de carga con placa(1) ENV-199-3
Medida de los asientos de una placa rígida cuadrada o circular al ir aplicando cargas crecientes, llegando o no a la rotura del terreno
Relación presión asiento en suelos granulares, para la placa utilizada(1)
Coeficiente de balasto de cualquier terreno Capacidad portante sin drenaje de suelos cohesivos
En p
ozo
Ensayo de bombeo
Medida de la transmisividad y coeficiente de almacenamiento del acuífero en la zona de influencia del pozo
Capacidad de agotamiento o rebaje del nivel freático
(1) El ensayo de carga con placa debe interpretarse con las lógicas reservas debidas a la diferencia entre las dimensiones de la placa y la de la cimentación proyectada (véase apartado E.5; Figura E.8).
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La prospección del terreno podrá llevarse a cabo mediante calicatas, sondeos mecánicos,
pruebas continuas de penetración o métodos geofísicos. En el anejo C del CTE.DB-SE.C, se
describen las principales técnicas de prospección así como su aplicabilidad, que se llevarán
a cabo de acuerdo con el Real Decreto 1627/1997, de 24 de octubre, por el que se
establecen disposiciones mínimas de seguridad y salud en las obras de construcción.
3.2.- CALICATAS
CA
LIC
ATA
S
1. Son excavaciones de formas diversas (pozos,
zanjas, rozas, etc.) que permiten una
observación directa del terreno, toma de
muestras y, eventualmente realización de
ensayos in situ. Este tipo de reconocimiento
podrá emplearse con:
a. Profundidad de reconocimiento < 4m;
b. Terrenos excavables con pala mecánica o
manualmente;
c. Ausencia de nivel freático;
d. Terrenos preferentemente cohesivos;
e. Terrenos granulares donde las perforaciones no serían
representativas.
2. Los reconocimientos con calicatas son adecuados cuando:
a. Se puede alcanzar el estrato firme o resistente;
b. No sea necesario realizar pruebas in situ asociadas a sondeos (p.e. SPT).
3. Se excluirá este método cuando pueda deteriorarse el terreno de apoyo de las
futuras cimentaciones o se creen inestabilidades para estructuras próximas.
4. En las paredes del terreno excavado, podrán realizarse ensayos in situ como el
penetrómetro de bolsillo, con el fin de obtener una indicación orientativa del
comportamiento del terreno.
5. En calicatas de una profundidad mayor a 1,5 m ninguna persona podrá acceder a
su inspección o revisión si no se encuentran debidamente entibadas o
adecuadamente retaluzadas.
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3.3.- SONDEOS MECÁNICOS SO
ND
EOS
MEC
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ICO
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1. Perforación de diámetro y profundidad variable para reconocer la naturaleza y
localización de las diferentes unidades geotécnicas del terreno, extraer muestras
del mismo y, en su caso realizar ensayos a diferentes
profundidades. Deben utilizarse para:
a) Alcanzar a profundidades superiores a 4 m;
b) Reconocer el terreno bajo el nivel freático;
c) Perforar capas rocosas, o muy duras;
d) Extraer muestras inalteradas profundas;
e) Realizar pruebas en su interior (de tipo presiométrico, molinete, spt, etc);
f) Tomar muestras de aguas o realizar ensayos de permeabilidad in situ;
g) Determinar valores índice de la roca en macizos rocosos (RQD);
h) Detectar y controlar las variaciones del nivel freático, con piezométricos.
2. Para la ejecución de sondeos mecánicos existen varios métodos: rotación con
extracción de testigo continuo; percusión; con barrena helicoidal (hueca ó maciza).
3. Los sondeos a rotación con extracción continua de testigo, con baterías
simples, dobles o especiales en cualquier tipo de
terreno. En suelos granulares finos bajo el nivel
freático y gravas gruesas pueden resultar dificultosos
y con recuperaciones deficientes. También deben
interpretarse con cuidado los testigos extraídos de
suelos colapsables o de rocas blandas de tipo areniscoso que pueden fragmentarse
excesivamente por efecto de la rotación.
4. Los sondeos a percusión pueden realizarse cuando el terreno pueda atravesarse
con energía de golpeo, considerándose adecuados en suelos granulares gruesos,
y/o en suelos granulares finos con cucharas de tipo clapeta.
5. Los sondeos con barrena helicoidal hueca o maciza podrán utilizarse cuando
no sea necesario disponer de muestras inalteradas, el terreno sea relatvamente
blando y cohesivo, y no se requieran grandes precisiones en la acotación de
profundidad de las diferentes capas.
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3.4.- ENSAYOS DE PENETRACIÓN DINÁMICA CONTÍNUA EN
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1. Proporcionan una medida indirecta, continua o discontinua de la resistencia o
deformabilidad del terreno, interpretadas desde correlaciones empíricas.
2. Podrán ser estáticas o dinámicas, exigiéndose correlaciones justificadas.
3. seguidamente se indican las condiciones de uso más apropiadas de cada tipo:
(CTE.DE-SE-C Anexo D) Tabla D.6. Utilización de las pruebas de penetración Tipo de
Penetrómetro Principio de
Funcionamiento Tipo Suelo más idóneo Terreno en que es Impracticable
Estático
Medición de la resistencia a la
penetración de una punta y un vástago mediante presión
CPTE CPTU
UNE 103804 :1993
Arcillas y limos muy blandos. Arenas finas sueltas a densas sin
gravas
Rocas,bolos, gravas, suelos cementados. Arcillas muy duras. Arenas muy densas. Suelospreconsolida-dos y/o cementados
Dinámico
Medición de la resistencia a la
penetración de una puntaza
por golpeo con una energía
normalizada
DPH UNE 103802:1998
Arenas sueltas/medias. Limos arenosos flojos a
medios
Rocas,bolos,costras, suelos cementados. Conglomerados BORRO
DPSH
UNE 103801:1994
Arenas medias/densas. Arcillas preconsolidadas
sobre el N.F. Gravas areno arcillosas
Rocas,bolos, conglomerados
Para el ensayo de penetración dinámica tipo borros, se
aplica la UNE 103801-94 (DPSH), donde la diferencia
radica en la altura de caída, peso de la maza y sección de
la puntaza. En cualquier caso, existen correlaciones
basadas en investigaciones empíricas que acreditan
suficientemente los resultados e interpretación de estos
ensayos.
Este ensayo se ha diseñado inicialmente para el
reconocimiento de materiales incoherentes (granulares),
aunque la experiencia permite su uso e interpretación para casi todos los tipos de
suelos. Para su correcta interpretación se hace imprescindible algún ensayo de
reconocimiento directo que permita su correlación.
En los reconocimientos de los tipos de construcción C-0 y grupo de terreno T-1, las
pruebas de penetración deben complementarse siempre con otras técnicas de
reconocimiento como podrían ser calicatas.
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3.5.- INVESTIGACIONES GEOFÍSICAS IN
VES
TIG
AC
ION
ES G
EOFÍ
SIC
AS
1. Cuando se trate de grandes superficies a construir, y con el fin de obtener
información complementaria, se podrán utilizar las siguientes técnicas:
a) Sísmica de refracción: proporciona información sobre la profundidad a la que
se encuentran el nivel freático y la unidad geotécnica resistente, siempre que
se trate de capas subhorizontales (buzamiento inferior a 15º) y permite estimar
su grado de ripabilidad;
b) Resistividad eléctrica: “sondeo eléctrico vertical” SEV facilita información
sobre la profundidad del nivel freático, espesores de las distintas capas
horizontales y detección de cavidades o desarrollos cársticos);
c) Geo-radar: para obtener información sobre servicios enterrados,
conducciones, depósitos, fluidos, nivel freático, unidades geológicas y cambios
laterales de las litologías.
d) Microgravimétricas: Para detectar deficiencias de masas asimilables a
oquedades, karstificaciones. con equipos que expresan perfiles de anomalías de
Bouguer en ud. 10-7 m/s2.
e) Otras: Magnetometría, VLF, calicateo electromagnético, gravimetría, etc.; que
puedan aportar una información adicional.
2. El, procesado e interpretación de los trabajos geofísicos se realizará integrando los
resultados en el marco geológico, geotécnico y morfológico del área estudiada.
Aun así, se requiere disponer de resultados de ensayos geotécnicos (sondeos y
penetros), que permitan su interpretación.
3. En zonas sísmicas y para edificios de los tipos C-1 y C-2 se recomienda la
utilización de ensayos “down-hole” o “cross-hole” (norma ASTM: D 4428) para
identificar la velocidad de propagación vs de las ondas S y clasificar las distintas
unidades geotécnicas conforme a la NCSE. Para edificios C-2 y C-3 en zonas con
ab>0,08 g será obligatoria la realización de estos ensayos.
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4.- ENSAYOS “IN SITU”
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4.1.- ENSAYOS “IN SITU” DENTRO DEL SONDEO
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:
4.1.1.- El ensayo S.P.T. (estandar penetracion test)
El e
nsay
o S.
P.T.
Como parte de la acreditación en el área GTC, el ensayo de penetración estándar
SPT se encuentra normalizado según UNE 103800-92 y define el número de
golpes (N) necesario para que una maza de 63,5 (± 0,5) kg de masa golpee en la
cabeza del varillaje desde una altura de 760 (±10) mm. y consiga que el toma-
muestras penetre 300 mm., después del descenso inicial por el propio peso del
equipo y tras la denominada penetración de asiento, de otros 150 mm.
La ejecución del mismo requiere una maniobra previa para la limpieza del fondo
de la perforación, y otra maniobra para instalar el útil necesario.
Cuando este ensayo está previsto sobre una roca mas dura e impenetrable a priori
se utilizará una puntaza ciega cónica. En este caso no se recupera material alguno
pero se obtiene un gráfico de penetrabilidad. Es útil en gravas por ejemplo, donde
la cuchara normal se rompería y no recuperaría nada.
Seguidamente se expresa una interpretación de los parámetros resistentes de un
suelo en base al NSPT, según tabla D.23,
.
Tabla D.23.(CTE) Valores orientativos de NSPT, resistencia a compresión simple y módulo de elasticidad (Modificada)
Tipo de suelo NSPT qu (kN/m2) qu (kp/cm2) E (MN/m2) E (kp/cm2)/F=2 Suelos muy flojos o muy blandos < 10 0- 80 0- 0.82 < 8 40.77
Suelos flojos o blandos 10 - 25 80 - 150 0.82 – 1.53 8 – 40 40.77-203.87
Suelos medios 25 - 50 150 - 300 1.53 – 3.06 40 – 100 203.87-509.68 Suelos compactos o duros 50 – Rechazo 300 - 500 3.06 – 5.10 100 – 500 509.68-2548.42
Rocas blandas Rechazo 500 – 5.000 5.10– 50.97 500 – 8.000 2548.42-40774.67 Rocas duras Rechazo 5.000 – 40.000 50.97 – 407.75 8.000 – 15.000 40774.67-76452.59 Rocas muy duras Rechazo > 40.000 > 407.75 >15.000 >76452.59
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4.1.2.- El ensayo de molinete (Vane Test) El
ens
ayo
de m
olin
ete
(Van
e Te
st)
Adecuado para la determinación de la resistencia sin drenaje de
arcillas susceptibles, especialmente a grandes profundidades,
donde la toma de muestras es dificultosa.
Consiste en la hinca de un molinete de cuatro aspas hasta la cota
deseada. El método puede ser dinámico o estático (como si se
tratase de un penetrómetro), o bien puede realizarse en el
interior de sondeo y a cota de perforación.
Una vez alcanzada la cota deseada se procede a una torsión del
molinete a través del varillaje rompiendo el terreno a través de
un momento de torsión que medido en superficie, permite
calcular la resistencia al corte del suelo. Existen molinetes manuales para la
realización del ensayos en tramos superficiales o en muestras de suelos.
4.1.3.- Presiometros
Pres
iom
etro
s
El presiómetro unicelular Oyo dispone de una sonda
cilíndrica con membrana expandible que se introduce en el
interior de una perforación, previamente ejecutada con el
diámetro de la sonda unicelular y hasta la cota requerida por
el ensayo. Este es adecuado para realizar ensayos en suelos
muy consolidados e incluso rocas, permitiendo calcular
módulos de deformación in situ
El presiómetro tricelular Menard es el mas utilizado dentro de
Geotecnia. Se trata de un ensayo de carga estática del
terreno, que se realiza introduciendo en un pozo una sonda
cilíndrica dilatable radialmente.
El ensayo permite obtener una curva de variación de las
deformaciones volumétricas del suelo, en función del
esfuerzo aplicado, y definir una relación esfuerzo-deformación, en la hipótesis de
una deformación plana.
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4.1.4.- Ensayos de permeabilidad La permeabilidad “K” es la capacidad que tiene un terreno para permitir el paso del
agua. El método determina el caudal de agua que pasa a por una sección de terreno,
bajo la carga producida por un gradiente hidráulico a una temperatura determinada.
Q = c k H Donde : Q = caudal c = Constante que depende de la forma de la cavidad=5r; r=radio sondeo H = Gradiente hidráulico (altura de la lámina de agua) K = Permeabilidad
Ensa
yos
de p
erm
eabi
lidad
Los ensayos de bombeo de pozos suelen dar excelentes resultados ya que
afectan a grandes masas de terreno y, proporcionan valores muy próximos a la
realidad. Sin embargo, son costosos y largos.
El ensayo Lefranc consiste en la observación del volumen de agua necesario
(caudal Q) para mantener constante el nivel H de agua en un sondeo. Está
concebido para cotas infrayacentes al nivel freático.
El ensayo Lugeon in situ efectuados con obturador (simple o doble),
habitualmente en macizos rocosos.
La propuesta inicial de este ensayo pretendía ofrecer una clasificación de macizos
rocosos, pero de su uso y experiencia se dedujo la posibilidad de calcular la
permeabilidad.
El ensayo normalizado se ejecuta en un sondeo para una longitud de 1 m o más,
y se aplica una presión de 10 kp/cm2 durante 10 min.
La unidad lugeon (uL) se define como la pérdida de 1l. De agua por minuto y por
metro lineal.
4.1.5.- La permeabilidad en el código técnico
La p
erm
eabi
lidad
en Para la determinación del coeficiente de permeabilidad y en base a la dificultad y
costes de estos trabajo, el CTE permite recurrir a correlaciones granulo-plásticas:
Tabla D.28. (CTE) Valores orientativos del coeficiente de Permeabilidad Tipo de suelo kz (m/s)
Grava limpia > 10-2 Arena limpia y mezcla de grava y arena limpia 10-2 – 10-5 Arena fina, limo, mezclas de arenas, limos y arcillas 10-5 – 10-9 Arcilla < 10-9
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4.2.- OTROS ENSAYOS “IN SITU” O
TRO
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4.2.1.- Ensayo de penetración estática CPT y CPTU En
sayo
de
pene
trac
ión
está
tica
CPT
y C
PTU
Los ensayos de penetración estática presentan su mayor desarrollo a partir de la
experiencia de los holandeses que desarrollan estas técnicas para reconocimiento
de suelos blandos y saturados. Por tanto la aplicación de estos ensayos se refiere
a determinaciones de los parámetros de consolidación y resistencia de suelos
blandos (marismas ...)
El ensayo de penetración estática CPT (Cone Penetration Test)
Determinación del esfuerzo necesario para realizar la hinca o penetración de una
punta cónica en el terreno, a través de una presión continua y a una velocidad
constante (2 cm/s)
El ensayo de penetración estática CPTU
El cono del CPTU dispone de un captor para registrar la presión intersticial,
consistente en un filtro poroso rígido y permeable.
La piedra porosa se satura con agua y glicerina en una cámara al vacío. Para la
ejecución del ensayo, la saturación se conserva con un capuchón de caucho.
El ensayo de disipación
La hinca del penetrómetro en un suelo saturado conlleva un cizallamiento y un
incremento positivo o negativo de la presión intersticial. El ensayo de disipación
consiste en la detención de la penetración mientras que se continua midiendo la
disipación de la presión intersticial hasta conseguir un valor de equilibrio que
coincide con el valor de la presión hidrostática a la cota ensayada
4.2.2- Dilatómetros
Dila
tóm
etro
s
El ensayo dilatométrico pretende determinar “in situ” los parámetros de
resistencia de un suelo o una roca.
El método consiste en la hinca o introducción en el taladro de un sondeo, de una
sonda capaz de ejercer presión sobre el terreno en dos o mas direcciones,
controlando la deformación y el momento de la rotura.
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Dila
tóm
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s sonda capaz de ejercer presión sobre el terreno en dos o mas direcciones,
controlando la deformación y el momento de la rotura.
El dilatómetro Marchetti
En esencia el ensayo consiste en
introducir en el terreno la cuchilla
del DMT mediante empuje
hidráulico o dinámico, parando a
intervalos de profundidad variable
(por ejemplo cada 1,50 m.)
En cada parada, el operador actúa inyectando gas a presión y dilatando la
membrana de acero para obtener cuatro lecturas que después son calculadas o
interpretadas informáticamente.
4.2.3- Placa de carga
Plac
a de
car
ga
El ensayo de placa de carga permite
determinar las características de
deformación, y a veces la resistencia de
un terreno.
Consiste en colocar una placa sobre el
terreno, aplicar una serie de cargas, y
medir las deformaciones.
El resultado del ensayo se presenta en un
diagrama tensión deformación.
A partir de un ensayo de carga se
pueden deducir las características elásticas, el coeficiente de Poisson y el módulo
de deformación.
El apartado 10 del E.5 define que el reducido bulbo de tensiones de la placa de
ensayo puede quedar limitado a las zonas más competentes del terreno, y no
reflejar la deformabilidad del conjunto terreno-cimentación.
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ENSA
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” 4.2.4- Instrumentación inclinométrica
Incl
inóm
etro
s El inclinómetro es una instrumentación adecuada a estudios de estabilidad de
taludes y laderas. También es un sistema de instrumentación adecuado para
controlar el funcionamiento de una pantalla durante el vaciado del intrados.
Permiten detectar y medir los movimientos laterales en áreas deslizadas, o
deformación de elementos sometidos a solicitaciones laterales (pilotes, pantalla...)
Características del equipo. Montaje, realización de lecturas
Un sistema de inclinometría incluye una
instalación fija dentro de sondeo de la
tubería inclinométrica adecuadamente
protegida mediante una arqueta en la
boca del sondeo, una unidad móvil
formada por un sensor que detecta
inclinaciones y es capaz de convertirlas a
desplazamientos relativos a lo largo del
sondeo con respecto a un punto fijo, un cable de control y una unidad de lectura.
El movimiento lateral del terreno causa que la tubería se desplace de la posición
inicial a una nueva posición. Mediante lecturas sucesivas se puede determinar por
tanto la profundidad a la que se encuentra la zona de mayores empujes laterales
o superficie de rotura del deslizamiento.
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P.I. Guadalquivir, c/ Tecnología, 25 – Gelves 41120 (Sevilla)- Tel: 955 762 824 – Fax: 955 762 942 – www.axangeotecnia.com – [email protected] Sociedad inscrita Registro Mercantil Hoja SE-42455, Tomo 3164. Folio 121, Inscripción 1ª. C.I.F.:B-91094367
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5.- TIPOS DE MUESTRAS DE SUELOS
TIP
OS
DE
MU
ESTR
AS
DE
SUEL
OS
5.1.- GENERALIDADES SOBRE LA TOMA DE MUESTRAS
GEN
ERA
LID
AD
ES S
OB
RE
LA T
OM
A D
E M
UES
TRA
S
Una de las principales causas por la que se realiza un sondeo geotécnico es la
disponibilidad de un testigo o muestra de suelo o roca sobre el que se pueden realizar
ensayos de laboratorio para la caracterización geomecánica de los mismos.
Está claro que la obtención de muestras de suelo solo consiste en la toma de un
pedazo de testigo que tras ser machacado y secado se encuentra disponible para
realizar granulometrías y determinación de los límites de Atterberg. Además se
pueden realizar ensayos para determinación de sulfatos, carbonatos, materia
orgánica, e incluso ensayos para determinar la potencial expansividad en el aparato
Lambe.
No obstante durante la perforación a rotación, si el testigo de suelo es de consistencia
blanda, media e incluso firme, se produce una cierta alteración de la estructura del
mismo con lo que otros parámetros como la resistencia a la rotura, el grado de
desecación, etc, no pueden ofrecer valores reales. Si por el contrario, el material
atravesado es de una consistencia dura o naturaleza rocosa esta alteración por
rotación es mínima.
Para conseguir la menor alteración posible de las condiciones naturales de un suelo o
roca se procede a la toma de muestras inalteradas. Cuando se trata de suelos de
consistencia dura o naturaleza rocosa, frecuentemente se procede al parafinado de la
muestra que fundamentalmente conserva la humedad natural del suelo. Cuando se
trata de suelos de consistencia blanda, media o firme, para conservar sus
características se procede a la toma de muestras inalteradas con dispositivos
especiales. Cuando se trata de materiales no cohesivos (sueltos), la toma de muestras
inalteradas es prácticamente imposible.
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E M
UES
TRA
S 5.1.1.- Tipos de Muestras según CTE
Tipo
s de
Mue
stra
s se
gún
CTE
1. En la toma de muestras se deben cumplir unos requisitos diferentes según el
tipo de ensayo que se vaya a ejecutar sobre la muestra obtenida.
2. Se especifican tres categorías de muestras:
a) Muestras de categoría A: mantienen inalteradas las propiedades:
estructura, densidad, humedad, granulometría, plasticidad y componentes
químicos estables;
b) Muestras de categoría B: mantienen inalteradas las propiedades:
humedad, granulometría, plasticidad y componentes químicos estables;
c) Muestras de categoría C: todas aquellas que no cumplen las
especificaciones de la categoría B.
3. En la tabla 3.5 del CTE se señala la categoría mínima de la muestra requerida
según los tipos de ensayos de laboratorio que se vayan a realizar.
Tabla 3.5 (CTE Modificada). Categoría de las muestras de suelos y rocas para ensayos de laboratorio
Propiedades a determinar Categoría mínima de la muestra
Denominación común
- Peso específico aparente. Porosidad
A Habitualmente denominadas
Muestras Inalteradas (MI y TP)
- Permeabilidad - Resistencia - Deformabilidad - Expansividad - Humedad B - Peso específico de las partículas- Identificación organoléptica
C
Habitualmente denominadas
Muestras Alteradas (MA)
- Granulometría - Límites de Atterberg - Contenido en materia orgánica y en CaCO3
- Contenido en sulfatos solubles
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UES
TRA
S 5.1.2.- Tipos de toma-muestras según CTE
Tipo
s de
tom
a-m
uest
ras
segú
n CT
E 4. la tabla D.8 del CTE especifica los diferentes tipos de tomamuestras, el
método de hinca y la categoría adjudicada.
Tabla D.8. (CTE) Tipo y categoría de los tomamuestras
Tipo
de
Mue
stre
o
Tipo de tomamuestras
Dimensiones Valores mínimos M
étod
o de
hin
ca
Tipo de suelo idóneo
Cat
egor
ía
Tipo de suelo en que no es
practicable
Man
ual e
n ca
tas
Bloque o caja C
ubo
de 2
00
mm
Talla
da
a m
ano Suelos cohesivos de
consistencia media a dura
A Arenas flojas.
Suelos disgregables. Gravas
En saco 1 kg
Pic
o y
pala
Arcillas, arenas, gravas, costras C
Cilindro
φ ≥
150
mm
Per
cusi
ón
a m
ano Suelos cohesivos de
consistencia blanda a media. Arena y gravilla
B Cantos Costras
Mec
ánic
o en
son
deo
Abierto de pared delgada
(Shelby)
φ ≥
70 m
m
Pre
sión
Suelos cohesivos de consistencia blanda a media. Arenas sobre el nivel freático no muy compactas
A
Grava. Arenas bajo el nivel freático. Suelos arcillosos de consistencia dura.
Suelos estratificados gruesos
Abierto seccionado de pared
semidelgada sin o con dispositivo de
retención φ ≥
80 m
m
Pre
sión
P
ercu
sión
Como el anterior con elementos gruesos hasta 10 mm. Arenas con finos compactos bajo el nivel freático. Suelos cohesivos de consistencia media a muy firme
A/B
Grava gruesa. Arenas bajo el nivel freático. Suelos arcillosos de consistencia dura.
Suelos estratificados gruesos
Abierto bipartido de pared gruesa sin o con dispositivo de
retención φ ≥
80 m
m
Per
cusi
ón
Como el anterior con elementos grueso hasta 30 mm Arena limpia bajo el nivel freático. Suelos cohesivos de consistencia dura
A/B
Batería sencilla de perforación φ
≥ 86
m
m
Rot
ació
n Suelos arcillosos de consistencia dura. Rocas no deleznables
C
Grava, bolos, arenas.
Arcillas blandas a medias
Tubo doble/triple φ
≥ 86
m
m
Rot
ació
n Suelos arcillosos de consistencia dura. Rocas blandas o disgregables
B/A Gravas, bolos,
arenas. Arcillas muy blandas a compactas
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6.- TIPOS DE “TOMA-MUESTRAS” EN SONDEOS
TIP
OS
DE
“TO
MA
-MU
ESTR
AS”
EN
S0
ND
EOS
6.1.- EJEMPLOS DE DIFERENTES “TOMA-MUESTRAS”
EJEM
PLO
S D
E D
IFER
ENTE
S “T
OM
A-M
UES
TRA
S”
6.1.1.- Muestras alteradas Tipo “C”
Mue
stra
s al
tera
das
Tipo
“C”
, Una muestra alterada consiste en tomar un fragmento de testigo de suelo para
someter a determinados ensayos de laboratorio. Dada las alteraciones físicas del
testigo, los parámetros representativos del mismo solo son aquellos en los que no
interviene ni la humedad natural ni la resistencia del suelo (granulometría, Limites
de Atterberg, Lambe, ..).
En cuanto a los parámetros químicos (sulfatos, carbonatos, materia orgánica...)
debemos tener en cuenta el tiempo transcurrido desde la obtención del testigo
hasta la realización del ensayo. Para su viabilidad debemos considerar los
componentes químicos a analizar y su volatibilidad o alterabilidad.
Como excepción, cuando se trata de un testigo rocoso, la muestra alterada puede
ser sometida a rotura por compresión simple ofreciendo un valor qu de bastante
fiabilidad. No obstante es recomendable su inalterabilidad a través de un
parafinado que conserve la humedad natural.
6.1.2.- Muestras inalteradas Tipo “A” y “B”
Mue
stra
s in
alte
rada
s Ti
po “
A”
y “B
”
La inalterabilidad de una muestra de suelo o roca se refiere a la conservación de
las características naturales en el mayor grado posible, desde el momento de su
extracción hasta el momento de su apertura y montaje en la bancada de
laboratorio.
En este sentido, la inalterabilidad de una muestra no solo depende de su
adecuada y cuidadosa extracción sino también de su manipulación, transporte a
laboratorio, conservación hasta el momento de su apertura y por ultimo su
tallado, según el caso, y el montaje en el aparato de ensayo deseado, (prensa,
triaxial, aparato de corte, edómetro ...).
Como anotación de sentido común, debemos pensar que la muestra inalterada no
existe. Aun cuando la pericia del sondista y operario son extremadas, el simple
hecho de extraer una muestra de suelo de su posición natural conlleva una
alteración que a efectos prácticos debemos despreciar pero no olvidar.
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7.- RECONOCIMIENTOS DE SUELOS
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7.1.- ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS SUELOS
ESTR
UC
TUR
A Y
PR
OP
IED
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E LO
S SU
ELO
S
Los materiales del subsuelo terrestre se encuentran constituidos por rocas y suelos
cuya génesis o procedencia puede ser de origen sedimentario o producto de la
alteración - meteorización de un sustrato rocoso.
Los suelos y las rocas se encuentran constituidos por agregados de partículas sólidas
de geometría y disposición irregular. Las irregularidades inherentes a cualquier
material natural implica que la representatividad de una muestra depende del
volumen de la muestra ensayada.
La estructura de un suelo se encuentra constituida por tres fases:
• Sólida: Granos minerales .
• Líquida: agua con compuestos químicos en poros y o estructura mineral .
• Gaseosa: aire y otros gases en poros y huecos.
Según el tamaño y forma de los granos, al ponerse en contacto con el agua se
producen fuerzas superficiales que aumentan al disminuir el tamaño de las partículas
provocando la adherencia de las mismas por un fenómeno denominado cohesión.
Ante tal circunstancia, una primera clasificación de suelos se basa en el tamaño de las
partículas constituyentes del mismo, diferenciándose suelos de grano grueso y suelos
de grano fino.
Dependiendo del comportamiento físico-químico de las partículas de los suelos de
grano fino, estos definen una nueva gran diferenciación: suelos cohesivos y suelos.
7.1.1.- El esqueleto sólido
El e
sque
leto
sól
ido
,El esqueleto sólido de un suelo son los granos o partículas minerales de tamaño y
forma variable.
El tamaño de las partículas
La medida de los tamaños de grano se realiza a través de análisis granulométricos
por tamizado o sedimentación, estableciéndose unos criterios de tamaño que se
correlacionan con descripciones de tamaño bolos, gravas, arena, limos y arcilla.
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El e
sque
leto
sól
ido
La forma de las partículas
Según Krumbrein y Sloss (1955) las partículas se clasifican por su forma y por su
redondeamiento. Esto último
se refiere al estado de su
superficie. La clasificación ha
de hacerse visualmente,
observando el material con
una lupa o microscopio, si
fuera necesario. La figura
adjunta es la plantilla en la
que se basa.
Para materiales gruesos
(gravas) existen otras
escalas basadas en la medida directa de un número suficientemente grande de la
relación entre las dimensiones extremas de las partículas. Estas determinaciones
suelen hacerse con frecuencia en los áridos destinados a ser empleados en
pavimentos de carreteras. La norma NLT 354/74 proporciona un *índice de lajas y
agujas de los áridos para carreteras.
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S 7.1.2.- Los huecos: la Porosidad
Los
huec
os: l
a Po
rosi
dad
La porosidad y el índice de poros se determinan a partir del peso específico de las
partículas y peso específico seco. La densidad es la cantidad de masa por unidad
de volumen, y el peso específico es la cantidad de peso por unidad de volumen.
Los suelos y rocas son sistemas trifásicos: sólido + líquido + gas. Normalmente el
líquido es agua y gas vapor de agua.
La porosidad (n) es el volumen ocupado por líquido y/o gas.
El índice de poros (e) es la relación entre el espacio ocupado por poros y el
ocupado por las partículas sólidas.
Dentro de un conjunto o agregado de granos minerales, existe una cantidad de
huecos dependiente del grado de compacidad, del tamaño de las partículas, de la
redondez y esfericidad de los granos ... Este espacio entre granos constituye la
porosidad del sólido, manteniendo una relación directa con su permeabilidad .
El Índice de Poros (e) es la relación del volumen de poros respecto al volumen de
partículas sólidas.
La relación entre el índice de poros (e) y el de porosidad (n) queda representado
gráficamente en el esquema, y se interpreta:
n = e /1+e e = n /1-n
De manera genérica, en el siguiente cuadro se describen los valores típicos de las
diferentes propiedades elementales de suelos y rocas.
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S 7.1.3.- La cohesión
La c
ohes
ión
La mecánica de suelos hace una clara distinción entre suelos cohesivos y no
cohesivos:
Suelos cohesivos o coherentes.- son aquellos cuyas partículas o granos
(generalmente de tamaño fino), mantienen una ligadura tensional entre si, como
consecuencia de sus características físico-químicas. Generalmente se trata de
arcillas con plasticidad, impermeabilidad y tamaño de partícula inferior a 2 micras.
La dimensión de las tensiones que mantienen ligadas o unidas a estas partículas
son muy sensibles a los contenidos en humedad.
Suelos no cohesivos o incoherentes.- son aquellos cuyos granos no se
mantienen unidos salvo en presencia de cierto grado de humedad en que las
fuerzas de tensión superficial del agua que rellena los poros hace de adherente.
Generalmente son de estructura granular visible, no plásticos y permeables.
La cohesión es la componente friccional del esfuerzo total al que se ve sometido
un suelo ante ciertas solicitaciones (confinamiento, presión normal + presión
horizontal). Son fuerzas electroquímicas que favorecen la adhesión intergranular.
La cohesión de un suelo depende del grado de humedad en tanto que el agua
presenta una c= 0.
La cohesión efectiva (c´) es la fuerza soportada por el esqueleto granular del
suelo tras su drenaje, es decir en condiciones a largo plazo.
La cohesión total (c) es la suma de tensiones absorbidas por el agua
intergranular y por los propios granos, es decir sin permitir el drenaje o en
condiciones a corto plazo.
Los esfuerzos horizontales son absorbidos por el rozamiento intergranular que se
define como Angulo de rozamiento interno, dependiente del grado de
consolidación o presión normal y el agua intersticial que favorece, por
lubrificación, el desarrollo del hipotético plano de rotura. Por el contrario, el
aumento de la presión normal aumenta el rozamiento entre granos.
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7.2.- CRITERIOS DEL CTE PARA RECONOCIMIENTOS DE SUELOS C
RIT
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TE P
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CIM
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SUEL
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1. ,Según CTE, de todas las muestras obtenidas en calicatas o sondeos se hará una
descripción detallando aquellos aspectos que no son objeto de ensayo, como el
color, olor, litología de las gravas o trozos de roca, presencia de escombros o
materiales artificiales, etc, así como eventuales defectos en la calidad de la
muestra, para ser incluida en algunas de las categorías A o B.
7.2.1.- Criterios de descripción
Crit
erio
s de
des
crip
ción
La descripción de suelos permite una primera idea del tipo de terreno, que
permitirá decidir los ensayos de laboratorio y una primera aproximación de
resultados.
El principal objetivo de la descripción es clasificarlo al menos dentro de los 2
principales grupos:
- Suelos de grano grueso.
- Suelos de grano fino.
El tipo de suelo viene definido por su granulometría y plasticidad, además de por
su colorimetría y estado de consistencia o densidad.
7.2.1.1- Granulometría y plasticidad.
Gra
nu
lom
etrí
a y
plas
tici
dad
La primera caracterización de suelos de define en base a la granulometría y la
plasticidad del mismo. En este sentido, las diferentes descripciones son:
Suelos de grano grueso:
Se toma una fracción representativa de la muestra y se extiende sobre una
superficie plana. Una vez extendida, se examina con la idea de determinar
graduación, tamaño, forma y en lo posible composición mineralógica.
Bolos, gravas y arenas, se suelen identificar fácilmente por su tamaño.
El material alterado se reconoce por sus decoloraciones y por la relativa
facilidad con la que se pueden disgregar sus granos.
Para la fracción fina, en suelos de grano grueso, es difícil de calcular su
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ran
ulo
met
ría
y pl
asti
cida
d
porcentaje en el campo, aunque existen métodos aproximativos como el de
extender la muestra sobre una superficie plana y calcular visualmente el
número de partículas presentes.
La presencia de arena fina se puede precisar frotando una porción de muestra
entre los dedos; las partículas de limos y arcillas son suaves al tacto y
manchan los dedos, mientras que la arena no.
DIFERENCIA ENTRE GRAVAS Y ARENAS Gravas (>2 mm) Arenas (entre 0,06 y 2 mm)
Los granos no se apelmazan aunque estén húmedos, debido a la pequeñez de las tensiones capilares
Los granos se apelmazan si están húmedos debido a la importancia de las tensiones capilares.
DIFERENCIA ENTRE ARENAS Y LIMOS
Arenas (entre 0,06 y 2 mm) Limos (entre 0,002 y 0,06 mm)Partículas visibles. En general, no plásticas. Los terrenos secos tienen una ligera cohesión, pero se reducen a polvo fácilmente entre los dedos. Fácilmente erosionadas por el viento.
Partículas invisibles. En general, algo plásticos. Los terrones secos tienen una cohesión apreciable, pero se pueden reducir a polvo con los dedos. Difícilmente erosionados por el viento.
Cajas de Sondeo con materiales de tipo granular
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G
ran
ulo
met
ría
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asti
cida
d
Suelos de grano fino:
Para la identificación de este tipo de suelos en el campo se utilizan una serie
de ensayos que entre otros son:
- Valoración de la proporción de finos plásticos.
Básicamente consiste en seleccionar una muestra
de suelo añadiéndole el agua necesaria para
ponerla blanda. Seguidamente se sacude
horizontalmente golpeándola entre las palmas de
las manos.
Un suelo de grano fino que no sea plástico o que tenga una baja plasticidad,
se pondrá brillante por subir el agua a su superficie mientras se sacude.
Finalmente al perder la humedad se disgregará del conjunto, quedando
separadas las dos fracciones.
- Estimación de la plasticidad.
Este procedimiento es el que se emplea
en el laboratorio para establecer el límite
plástico del suelo, pero que a groso modo
puede ser útil en el campo para identificar
la fracción arcillosa.
Consiste en extraer un pedazo de la muestra de suelo e intentar hacer un rulo
con él varias veces. El suelo que no sea plástico, o que tenga una baja
plasticidad, no tendrá tenacidad (facilidad de moldeado) o muy baja.
DIFERENCIA ENTRE LIMOS Y ARCILLAS Limos (entre 0,002 y 0,06 mm) Arcillas (<0,002 mm) No suelen tener propiedades coloidales. Tacto áspero. Se secan con relativa rapidez y no se pegan a los dedos. Los terrones secos tienen una cohesión apreciable, pero se pueden reducir a polvo con los dedos
Suelen tener propiedades coloidales. Tacto suave. Se secan lentamente y se pegan a los dedos. Los terrones secos se pueden partir, pero no reducir a polvo con los dedos.
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C
olor
imet
ría
7.2.1.2- Colorimetría.
La colorimetría puede contribuir a los criterios identificativos tanto por su
composición mineralógica como por el estado de alteración en que se
encuentra.
Suelos con tonalidades marrón-pardas son característicos de niveles de
alteración edáfica (tierra vegetal) y suelen presentar restos de raíces.
Colores beige blanquecinos son característicos de horizontes de transición con
frecuentes nódulos carbonatados consecuencia de oscilaciones del nivel
freático que dan lugar a este tipo de precipitaciones (carbonatos).
Los horizontes de transición también pueden definirse por ambientes de
oxidación que dan lugar a tonalidades marrón-rojizas.
Colores amarillentos y marrón anaranjados son característicos de formaciones
pliocenas de naturaleza limosa y limo arenosa que pueden presentar nódulos
y pátinas ocre ferruginosas.
Arcillas con coloraciones gris verdosas a gris azuladas son características de
depósitos miocenos formados en condiciones anaerobias (ausencia de colores
amarillentos y rojizos que marcan los procesos de oxidación aerobios).
Por último, coloraciones gris oscuras a gris negruzcas en arcillas son típicas de
depósitos cuaternarios fangosos con gran cantidad de materia orgánica.
Por tanto el color del suelo ayuda a establecer una primera aproximación de
su naturaleza, edad geológica y tipo de depósito.
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S
Crit
erio
s de
des
crip
ción
C
onsi
sten
cia
7.2.1.3- Consistencia.
El estado de consistencia de un suelo en un criterio de campo que nos ayuda
a valorar al mismo desde el punto de vista de su resistencia.
La consistencia de un suelo depende de su granulometría así como del grado
de saturación.
En este sentido, suelos con una misma granulometría pueden presentar
distintos estados de consistencia en función de su grado de humedad (por
ejemplo: arcillas saturadas presentan una resistencia muy baja, mientras que
arcillas secas tiene una resistencia muy elevada).
Para obtener una primera aproximación de la resistencia del material “in situ”
y en condiciones naturales, existe un sencillo ensayo de campo que nos ofrece
estos parámetros de resistencia, en base a la facilidad o no de introducir el
puño o de no poder introducir ni siquiera la uña, como extremos dentro de
una escala de resistencia a la penetración.
Para la realización de este tipo de ensayo es necesaria una cierta experiencia
en el conocimiento de suelos.
Así mismo, utilizando valores deducidos de los ensayos de penetración (SPT o
MI) podemos establecer una escala de resistencia que nos da una idea del
estado de consistencia/compacidad en la que se encuentra un suelo.
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Crit
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des
crip
ción
Te
xtu
ra y
est
ruct
ura
7.2.1.4- Textura y estructura.
De manera resumida se distinguen los siguientes tipos de suelos según su
origen geológico, cuya interpretación puede realizarse reconociendo la textura
y estructura.
Suelos residuales o eluviales: Restos de rocas descompuestos “in situ”.
Suelos coluviales: Suelos que han sufrido un transporte por gravedad o
lluvia y que suelen entrañar una cierta segregación. Suelen ser
heterogéneos y mezclados.
Suelos aluviales: Suelos que han sufrido un transporte más prolongado,
que ha producido una verdadera clasificación. El término aluvial suele
referirse a suelos depositados por cursos de agua.
Suelos eólicos: Suelos de granulometría uniforme. El más importante es el
de loess, suelo arenoso o limoso cuyos granos se encuentran adheridos
por un cemento calcáreo o arcilloso.
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8.- RECONOCIMIENTOS DE ROCAS Y MACIZOS ROCOSOS
REC
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OC
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OC
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IZO
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S
8.1.- CRITERIOS DEL CTE PARA RECONOCIMIENTOS DE ROCAS
CR
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IOS
DEL
CTE
PA
RA
REC
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NTO
S D
E R
OC
AS
1. , A los efectos del CTE, un macizo rocoso se caracteriza por la resistencia de la roca
matriz, que debe matizarse con otras propiedades de su discontinuidad, como son:
apertura, rugosidad, tipo de relleno, espaciamiento, índice de fracturación,
persistencia, clase RQD, o presencia de agua. Dichos parámetros podrán utilizarse
para determinar otros índices, tales como el RMR, indicativos del comportamiento
global del macizo rocoso.
8.1.1.- Criterios generales
Crit
erio
s ge
nera
les
La roca es un agregado de minerales ligados estrechamente entre sí y tan poco
alterados como para reconocer la estructura de origen.
La composición mineralógica y la textura son las que permiten una identificación y
calificación definitiva.
No sólo será importante el tipo de roca, sino el estado en que se encuentre.
Los criterios de descripción tienen en cuenta el estado de la roca sana, y sobre
todo el tipo, número y espaciado de las discontinuidades que presenta en macizo
rocoso.
La descripción geotécnica básica constituye una caracterización geomecánica del
terreno basada en la observación directa del mismo, aportando el nombre de la
roca y las características estructurales y mecánicas del medio rocoso como el
espesor de estrato y las características de las discontinuidades.
8.1.2- Descripción petrológica.
Des
crip
ción
pet
roló
gica
Desde el punto de vista geológico, las rocas se pueden agrupar en función de su
génesis los grupos:
Tabla D.4. (CTE) Clasificación de rocas
Rocas sedimentarias: Conglomerados, Areniscas, Limolitas, Argilitas, Margas, Calizas, Calizas margosas, Calcarenitas, Dolomías, Yesos.
Rocas metamórficas: Cuarcitas, Pizarras, Esquistos, Gneises, Corneanas. Rocas plutónicas:. Granitos, Dioritas, Gabros, Pórfidos, Peridotitas
Rocas volcánicas: Basaltos, Fonolitas, Piroclastos, Traquitas, Ofitas, Riolitas, Andesitas, Dacitas.
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8.1.3- Grado de meteorización de la roca. G
rado
de
met
eori
zaci
ón d
e la
roc
a Clasificación de visu de los testigos o fragmentos de roca de la cual puede
deducirse inferirse el grado de meteorización, las discontinuidades que presenta e
incluso el espaciado.
Tabla D.5. (CTE) Grado de meteorización de las rocas (ISRM) Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas Grado Denominación Criterio de reconocimiento
I Roca sana o fresca La roca no presenta signos visibles de meteorización, pueden existir ligeras pérdidas de color o pequeñas manchas de óxidos en los planos de discontinuidad
II Roca ligeramente meteorizada
La roca y los planos de discontinuidad presentan signos de decoloración. La roca puede estar decolorada en la pared de las juntas pero no es notorio que la pared sea más débil que la roca sana
III
Roca moderadamente meteorizada
La roca está decolorada en la pared. La meteorización empieza a penetrar hacia el interior de la roca desde las discontinuidades. El material es notablemente más débil en la pared que en la roca sana. Material débil <50% del total
IV Roca meteorizada o muy meteorizada
Más de la mitad del material está descompuesto a suelo. Aparece roca sana o ligeramente meteorizada de forma discontinua
V Roca completamente meteorizada
Todo el material está descompuesto a un suelo. La estructura original de la roca se mantiene intacta
VI Suelo residual La roca está totalmente descompuesta en un suelo y no puede reconocer-se ni la textura ni la estructura original. El material permanece “in situ” y existe un cambio de volumen importante
8.2.- CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA DEL MACIZO ROCOSO
CA
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CTE
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8.2.1.- Características estructurales y mecánicas del macizo rocoso
Cara
cter
ísti
cas
estr
uct
ura
les Un macizo rocoso se caracteriza por la resistencia de la roca matriz, que debe
matizarse con otras propiedades de su discontinuidades: apertura, rugosidad, tipo
de relleno, espaciamiento, índice de fracturación, persistencia, clase RQD, o
presencia de agua. Dichos parámetros podrán utilizarse para determinar otros
índices como el RMR, indicativos del comportamiento global del macizo rocoso. En
las tablas D.9 a D.17 se indican criterios para esta caracterización.
En el siguiente apartado se recoge la clasificación de macizos rocosos, recogiendo
todos los criterios descritos en esas tablas (D.9 a D.17)
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OC
OSO
8.2.2.- Clasificación del macizo rocoso (RMR - Bieniaswski, 1989)
Clas
ific
ació
n de
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izo
roco
so (
RM
R -
Bie
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wsk
i, 19
89)
Desarrollada por Bieniawski en 1973 y actualizada en 1979 y 1989, constituye un
sistema de clasificación de macizos rocosos según índices de calidad. A través de
parámetros obtenidos en estaciones geomecánicas y sus puntos de lectura, según
los criterios anteriores así como por los ensayos de rotura por compresión simple:
Parámetros de clasificación
1
Res
iste
nci
a m
atriz
ro
cos(
MP a
) Ensayo de carga puntual >10 10-4 4-2 2-1 Compresión
simple (MPa) Compresión
simple >250 250-100 100-50 50-25 25-5 5-1 <1
Puntuación 15 12 7 4 2 1 0
2 RQD 90%-100% 75%-90% 50%-75% 25%-50% <25%
Puntuación 20 17 13 6 3
3 Separación entre diaclasas > 2 m 0,6-2 m 0,2-0,6 m 0,06-0,2 m <0,06 m
Puntuación 10 15 10 8 5
4
Esta
do d
e la
s di
scon
tinui
dade
s
Longitud de la discontinuidad <1 m 1-3 m 3-10 m 10-20 m >5 mm
Puntuación 6 5 3 1 0 Abertura Nada <0,1 mm 0,1-1,0 mm 1-5 mm >5 mm
Puntuación 6 5 3 1 0
Rugosidad Muy rugosa Rugosa Ligeramente rugosa Ondulada Suave
Puntuación 6 5 3 1 0
Relleno Ninguno Relleno duro < 5 mm
Relleno duro >5 mm
Relleno blando < 5 mm
Relleno blando >5 mm
Puntuación 6 4 2 2 0
Alteración Inalterada Ligeramente alterada
Medianamentalterada Muy alterada Descompuesta
Puntuación 6 5 3 1 0
5
Agua
fre
átic
a Caudal por 10 m de túnel Nulo < 10
litros/min 10-25
litros/min 25-125
litros/min >125
litros/min Presión de gua/Tensión principal mayor 0 0-0,1 0,1-0,2 0,2-0,5 >0,5
Estado general Seco Ligeramente húmedo Húmedo Goteando Agua fluyendo
Puntuación 15 10 7 4 0 Corrección por la orientación de las discontinuidades
Dirección y buzamiento Muy favorables Favorables Medias Desfavora-
bles Muy
desfavorables
Puntuación
Túneles 0 -2 -5 -10 -12 Cimentaciones 0 -2 -7 -15 -25
Taludes 0 -5 -25 -50 -60 Clasificación
Puntuación 100-81 80-61 60-41 40-21 <20 Calidad Muy buena Buena Media Mala Muy mala Clase I II III IV V
Cara
cter
ístic
.ge
otéc
nica
s Tiempo de manteni-miento y longitud
10 años con 15m d vano
6 meses con 8m d vano
1 semana con 5 m de vano
10 horas con 2,5 m de vano
30 minutos con 1 m de vano
Cohesión > 4 kp/cm2 3-4 kp/cm2 2-3 kp/cm2 1-2 kp/cm2 < 1 kp/cm2 Angulo de rozamiento >45º 35º-45º 25º-35º 15º-25º <15º
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9.- LOS ENSAYOS Y ANÁLISIS DE LABORATORIO
LOS
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9.1.- PROGRAMACION DE ENSAYOS DE LABORATORIO (CTE)
PR
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OS
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LAB
OR
ATO
RIO
(C
TE)
2. , El número de determinaciones del valor de un parámetro de una unidad
geotécnica investigada será el adecuado para que éste sea fiable. Para una
superficie de estudio de hasta 2000 m2, en cada unidad de importancia geotécnica
se considera orientativo el número de determinaciones que se indica en la tabla
3.7.
3. Deberá procurarse que los valores se obtengan de muestras procedentes de
puntos de investigación diferentes, una vez que se hayan identificado como
pertenecientes a la misma capa. Las determinaciones se podrán obtener mediante
ensayos en laboratorio, o si es factible con ensayos in situ, aplicando las oportunas
correlaciones si fueran necesarias.
4. Para superficies mayores se multiplicarán los números de la tabla 3.7 por
(s/2000)1/2, siendo s la superficie de estudio en m2.
Tabla 3.7. (CTE) Número orientativo de determinaciones in situ o ensayos de laboratorio para superficies de estudio de hasta 2000 m2
Propiedad Terreno T-1 T-2
Identificación Granulometría 3 6 Plasticidad 3 5
Deformabilidad Arcillas y limos 4 6 Arenas 3 5
Resistencia a compresión simple
Suelos muy blandos 4 6 Suelos blandos a duros 4 5 Suelos fisurados 5 7
Resistencia al corte
Arcillas y Limos 3 4 Arenas 3 5
Contenido de sales agresivas 3 4
5. Los ensayos indicados en la tabla 3.7 corresponden a cada unidad geotécnica que
pueda ser afectada por las cimentaciones. El número de determinaciones in situ o
ensayos indicados corresponde a edificios C-1 ó C-2. Para edificios C-3 o C-4 los
valores del cuadro se recomienda incrementarlos en un 50%.
6. Para terrenos tipo T-3 se decidirá el tipo y número de determinaciones, que nunca
serán inferiores a las indicadas para el T-2.
7. En la tabla D.18 se indican ensayos considerados adecuados para la determinación
de las propiedades más usuales de un suelo o de una roca matriz.
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9.2.- DENOMINACIÓN DE SUELOS SEGÚN ANÁLISIS D
ENO
MIN
AC
IÓN
DE
SUEL
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SEG
UN
AN
ALI
SIS
8. Los resultados de los ensayos granulométricos de suelos permitirán matizar loscriterios de clasificación denominándolos con una palabra según su componente principal que podrá acompañarse de calificativos y sufijos según los componentes secundarios teniendo en cuenta el baremo de proporción en % de peso de cada fracción de suelo según se indica en las tablas D.20 y D.21.
9. Para la comprobación de los estados límite considerados en los distintos capítulos
de este DB se distinguirá entre aquellos suelos cuya proporción en finos (limo +
arcilla) sea inferior al 35% y los que superen dicha proporción, pudiéndose
denominar unos y otros tal y como se indica en las tablas D.20 y D.21. 9.2.1.- Denominación de suelos granulares
Gra
nula
res
Tabla D.20. (CTE) Denominación matizada de suelos granulares(1) Porcentaje de finos < 35% Denominación % de arcilla y limo
Nombre principal Grava o arena - Nombre secundario Arenosa o con grava - Con indicios de Limos o arcillas 1 - 10 Algo Limosa o arcillosa 10 - 20 Bastante Limosa o arcillosa 25 - 35 (1) Los términos arcilla y arcillosa de la tabla deben emplearse cuando se trata de finos plásticos y los términos limo y limosa, cuando los finos no son plásticos o poco plásticos según el criterio de Casagrande.
9.2.2.- Denominación de suelos finos
Fino
s
Tabla D.21. (CTE) Denominación matizada de suelos finos(1) Porcentaje de finos > 35% Denominación % de arena y grava
Nombre principal Arcilla o limo < 35 Nombre secundario Arenosa/so o con grava 35-65
9.3.- AGRESIVIDAD QUÍMICA DE SUELOS ROCAS Y AGUAS
10. La acidez Baumann-Gully y el contenido en sulfatos, detectados en muestras de suelo y
rocas, así como determinados componentes químicos, presentes en el agua freática,
permiten clasificar la agresividad química del terreno frente al hormigón.
11. La agresividad del agua freática se tomará al menos en el 50% de los sondeos.
12. La Instrucción EHE establece el empleo de cementos que posean resistencia adicional a
los sulfatos, según la norma UNE 80303:96, para una exposición tipo Q, es decir, que
el contenido en sulfatos del terreno sea SO42- en suelos ≥ 3000 mg/kg y/o ≥ 600 mg/l
en el agua freática.
Tabla D.22. (CTE) Clsificación de la agresividad química de suelos, rocas y aguas (EHE) Tipo de Medio
agresivo
Parámetros(1) Tipo de exposición
Qa Ataque Debil Qb Ataque Medio
Qc Ataque Fuerte
Agua
Valor del pH 6,5-5,5 5,5-4,5 < 4,5 CO2 agresivo (mg CO2/l) 15-40 40-100 > 100 Ión amonio (mg NH4
+/l) 15-30 30-60 > 60 Ión magnesio (mg Mg2
+/l) 300-1000 1000-3000 > 3000 Ión sulfato (mg SO4
2-/l) 200-600 600-3000 > 3000 Residuo seco a 110º C (mg/l) 75-150 50-75 < 50
Suelo Grado de acidez Baumann-Gully > 20 -(1) -(1) Ión Sulfato (mg SO4
2-/kg de suelo seco) 2000-3000 3000-12000 > 12000 (1) Estas condiciones no se dan en la práctica
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10.- DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS Y ANÁLISIS DE LABORATORIO
DES
CR
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ENSA
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BO
RA
TOR
IO
10.1.- ENSAYOS IDENTIFICATIVOS.
ENSA
YO
S ID
ENTI
FIC
ATI
VO
S
Los ensayos identificativos, básicamente son análisis granulómetricos y determinación
de los límites de Atterberg. Con estos parámetros se pueden deducir por correlación
muchos otros parámetros representativos de un suelo.
10.1.1.- Análisis granulométrico.
Aná
lisis
gra
nulo
mét
rico
.
Una de las propiedades mas importantes de un suelo es la distribución de
tamaños de grano.
El análisis granulométrico de suelos por tamizado se basa en la UNE 103101:1995,
por la cual se especifica el método para determinar los diferentes tamaños de las
partículas de un suelo, expresándolas en %, hasta el tamiz de 0,08 mm.
El análisis consta de dos partes: la fracción de suelos que pasa a través del tamiz
de 0,08 mm (finos) y la fracción que queda retenida en el
mismo (gruesos). Dentro de la fracción gruesa se diferencian
los retenidos por el tamiz de abertura 5 mm (gravas) y los que
pasan por este y son retenidos por el 0,08 (arenas).
Entre estos tamices se insertan otros de aberturas intermedias,
que delimitan los tamaños de grano con mayor precisión.
Los análisis granulométricos se expresan en % de peso
retenido en cada tamiz, respecto al peso seco total ensayado.
Los resultados se presentan a través de curvas granulométricas
cuyo eje de abcisas, en escala logarítmica representa los
diferentes tamaños de tamices, y en el eje de ordenadas y
escala decimal, el porcentaje de peso retenido.
Además, desde la curva granulométrica, se pueden establecer
coeficientes característicos, como el coeficiente de uniformidad
y el coeficiente de curvatura:
6010
230
10
60
dddCc
ddCu
⋅==
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10.1.2.- Límites de Atterberg
DES
CR
IPC
IÓN
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S D
E LA
BO
RA
TOR
IO
ENSA
YO
S ID
ENTI
FIC
ATI
VO
S
Lím
ites
de
Att
erbe
rg
Las propiedades mecánicas de los suelo, como
pueden ser entre otras, su resistencia al corte,
su capacidad de carga, o su comportamiento
remoldeado en rellenos o excavaciones,
dependen en gran medida de su humedad y
fracción arcillosa.
Los limites de Atterberg pretenden delimitar el
estado de cada suelo en función del grado de
humedad, y de esta manera conocer el comportamiento geomecánico del mismo
ante posibles variaciones de humedad.
La repetitividad de resultados y comparación con situaciones reales permite
asignar características geomecánicas similares para suelos con iguales límites de
Atterberg. De esta manera, los límites de Atterberg son:
Estado de consistenciaSólido Semisólido Plástico Líquido
Límite de
RETRACCIÓN Límite
PLÁSTICO Límite
LÍQUIDO
Los límites de Atterberg, conjuntamente con la granulometría, son las
determinaciones mas habituales en los laboratorios de análisis de suelos. La
experiencia acumulada en muchas miles de determinaciones permite caracterizar
y clasificar al suelo aproximando una fácil correlación con otros parámetros
geotécnicos y geomecánicos.
De hecho, la granulometría y límites de Atterberg permiten definir si un suelo es
de grano fino o grueso, y los finos son o no plásticos, y por tanto es un suelo
cohesivo o no cohesivo, con todas las implicaciones geomecánicas que ello
implica.
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10.2.- ENSAYOS DE RESISTENCIA Y DEFORMABILIDAD. EN
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IDA
D.
10.2.1.- Deformación Unidimensional en Edómetro. D
efor
mac
ión
Uni
dim
ensi
onal
en
Edóm
etro
Es uno de los ensayos mas antiguos de la mecánica de suelos, y a través del
mismo se pretende conocer el acortamiento o asentamiento de una porción de
suelo inalterado ante una presión vertical, por expulsión del aire y agua contenido
en los poros del suelo.
La muestra se encuentra confinada en un anillo indeformable y cubierta por
piedras porosas que permiten el drenaje durante la consolidación. Permite
conocer la reducción del volumen de huecos o poros ante cada escalón de carga.
El ensayo se realiza por escalones de carga consecutivos, cada 24 horas.
Los resultados se expresan a través de una curva edométrica en cuyo eje de
ordenadas y con escala decimal se representa el número de poros “e”, y en
abcisas los diferentes escalones de carga, en escala
logarítmica.
Con los valores obtenidos del edómetro se calculan
coeficientes como CC (Coeficiente de
compresibilidad), CS (Indice de entumecimiento o
hinchazón), y E (módulo edométrico o de
deformación. La
bancada edométrica
es un equipo con un
sistema de palancas
y pesas que traducen determinadas cargas a la
probeta de suelo ensayada.
Anillos conteniendo muestra
Bancada edométrica
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CIA
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EFO
RM
AB
ILID
AD
. 10.2.2.- Deformación en Triaxial.
Def
orm
ació
n en
Tri
axia
l El fundamento del aparato triaxial se basa en
la deformación de una probeta cilíndrica de
suelo sometida a tensión normal y con
deformación transversal controlada, que
representa al confinamiento de la muestra en
su estado natural.
La tensión normal se transmite como si fuese
una prensa, mientras que las tensiones
laterales se transmiten a través de un fluido.
La muestra se encuentra envuelta en una
fina funda de goma que impide el acceso del
fluido a los poros de la muestra, mientras que en sus extremos existen piedras
porosas para controlar el drenaje.
De este ensayo se obtienen valores de
cohesión, ángulo de rozamiento interno y
resistencia muy próximos a realidad.
El ensayo contempla la ejecución del mismo
sobre tres probetas idénticas, para las que
se mantiene fija la tensión del fluido (σ3) y
se va aumentando la tensión normal (ζ )
hasta producir la rotura del suelo.
Representando σ1 - σ3 en el espacio de Mohr para las tres probetas, la tangente
común a estos círculos define la Recta de Coulomb y se pueden determinar la
cohesión (c) y ángulo de rozamiento interno (φ).
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CIA
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EFO
RM
AB
ILID
AD
. 10.2.3.- Corte Directo.
Cort
e D
irec
to
El ensayo de corte directo trata de representar la resistencia de una muestra de
suelo a un esfuerzo cortante (σ) y bajo diferentes tensiones normales (ζ). Como
es de suponer, cuanto mayor sea la tensión normal aplicada, mayor unión existirá
entre los granos del suelo, y mayor será la resistencia al esfuerzo cortante (σ).
El ensayo se realiza para tres muestras
bajo tensiones normales crecientes,
definiendo una recta que al cortar el eje
de ordenadas define la cohesión (c), y
forma un ángulo con abcisas que
representa al ángulo de rozamiento
interno (φ).
El ensayo se puede realizar de tres
maneras:
Ensayo tipo CD.- Consolidado y drenado. Permite una previa consolidación y
drenado, reproduciendo las condiciones de estabilidad a largo plazo.
Ensayo tipo CU.- realiza una consolidación previa, pero no permite el drenaje,
obteniéndose parámetros a largo plazo pero en presencia de agua.
Ensayo tipo UU.- Sin consolidar y sin drenar. Es un ensayo rápido y representa
las condiciones a corto plazo.
La principal crítica a este ensayo se refiere a que la muestra se obliga a romper
por un plano predeterminado.
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RM
AB
ILID
AD
. 10.2.4.- Rotura a Compresión Simple.
Rot
ura
a Co
mpr
esió
n Si
mpl
e El ensayo de rotura a Compresión Simple trata de reproducir en laboratorio, la
resistencia de un suelo a una tensión o solicitación de componente vertical.
La facilidad de ejecución de este ensayo de
rotura uniaxial le hace interesante y
suficientemente resolutivo.
Dado que el ensayo de rotura a compresión
simple se realiza en tiempo limitado, no se
permite el drenaje de la muestra. Por tanto, la
resistencia al corte sin drenaje es
independiente del aumento de la presión
normal, con lo que φ =0.
En este caso de φ = 0 (suelo eminentemente
arcilloso), y para un ensayo a compresión
simple donde σ3=0, el círculo de Mohr
correspondiente es tangente al eje de
ordenadas, y la Recta de Coulomb es
prácticamente paralela al eje de abcisas, por ser φ casi 0, con lo cual c es igual al
radio del círculo, o sea :
21σ=c
Expresado en el espacio de Mohr, la
resistencia al corte sin drenaje
(SU)es equivalente a la mitad de la
resistencia a la compresión simple.
El ensayo se encuentra regulado por
la UNE 103400/1993.
qu:resistencia a la compresión simple
Resistencia al corte sin drenaje en una arcilla saturada
Prensa y monitor de control
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10.3.- ENSAYOS DE EXPANSIVIDAD Y COLAPSO. EN
SAY
OS
DE
EXP
AN
SIV
IDA
D Y
CO
LAP
SO
Una de las propiedades físico–químicas mas llamativas de los suelos cohesivos, es su
capacidad de cambiar de volumen en función de cambios de humedad.
Estos cambios de volumen se refieren a absorción o expulsión de agua por parte de la
propia estructura mineral de la arcilla.
10.3.1.- El aparato Lambe
El a
para
to L
ambe
El aparato Lambe (diseñado en
1960) consiste en un anillo
dinamométrico con un
comparador que mide el
desplazamiento vertical
(hinchazón o presión de
hinchamiento) de una muestra de
suelo confinada en un anillo
metálico y sometida a inundación o saturación.
El ensayo se realiza a partir de una muestra alterada que debe ser compactada en
una célula anular (de 70 mm de diámetro y 16 mm de altura) con una energía
determinada (maza de 2,5 kg cayendo desde una altura de 305 mm). El número
de capas y golpes varia según la humedad de partida con que se realice el
ensayo.
Humedad de partida Nº de capas Nº de golpes por capa
Tipo
de
ensa
yo Límite plástico 1 5
Húmedo (100% H.Relativa) 3 4 Seco (50% H.relativa) 3 7
Dado que el ensayo puede partir de uno u otro grado de humedad, que no tiene
que ver con el estado natural del suelo, es fácilmente deducible que los resultados
deben ser correctamente interpretados y valorarlos con las reservas que supone
partir de condiciones de humedad y consistencia diferentes a las naturales, con
añadidura del propio remoldeo.
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Y C
OLA
PSO
10.3.2.- Inundación Bajo Carga en Edómetro
Inun
daci
ón B
ajo
Carg
a en
Edó
met
ro
El ensayo de inundación bajo carga engloba a
los ensayos normalizados UNE 103601/96
“Hinchamiento Libre en Edómetro” y
103602/96 “Presión de Hinchamiento en
edómetro”.
Este ensayo pretende paliar las deficiencias del
Lambe partiendo de una muestra inalterada de
suelo (estado de consistencia y humedad
natural) confinada en un anillo con piedras
porosas que permiten el drenaje, y
determinando su hinchazón o colapso ante una
inundación (saturación).
El ensayo se realiza para condiciones sin carda, o con la palanca del edómetro se
somete a varias cargas hasta contrarrestar la presión de hinchamiento.
Los valores obtenidos son muy próximos a la realidad.
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10.4.- ENSAYOS DE COMPACTACIÓN
ENSA
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OM
PA
CTA
CIÓ
N
El principal interés y utilidad de estos ensayos de laboratorio se define en el
conocimiento del comportamiento de un suelo tras su remoldeo, así como la variación
de ese comportamiento en función de las condiciones del remoldeo.
Básicamente, el mencionado remoldeo se refiere a la compactación del mismo,
averiguando con qué grado de humedad y con que energía de compactación se
obtienen las mejores densidades que en definitiva representan a las mejores
condiciones de resistencia, estabilidad ...
10.4.1.- Ensayos Proctor Normal y Modificado
Ensa
yos
Proc
tor
Nor
mal
y M
odif
icad
o
El ensayo Proctor trata de reproducir en laboratorio una
muestra del futuro terraplén.
Para ello se fabrica una muestra en un molde estandar,
compactado con una energía estandar y un grado de
humedad determinado. El proceso se repite para varias
humedades y en cada caso se mide la densidad obtenida.
En definitiva, para varias humedades y con la misma
energía de compactación, se obtienen diferentes
densidades.
Con al menos tres puntos (probetas), se elabora
un gráfico humedad-densidad, del que se
desprenden los valores de densidad máxima y
humedad optima para la puesta en obra del suelo
analizado.
La diferencia
entre el ensayo Normal y el modificado se basa
en la energía de compactación y dimensiones
del molde utilizado.
1,5
1,631,64
1,51
1,48
1,50
1,52
1,54
1,56
1,58
1,60
1,62
1,64
1,66
0 5 10 15 20 25 30
DEN
SID
AD
SEC
A
% HUMEDAD
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N
10.4.2.- Ensayo C.B.R. En
sayo
C.B
.R.
El C.B.R. (California Bearing Ratio) es un
índice que no depende del suelo en si
mismo, sino del estado de densidad y
humedad.
La ejecución del ensayo contempla al menos
tres moldes de suelo, compactados con
energías diferentes y estandarizadas (nº de
capas, nº de golpes por capa, y humedad).
Estos moldes se inundan durante cuatro
días con una sobrecarga, midiéndose el
hinchamiento cada 24 h.
Una vez finalizadas las operaciones de
inundación, el indice CBR se define como la
resistencia que presenta el molde a ser
penetrado con un cilindro de dimensiones
estandarizadas.
Los resultados se expresan en un gráfico
que relaciona el índice CBR con la densidad
de compactación.
1,65
1,56
1,43
1,400
1,450
1,500
1,550
1,600
1,650
1,700
0 1 2 3 4 5 6 7
DEN
SID
AD
SEC
A
INDICE C.B.R.
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10.5.- ANÁLISIS QUÍMICOS. A
NÁ
LISI
S Q
UÍM
ICO
S
10.5.1.- Sulfatos solubles Su
lfat
os s
olub
les
Este análisis pretende determinar la posible agresividad por contenido de sulfatos
solubles (SO42- en mg/kgsuelo) de un suelo a los cementos y armaduras de
posibles cimentaciones en contacto con el mismo.
La determinación puede ser de carácter cualitativo, (UNE 103102/1995) o de
carácter cuantitativo, (UNE 103101/1996).
La EHE define los tipos de cementos y armaduras mas adecuados a los diferentes
tipos de agresividad. Para ello se recurre a la determinación de clases generales y
específicas de exposición, que definen ambientes a los que aplicar las diferentes
instrucciones.
La determinación de estas sales se realiza a través de los ensayos descritos en las
mencionadas normas. Los métodos se basan en pasar el sulfato del suelo a una
disolución con agua y depuse hacerlo precipitar con cloruro bárico:
42
42 SOBaBaSO ⇒+ +−
2424 ClMSOClBaSOM +⇒+
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SIS
QU
ÍMIC
OS
10.5.2.- Materia orgánica M
ater
ia o
rgán
ica
El ensayo pretende determinar la cantidad de materia
orgánica oxidable a través de una valoración con
permanganato potásico.
Esta determinación permite caracterizar la naturaleza y
comportamiento geomecánico de un suelo ante diferentes
circunstancias:
• Colapsabilidad del suelo por oxidación de la parte correspondiente al volumen ocupado por la materia orgánica.
• Clasificación del suelo como un OL o un OH (limos orgánicos) • Clasificación de un suelo como material de aporte en terraplenados.
10.5.3.- Carbonatos
Carb
onat
os
Con este ensayo se determina el contenido en carbonatos de un suelo. Esta
propiedad confiere ciertos comportamientos geomecánicos al mismo, actuando
como un cemento entre partículas. Además el contenido en carbonatos permite
clasificar una arcilla como más o menos margosa, hasta determinar una caliza.
Mezcla Porcentaje Denominación Equipo
Caliz
a y
arci
lla 0 a 5 % de Co3 Ca
5 a 15 % de Co3 Ca 15 a 35 % de Co3 Ca 35 a 65 % de Co3 Ca 65 a 85 % de Co3 Ca 85 a 95 % de Co3 Ca 95 a 100 % de Co3 Ca
Arcilla pura Arcilla Margosa Marga Arcillosa Marga Marga calcárea Caliza margosa Caliza
Caliz
a y
aren
a 0 a 50 % de arena 50 a 85 % de arena 85 a 100 % de arena
Caliza arenosa Arena Calcárea Arena
Ca
liza
y do
lom
ía
Calcita Dolomía 95a 100 %95 a 90 % 90 a 50 % 50 a 10 % < del 10 %
0 a 5 % 5 a 10 % 10 a 50 % 50 a 90 % < del 90 %
Caliza Caliza Magnésica Caliza Dolomítica Dolomía Calcárea Dolomía
El ensayo se realiza con el método y aparato Calcímetro de Bernard, basado en la
cantidad de anhídrido carbónico gaseoso que se desprende por la acción del ácido
clorhídrico según la reacción: CO3 M + 2 Cl H = Cl2 M + C O2 + H2 O
Tubos de ensayo para ácido clorhídrico
Rodel de corcho para apoyo de Erlenmeyer
Matraz Erlenmeyer
Bureta graduada
Tubo-Depósito Nivel
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11.- CLASIFICACIONES DE SUELOS
CLA
SIFI
CA
CIO
NES
DE
SUEL
OS
Las clasificaciones de suelos pretenden agrupar suelos de similares características físicas
para su fácil reconocimiento e identificación respecto a las actuaciones constructivas que
se realizan con los mismos o que de alguna manera interaccionan con las mismas.
Las clasificaciones de suelos deben buscar criterios universales que definan propiedades
inherentes al suelo, independientemente del estado natural en que el mismo se encuentre.
Por ejemplo, no tendría sentido utilizar parámetros como la resistencia que no son útiles
en tanto que un mismo suelo puede presentarse en varios estados de consistencia y
ofrecer comportamientos muy variados.
La granulometría ofrece un medio sencillo para clasificar suelos, dividiendo sus fracciones
granulométricas en una determinada gama de tamaños.
La otra propiedad inherente a los suelos finos es la variación de la plasticidad ante
distintos grados de humedad, definiendo su plasticidad.
11.1.- SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS (U.S.C.S.)
SIST
EMA
UN
IFIC
AD
O D
E C
LASI
FIC
AC
IÓN
DE
SUEL
OS
(U.S
.C.S
.)
El Sistema Unificado de Clasificación de Suelos propuesto por A. Casagrande es el
sistema más efectivo de clasificación de suelos.
El sistema clasifica a los suelos finos principalmente con base en sus características de
plasticidad, correlacionable con muchas de las propiedades mecánicas básicas.
Los "finos" comprenden los suelos orgánicos, limos y arcillas. Los "gruesos"
comprenden los grupos denominados arena y grava.
La base del Sistema Unificado de Clasificación de Suelos es el ábaco de Plasticidad,
como resultado de una investigación realizada por A. Casagrande en el laboratorio,
donde a través de un sistema coordenado define un ábaco con 2 lineas (A y B) que
separan grupos de propiedades afines.
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
ÍND
ICE
DE
PLA
STIC
IDA
D
LÍMITE LÍQUIDO
ÁBACO DE CASAGRANDE
MLCL
CL
CH
MH u OH
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.)
U.S.C.S U N E
(mm)
A S T M
GR
AV
AS
+ d
el 5
0 %
de
grue
sos
so
n gr
avas
GRAVAS LIMPIAS < 5 % Finos
C.u. > 4 C.c.=1 a 3 GW
Gravas y mezclas grava-arena bien graduadas, con pocos finos y sin finos.
TAMIZ C.u. < 4
C.c.≠1 a 3 GP
Gravas y mezclas grava-arena mal graduadas, con pocos finos o sin finos.
SUELOS DE GRANO GRUESO
+ del 50 % del
total son gruesos
25 1”
20 3/4 GRAVAS CON FINOS > 12%
Finos
I.P. <4 o debajo de
línea A GM
Gravas limosas. Mezclas de gravas, arenas y limos.
10 3/8 I.P. >7
o encima de línea A
GC Gravas arcillosas. Mezcla de gravas, arenas y arcillas.
5 4
AR
ENA
S +
del
50
% d
e gr
ueso
s
son
aren
as
ARENAS LIMPIAS < 5 % Finos
C.u.>4 C.c.=1 a 3 SW
Arenas y arenas con gravas bien graduadas, con pocos finos o sin finos.
2 10 C.u.<4 C.c.=1 a 3 SP
Arenas y arenas con gravas mal graduadas, con pocos finos o sin finos.
Los casos intermedios se designan con
doble nomenclatura 0,4 40
ARENAS CON FINOS
> 12 % Finos
I.P. <4 o debajo de
línea A SM
Arenas limosas. Mezclas de arena y limos.
I.P. >7 o encima de
línea A SC
Arenas arcillosas. Mezclas de arena y arcilla.
SUELOS DE GRANO FINO
+ del 50 % del total son finos
0,08 200
LIM
OS
Y A
RC
ILLA
S LIMOS Y ARCILLAS L.L. < 50
I.P. <4 o debajo de
línea A ML
Limos inorgánicos, arenas muy finas, polvo de roca, arenas limosas o arcillosas
I.P. >7 o encima de
línea A CL
Arcillas inorgánicas de baja-media plasticidad. Arcilla con grava, arena o limo
OL
Limos orgánicos y arcillas limosas orgánicas de baja plasticidad.
LIMOS Y ARCILLAS L.L. >50
I.P. <4 o debajo de
línea A MH
Limos inorgánicos y arenas finas, limos con mica, diatomeas, limos plásticos.
I.P. >7 o encima de
línea A CH Arcillas inorgánicas de
elevada plasticidad.
OH Arcillas inorgánicas de
alta-media plasticidad
SUELO DE ESTRUCTURA ORGANICA PT Turbas, fangos y otros suelos de alto contenido orgánico
P.
Gestión
AXAC
LASI
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ES D
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11.2O
TRA
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G-3
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2.- OTRAS
Si bien el C
evidente q
estudio del
sentido ent
Tecnología, 25 – GelvSociedad inscrita Re
dad
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S CLASIFIC
Código Téc
que existe
l comporta
tresacamos
ves 41120 (Sevilla)- Tegistro Mercantil Hoj
CACIONE
cnico no se
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12.- CRITERIOS GENERALES PARA PROYECTOS DE VIARIOS DE . URBANIZACIONES
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12.1.- Resumen: Norma 6.1 Secciones de firme de la Instrucción de Carretera
(Orden FOM/3460/2003, de 28 de noviembre).
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3).
La aplicación de la Norma 6.1 y .2 IC “Secciones de firme” (Orden FOM/3460/2003
de 28 de noviembre; BOE de 12 de diciembre de 2003)establece ciertas
modificaciones basadas en la experiencia acumulada, definiendo categorías de
tráfico y proponiendo secciones y materiales mas usuales en nuestro territorio.
Esta norma será de aplicación a los proyectos de firmes de carreteras de nueva
construcción y de acondicionamiento de las existentes.
12.2.- CATEGORÍAS DE TRÁFICO PESADO
La estructura del firme, deberá adecuarse, entre otros factores, a la acción prevista
del tráfico pesado, durante la vida útil del firme. Por ello, la sección estructural del
firme dependerá en primer lugar de la intensidad media diaria de vehículos pesados
(IMDp) que se prevea en el carril de proyecto en el año de puesta en servicio. Dicha
intensidad se utilizará para establecer la categoría de tráfico pesado.
Se definen ocho categorías de tráfico pesado, según la IMDp que se prevea.
CATEGORÍAS DE TRÁFICO PESADO
CATEGORÍA DE TRÁFICO PESADO T 0.0 T 0 T 1 T 2 T 3.1 T 3.2 T 4.1 T 4.2
IMDp (vehículos pesados/día) ≥4000 <4000
≥2000<2000≥ 800
< 800≥ 200
< 200 ≥ 100
< 100 ≥ 50
< 50 ≥ 25 < 25
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3).
12.3.- FORMACIÓN DE LA EXPLANADA
A los efectos de definir la estructura del firme en cada caso, se establecen tres
categorías de explanada que se determinan según NLT-357 «Ensayo de carga con
placa», o equivalente al C.B.R:
CATEGORÍA DE EXPLANADA < E 1 E 1 E 2 E 3 EV2 (MPa) < 60 ≥ 60 ≥ 120 ≥ 300
C.B.R. < 5 ≥ 5 ≥ 10 ≥ 20
La formación de las explanadas, entre otras deberán tener en cuenta los siguientes
criterios:
a) Los espesores que se indican son los mínimos para cualquier sección.
b) Los materiales han de cumplir las prescripciones del PG-3 y normas 6.1 y .2 IC
c) La figura de espesores se estructura según el tipo de suelo.
IN Inadecuados y marginales
0 Tolerables
1 Adecuados
2 Seleccionados
3 Seleccionados con CBR =20 en las condiciones de puesta en obra
R Roca
d) Para poder asignar al suelo de la explanación o de la obra de tierra
subyacente una clasificación deberán tener un espesor mínimo de 1 m. En
caso contrario, se asignará la clasificación inmediatamente inferior.
e) Salvo justificación en contra, a efectos de la definición de las secciones de
firme se unificarán las explanadas por su categoría, en tramos de menos de
500 m.
Materiales para la formación de explanadas:
SIMBOLO DEFINICIÓN DEL MATERIAL - SUELO
ARTÍCULO DEL PG-3 PRESCRIPCIONES COMPLEMENTARIAS
IN Inadecuado o Marginal 330 - Se empleará únicamente estabilizado con cal o cemento (S-EST1 o S-EST2)
0 Tolerable 330
- CBR ≥ 3 en las condiciones de obra. - Contenido en Materia orgánica < 1%. - Contenido en Sulfato soluble (SO3) < 1% - Hinchamiento libre < 1%
1 Adecuado 330 - CBR ≥ 5 2 Seleccionado 330 - CBR ≥ 10 3 Seleccionado 330 - CBR ≥ 20
S-EST1 S-EST2 S-EST3
Estabilizado in situ con cemento o cal 512 - Espesor mínimo: 25 cm
- Espesor máximo: 30 cm
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12.4.- CATÁLOGO DE SECCIONES DE FIRME
Esta norma se basa, fundamentalmente en los tipos de sección estructural, entre
las intensidades de tráfico pesado, en los niveles de deterioro admisibles al final
de la vida útil y a comprobaciones analíticas.
Cada sección se designa por un número de tres o cuatro cifras:
• La primera (si son tres cifras) o las dos primeras (si son cuatro cifras)
indican la categoría de tráfico pesado, desde T00 a T42.
• La penúltima expresa la categoría de explanada, desde E1 a E3.
• La última hace referencia al tipo de firme, con el siguiente criterio:
- 1: Mezclas bituminosas sobre capa granular.
- 2: Mezclas bituminosas sobre suelo-cemento.
- 3: Mezclas bituminosas sobre grava-cemento construida sobre
suelo-cemento.
- 4: Pavimento de hormigón.
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13.- EL INFORME GEOTÉCNICO. Elección del tipo de cimentación.
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13.1.- SECCIONES DE UN INFORME GEOTÉCNICO.
SEC
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GEO
TÉC
NIC
O
El informe geotécnico es el documento por el cual se recopilan e interpretan los
parámetros geotécnicos obtenidos a través de las diferentes investigaciones de
campo y laboratorio.
El informe geotécnico, además, debe definir los diferentes condicionantes que pueden
influir en la elección del tipo de cimentación pronunciándose en este sentido, de
manera justificada, y realizando las recomendaciones geotécnicas que correspondan al
tipo de suelo y tipo de cimentación.
Si bien el informe geotécnico, básicamente se refiere al contenido del párrafo anterior,
es habitual y recomendable que el mismo conste de varias partes o secciones:
13.1.1.- Identificación del estudio
Iden
tifi
caci
ón
,En esta sección se define el estudio, el contratante, las características generales
del proyecto y del área de actuación, así como la localización y cualquier otro dato
identificativo del mismo.
13.1.2.- Normas y procedimientos empleados
Nor
mas
Una sección del informe debe dedicarse a la definición de normas y
procedimientos empleados en los trabajos realizados. También se pueden incluir
en este apartado referencias bibliográficas.
13.1.3.- Caracterización geológica y geotécnica
Geo
logí
a y
geot
écni
a
Además de un encuadre geológico general, resulta ilustrativo identificar la
formación geológica reconocida y definir diferentes niveles, tramos u horizontes,
expresando espesores y características geomecánicas de cada uno de ellos.
En este apartado resulta muy interesante definir la posible existencia de
zonificaciones del área investigada.
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13.2.- CARACTERÍSTICAS DE LA PARCELA Y PROYECTO
13.2.1.- Características físico geomorfológicas del área de investigación
PA
RC
ELA
O S
OLA
R
Localización Descripción de la parcela, e incluso accesos.
Geometría y topografía
Características geométricas, adaptaciones a medianeras, etc. y estado
topográfico: inclinada, deprimida, etc.
Zonas de vaguadas que puedan horadar o generar cambios de humedad.
La topografía del área de actuación puede ser decisiva si se combina con
otros condicionantes, para elegir la solución de cimentación más adecuada.
Dimensiones
Superficie de la parcela o solar a investigar, incluso dimensiones máximas
de longitud y anchura.
Este criterio es un condicionante básico para el diseño de las campañas de
investigación conforme al CTE.
13.2.2.- Características generales del Proyecto
PR
OY
ECTO
Tipología Residencial unifamiliar adosado o aislado. Entre medianeras; Plurifamiliar;
Industrial; urbanización etc.
Plantas S/R
A efectos de estimaciones para posteriores cálculos estimativos de
solicitaciones al terreno, estimaciones de asientos e incluso posibles
necesidades de determinados valores de carga admisible.
Plantas B/R
Número de plantas de sótano, semisótanos en su caso, alturas de vaciados
previstos etc. que permitan considerar posibles interferencias con niveles
freáticos, clasificación de los futuros planos geológico-geotécnicos de
desplante de edificación, consideraciones sobre compensaciones de cargas,
etc.
Cotas de implantación
A efectos de definir esos futuros planos de desplante de edificación es muy
interesante disponer de información aproximada de la “cota 0” de proyecto,
para estimar desde donde se realizarán los vaciados respecto a la cota de
boca de los sondeos y ensayos de reconocimiento.
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13.2.3.- Observaciones y características generales del entorno
OB
SER
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DE
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RÁ
CTE
R G
ENER
AL
Antecedentes
Conocer los antecedentes del área de actuación puede suponer una
importante información de cara a lo que podemos encontrar: zonas de
antiguas vaguadas, vertederos, solar recién demolido, zona tradicionalmente
destinada a actividades agrícolas ….
Medianeras
Los proyectos que cuentan con medianerías deben considerar el estado de
las mismas y las posibles afecciones que puede suponer la implantación del
nuevo proyecto sobre estas.
Edificaciones del entorno
Las edificaciones del entorno, independientemente de las normativas
urbanísticas, proporcionan ideas sobre lo que se puede hacer, y lo que
presumiblemente será mas o menos costoso hacer.
Acciones climáticas
Según EHE Artículo 37.3.3, cuando un hormigón esté sometido a una clase
de exposición F, se deberá introducir un contenido mínimo de aire ocluido
del 4,5 %, determinado de acuerdo con UNE 83315/1996.
Dependiendo del lugar donde se vaya a implantar la edificación habrá que
considerar estas acciones.
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13.3.- FACTORES GEOTÉCNICOS CONDICIONANTES. 13.3.1.- Inestabilidades de laderas
INES
TAB
ILID
AD
ES D
E LA
DER
A
Pendientes No será lo mismo actuar en un solar o parcela plana y dentro de un entorno
plano, que en zonas con pendientes acusadas, taludes de consideración etc,
Criterios
Para pendientes acusadas se debe atender a criterios como desalineaciones
(de vallas, de arboledas...) grietas, lóbulos, escarpes o cualquier otro que
evidencie riesgos en el sentido de potenciales inestabilidades.
Antecedentes Los antecedentes de inestabilidades de laderas pueden ser un claro criterio
para adoptar medidas precautorias en ese sentido.
13.3.1.a.- CONSIDERACIONES SOBRE ESTABILIDAD DE TALUDES EN TERRENO NATURAL:
ESTA
BIL
IDD
DE
TALU
DES
EN
TER
REN
O N
ATU
RA
L Cuando el área investigada se localiza en una ladera con una pendiente natural media
superior al 15% se deben observar criterios por riesgos de inestabilidad. Hay que
prestar atención a patologías o antecedentes de esta índole en el entorno.
Como recomendación genérica, los taludes en suelos no deben considerar pendientes
superiores a 1V:2H. Sin embargo, y en condiciones a corto plazo, estos taludes podrán
mantener cierta verticalidad durante la fase de ejecución.
13.3.1.b.- CONSIDERACIONES SOBRE ESTABILIDAD DE TALUDES DE RELLENOS:
ESTA
BIL
IDA
D D
E TA
LUD
ES D
E R
ELLE
NO
S
Como condición general, la ejecución de plataformas en laderas debe procurarse en la
medida de lo posible, que sean ejecutadas por excavación, evitando terraplenados,
con lo que se consigue eliminar sobrepesos en la ladera garantizando su estabilidad.
Además se llevarán a cabo otras actuaciones dirigidas a la estabilidad del conjunto.
De manera extraordinaria podemos referirnos a plataformas que surgen por
excavación y terraplenado de reducida entidad, donde las cargas a transmitir por el
proyecto no supongan sobrecargas capaces de desestabilizar la ladera. Se considerará:
1º.-Adecuada ejecución del terraplén
2º.-Aseguramiento de taludes de terraplén
3º.-Elección de un tipo de cimentación que no sobrecargue la ladera.
La tercera condición, de cimentación, se resuelve considerando elementos que
atravesando los rellenos o terraplenes alcancen al terreno natural, lo que por otro lado
supone un “cosido” de la ladera que incluso puede jugar a favor de su estabilidad.
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13.3.2.- Suelos Blandos: Rellenos, S. Compresibles y S. Colapsables.
SUEL
OS
BLA
ND
OS
Rellenos Las capas susceptibles de presentar fenómenos de colapsabilidad o alta
compresibilidad ante hipotéticas sobre-presiones superficiales son las mas
superficiales y de consistencia blanda, cabiendo destacar fundamentalmente
la heterogeneidad de esas capas, con irregularidades que pueden presentar
fenómenos de diferente compresibilidad entre puntos distintos, con los
consecuentes asentamientos diferenciales como principal problemática de
patologías.
Suelos compresibles
Suelos colapsables
13.3.3.- Expansividad
EXP
AN
SIV
IDA
D
Resultados de análisis
Independientemente de los resultados arrojados por los diferentes ensayos
de laboratorio y reconocimientos organolépticos, la lectura de esos
resultados debe ser interpretada:
Interpretación
La expansividad es una propiedad inherente a suelos cohesivos (arcillosos),
presentando mayor o menor efectividad en función del grado de plasticidad
y el estado natural de consistencia y humedad. Además, su efectividad
depende de la posibilidad real de que se produzcan cambios de humedad,
como responsables de los posibles cambios de volumen.
Por otro lado, los análisis de laboratorio, (especialmente el Lambe), deben
ser correctamente interpretados al considerar que reproduce unas
condiciones extremas que difícilmente se producirán en la naturaleza, siendo
mas representativos los ensayos sobre muestra inalterada, realizados en el
edómetro.
En este sentido en necesario conocer la naturaleza, plasticidad, consistencia
y grado de humedad de las capas mas superficiales (dentro de la “capa
activa”). Este conocimiento permitirá una correcta interpretación de los
análisis y la efectividad de ese potencial expansivo.
De cara a las actuaciones del proyecto, cuando este cuenta con sótano se
puede considerar haber atravesado esas capas mas superficiales y de mayor
riesgo, reduciendo sensiblemente la efectividad de ese potencial expansivo.
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AXAN, s.l. EX
PA
NSI
VID
AD
Interpretación
En el caso de actuaciones entre medianerías y zonas pavimentadas, los
riesgos de accesos de aguas al terreno están muy minorizados, por lo que la
efectividad de ese potencial expansivo también queda limitado.
Cuando no concurren ninguna de esas circunstancias benévolas, será
necesario recurrir a elementos de cimentación que se empotren a
profundidades capaces de atravesar la capa activa y transmitiendo tensiones
puntuales que, sin agotar la tensión admisible, sean capaces de
contrarrestar posibles presiones de hinchamiento.
13.3.4.- Excavabilidad
EXC
AV
AB
ILID
AD
Rocas
La presencia o ausencia de formaciones rocosas puede ser un criterio de
validación del proyecto por su mayor capacidad portante o por su dificultad
de excavación.
Excavabilidad
De cara a las excavaciones de la propia cimentación e incluso de posibles
sótanos, se debe hacer una evaluación aproximada de las posibilidades
mecánicas. Los suelos, habitualmente son excavables con medios mecánicos
habituales del tipo retroexcavadora, mientras que en el caso de tratarse de
rocas la evaluación debe realizarse desde la recuperación del sondeo
(valores RQD), o afloramientos del entorno. Para una mayor precisión de
este aspecto se debería recurrir a ensayos geofísicos de tipo sísmica de
refracción capacitada para definir el grado de ripabilidad o incluso voladuras.
13.3.5.- Capas freáticas
CA
PA
S FR
EÁTI
CA
S Generalidades
Las campañas ofrecidas por el informe geotécnico se basan en los ensayos
realizados, determinando la posición del nivel de agua en el interior de los
sondeos medidas desde la boca de ensayo o cota topográfica original
Campañas
Habitualmente se hacen varias campañas piezométricas, comenzando por la
primera en fecha de finalización del sondeo, y al menos otra antes de la
entrega del informe. La primera campaña suele estar distorsionada por los
fluidos de refrigeración del sondeo, o por su vaciado para otras medidas.
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AXAN, s.l. C
AP
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FREÁ
TIC
AS
Interpretación
Con las campañas que permite el plazo de entrega del informe, y a fecha de
las campañas realizadas, se puede establecer que el nivel de agua en el
interior de sondeos se localiza en un determinado entorno de profundidad,
respecto a su boca o rasante natural.
Esta información puede ser contrastada con la experiencia de la zona.
13.3.6.- Coeficiente de permeabilidad
CO
EFIC
IEN
TE D
E P
ERM
EAB
ILID
AD
Generalidades
Para la determinación del coeficiente de permeabilidad de un suelo existen
ensayos y análisis específicos, habitualmente no realizados por su elevado
coste. No obstante , y con carácter orientativo es posible recurrir a
correlaciones granulo-plásticas, como las recogidas por CTE-DB.SE-C, donde
en el anejo D, página 122 se recoge la tabla D.28 “Valores orientativos del
coeficiente de permeabilidad”, que transcribimos seguidamente
Rangos de permeabilidad
e interpretación
TIPO DE SUELO KZ (m/s)
Grava limpia >10-2
Arena limpia y mezcla de grava y arena limpia 10-2 – 10-5
Arena fina, limo, mezclas de arenas, limos y arcillas 10-5 – 10-9
Arcilla <10-9
13.3.7.- Agresividad de suelos y aguas freáticas
AG
RES
IVID
AD
Generalidades
Con los ensayos realizados sobre muestras de suelos y/o aguas freáticas en
su caso, que puedan estar en contacto con la cimentación, se define la
agresividad y tipo de ambiente para recurrir al tipo de hormigón según
Anejo V de EHE.
Interpretación
De los resultados obtenidos en los diferentes análisis se obtiene un tipo de
ambiente (Agresividad nula, débil, media o fuerte), que conforme a criterios
de EHE (referidos por CTE), para la fabricación de los elementos de
cimentación requerirá determinados tipos de hormigón en cuanto resistencia
y/o aditivos.
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13.3.8.- Aceleración sísmica de cálculo
AC
ELER
AC
IÓN
SÍS
MIC
A D
E C
ÁLC
ULO
Generalidades
La Norma de Construcción Sismorresistente NCSE-02, viene regulada por el
R.D. 997/2002, de 27 de septiembre.
El valor de la “aceleración sísmica de cálculo” permite determinar el
dimensionado de la estructura así como la obligatoriedad del uso de
arriostramientos. En acorde con la normativa a este respecto, se ofrecen los
valores de cálculo relativos al proyecto y su esquema geotécnico.
Para ello se recurre a adoptar los valores de ab y k correspondientes al
Término Municipal, y se establece el valor c a través del esquema
geotécnico, hasta concluir con el valor de ac.
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13.4.- RESUMEN DEL ESQUEMA GEOTÉCNICO
RES
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Descripción resumen de los niveles
Valores medios ensayados y/o deducidos
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Arena limo arcillosa marrón parda.
- Estructura desordenada - Restos de raíces y materia orgánica - Indicios de restos de origen antrópico
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Wp 12,2 qu kp/cm2 0,30-0,40
%W 9,3 γ t/m3 1,70-1,80
Tamiz 4 64,6 c
kp/cm2 0,00
a 0,80 Tamiz 200 38,4 Φ
(º) 17º-19º
de 0,80 Horizontes de transición
Mar
gina
l
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ia-F
irme
USCS CL NSPT 13
2
Arcilla limo arenosa y arena limo arcillosa marrón anaranjada a rojiza.
- Nódulos carbonatados - Tonalidades rojizas por fenómenos de oxidación
Representa un tramo de transición entre los rellenos superficiales y el terreno natural
Wl 28,9 NB 10
Wp 16,6 qu kp/cm2 1,00-1,50
%W 12,5 γ t/m3 1,90-2,00
Tamiz 4 38,3 c
kp/cm2 0,10-0,15
a 1,60 Tamiz 200 62,6 Φ
(º) 22º-24º -
de 1,60 Plioceno carbonatado
Mar
gina
l-Crit
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Firm
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ura
USCS CL NSPT 34
3
Arcilla limosa marrón amarillenta.
- Algún nódulos carbonatado Alternancia de alguna lente algo mas limosa e incluso algo arenosa
Wl 35,6 NB 26
Wp 22,3 qu kp/cm2 2,20-3,20
%W 25,8 γ t/m3 2,00-2,20
Tamiz 4 18,7 c
kp/cm2 0,20-0,30
a 6,00 Tamiz 200 84,7 Φ
(º) 24º-26º
13.5.- TERRAPLENADOS, EXCAVACIONES Y VACIADOS PARA SOTANOS
TER
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En este apartado se considerarán:
- Alturas de vaciado.
- Excavabilidad de los terrenos afectados por el vaciado.
- Presunción de posibles interferencias con niveles freáticos.
- Parámetros para el dimensionado de los muros o pantallas en su caso.
- Recomendaciones de cara a posibles terraplenados.
- Recomendaciones específicas de ejecución (bataches, pozos drenantes...)
e incuso consideraciones sobre efectos de supresiones hidrostáticas en la
hipotética circunstancia de cimentar bajo nivel freático.
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P.I. Guadalquivir, c/ Tecnología, 25 – Gelves 41120 (Sevilla)- Tel: 955 762 824 – Fax: 955 762 942 – www.axangeotecnia.com – [email protected] Sociedad inscrita Registro Mercantil Hoja SE-42455, Tomo 3164. Folio 121, Inscripción 1ª. C.I.F.:B-91094367
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13.6.- PROPUESTA DE CIMENTACIÓN.
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Generalidades
La solución de cimentación a un proyecto determinado no solo depende de
las características geotécnicas y geomecánicas del subsuelo; en esa
elección interviene decisivamente la interacción que sobre el terreno ejerce
el propio proyecto.
Condicionantes geotécnicos
CONDICIONANTE Breve descripción del condicionante geotécnico
Zonificación Se hará referencia, si existe, a posibles heterogeneidades, zonas de rellenos y zonas naturales, etc. o al menos referir al punto del informe donde estas circunstancias se describen y detallan.
Pendientes Se definirán las pendientes máximas y mínimas, así como el punto del informe donde se describen y detallan. Se hará mención si esta circunstancia influirá en las recomendaciones de cimentación.
Rellenos Se describirán los espesores máximos y mínimos, que serán muy útiles para establecer la posibilidad de ser atravesados o sustituidos para el recurso de cimentaciones.
Expansividad Se definirá el potencial expansivo y su efectividad, haciendo referencia a los apartados del informe donde esos criterios quedan claramente justificados.
Terrenos rocosos Se hará mención de su presencia, en su caso, y las cotas de aparición de cara a posibles dificultades de excavabilidad.
Nivel freático
Se definirá la posición definida por los ensayos realizados y en la fecha indicada, contrastándola si es posible con la experiencia de la zona. Cualquier otra interpretación se remitirá al apartado correspondiente del informe donde se describen con precisión estos detalles.
Agresividad
Se concluirá con el tipo de ambiente obtenido, la clase de agresividad correspondiente y su procedencia de suelos o aguas, en tanto que aguas agresivas muy profundas y sin contacto con el cimiento no supondrán condicionante en ese sentido.
A. Sísmica Se expresará el valor de la aceleración sísmica de cálculo obtenido del esquema geotécnico y la zona sísmica referida.
Condicionantes del proyecto
En este apartado se hará una breve descripción del proyecto en cuanto a
las previsibles solicitaciones y/o planos de desplante de edificación,
especialmente con vistas a los condicionantes geotécnicos que ha
desarrollado el propio informe de investigación.
Por ejemplo se puede matizar que la ejecución del sótano supondrá
atravesar los rellenos no aptos para cimentar, o que se alcanzan planos de
profundidad con insignificantes problemáticas de expansividad, incluso que
se pueden considerar compensaciones de cargas, o por el contrario los
inconvenientes que supondrá de cara a interferencias con niveles freáticos.
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Tipología
Con los criterios expresados, considerando tanto los condicionantes
geotécnicos del terreno como las características del proyecto y la
interacción que el mismo ejerce en ese esquema geotécnico, se concluye
con la solución o soluciones de cimentación mas acordes desde el punto de
vista funcional, de su ejecución e incluso de su valoración económica.
En tanto que la decisión final corresponde a la Dirección Facultativa, y que
los costos de uno u otro tipo oscilarán en función del diseño siempre que
sea posible se estudian varias soluciones alternativas de cimentación.
Para cada una de esas soluciones se adoptarán los factores de seguridad
normativos y se deben justificar los cálculos seguidos para concluir con los
parámetros necesarios para el dimensionado del cimiento:
- Empotramiento
- Necesidades de mejoras
- Carga admisible
- Coeficiente de Balasto
- Asiento
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14.- TIPOS DE CIMENTACIÓN: USOS, VENTAJAS E INCONVENIENTES.
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14.1.- CIMENTACIONES SUPERFICIALES: zapatas y pozos.
Principales ventajas y usos.
Las cimentaciones por pozos o zapatas se caracterizan por transmitir las cargas al
terreno de manera puntual, por lo que independientemente del diseño, el número de
zapatas y pilares, así como sus dimensiones, se encuentran condicionadas por la
carga admisible que ofrece el terreno.
El uso de este tipo de cimientos se refiere a terrenos geotécnicamente favorables y a
edificios con bajas solicitaciones en terrenos algo menos favorables.
Habitualmente se recurre a esta tipología en:
• Terrenos rocosos de elevada capacidad portante.
• Gravas y materiales granulares densos, donde no sea necesario un gran
empotramiento.
• Suelos cohesivos de suficiente consistencia, en los que no sólo cuenta la
resistencia en punta, sino el empotramiento como factor decisivo para definir
la carga admisible.
• En arcillas expansivas suele ser recomendable recurrir a soluciones de
cimentación por pozos profundos (hasta el entorno de los 3,00 m de
profundidad) con la intención de atravesar la “capa activa”.
En este sentido, la carga admisible del terreno debe ser suficiente como para
que la carga transmitida sea al menos igual a la presión de hinchamiento.
Diseño de amplias luces (carga puntual y menor distorsión angular).
• La cimentación por pozos o zapatas también es funcional en situaciones de
solares heterogéneos o zonados, donde el plano de cimentación se localiza a
profundidades variables.
Principales inconvenientes.
En suelos incoherentes y sueltos, que requerirán de empotramientos superiores a los
0,80-1,00 m. la ejecución resulta muy dificultosa.
El peso del propio pozo, (equilibrio entre la profundidad de cimentación y la necesidad
de carga admisible).
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14.2.- CIMENTACIONES SUPERFICIALES: LOSAS.
Principales ventajas y usos.
• Distribuye las cargas homogéneamente, con lo que su funcionamiento no
requiere de grandes valores de carga admisible.
• Terrenos con irregularidades puntuales.
• Proyectos de gran entidad.
• Facilidad de ejecución.
• Estanqueidad y capacidad de soportar sub-presiones hidrostáticas en el caso de
sótanos con interferencia sobre el N.F.
• Proyectos implantados superficialmente sobre terrenos incoherentes.
Principales inconvenientes.
La solución de cimentación por losa no resulta adecuada en situaciones como:
• Zonificación del solar con apoyos diferenciales y asentamientos muy diferentes.
Este tipo de circunstancias pueden conducir al vuelco o rotura de la misma.
• En el caso de arcillas expansivas, no suele ser recomendable la losa. Baja
transmisión de cargas, inferior a las presiones de hinchamiento.
• No obstante, hay que considerar las características del proyecto pudiéndose
recurrir a una sustitución bajo la losa con material granular y bolos, capaz de
absorber pequeños movimientos. En estos casos resulta aconsejable recurrir a
un diseño de luces reducidas.
• En casos de suelos muy blandos y con asientos previsibles considerables, es
habitual recurrir a losas de gran rigidez y nervadas en su borde, de tal manera
que impida fluencias laterales.
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14.3.- CIMENTACIONES PROFUNDAS.
La solución de cimentación por pilotes se adecua a terrenos con rellenos, suelos
blandos fangosos o importantes requerimientos de carga admisible, que no se
encuentran en las capas superficiales.
Algunos casos de uso más frecuente.
• Zonas de relleno de gran espesor, con insuficiente capacidad portante o
irregularidades y heterogeneidades. En estos casos, se debe alcanzar suelos
que ofrezcan resistencia por punta y/o fuste. El diseño y cálculo de estos
elementos debe considerar el efecto rozamiento negativo.
• Zonas de suelos fangosos blandos que inducen a grandes asentamientos a
largo plazo. En este caso, los requerimientos de limitaciones de asientos se
consiguen con pilotes que alcancen un estrado duro o denso, o funcionar de
manera “flotante” por rozamiento (fuste).
• En suelos expansivos, los pilotes deben ser diseñados para resistir los esfuerzos
de tracción. En este sentido deben estar suficientemente armados.
Tipo de pilote más adecuado.
Dentro de los tipos de pilote, hay que considerar que la hinca de rollizos no es un pilote en sí, sino que debe considerarse como un sistema de mejora del terreno.
La elección del tipo de pilote de hinca o de extracción, depende de varios factores:
- El pilote de hinca es adecuado en terrenos fangosos y donde no existan edificaciones próximas en las que puedan producirse perturbaciones.
- También resulta adecuado el pilote de desplazamiento en terrenos de resistencia variable, hincando cada pilote hasta la profundidad del rechazo.
- El pilote de hinca no suele ser operativo cuando tenga que atravesar capas rígidas o rellenos con elementos duros que puedan ocasionar falsos rechazos.
- El pilote de extracción resulta adecuado en casi todas las circunstancias.
De manera más específica y ante situaciones de dificultosa accesibilidad con maquinaria pesada de pilotaje, se puede recurrir a la ejecución de micropilotes
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15.- CRITERIOS DE CÁLCULOS JUSTIFICATIVOS DE PARÁMETROS PARA . DIMENSIONADO DE CIMIENTOS. 15.1.- EXPRESIÓN DE LA PRESIÓN DE HUNDIMIENTO: CIMENTACIONES DIRECTAS
PRESIÓN DE HUNDIMIENTO EN SUELOS COHESIVOS (CTE-DB.SE-C)
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Expresión de la presión de hundimiento:
γγγγγγ tisdNBtisdNqtisdNcq KqqqqqKCCCCCKh *21
0 ++=
La presión de hundimiento de una cimentación directa vendrá definida por la ecuación expresada, en presiones totales o efectivas, brutas o netas.
hq Presión vertical de hundimiento o resistencia del terreno Rk.
kq0 Presión vertical alrededor del cimiento al nivel de su base.
kc Valor característico de la cohesión del terreno
*B Ancho equivalente del cimiento
Kγ Peso específico del terreno por debajo de la base del cimiento.
γNNN qC ,, Factor de capacidad de carga: factor de cohesión, de sobrecarga y de peso específico. Adimensional según (φk).
γddd qC ,, Coeficiente corrector de la resistencia al corte del terreno.
γsss qC ,, Coeficiente corrector de la forma en planta del cimiento.
γiii qC ,, Coeficiente corrector por inclinación de las acciones.
γttt qC ,, Coeficiente corrector por proximidad del cimiento a un talud.
Los parámetros característicos de la resistencia al corte del terreno (ck, φk), al menos, entre 1 y 1,5 veces el ancho real de la cimentación (B), desde la base de ésta.
CO
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TES
d Coef. corrector factor Nc. Coef. corrector factor Nq. Coef. corrector factor Nγ.
*arctan)1(21 2
BDsen
NN
d Kc
qq ⋅−+= ϕ
1:0 == qK dpara ϕ
*2BD ≤ y 2,0≅≅ Kc
q tgNN
ϕ
1=γd
CO
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TE s
Coef. corrector factor Nc. Coef. corrector factor Nq. Coef. corrector factor Nγ.
Zapata circular Zapata rectangular Zapata circular Zapata rectangular Zapata circular Zapata rectangular
20,1=cs **2,01
LBsc += 20,1=cs
**5,11
LBtgs Kc ϕ⋅+= 6,0=cs
**3,01
LBsc −=
CO
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Coef. corrector factor Nc. Coef. corrector factor Nq. Coef. corrector factor Nγ.
11
−
−⋅=
q
qqc N
Nii Para 0=Kφ
⇒⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−+=
Kc cLB
Hi**
115,0 ( ) ( )LBq tgtgi δδ −⋅⋅−= 17,01 3
( ) ( )LB tgtgi δδγ −⋅−= 11 3
Donde LB δδδ ,, son los ángulos de desviación respecto a la vertical.
CO
EFIC
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TE
t
Coef. corrector factor Nc. Coef. corrector factor Nq. Coef. corrector factor Nγ.
Ktgc et φβ ⋅−= 2 β21 sentq −= βγ 21 sent −=
Donde β es el ángulo de inclinación en radianes
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15.2.- PRESIÓN DE HUNDIMIENTO PARA SUELOS COHESIVOS
PRESIÓN DE HUNDIMIENTO PARA SUELOS COHESIVOS (CTE-DB.SE-C)
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A efectos prácticos, se podrán tomar los valores de la presión de hundimiento (qh) que figuran en la tabla, para zapata rectangular de ancho equivalente entre 1 y 3 m.
DETERMINACIÓN DE LA CARGA ADMISIBLE
SUELO COHESIVO EN CONDICIONES DE CARGA SIN DRENAJE Y DESDE EL LADO DE LA SEGURIDAD ASIMILANDO LAS CONDICIONES MENOS FAVORABLES.
Para cimiento cuadrado y condición mas desfavorable de carga sin drenaje
SUELO COHESIVO (φ = 0), SUELO INCOHERENTE (c = 0) ( ) ( )DNccqh ×+××= γ2,1 ( ) ( )γγγ NBNDq qh ××+××= 3,0
CARGA ADMISIBLE PARA SUELOS COHESIVOS: Fq
q hADM = F = 3
A efectos de cálculo, desde el lado de la seguridad y asimilando a un suelo cohesivo en condiciones de carga sin drenaje:
( ) ( ) 22,1 mtDF
NccqADM ×+××
= γ
{( ) ( )
} 2
10
2,1
cmkpD
FNcc
qADM
×+××
=γ
) ( ) [ ] kPaxDF
NccqADM 8066.92,1⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ ×+
××= γ
c = Cohesión sin drenaje = 1/2 qu (resistencia a compresión simple) (kp/cm2) qu = Mínimo de los valores disponibles a cota de cimentación, (correlacionando valores de c.s., NSPT y NB).
γ = Densidad aparente del terreno (g/cm3) Nc = Coeficiente de capacidad portante D = Profundidad de Empotramiento de la Cimentación (m) F = Factor de seguridad
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15.3.- PRESIÓN DE HUNDIMIENTO PARA SUELOS GRANULARES
PRESIÓN ADMISIBLE PARA SUELOS GRANULARES (CTE-DB.SE-C)
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S. G
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A efectos del CTE-DB.SEC, cuando se admita la producción de asientos de hasta 25 mm, la presión vertical admisible de servicio podrá evaluarse mediante las siguientes expresiones basadas en el golpeo NSPT obtenido en el ensayo SPT.
Para mB 2,1* <
2/25*3
112 mkNSBDNq t
SPTADM ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⋅⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +⋅⋅= )/0102,0/( 22 cmkpmkNkPa =≡
Para mB 2,1* ≥
22
/*
3,0*25*3
18 mkNB
BSBDNq t
SPTADM ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
⋅⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⋅⎥⎦
⎤⎢⎣⎡ +⋅⋅=
tS El asiento total admisible, en mm.
SPTN Valor medio en la zona comprendida entre 0,5B* por encima de la base y 2B* por debajo.
D Empotramiento del cimiento B Lado del cimiento
3,1*3
1 ≤⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +
BD
Valor a introducir en las ecuaciones será menor o igual a 1,3.
A efectos prácticos se podrán tomar los valores de qadm que figuran en la tabla, calculadas para valores de NSPT = 10. Para valores de NSPT > 10, la presión admisible varía proporcionalmente.
Para este mismo tipo de suelo y según criterios de la expresión general de la presión de
hundimiento, se podrá recurrir a esta otra formulación:
CARGA ADMISIBLE PARA SUELOS INCOHERENTES: Fq
q hADM = F = 3
SEGÚN EXPRESIÓN GENERAL DE LA PRESIÓN DE HUNDIMIENTO : SUELO INCOHERENTE (c = 0) ( ) ( )γγγ NBNDq qh ××+××= 3,0
( ) ( )F
NBNDq q
ADMγγγ ××+××
=3,0
{[ ( ) ( ) ]
} 2
10
3,0
cmkpFNBND
q
q
ADM ⋅
××+××
=
γγγ
[ ( ) ( ) ] [ ] kPaxxBxNxDxNq qADM 8066.93,0 γγγ +=
φ = Ángulo de Rozamiento Interno Nq = Coeficiente de Capacidad de Cargaγ = Densidad aparente del terreno (t/m3) D = Profundidad de Empotramiento de la Cimentación (m) F = Factor de seguridad
Nγ = Coeficiente de Capacidad de Carga B = Ancho del cimiento (m)
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15.4.- MÓDULO DE BALASTO K30
MÓDULO DE BALASTO Ó MÓDULO DE REACCIÓN O MÓDULO DE WINKLER KS Relación entre la tensión aplicada sobre una superficie y la deformación producida
dK S
S ΔΔ
=
donde: ΔS = Incremento de la presión de contacto Δd = Incremento de asiento o deformación
ó δq
K S =
donde: q = carga transmitida δ = asiento obtenido con la carga transmitida
- Los datos se obtienen del ensayo de placa de carga de 0,30 x 0,30 m2, midiéndose la presión a la que se alcanza un asiento de 2.54 cm. - En ausencia de ensayos de placa de carga, para su cálculo en una cimentación real, se puede recurrir a:
KS = 40 (FS) · qadm (KN/m3 = 0.0001 kg/cm3) Donde: q adm = carga admisible del terreno en kPa = kN/m2 = 0.01 kg/cm2 FS= Factor de seguridad. Usualmente 3. - La expresión se basa en que la presión última es la que produce un asentamiento admisible de ΔH= 2.54 cm, Ante la dificultad de realizar estos ensayos a diferentes profundidades, habitualmente se acude a correlaciones con qU o ensayos de penetración dinámica NSPT y NB (Terzaghi, Jiménez Salas, ...).
Tabla D.29. (CTE) Valores orientativos del coeficiente de balasto, K30
Tipo de suelo K30 (MN/m3) K30 (kp/cm3) Arcilla blanda 15 – 30 1,53-3,06 Arcilla media 30 – 60 3,06-6,12 Arcilla dura 60 – 200 6,12-20,41 Limo 15 – 45 1,53-4,59 Arena floja 10 – 30 1,02-3,06 Arena media 30 – 90 3,06-9,18 Arena compacta 90 – 200 9,18-20,41 Grava arenosa floja 70 – 120 7,14-12,24 Grava arenosa compacta 120 – 300 12,24-30,61 Margas arcillosas 200 – 400 20,41-40,81 Rocas algo alteradas 300 – 5.000 30,61-510,20 Rocas sanas >5.000 >510,20
Para pasar de K30 al KREAL de la cimentación, CTE-DB.SE-C estima:
Cimiento en planta Cuadrada Cimiento en planta Rectangular
En suelos cohesivos En suelos granulares
Bkk spsB
3,030=
2
30 23,0
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
⋅+
=B
Bkk spsB ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
⋅+=
LBkk sBsBL 2
1
B y L = dimensiones en planta del cimiento
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15.5.- ESTIMACION DE ASIENTOS EN CIMENTACIONES SUPERFICIALES
ESTIMACIÓN DE ASIENTOS: • Asiento inmediato o instantáneo. • Asiento de consolidación. • Asiento de fluencia lenta (consolidación secundaria).
Los tres tipos de asientos son típicos de arcillas y limos plásticos saturados, mientras que en el caso de suelos no saturados o cuando se trata de arenas o suelos granulares, en los que las sobrepresiones intersticiales se disipan casi instantáneamente, los asientos son muy rápidos y de tipo predominantemente elástico.
METODO EDOMÉTRICO Teoría de la Consolidación Unidimensional
• Terzaghi (1925), • Skempton-Bjerrum (1957), • Biot (1941).
MÉTODO ELÁSTICO Asimila el suelo a un medio elástico anisótropo.
Steinbrenner: modelo multicapa sobre capa rígida
El procedimiento se basa en calcular el acortamiento de un estrato “ i ”, supuestamente homogéneo. La suma de acortamientos de cada estrato permite evaluar el asiento total sufrido.
SzSoSi −= Donde: S0 = Asiento inicial SZ = Asiento al final de la capa
El asiento de cada capa se calcula según:
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ Δ++
=A
Ac
eHSi Ai
ci0
010
0
log1 σ
σσ
σ0A = Tensión efectiva inicial ΔσA = Incremento de tensión efectiva debida a la sobrecarga
CÁLCULO DE ASIENTOS PARA CIMENTACIONES SUPERFICIALES (STEINBRENNER).
La fórmula de Steinbrenner corresponde al asiento bajo la esquina de un área rectangular cargada:
)(2 21 φφ BA
EpbS Z
−=
21 μ−=A ; Bzm =
; )11(1
1 −+
×+−+
=ttn
ntnt ll nnπφ
221 μμ −−=B ; BLn =
; mtnarctgm.2
×=πφ
ndeformacióMóduloE = ; PissonCoef .=μ ; ( )21
221 mnt ++=
cimientodelAnchob = ; ncimentacióaaNetaTensiónp cot=
DETERMINACIÓN Y/O ESTIMACIÓN DEL MÓDULO EDOMÉTRICO Para las capas arcillosas mediante la expresión: E = 5 N = 5 N 20 (kp/cm2)
Para las capas granulares puede aumentarse a: E = 8 N = 8 N 20 (kp/cm2)
Del ensayo edométrico o de Inundación Bajo Carga, según: e
TEEDOM ΔΔ
= ; EDOMEE ×= 74,0
Tabla D.23.(CTE) Valores orientativos de NSPT, resistencia a compresión simple y módulo de elasticidad
(Modificada)
Tipo de suelo NSPT qu (kN/m2) qu (kp/cm2) E (MN/m2) E (kp/cm2)/F=2 Suelos muy flojos o muy blandos < 10 0- 80 0- 0.82 < 8 40.77
Suelos flojos o blandos 10 - 25 80 - 150 0.82 – 1.53 8 – 40 40.77-203.87
Suelos medios 25 - 50 150 - 300 1.53 – 3.06 40 – 100 203.87-509.68 Suelos compactos o duros 50 – Rechazo 300 - 500 3.06 – 5.10 100 – 500 509.68-2548.42
Rocas blandas Rechazo 500 – 5.000 5.10– 50.97 500 – 8.000 2548.42-40774.67 Rocas duras Rechazo 5.000 – 40.000 50.97 – 407.75 8.000 – 15.000 40774.67-76452.59 Rocas muy duras Rechazo > 40.000 > 407.75 >15.000 >76452.59
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El asiento medio con distribución parabólica bajo cimiento es:
( )ESQUINACENTROESQUINAMEDIO SS,SS −+= 660
ASIENTOS ADMISIBLES (cm) NBE – AE - 88 Características edificación Suelo arenoso Suelo cohesivo Obras de carácter monumental 1,2 2,5 Estructura de hormigón armado de gran rigidez 3,5 5,0 Edificio de hormigón armado de pequeña rigidez
5,0
7,5 Estructura metálica hiperestática
Edificio con muro de fábrica Estructura metálica isostática Comprobando que no se
produce desorganización de estructura ni cerramientos
5,0
7,5
Estructura de madera
Estructura provisional
Los asientos diferenciales y distorsiones angulares no deben superar el 5001 .
Entendiendo que de la recuperación de suelos granulares puede existir un importante lavado de
finos, desde el lado de la seguridad se puede asumir un porcentaje de finos superior al 35 %, y
entonces seguir los criterios de CTE para recurrir a un cálculo como si de suelos cohesivos se
tratase.
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15.6.- CRITERIOS DE CÁLCULO PARA CIMENTACIONES PROFUNDAS
CRITERIOS DE CÁCULO DEL CTE-DB.SE-C (F.2) Con métodos basados en la teoría de la Plasticidad, para la determinación de resistencias por punta y fuste se considerará si se trata de suelos granulares o finos/cohesivos.
DETERMINACIÓN ANALÍTICA DE RESISTENCIA DE HUNDIMIENTO EN SUELOS GRANULARES
Resistencia por punta
qp
MPaNfq qvppp 20´ ≤⋅⋅= σ
3=pf Para pilotes hincados
5,2=pf Para pilotes hormigonados in situ
vp´σ Presión vertical efectiva antes de instalar el pilote
φπ
φφ tg
q esensenN ⋅⋅
−+
=11 Factor de capacidad de carga, donde:
.internorozamientoAngulo=φ
Dada la dificultad de obtener valores de Ф en laboratorio, se recurrirá a correlaciones con ensayos in situ de penetración (NSPT) contrastadas en las tablas:
Resistencia por fuste
qs= fτ kPatgfk fvf 120´ ≤⋅⋅⋅= φστ
v´σ Presión vertical efectiva al nivel considerado
fk Coeficiente de empuje horizontal
PILOTE HINCADO PILOTE IN SITU
1=fk 75,0=fk
f Factor de reducción de rozamiento por fuste
9,0=f 0,1=f
φ Angulo de rozamiento interno del suelo granular
DETERMINACIÓN ANALITICA DE RESISTENCIA DE HUNDIMIENTO EN SUELOS COHESIVOS La carga de hundimiento, evaluada por fórmulas estáticas debe calcularse en dos situaciones:
Condiciones de hundimiento sin drenaje o a corto plazo
Condiciones de hundimiento con drenaje o a largo plazo
Sin
dre
naj
e o
a co
rto
plaz
o Resistencia por punta
qp upp cNq ⋅=
8,0=fτ Coeficiente reductor
0,9=pN Depende del empotramiento.
Resistencia por fuste
qs= fτ
)(100100 kPaency
cc
ufu
uf ττ
+⋅
=
uc
Resistencia al corte sin drenaje. Considerando presión de confinamiento en la punta (2 diámetros por encima y 2 por debajo) en triaxial o compresión simple.
Con
dre
naj
e o
a la
rgo
plaz
o Resistencia por punta
qp MPaNfq qvppp 20´ ≤⋅⋅= σ
φ Angulo de rozamiento de ensayos de laboratorio.
0=c Se desprecia la cohesión.
Resistencia por fuste
qs= fτ
kPatgfk fvf 120´ ≤⋅⋅⋅= φστ
MPaf 1,0≤τ
La resistencia unitaria por fuste, salvo justificación no superará 0,1 MPa
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DETERMINACIÓN DE RESISTENCIA DE HUNDIMIENTO POR MÉTODO DEL “SPT” (CTE-DB.SE-C)
El método de valuación de seguridad frente al hundimiento basado en el SPT es valido para pilotes perforados e hincados en suelos granulares si gravas gruesas (<30% de tamaño > 2 cm) que puedan desvirtuar el resultado del ensayo.
En suelos cohesivos con resistencia a compresión simple (qu>0,1MPa) se podrán utilizar , a efectos orientativos, correlaciones entre SPT y CPT.
Si se dispone de ensayos de penetración dinámica contínua, se pueden traducir los resultados correspondientes a índices SPT, y utilizar después el siguiente método (CTE-DB.SE-C. F.2.2.2)
Resistencia por punta
qp
)(MPaNfq Np ⋅=50≤SPTN
Nf PILOTE HINCADO PILOTE IN SITU
4,0=Nf 2,0=Nf
SPTNN ≡50≤SPTN
Valor medio de NSPT . Se obtendrá la media en la zona activa inferior y la media en la zona pasiva superior. El valor de N será la media de esas dos.
Resistencia por fuste
qs= fτ
)(5,2 kPaNSPTf ⋅=τ50≤SPTN
Nf Valor de NSPT en el nivel considerado.
SPTNN ≡50≤SPTN
En el caso de pilotes metálicos, la resistencia por fuste se reducirá al 80% de la considerada para pilotes in situ.
A efectos de estos cálculos el valor a considerar será inferior a 50
RESISTENCIA DE HUNDIMIENTO PARA PILOTES EN ROCA (CTE-DB.SE-C)
La resistencia por punta en roca qp.d para pilotes excavados se podrá calcular de acuerdo con los criterios de cimentaciones superficiales en roca, introduciendo el coeficiente df (empotramiento en roca)
Resistencia por punta
qp.d
fuspdp dqKq ⋅⋅=.
uq Resistencia a Compresión Simple de la Roca
spK s
aBs
Ksp
300110
3
+⋅
+=
s Espaciamiento discontinuidades 300>s
B
Ancho de cimiento (m) . 205,0 << Bs
a Apertura discontinuidades
02,00 << sa
Junta limpia mma 5<
Junta rellena mma 25<
fd 34,01 ≤+=dLd r
f
rL
Profundidad de empotramiento en roca
d
Diámetro real o equivalente del pilote.
Resistencia por fuste
qs.d= df .τ
)(2,0 5,0. MPaqudf ⋅=τ
La resistencia por fuste para pilotes perforados se evalúa para la zona de roca empotrada.
Se debe verificar que la roca es estable en agua.
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ON
SID
ERA
CIÓ
N D
EL
EFEC
TO G
RU
PO
En los grupos de pilotes, y debido a la interferencia de las cargas, el asiento de cada pilote puede ser mayor. Para tenerlo en cuenta, se podrán adoptar las siguientes simplificaciones:
Para pilotes columna, trabajando por punta en roca, separados más de tres diámetros, el efecto grupo se considera despreciable.
Para otras situaciones se supone que toda la carga del grupo está uniformemente repartida en un plano situado a profundidad "z" bajo superficie de terreno:
2λ⋅= αz "α" y "l2" son los indicados arriba, con dimensiones transversales B1 x L1 dadas por: ( ) 21 1 λ⋅−+= αgrupoBB
( ) 21 1 λ⋅−+= αgrupoLL
El cálculo del asiento debido a esta carga vertical repartida en profundidad se estimará de acuerdo con los procedimientos generales de cálculo de asientos de cimentaciones superficiales.
ESTIMACION DE ASIENTOS EN PILOTES (CTE-DB.SE-C)
ASI
ENTO
DE
PIL
OTE
IN
DIV
IDU
AL
AIS
LAD
O
Se puede adoptar la simplificación de que el asiento de un pilote vertical aislado sometido a una carga vertical, de servicio, en su cabeza igual a la máxima recomendable por razones de hundimiento, es aproximadamente, el uno por ciento de su diámetro, más el acortamiento elástico del pilote.
El asiento del pilote individual aislado, considerando el acorta-miento elástico del pilote se podrá expresar mediante la siguiente fór-mula aproximada:
PEAR
Dsck
i ⋅⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⋅
⋅++
⋅= 21
40λλ α
is Asiento del pilote individual aislado
D Diámetro de pilote (diámetro equivalente para no circulares)
P Carga sobre la cabeza de pilote
ckR Carga de hundimiento
1λ Longitud de pilote fuera del terreno
2λ Longitud de pilote dentro del terreno
A Área de la sección transversal del pilote
E Módulo de elasticidad del pilote
α
Parámetro según el tipo
de transmisión de cargas
1=α Trabajo por punta
5,0=α Trabajo por fuste
( )pkfkck
RRR
+⋅⋅= 5,01α pkR Carga hund. punta
fkR Carga hund. fuste
RESISTENCIA DEL TERRENO A ACCIONES HORIZONTALES (CTE-DB.SE-C)
hkR Carga de rotura horizontal del terreno. Se determina con la figura adjunta.
H Punto donde se aplica la carga, de momento flector nulo en función de los cálculos estructurales
Caso particular de terreno puramente granular 0=c
Caso particular de terreno puramente cohesivo 0=φ
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VALORES RECOMENDADOS PARA EL TOPE ESTRUCTURAL DE LOS PILOTES (tabla 5.1 CTE-DB.SE-C)
TIPO DE PILOTE HINCADO VALORES DE ( )( )Mpaσ
HIN
CA
DO
S Hormigón pretensado o
postensado ( )pck ff ⋅−⋅ 9,030,0
ckf Resistencia característica del hormigón
Hormigón armado ckf⋅30,0 pf Tensión introducida por el pretensado
Metálicos ykf⋅30,0 ykf Límite elástico del acero
Madera 5
TIPO DE PILOTE PERFORADO TIPO DE APOYO SUELO FIRME ( )( )Mpaσ
PER
FOR
AD
OS TIPO DE HORMIGÓN
HA-25 SIN Control integridad
HA-25 CON Control integridad
HA-30 SIN Control integridad
HA-30 CON Control integridad
HA-35 SIN Control integridad
HA-35 CON Control integridad
Entubados 5.00 6.20 6.00 7.50 7.00 8.70 Con Lodos 4.00 5.00 4.80 6.00 5.60 7.00 En Seco 4.00 5.00 4.80 6.00 5.60 7.00 Barrenado sin control de parámetros 3.50 4.40 4.20 5.25 4.90 6.10 Barrenado con control de parámetros 4.00 5.00 4.80 6.00 5.60 7.00
TIPO DE PILOTE PERFORADO TIPO DE APOYO ROCA ( )( )Mpaσ
PER
FOR
AD
OS TIPO DE HORMIGÓN
HA-25 SIN Control integridad
HA-25 CON Control integridad
HA-30 SIN Control integridad
HA-30 CON Control integridad
HA-35 SIN Control integridad
HA-35 CON Control integridad
Entubados 6 7.50 7.20 9.00 8.40 10.80 Con Lodos 5 6.20 6.00 7.50 7.00 8.70 En Seco 5 6.20 6.00 7.50 7.00 8.70 Barrenado sin control de parámetros - - - - - - Barrenado con control de parámetros - - - - - -
Con los parámetros geotécnicos obtenidos y siguiendo los criterios de cálculo establecidos por
CTE-DB.SE-C, se define un resumen con las longitudes de pilote para diferentes diámetros, y
para diferentes topes estructurales según el hormigón utilizado (según agresividad del terreno
y(o aguas freáticas) para su ejecución.
CONDICIONES ADICIONALES POR FENÓMENOS DE ROZAMIENTO NEGATIVO
Estimación del ROZAMIENTO NEGATIVO en pilotes
Según el CTE-DB.SE-C, la situación de rozamiento negativo se produce cuando el asiento de la
superficie del terreno es mayor que el asiento de la cabeza del pilote. En esta situación, el pilote
soporta, además de la carga que le transmite la estructura, parte del peso del terreno. Como
consecuencia, el rozamiento negativo hace que la carga total de compresión que el pilote ha de
soportar aumente. El problema puede ser resuelto por la diferencia entre el cálculo del
asentamiento del terreno y asentamiento del pilote.
Con estas bases de cálculo y otras consideraciones de NTE, se determina el valor del rozamiento
negativo unitario, en t/m, como sobrecargas de cada pilar y según diámetro del pilote .