“UNIVERSIDAD NACIONAL MICAELA BASTIDAS DE APURIMAC”
AÑO DEL BUEN SERVICIO AL CIUDADANO
“
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UNIVERSIDAD NACIONAL MICAELA BASTIDAS DE APURIMAC
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” ”
FACULTAD
:
INGENIERIA CIVIL
SEMESTRE
:
IV
DOCENTE
:
ING. PERCY BRAVO OSCCO
AREA
:
MECÁNICA DE SUELOS I
TEMA
:
EXPLORACIÓN DE SUELOS
ALUMNOS Y CODIGOS
:
CABRERA GARCES, Carla
_______151329
VEGA BOLIVAR, Jaudry Shamira
_______141357
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DEDICATORIA
El presente trabajo está dedicado a los docentes quienes en los momentos de aprendizaje tomaron un papel de importancia, al instruirme como un profesional
al
servicio
de
la
sociedad
de
competencias anegables y con ansia de sobresalir y obtener los objetivos trazados; cumpliendo con la capacidad de resaltar en el campo laboral de la ingeniería civil.
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PRESENTACIÓN El presente trabajo monográfico consta del estudio de exploración de suelos, basado en el tema de excavaciones y sondeos en el marco teórico, se define todas las terminologías utilizadas y métodos de exploración de suelos, se dan con la finalidad de dar a conocer explícitamente de cada concepto, seguidamente se muestra a detalle todos los procedimientos realizados en campo para la determinación del tema.
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INTRODUCCIÓN En el desarrollo de un proyecto civil re requiere conocer previamente las condiciones del terreno donde se apoyara la estructura o si la estructura a desarrollar es construida con tierra o roca, además de las condiciones del suelo es necesario conocer las posibles fuentes de material. Cuando se analiza una estructura, desde el punto de vista de la mecánica e suelo se puede hablar de tres categorías: 1. Estructuras donde el problema básico es el entendimiento de la interacción de la estructura con el suelo. Dentro de estas estructuras se incluyen: Fundaciones, estructuras de retención, líneas de túneles o sistemas de conducción. 2. Estructuras construidas en tierra como vías, carreteras, presas de tierra o terraplenes, bases, y sub bases para pavimentos. 3. Estructuras de tierra o rocas en condiciones naturales, en estas incluimos los taludes naturales o los cortes generados ante alguna obra o acción desarrollada por e hombres. En cualquiera de estos casos, el entendimiento de las propiedades del suelo ayuda a la mejor comprensión de los posibles problemas o situaciones generadas, de esta manera los diseños o acciones seguirán las condiciones de seguridad y economía e la obra. Debido a que la mayoría de los casos los costos del estudio de suelos son los más exigentes al inicio de cada obra y que se debe asegurar siempre que los estudios c ubran todo la zona de influencia de esta, es necesario desarrollar un adecuado programa de exploración y muestreo del área de interés.
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1) MÉTODOS DE EXPLORACIÓN DE CARÁCTER PRELIMINAR: A) POZO ACIELO ABIERTO CON MUESTREO ALTERADO O INALTERADO: Cuando este método sea practicable como el más satisfactorio debe considerársele como el más satisfactorio para conocer las condiciones del subsuelo, ya que consiste en excavar un pozo de dimensiones suficientes para que un técnico pueda directamente bajar y examinar los diferentes estratos de suelo en su estado natural, así como darse cuenta de las condiciones precisas referentes al agua contenida en el suelo. Desgraciadamente este tipo de excavación no puede llevar de a grandes profundidades a causa, sobre todo, de la dificultad de controlar el flujo de agua bajo el nivel freático; naturalmente que el tipo de suelo de los diferentes estratos atravesados también; naturalmente que el tipo de suelo de los diferentes estratos atravesados también influye grandemente en los alcances del método sí. Deben cuidarse especialmente los criterios para distin guir la naturaleza del suelo “in situ” y la misma, modificada por la excavación realizada. En efecto una arcilla dura puede con el tiempo, aparecer como suave y esponjosa a causa del flujo de agua hacia la trinchera de excavación, análogamente una arena compactada puede presentarse como semifluida y suelta por el mis o motivo. Se recomienda que siempre que se haga un pozo a cielo abierto se lleve un registro completo de las condiciones del subsuelo durante la excavación, hecho por un técnico conocedor. En estos se pueden tomar muestras alteradas o inalteradas de los diferentes que se haya encontrado.
B) PERFORACIONES CON POSTEADORA, BARRENOS HELICOHIDALES O METODOS SIMILARES: En estos sondeos explicatorios la muestra de suelo obtenida es completamente alterada, pero suele ser representativa del suelo en lo referente a contenido de agua, por lo menos en suelo muy plástico. Los barrenos helicoidales pueden ser de diferentes tipos no solo dependiendo del suelo por atacar, si no de acuerdo con la preferencia particular de cada perforista. Un factor importante es el paso de la hélice que debe ser muy cerrado para suelos arenosos y mucho más abierto para el muestreo en suelo plástico. Posiblemente más usadas que los barrenos son las posteadoras a las que se hace penetrar en el terreno ejerciendo un giro sobre el mineral adaptado al extremo superior de la tubería de perforación. Las herramientas se conectan l extremo de una tubería de perforación, formada por secciones de igual longitud, que se van añadiendo según aumenta la profundidad del sondeo. En arenas colocadas bajo en nivel de aguas freáticas estas herramientas no suelen poder extraer muestras y en esos casos es preferible recurrir al uso de cucharas especiales, de las que también hay gran variedad de t ipos. Las muestras de cuchara son generalmente más alteradas todavía que las obtenidas con barrenos helicoidales y posteadoras; razón es el efecto del agua que entra en la cuchara junto con el suelo, formando en el interior una seudo suspención parcial del mismo. Es claro que en todos esos casos las muestras son cuando mucho apropiadas
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solamente par pruebas de clasificación y, en general, para aquellas pruebas de barreno suele ser mayor del real, por lo que el método no excluye la obtención de muestras más apropiadas, por lo menos cada vez que se alcanza un nuevo estrato.
frecuentemente es necesario ademas oo revestir el pozo de sondeo, lo cual se realiza con tuberia de hierro, hincada a golpes, de diamentro suficiente para permitir el paso de las herramientas muestradoras. En la parte inferior una zapata afiliada facilita la penetracion. a veces, la tuberia tiene secciones de diametros decrecientes, de modo que las secciones de menor diametro vayan entrenando en las de mayor. los diferentes segmenteos se retiras al fin del tabajo usando gatos apropiados
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para el manejo de los segmentos de tuberia de perforacion y de ademe, en su caso, se usa un triode procisto de una polea, a una altura que permita las manipulaciones necesarias. los segmentos manejados se sujetan a traves de laspolea con cable de manila o cable mentalico inclusive: los opoeradoes pueden intervenir manualmente en las operaciones, guiando y sujetando los segmentos de tuberia de perforacion por medio de llaves de diseño especial propias para esas maniobras y para hacer expedita la peracion del atornillado de los segmentos. un inconveniente serio de la perforacion con barrenos se tiene cuando la secuencia estragrafca del suelo es tal que a un estrato firme sigue uno blando. en estos casos es muy frecuente que se pierda la frontera entre ambos o aun la misma presencia del blando. el error anterior tiende a atenuarse accionando el barreno helicoidal tan adelantado respecto al ademe como lo perimta el suelo explorado.
c) MÉTODO DE LAVADO: Este método construye un procedimiento económico y rápido para conocer aproximadamente la estratigrafía del subsuelo. El método se usa también en ocasiones como auxiliar de avance rápido en otros métodos exploración. Las muestras obtenidas en lavado son tan alteradas que prácticamente en ser consideradas como suficientemente representativas para realizar ninguna prueba de laboratorio. Es necesario para realizar la perforación incluye un trípode con polea y martinete suspendido de 80kg a 150kg de peso, cuya función es hincar el suelo a golpes el deme necesario para la operación. Este ademe debe ser de mayor diámetro que la tubería que vaya a usurase en la operación. Este ademe debe ser de mayor diámetro que la tubería que vaya a usarse para inyección de agua. En el extremo inferior de la tubería de inyección debe ir un trepano de acero, perforado, para permitir el paso de agua a presión. El agua se impulsa dentro de la tubería por medio de una bomba. La operación consiste en inyectar agua en la perforación una vez hincado el ademe, la cual forma una suspensión con el suelo en el fondo del pozo y sale al exterior a través del espacio comprendido entre el ademe y la tubería de inyección, una vez fuera es recogida en un recipiente en el cual se puede analizar el sedimento. El procedimiento debe ir complementando en todo los casos por un muestreo con una cuchara del trepano, mientras las característica el suelo no cambien será suficiente obtener una muestra cada 1.50m aproximadamente, pero al notar un cambio en el agua eyectando debe procederse de inmediato a un nuevo muestreo. Al obtener las operaciones para muestreo debe permitirse que el agua alcance el peso un nivel de equilibrio, que Corresponde al nivel freático (que debe freático). Cualquier alteración de dicho nivel que se a observada en los diferentes muestreos debe reportarse especialmente.
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C) MÉTODO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR: Este procedimiento es entre todos los exploratorios preliminares, quiza el que riende mejores resultados en oa practica y proporciona mas utiles informacion en tomo al subsuelo y no solo enel referente a descripcion:
Fig.PENETROMETRO ESTANDAR En los suelos puramente friccionarios la prueba permite conocer la compacidas de los mantos que es la caracteristica fundamental respecto a su comportamiento mecánico. En suelos plásticos la prueba permite adquirir una idea, si bien tosca, la resistencia a la comprensión simple. Además el metodo lleva implícito un muestreo, que proporciona muestras alteradas reprensentativas del suelo en estudio. El equipo necesario para aplicar el procedimiento consta de un muestreadosr especial de dimensiones establecidas. Es normal que el penetrómetro se da media caña, para facilitar la extracción de la muestra. La utilidad e importancia mayor de la prueba d penetración estándar radica en las correlaciones realizadas en el campo y en el laboratorios en diversos simple en arcillas con el número de golpes necesarios en ese para que el penetrómetro estándar logre entrar los 30cm especificadados.
E) METODO DE PENETRACION CONICA: Estos metodos consisten en hacer penetrar un punta conica en el suelo y medir la resistencia que el suelo ofrece. existen diversos tipos de conos.
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a) b) c) d)
tipo danes tipo holandes tipo para ensayos dinamicos tipo de inyeccion
dependiendo del procedimiento para hincar los conos en el terreno, estos metodos se dividen en estaticos y dianmicos. en los primeros las herramientas se hincan a presion, medida en la superficie con un gato apropiado; en los segundos el hincado se logra a golpes dados con un peso que cae. en la prueba dinamica puede usarse un penetrometro atornillando al extremo de la tuberia de perforacion, que se golpea en su parte superior de un modo analogo al descrito para la prueba de penetracion estandar. es normal usar para esta labor un perso de 63,5 kg, con 76 cm de altura de caida, o sea la misma energia para la penetracion usada en la prueba estandar. tambien ehora se cuenta los golpes para 30 cm de penetracion de la herramienta. a modo d resumen podria decirse que las priuebas de penetracion conica, estatica o dianmica, son utiles en znas cuta estratigrafia sea ya ampliamente conocida a priori y cuando se desee simplemente obtener informacion de sus caraceristicas en un lugar especifico; pero son pruebas de muy problemática enterpretacion en lugares no explorados a fondo previamente. la prueba de penetracion estandar debe estimarse preferible en todos los casos en que su realizacion sea posible.
F) PERFORACIONES EN BOLEOS Y GRAVAS: Con frecuencia es necesario atravesar durante las perforaciones estratos de boleos o gravas que presentan grandes dificultades para ser perforados con las herramientas hasta aquí descritas. Es estos casos se hace necesario el empleo de herramientas de mayor peso, del tipo de barretones con taladros de acero duro, que se suspenden y dejan caer sobre el estrato en cuestión, manejándolos con cables. En ocasiones se ha recurrido, inclusive, al uso localizado de explosivos para romper la resistencia de un obstáculo que aparezca en el sondeo.
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3) MÉTODOS GEOFÍSICOS Se tratan ahora métodos geofísicos de exploración de suelos, desarrollados principalmente con el propósito de determinar las variaciones en las características físicas de los diferentes estratos del subsuelo o los contornos de la roca basal que subyace a depósitos sedimentarios. Los métodos se han aplicado sobre todo a cuestiones de geología y minería y en mucha menor escala a mecánica de suelos, para realizar investigaciones preliminares de lugares para localizar presas de tierra o para determinar, como se indicó, perfiles de roca basal. Los métodos son rápidos y expeditos y permiten tratar grandes áreas, pero nunca proporcionan suficiente información para fundar criterios definitivos de proyecto, en lo que a la mecánica de suelos se refiere. En el caso de estudios para fines de cimentación no se puede considerar que los métodos geofísicos sean adecuados, pues no rinden una información de detalle comparable con la que puede adquirirse de un buen programa de exploración convencional. A continuación se describen brevemente los principales métodos que se han desarrollado hasta hoy; de ellos los dos primeros han resultado, con mucho, los más importantes.
A) MÉTODO SÍSMICO: Este procedimiento se funda en la diferente velocidad de programación de las ondas vibratorias de tipo sísmico a través de diferentes medios materiales. Las mediciones realizadas sobre diversos medios permiten establecer que esa velocidad de propagación varía entre 150 y 2500 m/seg. En suelos, correspondiendo los valores mayores a mantos de grava muy compactos y las menores a arenas sueltas; los suelos arcillosos tienen valores medios, mayores que las arcillas duras y menores para las suaves. En roca sana los valores fluctúan entre 2000 y 8000 m/seg. Como termino de comparación se menciona el hecho de que el agua la velocidad de propagación de este tipo de onda es del orden de 1400 m/seg. Esencialmen te el método consiste en provocar una explosión en un punto determinado del área a explorar usando una pequeña carga de explosivo, usualmente nitro amonio. Por la zona a explotar se sitúan registradores de ondas (geófonos), separados entre sí de 15 a 30 m. La función de los geófonos es captar la vibración, que se transmite amplificada a un oscilógrafo central que marca varias líneas, una para cada geófono. Suponiendo una masa de suelo homogénea que yazca sobre la roca basal, unas ondas llegan a los geófonos viajando a través del suelo a una velocidad v1; otras ondas llegan después de cruzar oblicuamente dicho suelo. Hay un ángulo crítico de incidencia respecto a la frontera con la roca basal que hace que las ondas ni se reflejen ni se retracten hacia adentro de la roca, sino que las hace viajar paralelamente a dicha frontera, dentro de la roca, con una velocidad v2, hasta ser recogidas al oscilógrafo. El tiempo de recorrido de una onda refractada está determinado por su esquema del dispositivo aparece en la figura.
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Puede costruirse una grafica que relacione la distancia del geofono al punto donde se origino la perturbacion, con el tiempo que tardo en registrarse la onda en ese geofono. como as ondas directas y refrectadas cominezan a llegar al geofono en tiepos diferentes bien determinados, pueden calcularse de la grafica anterior los valores tipicos de v1 y v2. en los geofonos proximos al punto de la explosion las ondas directas llegan antes; en los alejados llegan primero las refractadas. hay un punto frontera, en el cual los dos tipos de onda llegan a la vez. dibujando los instantes en que el geofono, se obtienen dos rectas. hasta el punto 3, el primer impulso es de onda directa en la que el tieempo de excitación es proporcional a la distancia del geofono: de 3 en adelante, la primera excitación es de onda refractada en la que el timpo es una cierta funcion, , de la distancia, representando “ ” el tiempo constante en que se recorren los dos tramos inclinados hasta y desde la roca basal. se obtienen asi dos rectas que, evidentemente, han de cruzarse en la abscisa del punto 3. si x 1 es la abscisa de tal punto, puede demostrarse en la figura que:
+
= 12 √ 2−1 2+1 donde h es el espesor del estrato de suelo homogeneo y v1 y v2 pueden determinarse de las pendientes de las 2 rectas de la figura. los casos practicos no son tan sencillos como el arriba discutido y frecuentemente se hace necesaria una gran experiencia por parte del tecnico que ha de interpretar los resultados obtenidos y suele ser necesaria una exploracion convencional del suelo para una interpretacion mas correcta de dichos resultados.
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B) MÉTODO DE RESISTENCIA ELÉCTRICA: Este método se basa en el hecho de que los suelos, dependiendo de su naturaleza, presentan una mayor o menor resistivdad electrica cuando una corriente es inducida a su travez. Su principal aplicación esta en el campo de la mineria, pero en mecacnica de suelos se ha aplicadp para determinar la presencia de estratos de roca en el subsuelo. La resistividad electrica de una zona de suelo puede medirse colocando cuatro electrodos igualmete espaciados en la superficie y alineados; los dos exteriores, conectados en serie a una bateria son los electrodos de corriente (medida por un miliamperimetro), en tanto que los interiores se denominan de potencial y estan conectados a un potenciometro que mide la diferencia de potencial de la corriente circulante.
Los electrodos de corriente son simple varillas metalicas, con punta afilada, mientras que los de potencial son recipientes porosos llenos de una solucion de sulfato de cobre, que que al al suelo garantiza un buen contacto electrico. La resistividad se puede calcular a partir de las lecturas del miliamperimerimetro I, del poenciomentro V de la separacion entre los electrodos, d, con la formula:
= 2
El método sirve, en primer lugar, para medir las resistividades a diferentes profundidades, en un mismo lugar y, en segundo, para medir las resistividad se logar a una misma profundidad, a lo largo de un perfil. Lo primero se logra aumentando la distancia “d”, entre electrodos, con los que se logra conservando “d” constantes desplazando todo el equipo sobre la línea a explorar. Las mayores resistividades corresponden a rocas duras, siguiendo rocas suaves, gravas compact antes etc. y teniendo los menores valores los suelos suaves saturados.
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c) METODOS MAGNÉTICOS Y GRAVIMETRICOS: El trabajo de campo correspondiente a estos métodos de exploración es similar, distinguiéndose en el aparato usado. En el método magnético se usa un magnetómetro, que mide la componente vertical del campo magnético terrestre en la zona considerada, en varias estaciones próximas entre sí. En los métodos gravimétricos se mide la aceleración del campo gravitacional en diversos puntos de la zona a explorar. Valores de dicha aceleración ligeramente más altos que el normal de la zona indicara la presencia de masas duras de roca; lo contrario será índice de la presencia de masas ligeras o cavernas y oquedades. En general estos métodos casi no han sido usados con fines ingenieriles del campo, dentro del campo de la mecánicas de suelos, debido a lo errático de su información y a la difícil interpretación se sus resultados.
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INDICE Dedicatoria………………………………………………………………………………… pag2 Presentación……………………………………………………………………………………3 Introducción…………………………………………………………………………………….4 1) Metodos de exploración de carácterpreliminar……………………………….………….5 a)Pozo a cielo abierto con muestreo………………………………………………….….. b) Perforaciones con posteadora, barrenos helicoidal………………………………… c) Metodo de lavado………………………………………………………………………….. d) Metodo de penetración Estandar………………………………………………………. e) Metodo de penetración Conica………………………………………………………... f)Perforaciones en boleos y gravas…………………………………………………….. 2.Metodos de Sondeo definitivo………………………………… a) Pozo a cielo abierto con muestreo inalterado………… b) Muestreo con tubos de pared delgada………………………….. c) Metodos rotatorios para roca……………………… 3. Metodos geofísicos……………… a) Metodo Sismico……………… b) Metodo de Resistividad Electrica……………….. c) Metodo Magnetico y Gravimetrico……………. 4. Número y tipo de profundidad de sondeos ………………………… 5. Piezometro……………… 6. Diseño construcción de la celda porosa…………………………….