Trabajo realizado para obtener información sobre las propiedades físicas de los suelos, movimientos de tierra y cimentaciones.
Un científico de suelos del USBR avanza con un muestreador de suelo de empuje directo con sonda Giddings.
Los ingenieros geotécnicos o los geólogos ingenieros realizan investigaciones geotécnicas para obtener información sobre las propiedades físicas de los cimientos y las estructuras propuestas y para reparar los daños en los cimientos y las estructuras causados por las condiciones del subsuelo; este tipo de investigación se denomina investigación del sitio. Las investigaciones geotécnicas también se utilizan para medir la resistencia térmica de los suelos o los materiales de relleno necesarios para las líneas de transmisión subterráneas, los oleoductos y gasoductos, la eliminación de desechos radiactivos y las instalaciones de almacenamiento de energía solar térmica. Una investigación geotécnica incluirá la exploración de la superficie y la exploración del subsuelo de un sitio. A veces, se utilizan métodos geofísicos para obtener datos sobre los sitios. La exploración del subsuelo generalmente implica el muestreo del suelo y pruebas de laboratorio de las muestras de suelo recuperadas.
Las investigaciones geotécnicas son muy importantes antes de construir cualquier estructura, desde una sola casa hasta un gran almacén, un edificio de varios pisos y proyectos de infraestructura como puentes, trenes de alta velocidad y metros .
La exploración de la superficie puede incluir mapeo geológico , métodos geofísicos y fotogrametría , o puede ser tan simple como que un profesional geotécnico camine por el sitio para observar las condiciones físicas del mismo. Para obtener información sobre las condiciones del suelo debajo de la superficie, se requiere alguna forma de exploración del subsuelo. Los métodos para observar los suelos debajo de la superficie, obtener muestras y determinar las propiedades físicas de los suelos y las rocas incluyen pozos de prueba, zanjas (particularmente para localizar fallas y planos de deslizamiento ), perforaciones y pruebas in situ . Estos también se pueden utilizar para identificar la contaminación en los suelos antes del desarrollo a fin de evitar impactos ambientales negativos. [1]
Muestreo de suelo
Una muestra de suelo recuperada de una perforación de prueba utilizando un muestreador de cuchara partida
Las perforaciones se presentan en dos variedades principales: de gran diámetro y de pequeño diámetro. Las perforaciones de gran diámetro rara vez se utilizan debido a cuestiones de seguridad y de coste, pero a veces se utilizan para permitir que un geólogo o un ingeniero examine visual y manualmente la estratigrafía del suelo y de la roca in situ. Las perforaciones de pequeño diámetro se utilizan con frecuencia para permitir que un geólogo o un ingeniero examine el suelo o los recortes de roca o para recuperar muestras en profundidad utilizando muestreadores de suelo y para realizar pruebas de suelo in situ. Las recomendaciones para el espaciamiento y la profundidad de las investigaciones se presentan en el anexo B.3 del Eurocódigo 7 - Diseño geotécnico - Parte 2. [ 2]
Las muestras de suelo se clasifican a menudo como alteradas o no alteradas ; sin embargo, las muestras "no alteradas" no son verdaderamente inalteradas. Una muestra alterada es una en la que la estructura del suelo ha cambiado lo suficiente como para que las pruebas de las propiedades estructurales del suelo no sean representativas de las condiciones in situ, y solo las propiedades de los granos del suelo (por ejemplo, distribución del tamaño del grano , límites de Atterberg , característica de compactación del suelo, para determinar la litología general de los depósitos de suelo y posiblemente el contenido de agua) se pueden determinar con precisión. Una muestra no alterada es una en la que la condición del suelo en la muestra es lo suficientemente cercana a las condiciones del suelo in situ para permitir que las pruebas de las propiedades estructurales del suelo se utilicen para aproximarse a las propiedades del suelo in situ. Las muestras obtenidas por el método inalterado se utilizan para determinar la estratificación del suelo , la permeabilidad , la densidad, la consolidación y otras características de ingeniería.
La recolección de muestras de suelo en alta mar presenta muchas variables difíciles. En aguas poco profundas, el trabajo se puede realizar desde una barcaza. En aguas más profundas será necesario un barco. Los muestreadores de suelo para aguas profundas son normalmente variantes de los muestreadores de tipo Kullenberg, una modificación de un muestreador de gravedad básico que utiliza un pistón. [3] También hay disponibles muestreadores de fondo marino, que empujan el tubo de recolección lentamente dentro del suelo.
Muestreadores de suelo
Las muestras de suelo se toman utilizando una variedad de muestreadores; algunos proporcionan sólo muestras alteradas, mientras que otros pueden proporcionar muestras relativamente inalteradas.
Pala. Se pueden obtener muestras excavando la tierra del lugar. Las muestras tomadas de esta manera son muestras alteradas.
Los pozos de prueba son tramos relativamente pequeños excavados a mano o a máquina que se utilizan para determinar los niveles de agua subterránea y tomar muestras perturbadas.
Barrena accionada a mano o a máquina. Este muestreador consta normalmente de un cilindro corto con un borde cortante unido a una varilla y un mango. El muestreador avanza mediante una combinación de rotación y fuerza descendente. Las muestras tomadas de esta manera son muestras alteradas.
Barrena de vuelo continuo. Método de muestreo que utiliza una barrena como sacacorchos. La barrena se enrosca en el suelo y luego se levanta. El suelo se retiene en las aspas de la barrena y se conserva para realizar pruebas. El suelo muestreado de esta manera se considera alterado.
Muestreador de cuchara partida/SPT. Se utiliza en el "Método de prueba estándar para la prueba de penetración estándar (SPT) y el muestreo de suelos con barril partido" (ASTM D 1586 [4] ). Este muestreador es típicamente un tubo hueco de 18"-30" de largo y 2,0" de diámetro exterior (OD) partido por la mitad longitudinalmente. Una zapata de impulsión de metal endurecido con una abertura de 1,375" se conecta al extremo inferior y una válvula unidireccional y un adaptador de varilla de perforación en el cabezal del muestreador. Se clava en el suelo con un martillo de 140 libras (64 kg) que cae 30". Se cuentan y se informan los golpes (golpes del martillo) necesarios para hacer avanzar el muestreador un total de 18". Generalmente se utiliza para suelos no cohesivos; las muestras tomadas de esta manera se consideran alteradas.
Muestreador de California modificado. en la 'Práctica estándar para muestreo de suelos con pared gruesa, con revestimiento en anillo y barril dividido' (ASTM D 3550). Similar en concepto al muestreador SPT, el barril del muestreador tiene un diámetro mayor y generalmente está revestido con tubos de metal para contener las muestras. Las muestras del muestreador de California modificado se consideran alteradas debido a la gran relación de área del muestreador (área de la pared del muestreador/área de la sección transversal de la muestra).
Muestreador de tubos Shelby. Se utiliza en la "Práctica estándar para el muestreo de suelos con tubos de pared delgada para fines geotécnicos" (ASTM D 1587 [5] ). Este muestreador consta de un tubo de pared delgada con un borde cortante en la punta. Un cabezal de muestreo conecta el tubo a la varilla de perforación y contiene una válvula de retención y respiraderos de presión. Generalmente se utiliza en suelos cohesivos; este muestreador se introduce en la capa de suelo, generalmente 6" menos que la longitud del tubo. El vacío creado por la válvula de retención y la cohesión de la muestra en el tubo hacen que la muestra quede retenida cuando se retira el tubo. Las dimensiones estándar de ASTM son: 2" de diámetro exterior, 36" de largo, espesor de calibre 18; 3" de diámetro exterior, 36" de largo, espesor de calibre 16; y 5" de diámetro exterior, 54" de largo, espesor de calibre 11. ASTM permite otros diámetros siempre que sean proporcionales a los diseños de tubo estandarizados y la longitud del tubo sea adecuada para las condiciones de campo. El suelo muestreado de esta manera se considera inalterado.
Muestreadores de pistón. Estos muestreadores son tubos de metal de paredes delgadas que contienen un pistón en la punta. Los muestreadores se empujan hasta el fondo de un pozo , con el pistón permaneciendo en la superficie del suelo mientras el tubo se desliza más allá de él. Estos muestreadores devolverán muestras intactas en suelos blandos, pero son difíciles de avanzar en arenas y arcillas rígidas, y pueden dañarse (comprometiendo la muestra) si se encuentra grava. El sacatestigos Livingstone, desarrollado por DA Livingstone , es un muestreador de pistón de uso común. Una modificación del sacatestigos Livingstone con un cabezal de perforación dentado permite que se lo gire para cortar a través de materia vegetal subterránea, como pequeñas raíces o ramitas enterradas.
Muestreador de barril tipo jarra. Este muestreador es similar a los muestreadores de pistón, excepto que no tiene pistón. Hay orificios de alivio de presión cerca de la parte superior del muestreador para evitar la acumulación de presión de agua o aire sobre la muestra de suelo. Las muestras de suelo adecuadas para este muestreador son arcilla, limo, arena y rocas parcialmente meteorizadas.
In situpruebas
Una prueba de penetración estándar es una prueba de penetración dinámica in situ diseñada para proporcionar información sobre las propiedades del suelo, al mismo tiempo que se recolecta una muestra de suelo perturbado para el análisis del tamaño de grano y la clasificación del suelo.
Una prueba de penetrómetro de cono dinámico es una prueba in situ en la que se levanta un peso manualmente y se lo deja caer sobre un cono que penetra el suelo. Se registra la cantidad de mm por impacto y esto se utiliza para estimar ciertas propiedades del suelo. Este es un método de prueba simple y, por lo general, necesita respaldo con datos de laboratorio para obtener una buena correlación.
Una prueba de penetración cónica (CPT) se realiza utilizando una sonda instrumentada con una punta cónica, que se introduce en el suelo hidráulicamente a una velocidad constante. Un instrumento CPT básico informa la resistencia de la punta y la resistencia al corte a lo largo del cilindro. Los datos de CPT se han correlacionado con las propiedades del suelo. A veces se utilizan otros instrumentos además de la sonda CPT básica, entre ellos:
Una sonda de penetrómetro piezocónico se avanza utilizando el mismo equipo que una sonda CPT normal, pero la sonda tiene un instrumento adicional que mide la presión del agua subterránea a medida que avanza la sonda.
Una sonda de penetrómetro piezocónico sísmico se desarrolla utilizando el mismo equipo que una sonda CPT o CPTu, pero la sonda también está equipada con geófonos o acelerómetros para detectar ondas de corte y/o ondas de presión producidas por una fuente en la superficie.
Los penetrómetros de flujo completo (de barra en T, de bola y de placa) se utilizan en suelos arcillosos extremadamente blandos (como los depósitos del fondo marino) y se utilizan de la misma manera que los CPT. Como lo indican sus nombres, la barra en T es una barra cilíndrica unida en ángulo recto a la sarta de perforación formando lo que parece una T, la bola es una esfera grande y la placa es una placa circular plana. En arcillas blandas, el suelo fluye alrededor de la sonda de forma similar a un fluido viscoso. La presión debida a la tensión de sobrecarga y la presión del agua intersticial es igual en todos los lados de las sondas (a diferencia de los CPT), por lo que no es necesaria ninguna corrección, lo que reduce una fuente de error y aumenta la precisión. Especialmente deseados en suelos blandos debido a las cargas muy bajas en los sensores de medición. Las sondas de flujo completo también se pueden subir y bajar para medir la resistencia del suelo remodelado. En última instancia, el profesional geotécnico puede utilizar la resistencia a la penetración medida para estimar las resistencias al corte no drenadas y remodeladas.
La prueba de sonda helicoidal para la exploración y compactación del suelo se ha vuelto popular por proporcionar un método rápido y preciso para determinar las propiedades del suelo a profundidades relativamente bajas. La prueba HPT es atractiva para las inspecciones de zapatas in situ porque es liviana y puede ser realizada rápidamente por una sola persona. Durante la prueba, la sonda se conduce hasta la profundidad deseada y el torque necesario para girar la sonda se utiliza como medida para determinar las características del suelo. Las pruebas preliminares de ASTM han determinado que el método HPT se correlaciona bien con las pruebas de penetración estándar (SPT) y las pruebas de penetración de cono (CPT) con calibración empírica.
La tomografía eléctrica se puede utilizar para examinar las propiedades del suelo y las rocas y la infraestructura subterránea existente en proyectos de construcción. [6]
Una prueba con dilatómetro de placa plana (DMT) es una sonda de placa plana que a menudo se utiliza con equipos CPT, pero que también se puede utilizar con equipos de perforación convencionales. Un diafragma en la placa aplica una fuerza lateral a los materiales del suelo y mide la deformación inducida para varios niveles de tensión aplicada en el intervalo de profundidad deseado.
Las pruebas de gas in situ se pueden realizar en los pozos de sondeo una vez finalizados y en los agujeros de sondeo hechos en los lados de los pozos de prueba como parte de la investigación del sitio. Las pruebas se realizan normalmente con un medidor portátil, que mide el contenido de metano como su porcentaje de volumen en el aire. También se miden las concentraciones correspondientes de oxígeno y dióxido de carbono. Un método más preciso utilizado para monitorear a largo plazo consiste en instalar tuberías verticales de monitoreo de gas en los pozos de sondeo. Estos generalmente consisten en tuberías de uPVC ranuradas rodeadas de grava de un solo tamaño. Los 0,5 m a 1,0 m superiores de la tubería generalmente no tienen ranuras y están rodeados de bolitas de bentonita para sellar el pozo de sondeo. Se instalan válvulas y las instalaciones se protegen con tapas de llave de paso con cerradura que normalmente se colocan a ras del suelo. El monitoreo se realiza nuevamente con un medidor portátil y generalmente se realiza quincenal o mensualmente.
Pruebas de laboratorio
Varios hidrómetros en uso para registrar la distribución de partículas finas en muestras de suelo.
Se puede realizar una amplia variedad de pruebas de laboratorio en los suelos para medir una amplia variedad de propiedades del suelo. Algunas propiedades del suelo son intrínsecas a la composición de la matriz del suelo y no se ven afectadas por la alteración de la muestra, mientras que otras propiedades dependen de la estructura del suelo, así como de su composición, y solo se pueden probar de manera efectiva en muestras relativamente inalteradas. Algunas pruebas de suelo miden propiedades directas del suelo, mientras que otras miden "propiedades índice" que brindan información útil sobre el suelo sin medir directamente la propiedad deseada.
Los límites de Atterberg definen los límites de varios estados de consistencia para suelos plásticos. Los límites están definidos por la cantidad de agua que un suelo necesita para estar en uno de esos límites. Los límites se denominan límite plástico y límite líquido, y la diferencia entre ellos se denomina índice de plasticidad. El límite de contracción también forma parte de los límites de Atterberg. Los resultados de esta prueba se pueden utilizar para ayudar a predecir otras propiedades de ingeniería. [7]
ASTM D 1883. Prueba para determinar la aptitud de una muestra de suelo o agregado como subrasante de una carretera. Se introduce un émbolo en una muestra compactada y se mide su resistencia. Esta prueba fue desarrollada por Caltrans , pero ya no se utiliza en el método de diseño de pavimentos de Caltrans. Todavía se utiliza como un método económico para estimar el módulo resiliente. [8] [9]
ASTM D3080. La prueba de corte directo determina las propiedades de resistencia consolidada y drenada de una muestra. Se aplica una tasa de deformación constante a un solo plano de corte bajo una carga normal y se mide la respuesta de carga. Si esta prueba se realiza con diferentes cargas normales, se pueden determinar los parámetros comunes de resistencia al corte. [10]
Prueba del índice de expansión
Esta prueba utiliza una muestra de suelo remodelado para determinar el índice de expansión (EI), un valor empírico requerido por los códigos de diseño de construcción, con un contenido de agua del 50% [ aclaración necesaria ] para suelos expansivos, como las arcillas expansivas . [11]
Pruebas de conductividad hidráulica
Existen varias pruebas disponibles para determinar la conductividad hidráulica de un suelo . Entre ellas se incluyen los métodos de carga constante, carga descendente y flujo constante. Las muestras de suelo analizadas pueden ser de cualquier tipo, incluidas muestras remodeladas, no alteradas y compactadas. [12]
Esto se puede utilizar para determinar los parámetros de consolidación (ASTM D2435) y de hinchamiento (ASTM D4546).
Análisis del tamaño de partículas
Esto se hace para determinar la gradación del suelo . Las partículas más gruesas se separan en la parte de análisis de tamiz , y las partículas más finas se analizan con un hidrómetro . La distinción entre partículas gruesas y finas se realiza generalmente a 75 μm. El análisis de tamiz agita la muestra a través de mallas progresivamente más pequeñas para determinar su gradación. El análisis de hidrómetro utiliza la tasa de sedimentación para determinar la gradación de las partículas. [13]
Prueba 301 de California Esta prueba mide la respuesta lateral de una muestra compactada de suelo o agregado a una presión aplicada verticalmente en condiciones específicas. Caltrans utiliza esta prueba para el diseño de pavimentos y reemplaza la prueba de relación de carga de California.
Proctor estándar (ASTM D698), Proctor modificado (ASTM D1557) y prueba de California 216. Estas pruebas se utilizan para determinar el peso unitario máximo y el contenido de agua óptimo que un suelo puede alcanzar para un esfuerzo de compactación determinado.
Este es un tipo de prueba que se utiliza para determinar las propiedades de resistencia al corte de un suelo. Puede simular la presión de confinamiento que un suelo experimentaría en las profundidades del suelo. También puede simular condiciones drenadas y no drenadas.
Prueba de compresión sin confinamiento
ASTM D2166. Esta prueba comprime una muestra de suelo para medir su resistencia. El modificador "sin confinamiento" contrasta esta prueba con la prueba de corte triaxial.
Esta prueba proporciona el contenido de agua del suelo, normalmente expresado como un porcentaje del peso del agua respecto del peso seco del suelo. [14]
Exploración geofísica
Los métodos geofísicos se utilizan en las investigaciones geotécnicas para evaluar el comportamiento de un sitio en un evento sísmico . Al medir la velocidad de onda transversal de un suelo , se puede estimar la respuesta dinámica de ese suelo. [15] Existen varios métodos que se utilizan para determinar la velocidad de onda transversal de un sitio:
Método de agujeros cruzados
Método de fondo de pozo (con un CPT sísmico o un dispositivo sustituto)
Reflexión o refracción de ondas superficiales
Registro de suspensión (también conocido como registro PS o registro Oyo)
Análisis espectral de ondas superficiales (SASW)
Análisis multicanal de ondas superficiales (MASW)
Microtremor de refracción (ReMi)
Otros métodos:
Electromagnético (radar, resistividad)
Encuesta óptica/acústica de telespectadores
Análisis de ondas superficiales
Procesamiento y modelado sísmico
Soluciones innovadoras para los desafíos de inspección de pavimentos, puentes y hormigón.
Localizar conductos, cables de postensado y mallas de alambre de refuerzo/barras de refuerzo, detectar cables que transportan corriente
Detección y mapeo de servicios públicos, conductos y espacios vacíos, líneas de gas y cables de alimentación metálicos o plásticos
^ Point, Rangún. "Consultores de evaluación de tierras contaminadas en Nottingham". Rangoon Point . Consultado el 9 de abril de 2019 .[ enlace muerto ]
^ Eurocódigo 7 - Diseño geotécnico - Parte 2
^ Lunne, Tom y Berre, Toralv y Andersen, Knut y Strandvik, Stein y Sjursen, Morten (2011). Efectos de los procedimientos de perturbación y consolidación de muestras en la resistencia al corte medida de arcillas marinas blandas noruegas. Revista geotécnica canadiense. 43. págs. 726-750.
^ Método de prueba estándar ASTM D1586-08a para pruebas de penetración estándar (SPT) y de cañón dividido
^ D1587 -08 Práctica estándar para el muestreo de suelos con tubos de paredes delgadas para fines geotécnicos
^ Deep Scan Tech (2023): Deep Scan Tech descubre estructuras ocultas en el sitio del edificio más alto de Dinamarca.
^ "D4318-10 Métodos de prueba estándar para límite líquido, límite plástico e índice de plasticidad de suelos". ASTM International . Consultado el 16 de enero de 2011 .
^ "D1883-07e2 Método de prueba estándar para CBR (índice de carga de California) de suelos compactados en laboratorio". ASTM International . Consultado el 16 de enero de 2011 .
^ "RELACIÓN DE CARGA DE CALIFORNIA (CBR) Y DISEÑO DE PAVIMENTOS DE CARRETERAS". Guía para idiotas sobre mantenimiento de carreteras . Archivado desde el original el 8 de febrero de 2007. Consultado el 7 de febrero de 2007 .
^ "D3080-04 Método de prueba estándar para prueba de corte directo de suelos en condiciones de drenaje consolidado". ASTM International . Consultado el 7 de febrero de 2007 .
^ "D4829-08a Método de prueba estándar para el índice de expansión de suelos". ASTM International . Consultado el 16 de enero de 2011 .
^ "D5084-10 Métodos de prueba estándar para la medición de la conductividad hidráulica de materiales porosos saturados utilizando un permeámetro de pared flexible". ASTM International . Consultado el 16 de enero de 2011 .
^ "D422-63(2007) Método de prueba estándar para análisis de tamaño de partículas de suelos". ASTM International . Consultado el 7 de febrero de 2007 .
^ Contenido de humedad del suelo
^ Kavand, A (6 de junio de 2006). "Determinación del perfil de velocidad de las ondas transversales de los depósitos sedimentarios en la ciudad de Bam (sureste de Irán) mediante mediciones de microtremores". Caracterización del sitio y de los geomateriales . Shanghái, China: ASCE . doi :10.1061/40861(193)25.
Enlaces externos
Vídeo de UC Davis sobre métodos típicos de perforación y muestreo en ingeniería geotécnica.
