Exploración de suelos - Propósito, planificación, investigación y pruebas
Si bien la información sobre el suelo expuesto en la superficie del suelo es muy valiosa, los ingenieros geotécnicos también necesitan evaluar las condiciones de la subsuperficie tomando muestras mediante perforación o excavando pozos exploratorios. Estas actividades se llaman exploración subsuperficial.
El alcance de la exploración depende de la importancia de la estructura, la complejidad de las condiciones del suelo y el presupuesto disponible para la exploración. Un programa detallado de exploración de suelos incluye perforaciones profundas, pruebas de campo y pruebas de laboratorio para determinar las diferentes propiedades de los suelos requeridos para el diseño de cualquier estructura.
Propósito y alcance
El propósito de la exploración del suelo es:
(i) Determinar las propiedades básicas del suelo que afectan el diseño y la seguridad de la estructura, es decir, la compresibilidad, la resistencia y las condiciones hidrológicas.
(ii) Determinar la extensión y las propiedades del material que se utilizará para la construcción.
(iii) Determinar el estado del agua subterránea.
(iv) Analizar las causas del fracaso de las obras existentes.
La naturaleza y el alcance de la exploración del suelo dependen del uso final al que se aplicarán los resultados de la investigación. Por ejemplo, para las estructuras que transmiten una carga pesada en el suelo, el objetivo de la exploración del suelo es proporcionar datos que ayuden a seleccionar los tipos de cimientos adecuados, su ubicación y el diseño de los cimientos.
Planificación de la investigación del subsuelo:
Para obtener la información más útil a un costo y esfuerzo mínimos, es esencial la planificación adecuada del programa de investigación del subsuelo.
Para la planificación del programa, el ingeniero de suelos a cargo del programa debe incluir los siguientes pasos:
(i) Completamente familiarizado con el tipo de información requerida de la investigación.
(ii) Conocimiento del tipo, tamaño e importancia del proyecto.
(iii) Elaboración del plan de trazado del proyecto.
(iv) Preparación del plan de disposición de la perforación que incluye el número y el espaciado de las perforaciones, la profundidad y la frecuencia del muestreo.
(v) Selección del equipo adecuado de perforación y muestreo.
(vi) Selección de personal para supervisar la investigación de campo.
(vii) Marcar en el plano de distribución cualquier tipo adicional de investigación de suelos.
(viii) Preparación de lineamientos para pruebas de laboratorio de muestras recolectadas.
Etapa de Investigación del Subsuelo:
A continuación se mencionan las diferentes etapas de la investigación del subsuelo de un importante proyecto de ingeniería civil:
(i) Estudio de reconocimiento:
(a) Datos geológicos
(b) fotografías seriales
(C) Datos pedológicos.
(ii) investigación detallada:
(Un aburrido
(b) Muestreo
(c) Pruebas
(i) Prueba de laboratorio
(ii) prueba de campo
(d) Fotografías aéreas.
(e) Métodos geofísicos.
(iii) Estudio de desempeño.
(a) Pruebas adicionales
(b) Instrumentación
(c) Evaluación del desempeño.
Estudio de reconocimiento:
Implica el estudio de viabilidad preliminar que se realiza antes de que se realice una planificación detallada. El objetivo principal de esta fase de exploración es obtener una idea aproximada sobre el tipo de suelo en el área. El objetivo de este estudio es obtener un perfil aproximado del suelo y un muestreo representativo de los principales estratos del suelo y las condiciones de las aguas subterráneas, lo que será útil para decidir el futuro programa de exploraciones. Este estudio se realizará a un costo mínimo y, por lo general, no se realiza ningún trabajo exploratorio a gran escala en esta etapa.
Investigación detallada del suelo:
En la investigación detallada del suelo, se realizan perforaciones, muestreos y pruebas para obtener las propiedades de ingeniería del suelo.
Pozos de prueba:
Los pozos de prueba se pueden utilizar para todo tipo de suelos. Es la forma más barata de exploración del sitio y no requiere ningún equipo especializado. En este método, un pozo se excava manualmente y el suelo se inspecciona en condiciones naturales. Tanto la muestra perturbada como la no perturbada se pueden tomar convenientemente. Los hoyos de prueba son adecuados para la exploración de poca profundidad solamente.
Método aburrido:
Los métodos de aburrido son de los siguientes tipos:
(i) barrena aburrida
(ii) Lavado aburrido
(iii) aburrido rotatorio
(iv) percusión aburrida
(i) taladro de barrena:
El sinfín de tierra es un dispositivo que ayuda a avanzar un agujero en el suelo. Estos se utilizan es cohesivo y otros suelos blandos sobre el nivel freático. Los sinfines manuales se utilizan hasta una profundidad máxima de 10 m, y los sinfines motorizados se utilizan para profundidades mayores.
La perforación se realiza presionando la barrena en el suelo y girándola con el asa en la parte superior. Tan pronto como la barrena se llena con tierra, se saca y la tierra se retira de las cuchillas. Las muestras obtenidas son muestras perturbadas.
(ii) Lavado aburrido:
La figura 10.2 muestra la disposición para taladrar. Es un método rápido y simple para avanzar agujeros en los suelos. En el taladrado de lavado, el orificio avanza a poca profundidad mediante un sinfín y luego se empuja un tubo de revestimiento en el suelo para evitar que los lados del orificio del agujero se hundan. El taladrado se continúa utilizando una broca de corte fija al final de un taladro hueco barra. El agua es forzada a presión a través de la varilla de perforación que, alternativamente, se eleva y cae, y también gira.
Debido a su acción de chorrear y picar se afloja el suelo. El suelo suelto es forzado hacia la superficie del suelo en forma de agua de suspensión del suelo a través del espacio anular entre la barra de perforación y la caja. El suelo en suspensión se deposita en la tina y el agua fluye en el sumidero que se reutiliza para la circulación. El cambio de la estratificación del suelo se puede adivinar a partir de la velocidad de avance y el color del agua de lavado.
(iii) Perforación rotatoria:
El taladro giratorio se utiliza para trabajos de exploración de suelos solo cuando se requieren orificios de perforación profundos en formaciones difíciles con cantos rodados y roca fracturada o arena perforada con agua. En este método, una plataforma de potencia hace girar una broca de corte o un barril de núcleo con una broca de núcleo unida al extremo inferior de las varillas de perforación. La broca corta, astilla y tritura el material en trozos pequeños. Luego, el material se extrae bombeando agua o perforando lodo a través de la varilla de perforación hueca. Si se usa lodo de perforación, no se requiere revestimiento para el agujero. La figura 10.3 muestra la configuración del taladro giratorio.
(iv) Percusión aburrida:
En este método, el suelo se reduce por golpes repetidos de una broca de perforación pesada. El bit se llama el bit churn. La broca se une al extremo de una varilla de perforación y se levanta y se deja caer alternativamente en el orificio del orificio. Se agrega agua para facilitar la rotura del suelo. La lechada formada en el fondo del orificio se elimina mediante bailers o bombas de arena. Este método es adecuado para el taladrado en rocas y suelos duros.
Las muestras que pueden extraerse de pozos de prueba o perforaciones son principalmente de dos tipos:
(i) Muestra perturbada:
La muestra perturbada es una muestra en la que la estructura del suelo está perturbada de manera significativa o completa y el contenido de humedad también puede diferir del valor in situ. La distribución del tamaño de partícula del suelo in situ se conserva. Estas muestras son necesarias para las pruebas de identificación y clasificación.
(ii) Muestra no perturbada:
La muestra no perturbada es una muestra que conserva lo más cerca posible, la verdadera estructura in situ y el contenido de humedad del suelo. Estas muestras son necesarias para las pruebas de resistencia al corte, permeabilidad y consolidación.
Muestreo de pozos de prueba:
Las muestras de bloques se obtienen de pozos de prueba. Las muestras de bloques son muestras cortadas a mano y se obtienen de suelos arcillosos. Una muestra de bloque se recorta cuidadosamente y se guarda una caja de madera alrededor de la muestra que sobresale. La muestra se corta en la parte inferior con un cuchillo y se da vuelta con la caja de madera. La muestra se cubre con una tapa y se sella con cera o grasa.
Muestreo en pozos :
Las muestras sin perturbar se obtienen a partir de orificios de perforación mediante el uso de muestreadores de pared delgada.
Los dos tipos de muestreadores de pared delgada en uso son:
(a) Muestreadores de unidades abiertas
(b) Muestreadores de pistón
(a) Muestra de unidad abierta:
Una muestra de unidad abierta consiste en un tubo de paredes delgadas con un borde de corte duro y conectado a un cabezal de la muestra. La cabeza del muestreador consiste en una válvula de bola y puertos que permiten el fácil escape de agua o aire del tubo de muestra. Estas muestras se empujan o se introducen en el suelo hasta la profundidad requerida y luego se cortan dando torsión a la barra de perforación. La muestra junto con la muestra interior se extrae del orificio y el tubo se saca de la cabeza de la muestra. Los dos extremos del tubo se sellan con grasa o cera fundida.
(b) Muestreador de pistón:
Los muestreadores de pistón se utilizan para obtener muestras no perturbadas de buena calidad de arcillas blandas, limos y arenas limosas con cierta cohesión. Consiste en un tubo de pared delgada equipado con un pistón que cierra el extremo del tubo de muestreo hasta que el aparato desciende hasta el fondo de la perforación. El pistón evita que el suelo blando se exprima rápidamente en el tubo y, por lo tanto, elimine la distorsión de la muestra.
Durante la bajada de la muestra en el orificio, el pistón se mantiene más cerca del extremo inferior de la muestra. Después de alcanzar la profundidad deseada, el vástago del pistón se sujeta y el tubo de muestreo avanza hacia el interior del suelo. Luego, la muestra se retira del orificio, con el vástago del pistón en posición sujeta. Durante el retiro! De la muestra, el pistón evita que la presión del agua actúe sobre la parte superior de la muestra y, por lo tanto, aumente las posibilidades de recuperación.
(a) Despeje interior
C i = D s -D e / D e
= 1-3%
El diámetro interior de la zapata de corte debe mantenerse ligeramente más pequeño que el del tubo de muestreo. Esto ayuda a la expansión elástica del suelo a medida que entra en el tubo de muestreo y reduce la resistencia de fricción en la muestra desde la pared del tubo.
(b) Despacho exterior,
C 0 = D W -D t / D t = 2-3%
El diámetro exterior de la zapata de corte debe ser ligeramente mayor que el diámetro exterior del tubo de muestreo. Este espacio se proporciona para reducir la fuerza motriz. Esto también facilita la retirada de la muestra del suelo.
(c) Relación de área
Ar = D 2 w - D 2 e / D 2 e 100%
Esto representa la cantidad de suelo que se desplaza cuando una muestra se fuerza en el suelo. La relación de área debe mantenerse lo más baja posible.
Para la formación rígida, un r > 20%.
Para suelos blandos, a r, = 10% o menos
dónde
D s = diámetro interior del tubo de muestreo
D t = diámetro exterior del tubo de muestreo
D e = diámetro interior del zapato de corte
D w = diámetro exterior del zapato de corte
Relación de recuperación de la muestra:
Es la relación entre la longitud de la muestra retenida en la muestra y la profundidad de penetración de la muestra. Es una medida importante de la perturbación en el suelo durante el muestreo.
Relación de recuperación = Longitud de la muestra retenida en la muestra / Profundidad de penetración
Para una muestra perfecta sin perturbaciones, la tasa de recuperación debe ser igual o ligeramente inferior a 1.0.
Conservación de muestras:
Al retirar la muestra de las perforaciones, los tubos de muestreo se retiran y se sellan en ambos extremos con cera de parafina o vaselina. El espesor del sello no debe ser inferior a aproximadamente 25 mm.
Los tubos de muestreo se etiquetan con la siguiente información:
(i) Nombre del proyecto
(ii) Número de aburrido
(iii) Profundidad de muestreo.
(iv) Fecha de muestreo.
Mientras están en el sitio, los tubos de muestreo están protegidos de la luz solar directa, golpes, etc. Los tubos de muestreo se llevan al laboratorio tan pronto como sea posible y se guardan en una habitación húmeda para preservar el contenido de agua natural de las muestras.
Influencia de la condición del suelo en el programa exploratorio:
El conocimiento de la condición del subsuelo del sitio del proyecto para un ingeniero geotécnico a cargo es muy esencial ya que estos tienen una gran influencia en la planificación del programa exploratorio.
(i) Si se conocen las condiciones del suelo, se puede reducir el costo y el trabajo del programa exploratorio.
(ii) Si los estratos del subsuelo son uniformes, entonces el número y la profundidad de la perforación pueden reducirse, lo que disminuye el costo relativo de las investigaciones del sitio.
(iii) Dependiendo del tipo de suelo, se decide el método de exploración del suelo.
Por ejemplo:
En suelos arcillosos, los pozos de prueba abiertos son adecuados para exploración superficial y la perforación es adecuada para exploración profunda. En suelo rocoso, se adopta el método de taladrado rotatorio o de percusión.
(iv) Si el nivel freático es alto, los pozos de prueba crean dificultades para tomar muestras para suelo arenoso y el nivel freático se debe bajar para tomar muestras. Se adopta el método de perforación para tomar muestras debajo del nivel freático en el caso de suelo arenoso.
(v) Si el suelo alrededor del pozo no es autoportante, entonces el tubo de revestimiento se utiliza para proporcionar soporte al suelo.
Posibilidad de mal juicio de la condición del subsuelo:
La investigación del subsuelo es siempre una tarea difícil. Exploramos las condiciones debajo de la superficie utilizando perforaciones y otros métodos y recuperamos muestras para pruebas y evaluaciones, pero incluso una investigación más detallada cubre una pequeña fracción de suelo y roca debajo del sitio.
No tenemos la idea de la condición del suelo entre las perforaciones y debemos confiar en la interpolación combinada con el conocimiento de los procesos de deposición del suelo. Incluso después de la investigación del suelo, nunca estamos seguros acerca de las muestras recolectadas y si realmente son representativas o no, por lo que existe toda posibilidad de un mal juicio de la condición del subsuelo
La figura 10.6 ralentiza dos capas de suelos. La capa superior es de arcilla rígida y la capa inferior es de arcilla blanda. La prueba de carga se realiza cerca de la superficie del terreno y solo mide las propiedades de la arcilla rígida, pero no indica la naturaleza de la arcilla blanda.
El efecto de la carga real en la construcción del suelo se extiende hasta el suelo blando que es altamente compresible y habrá fallas.
A veces, en la investigación del suelo, un gran audaz se juzga mal como el lecho de una roca y el diseño de una estructura está hecho para apoyarse en la roca. Esto puede llevar al desastre. Por la investigación del subsuelo, se determina el espesor de una capa de arcilla que recubre los estratos arenosos y la base se diseña en consecuencia. No se hace ninguna consideración para el agua atrapada debajo de la capa de arcilla.
Este error de apreciación puede llevar a la falla de la cimentación debido al desarrollo de una presión de agua excesiva cuando se carga el suelo. Si un ingeniero geotécnico no puede detectar la roca caliza subyacente en el suelo cohesivo y la construcción se realiza sobre ella. Con la construcción y el flujo de agua subterránea, se forma una cavidad en la roca caliza. Esta cavidad sigue aumentando y, finalmente, da como resultado un fallo de la estructura (figura 10.7).
Influencia del tamaño del proyecto y tipo de estructura en el programa exploratorio:
El tamaño del proyecto y el tipo de estructura tienen una gran influencia en el programa exploratorio. En el caso de estructuras pequeñas, solo la exploración general o la exploración preliminar son suficientes. El objetivo principal de la exploración preliminar es obtener una idea aproximada del subsuelo a bajo costo. Se realizan pocos números de perforaciones, pozos de prueba y pruebas de penetración para la exploración general. Las muestras perturbadas se analizan en el laboratorio para determinar las propiedades físicas del suelo.
Si el tamaño del proyecto es grande y la estructura es pesada, se lleva a cabo la exploración detallada. El costo involucrado en la exploración detallada es mucho más que la exploración general. En la exploración detallada se prueban los números de perforaciones. La profundidad de perforación es de al menos 1.5 a 2B, donde B es el ancho de la base, las muestras no perturbadas se analizan en el laboratorio para determinar las propiedades de ingeniería como la resistencia al corte, la permeabilidad, la compresibilidad, etc. Número de pruebas de campo tales como pruebas de carga de placa, estándar Se lleva a cabo una prueba de penetración, pruebas de cortante de paletas, etc.
Tabla 10.2: Pautas aproximadas para la profundidad de perforación de edificios en cimientos poco profundos (Sowers, 1979)
(i) Para edificios:
En suelos uniformes, se deben hacer al menos tres perforaciones, no en una línea, para edificios pequeños y al menos cinco perforaciones, una en cada esquina y otra en el centro para grandes edificios, como se muestra en la figura 10.8. En la medida de lo posible, las perforaciones deben perforarse cerca de los cimientos propuestos pero fuera de sus contornos.
(ii) Para carreteras:
La perforación generalmente se debe ubicar a lo largo de la línea central propuesta de la carretera como se muestra en la figura 10.9.
(iii) Para aeropuertos:
Las perforaciones deben ubicarse a lo largo de la línea central propuesta y en cada borde de cada pista.
(iv) Para las presas:
El taladro debe ubicarse a lo largo de la cara corriente arriba a través de uno o ambos pilares.
Profundidad:
La exploración debe extenderse por debajo de todos los estratos, lo que contribuiría a un asentamiento significativo o podría tener una resistencia al corte inadecuada para el soporte de la fundación.
Espaciado:
El espaciado de la exploración depende de la naturaleza y la condición del suelo, la naturaleza y el tamaño del proyecto. En suelos uniformes, el espacio de exploración (taladrado) puede ser de 30 ma 100 m de distancia o más y en condiciones de suelo muy erráticas, se puede requerir un espacio de 10 m o menos.
La Tabla 10.2: da una idea aproximada sobre el espaciado de aburrido requerido para diferentes tipos de proyectos:
Pautas para la profundidad de aburrido :
(i) Al menos una perforación debe extenderse a una profundidad de 1.5 a 2 veces el tamaño más grande anticipado de la cimentación, como se muestra en la figura 10.10.
(ii) Las perforaciones deben perforarse como mínimo hasta una profundidad a partir de la cual el aumento de la tensión debido a la carga de la cimentación no sea significativo.
(iii) Siempre que sea posible, al menos un pozo debe ser bajado al nivel de roca sólida.
(iv) Cuando la base se lleva a rocas sólidas, se debe perforar al menos un pozo de perforación de 3 m en la roca para confirmar que se trata de un lecho de roca y no de una roca grande.
(v) La profundidad de exploración está en el rango de 4 a 5 m para la construcción de pavimentos en aeropuertos y autopistas.
Prueba de penetración estándar (SPT):
La prueba de penetración estándar (SPT, por sus siglas en inglés) es la prueba in situ más comúnmente utilizada para la investigación debajo de la superficie. En SPT, se hace una muestra de cuchara dividida para penetrar 15 cm mediante golpes suaves de un martillo de 65 kg en la parte superior de la barra de perforación. La barra de perforación está conectada a la parte superior de la muestra de cuchara dividida.
Después de la penetración inicial de 15 cm de la muestra, se deja caer el martillo de caída desde una altura de 75 cm y se registra el número de golpes necesarios para la penetración de la muestra de 30 cms. Este número de golpes se llama valor N o número de penetración. En este método, la energía de conducción es suministrada por el fallo de la caída de peso. Por lo tanto, es esencialmente un método de sondeo dinámico.
El procedimiento detallado de SPT es el siguiente:
Aparato requerido:
(i) Dechado de cuchara dividida:
Tiene un diámetro exterior de 50 mm, un diámetro interior de 35 mm y una longitud de apertura mínima (borde de corte a ventilación de aire) de 600 mm. El cabezal de acoplamiento tiene cuatro orificios de ventilación de 10 mm (diámetro mínimo) o un valor de control de bola.
(ii) Ensamble de impulsión:
Consiste en un trípode como equipo de elevación: una de las patas está provista de una escalera, una masa de apoyo (martillo) de 65 kg, una guía para garantizar una caída libre de 75 cm de la masa de transmisión y un yunque (unido a la guía) Para transmitir el golpe a la varilla muestreadora.
En la práctica general se utilizan cuatro métodos de liberación del martillo:
(a) Levantamiento y liberación normales de la cuerda que pasa a través de una polea.
(b) Un martillo de disparo, como los martillos Pilcon o Dando.
(c) Un mecanismo de activación, como el japonés "Tombi".
(d) El método de “cuerda dividida” para aflojar rápidamente la cuerda en el catead de guiño.
(iii) Barras de extensión:
Estas barras se utilizan para transmitir la energía de conducción desde el yunque hasta el muestreador.
(iv) Equipo de perforación:
El equipo de perforación debe ser para hacer un orificio razonablemente despejado de 60-75 mm de diámetro para garantizar que la prueba se realice en suelo no perturbado y no en la caída de material. Es posible que deba usarse lodo de revestimiento o perforación en el lugar donde caen los lados aburridos.
En general, el taladro manual de 75 mm de diámetro se utiliza para perforar pozos.
Procedimiento:
(1) Se perfora un pozo a la profundidad requerida y se limpia a fondo.
(2) El muestreador unido a las varillas de extensión se baja al fondo del orificio y se deja reposar debajo del peso propio.
(3) El conjunto de la unidad se conecta a la varilla y la muestra se conduce con golpes de luz desde la masa de la unidad hasta una penetración del asiento de 15 cm.
(4) La muestra se conduce a una penetración adicional de 30 cm por golpes de 65 kg de masa de impulsión que cae desde una altura de 75 cm. El número de golpes necesarios para una penetración de 30 cm se registra como resistencia de penetración estándar, N.
(5) La muestra se levanta del orificio y se abre. La muestra no perturbada se retira de la muestra y se sella de ambos lados.
(6) La prueba se realiza en cada capa de suelo identificable o en un intervalo de 1, 5 m, el que sea menor. Según IS: 2131, para una cimentación de ancho B, la prueba de penetración se debe realizar en un intervalo de 0, 75 m hasta una profundidad de B desde la parte inferior de la zapata y en un intervalo de 1, 5 m para la profundidad de reposo hasta una Profundidad de 1.5 a 2 B.
(7) El valor N medido puede indicar más que el valor real en algunos casos y, por lo tanto, deben corregirse.
La resistencia a la penetración estándar, es decir, el valor N ha sido correlacionada con diferentes propiedades del suelo por diferentes investigadores.
Parte de la correlación se da en las siguientes tablas:
Para suelos cohesivos:
Correcciones a la resistencia de penetración estándar medida (N)
Varios investigadores (Tergaghi y Peck, 1948; Gibbs y Holtz, 1957; AW Skempton, 1986) han observado que el valor de N depende de varios factores, como la presión de sobrecarga efectiva, la inmersión, los diámetros de pozo, la longitud de la barra. Por lo tanto, el valor N observado debe corregirse.
El efecto de cada una y las correcciones se discuten brevemente de la siguiente manera:
Efecto de la sobrecarga:
Gibbs y Holtz (1957) estudiaron experimentalmente el efecto de la presión de sobrecarga en el valor de N.
Su modificación para arena seca o húmeda puede representarse por la siguiente relación:
N C = N 35 / σ +7
Dónde
N c = valor N corregido para la sobrecarga
N = valor SPT observado
σ = presión efectiva de sobrecarga, t / m 2 (que no exceda de 28t / m 2 )
Efecto de la Sumergencia:
Terzaghi y Peck (1948) recomendaron que cuando el suelo se compone de arena muy fina o limosa debajo del nivel freático, el valor N medido, si es mayor que 15, debe corregirse para aumentar la resistencia debido al exceso de presión de agua de poros que se establece durante la conducción e incapaz de disiparse de inmediato. El valor corregido de N, N c está dado por
N c = 15 + I / 2 (N-15)
donde, tanto las correcciones de sobrecarga como las de sumersión son necesarias, la corrección de sobrecarga se aplica primero.
Efecto de la longitud de la barra:
Los estudios de ecuaciones de onda (Schmertman y Palacios, 1979) indican que la relación máxima teórica disminuye al disminuir la longitud de la barra por debajo de una longitud de barra de 10 m. El peso o la rigidez del vástago de la varilla, de una longitud determinada, parece tener poco efecto (Brown, 1977; Matsumo to y Matsubara, 1982).
Efecto del diámetro de la perforación:
En su forma original, el SPT se llevó a cabo desde el fondo de agujeros de lavado de 62, 5 mm o 100 mm de diámetro (Skempton, 1986). La mejor práctica moderna todavía se adhiere a esta dimensión. En muchos países, son comunes las perforaciones de prueba de 150 mm e incluso se permiten perforaciones de 200 mm (Nixon, 1982). El efecto de las pruebas de orificios relativamente grandes en suelos cohesivos es probablemente insignificante, pero en las arenas hay indicios de que pueden producirse valores apreciables de N más bajos (Lake, 1974; Sanglerat y sanglerat, 1982). Se sugieren los factores de corrección mínimos para permitir el efecto de las pruebas en grandes pozos (Skempton, 1986) como se indica en la Tabla 10.7.
Prueba de penetración estática de cono (CPT):
La prueba de penetración de cono estático normalmente se denomina prueba de penetración de cono (CPT). CPT es una prueba de sondeo directo que proporciona un registro continuo de la variación de la resistencia de penetración con la profundidad. No se obtiene ninguna muestra de esta prueba. Se utiliza un cono que tiene un ángulo de vértice de 60 ° y un diámetro total de la base de 35, 7 mm, lo que da un área de sección transversal de 10 cm 2 .
Está hecho de acero y punta endurecida. El cono está unido al extremo inferior de una varilla de sondeo de acero de 15 mm de diámetro que pasa a través de un tubo de manto de acero de diámetro uniforme o no uniforme. El diámetro externo del tubo del manto es igual al diámetro del cono. El cono se empuja en el suelo manualmente o mediante un mecanismo de accionamiento accionado hidráulicamente. Para obtener la resistencia del cono qc, el cono solo se empuja verticalmente a una velocidad de 2 cm / s hasta una profundidad de 4 cm cada vez.
La presión requerida para empujar se registra como q c . El tubo del manto exterior se empuja hacia abajo hasta el nivel del cono. La resistencia debida a la fricción en el tubo del manto se mide por separado. La variación de la resistencia del cono con la profundidad se grafica para identificar los diferentes estratos.
En el último año, el penetrómetro estático del cono se ha modificado para incorporar piezo cono. El penetrómetro piezoncónico proporciona una medición simultánea de la resistencia del cono, la fricción lateral y la presión del agua de los poros a medida que el cono avanza en el suelo. El penetrómetro de piezocono (CPTU) proporciona una determinación más confiable de la estratificación y el tipo de suelo que un CPT estándar.
El CPT tiene tres aplicaciones principales:
1. Determinar la estratificación subsuperficial e identificar los materiales presentes.
2. Estimar los parámetros geotécnicos.
3. Proporcionar resultados para el diseño geotécnico directo.
Para suelos de grano fino como arcilla, la resistencia preliminar al corte no entrenada (C u ) se puede estimar a partir de:
Cu = q c / N k
dónde
q c = resistencia medida del cono
N k = 17 a 18 para arcillas normalmente consolidadas o,
20 para más de arcillas consolidadas.
Tabla 10.8: Correlación entre la prueba de penetración de cono y SPT
Prueba de penetración de cono dinámico (Dcpt):
DCPT es similar a SPT como uso, excepto que no hay perforación para DCPT. Esta prueba se realiza introduciendo un cono estándar de 60 ° unido a una serie de varillas de perforación en el suelo mediante golpes de un martillo de 65 kg que cae desde una altura de 75 cm. Se registra el número de golpes por cada 30 cm de penetración del cono.
El número de golpes requeridos para 30 cm de penetración del cono se conoce como resistencias de cono, N c
DCPT se realiza de dos maneras:
(i) Uso de cono de 50 mm sin suspensión de benetonita (IS-4968, parte I)
(ii) Uso de cono de 62, 5 mm con suspensión de bentonita (IS-4968, parte II)
Para un cono de 50 mm de diámetro sin lodo de bentonita, el cono se ajusta a la barra de transmisión (barra A). La cabeza del martillo está unida al otro extremo de la barra A con un acoplamiento de barra A y una barra guía de 150 cm de largo está conectada a la cabeza del martillo. Este conjunto se mantiene vertical con el cono que descansa verticalmente en el suelo en el punto que se va a probar. El cono es impulsado por la caída del martillo y la conducción continúa hasta que el cono alcanza la profundidad requerida.
Para el cono de 62, 5 mm con suspensión de bentonita, la configuración debe tener disposiciones para circular la suspensión de manera que se elimine la fricción en la varilla de transmisión.
El valor Nc de DCPT y el valor N de SPT se pueden comparar y se puede establecer una correlación aproximada para el sitio. Con la ayuda de estas correlaciones, los datos de DCPT en otras ubicaciones pueden deducirse al valor de N. Este tipo de trabajo es adecuado para estructuras pequeñas y es útil en la exploración preliminar de sitios extensos.
Medición del nivel de agua subterránea:
La presencia de agua en los poros del suelo tiene un impacto muy importante en el comportamiento de la ingeniería del suelo, por lo que la determinación del nivel del agua subterránea y su fluctuación es una parte importante de cualquier exploración del sitio. La medición del nivel del agua subterránea es más importante en los sitios donde se deben realizar grandes ejecuciones.
Importancia de la medición del nivel de agua subterránea:
(i) El nivel de agua subterránea es un indicador del tipo de suelo y su permeabilidad.
(ii) En áreas anegadas, se requiere la deshidratación para la exploración del suelo. Por lo tanto, la medición del nivel del agua subterránea permite al ingeniero geotécnico a cargo decidir el tipo de unidades de deshidratación requeridas para el sitio.
(iii) El nivel de agua subterránea afecta muchas fases importantes en el diseño y construcción de cimientos. Por eso debe ser medido con exactitud en cada proyecto.
Factores que afectan el nivel de agua subterránea:
Los factores que afectan el nivel del agua subterránea son los siguientes:
(i) Tipo de suelo
(ii) Condiciones climáticas
(iii) Condiciones de drenaje de zonas colindantes.
(iv) estaciones
Métodos de medición del nivel de agua subterránea :
El método para medir el nivel del agua subterránea en un pozo depende de la permeabilidad del suelo.
Para suelos permeables (arenas, gravas, etc.):
Como la permeabilidad de suelos anteriores como arena, gravas, etc., son más; El agua sube a su nivel final en un agujero de pozo en poco tiempo. El nivel final de agua en el orificio es el indicativo del nivel freático en la región.
El nivel de agua en una perforación en tales suelos se mide después de unos minutos de perforación al bajar una cinta de acero cubierta con tiza. En arenas y gravas de 30 a 45 minutos es suficiente para que el nivel de agua se estabilice.
Para suelos impermeables (limos, arcillas, etc.):
Como la permeabilidad de los suelos impermeables es menor, el agua subterránea tarda más de 2 horas o varios días en llegar a su nivel final en un pozo. Cuando la medición del nivel de agua subterránea se debe realizar durante un largo período de tiempo, un método de determinación preciso consiste en instalar una serie de tubos de pie o piezómetros en pozos.
Un tubo de soporte simple consiste en un tubo de PVC con perforaciones en el extremo inferior y embalado alrededor con un filtro granular a lo largo de la parte perforada como se muestra en la figura 10.12. El orificio se rellena con arena o grava sobre el cual se proporciona un sello de arcilla de charco. En condiciones irregulares de agua subterránea, se instala un piezómetro hidráulico para medir el nivel de agua subterránea.
Informe de Investigación de Suelos:
El informe de investigación de suelos es el documento final de la investigación de subsuelos que contiene información importante para el diseñador. El informe debe prepararse de tal manera que el lector pueda obtener una imagen completa de la condición del subsuelo del sitio.
Un buen informe de suelo debe incluir lo siguiente:
1. Introducción
2. Registro de perforación
3. Método de investigación.
4. Resultados de las pruebas de laboratorio.
5. Análisis de resultados.
6. Recomendaciones.
La información que se incluirá en la parte de introducción del informe del suelo es:
(i) La naturaleza y alcance de la investigación del subsuelo
(ii) Un plan de diseño del sitio que muestre las ubicaciones de las perforaciones, la ubicación de otras pruebas de campo, etc.
(iii) Las diferentes pruebas realizadas en campo y en laboratorio.
El registro del pozo debe incluir la siguiente información:
(i) Número aburrido y tipo de aburrido
(ii) Fechas de inicio y terminación de aburrido.
(iii) Diámetro de aburrido.
Los otros datos de los registros de perforación se presentan en forma tabular y muestran:
(i) Perfil del suelo que muestra el espesor de diferentes estratos.
(ii) Descripción de los diferentes estratos del suelo.
(iii) nivel de agua subterránea
(iv) Profundidad y espesor de las muestras.
En la figura 10.13 se muestra un registro típico de aburrido (según IS: 1892). En el método de investigación, se debe mencionar la razón para elegir un método particular para la prueba de campo. Los detalles de los resultados de las pruebas de campo se presentan en esta sección del informe del suelo.
Los resultados de las pruebas de laboratorio se presentan en forma de tablas y gráficos. Se incluyen detalles importantes de los procedimientos de pruebas de laboratorio. Cualquier procedimiento especial seguido para esta investigación se explica en detalles.
Se analizan los datos obtenidos de las pruebas de campo y de laboratorio. Se establecen correlaciones entre diferentes datos de prueba. Se debe identificar el rango de los parámetros de diseño y sus valores promedio.
Finalmente, las recomendaciones en el informe son generalmente para los tipos de cimientos y su diseño, si el alcance lo permite.
