Trabajos realizados para la obtención de información sobre las propiedades físicas de suelos en movimientos de tierras y cimentaciones.
Un científico de suelos de USBR avanza un muestreador de suelo de empuje directo de sonda Giddings.
Las investigaciones geotécnicas son realizadas por ingenieros geotécnicos o ingenieros geólogos para obtener información sobre las propiedades físicas de los movimientos de tierra y cimientos de las estructuras propuestas y para la reparación de daños a los movimientos de tierra y estructuras causados por las condiciones del subsuelo; este tipo de investigación se llama investigación del sitio. Las investigaciones geotécnicas también se utilizan para medir la resistencia térmica de los suelos o materiales de relleno necesarios para líneas de transmisión subterráneas, oleoductos y gasoductos, eliminación de desechos radiactivos e instalaciones de almacenamiento de energía solar térmica. Una investigación geotécnica incluirá exploración de la superficie y exploración del subsuelo de un sitio. A veces, se utilizan métodos geofísicos para obtener datos sobre sitios. La exploración del subsuelo generalmente implica muestreo de suelo y pruebas de laboratorio de las muestras de suelo recuperadas.
Las investigaciones geotécnicas son muy importantes antes de que se pueda 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 un profesional geotécnico caminando por el sitio para observar las condiciones físicas del sitio. 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 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 con el fin de evitar impactos ambientales negativos. [1]
Muestreo de suelo
Las perforaciones vienen en dos variedades principales: de diámetro grande y de diámetro pequeño. Las perforaciones de gran diámetro rara vez se utilizan debido a preocupaciones de seguridad y gastos, pero a veces se utilizan para permitir que un geólogo o un ingeniero examine visual y manualmente la estratigrafía del suelo y la roca in situ. Las perforaciones de pequeño diámetro se utilizan con frecuencia para permitir que un geólogo o ingeniero examine el suelo o los cortes de roca o recupere muestras en profundidad utilizando muestreadores de suelo y realice pruebas de suelo en el lugar. 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 a menudo se clasifican como perturbadas o no perturbadas ; sin embargo, las muestras "no perturbadas" no lo son realmente. Una muestra perturbada es aquella 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 sólo las propiedades de los granos del suelo (por ejemplo, distribución del tamaño de los granos , límites de Atterberg). , características de compactación del suelo, para determinar la litología general de los depósitos del suelo y posiblemente el contenido de agua) se pueden determinar con precisión. Una muestra no perturbada es aquella 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 aproximar las propiedades del suelo in situ. Las muestras obtenidas mediante el método no perturbado se utilizan para determinar la estratificación , permeabilidad , densidad, consolidación y otras características de ingeniería del suelo.
La recolección de suelo en alta mar introduce 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 de aguas profundas son normalmente variantes de los muestreadores de tipo Kullenberg, una modificación de un sacamuestras de gravedad básico que utiliza un pistón. [3] También hay disponibles muestreadores del fondo marino, que empujan lentamente el tubo de recogida hacia el suelo.
Muestreadores de suelo
Las muestras de suelo se toman utilizando una variedad de muestreadores; algunos proporcionan sólo muestras perturbadas, mientras que otros pueden proporcionar muestras relativamente intactas.
Pala. Se pueden obtener muestras excavando el suelo del sitio. Las muestras tomadas de esta manera son muestras perturbadas.
Los pozos de prueba son tramos relativamente pequeños excavados a mano o con máquina que se utilizan para determinar los niveles de agua subterránea y tomar muestras perturbadas.
Barrena accionada manualmente o a máquina. Este muestreador normalmente consta 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 perturbadas.
Sinfín de vuelo continuo. Un método de muestreo que utiliza una barrena a modo de sacacorchos. La barrena se atornilla al suelo y luego se saca. La tierra se retiene en las palas de la barrena y se conserva para realizar pruebas. El suelo muestreado de esta manera se considera perturbado.
Muestra de cuchara dividida/SPT. Utilizado en el 'Método de prueba estándar para la prueba de penetración estándar (SPT) y muestreo de suelos en barril dividido' (ASTM D 1586 [4] ). Este muestreador suele ser un tubo hueco de 18"-30" de largo y 2,0" de diámetro exterior (OD) dividido por la mitad a lo largo. Una zapata de accionamiento de metal endurecido con una abertura de 1,375" está unida al extremo inferior, y una válvula unidireccional y adaptador de varilla de perforación en el cabezal del muestreador. Se clava en el suelo con un martillo de 64 kg (140 libras) que cae 30". Se cuentan y reportan los conteos de golpes (golpes de martillo) necesarios para hacer avanzar el muestreador un total de 18". Generalmente utilizado para suelos no cohesivos, las muestras tomadas de esta manera se consideran perturbadas.
Muestra de California modificada. en la 'Práctica estándar para muestreo por accionamiento de suelos de pared gruesa, revestidos con anillos, de barril dividido' (ASTM D 3550). De concepto similar al muestreador SPT, el barril del muestreador tiene un diámetro mayor y generalmente está revestido con tubos metálicos para contener muestras. Las muestras del muestreador de California modificado se consideran perturbadas 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 tubo Shelby. Utilizado en la 'Práctica estándar para el muestreo de suelos con tubos de paredes delgadas para fines geotécnicos' (ASTM D 1587 [5] ). Este muestreador consta de un tubo de paredes delgadas 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 utilizado en suelos cohesivos, este muestreador avanza hacia la capa del 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 se retenga cuando el tubo se retiran las dimensiones estándar ASTM: 2" OD, 36" de largo, calibre 18; 3" OD, 36" de largo, calibre 16 y 5" OD, 54" de largo, calibre 11; Siempre que sean proporcionales a los diseños de tubos estandarizados y la longitud del tubo sea adecuada para las condiciones del campo, el suelo muestreado de esta manera se considera intacto.
Muestreadores de pistones. Estos muestreadores son tubos metálicos de paredes delgadas que contienen un pistón en la punta. Los muestreadores se empujan al fondo de un pozo , con el pistón permaneciendo en la superficie del suelo mientras el tubo se desliza a través de él. Estos muestreadores devolverán muestras intactas en suelos blandos, pero son difíciles de avanzar en arenas y arcillas duras, y pueden dañarse (comprometiendo la muestra) si se encuentra grava. El sacamuestras de Livingstone, desarrollado por DA Livingstone , es un muestreador de pistón de uso común. Una modificación del descorazonador Livingstone con un cabezal dentado permite girarlo para cortar materia vegetal subterránea, como raíces pequeñas o ramitas enterradas.
Muestra de barril de 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 apropiadas para este muestreo son arcilla, limo, arena y rocas parcialmente erosionadas.
Pruebas in situ
Una prueba de penetración estándar es una prueba de penetración dinámica in situ diseñada para proporcionar información sobre las propiedades del suelo y, al mismo tiempo, recolectar 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 y deja caer manualmente un peso sobre un cono que penetra en el suelo. Se registra el número de mm por golpe y esto se utiliza para estimar ciertas propiedades del suelo. Este es un método de prueba simple y generalmente necesita una copia de seguridad con datos de laboratorio para obtener una buena correlación.
Una prueba de penetración de cono (CPT) se realiza utilizando una sonda instrumentada con una punta cónica, empujada hidráulicamente en el suelo a una velocidad constante. Un instrumento CPT básico informa la resistencia de la punta y la resistencia al corte a lo largo del cilindro cilíndrico. Los datos de CPT se han correlacionado con las propiedades del suelo. A veces se utilizan instrumentos distintos a la sonda CPT básica, que incluyen:
Una sonda de penetrómetro piezocono 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 piezocono sísmico se avanza 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/u ondas de presión producidas por una fuente en la superficie.
Las sondas penetrómetros de flujo total (barra en T, bola y placa) se utilizan en suelos arcillosos extremadamente blandos (como depósitos del fondo marino) y avanzan de la misma manera que el CPT. Como sus nombres lo indican, 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 de los poros es igual en todos los lados de las sondas (a diferencia de las CPT), por lo que no es necesaria ninguna corrección, lo que reduce una fuente de error y aumenta la precisión. Especialmente deseado en suelos blandos debido a las cargas muy pequeñas sobre los sensores de medición. Las sondas de flujo total 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 sin drenaje y remodeladas.
Prueba de sonda helicoidal Las pruebas de exploración y compactación del suelo mediante la prueba de sonda helicoidal (HPT) se han vuelto populares por proporcionar un método rápido y preciso para determinar las propiedades del suelo a profundidades relativamente poco profundas. La prueba HPT es atractiva para inspecciones de zapatas in situ porque es liviana y puede ser realizada rápidamente por una sola persona. Durante la prueba, la sonda se conduce a la profundidad deseada y el torque requerido para girar la sonda se usa 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 estudiar las propiedades del suelo y las rocas y la infraestructura subterránea existente en proyectos de construcción. [6]
Una prueba de dilatómetro de placa plana (DMT) es una sonda de placa plana que a menudo se avanza utilizando equipos CPT, pero también se puede avanzar desde equipos de perforación convencionales. Un diafragma en la placa aplica una fuerza lateral a los materiales del suelo y mide la deformación inducida por varios niveles de tensión aplicada en el intervalo de profundidad deseado.
Se pueden realizar pruebas de gas in situ en los pozos una vez finalizados y en los orificios de sonda realizados en los lados de los pozos de prueba como parte de la investigación del sitio. Las pruebas normalmente se realizan con un medidor portátil, que mide el contenido de metano como porcentaje de volumen en el aire. También se miden las correspondientes concentraciones 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. Por lo general, consisten en tuberías ranuradas de PVC rodeadas de grava de un solo tamaño. Los 0,5 m a 1,0 m superiores de la tubería no suelen tener ranuras y están rodeados de bolitas de bentonita para sellar el pozo. Se colocan válvulas y se protegen las instalaciones mediante tapas de llave de paso bloqueables, normalmente colocadas a ras del suelo. El monitoreo se realiza nuevamente con un medidor portátil y generalmente se realiza quincenal o mensualmente.
Pruebas de laboratorio
Se puede realizar una amplia variedad de pruebas de laboratorio en 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 sólo pueden probarse eficazmente en muestras relativamente no alteradas. Algunas pruebas de suelo miden propiedades directas del suelo, mientras que otras miden "propiedades índice" que proporcionan 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 en uno de esos límites. Los límites se llaman límite plástico y límite líquido, y la diferencia entre ellos se llama 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 empuja un émbolo dentro de 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 método económico para estimar el módulo de resiliencia. [8] [9]
Norma ASTM D3080. La prueba de corte directo determina las propiedades de resistencia consolidadas y escurridas de una muestra. Se aplica una tasa de deformación constante a un único plano de corte bajo una carga normal y se mide la respuesta a la carga. Si esta prueba se realiza con diferentes cargas normales, se pueden determinar los parámetros comunes de resistencia al corte. [10]
Prueba de índice de expansión
Esta prueba utiliza una muestra de suelo remodelada para determinar el índice de expansión (EI), un valor empírico requerido por los códigos de diseño de edificios, con un contenido de agua del 50% [ se necesita aclaración ] para suelos expansivos, como arcillas expansivas . [11]
Pruebas de conductividad hidráulica.
Hay varias pruebas disponibles para determinar la conductividad hidráulica de un suelo . Incluyen los métodos de altura constante, altura descendente y flujo constante. Las muestras de suelo analizadas pueden ser de cualquier tipo, incluidas muestras remodeladas, no perturbadas y compactadas. [12]
Esto se puede utilizar para determinar los parámetros de consolidación (ASTM D2435) e hinchazón (ASTM D4546).
Análisis del tamaño de partículas
Esto se hace para determinar la gradación del suelo . Las partículas más gruesas se separan en la porción de análisis de tamiz y las partículas más finas se analizan con un hidrómetro . La distinción entre partículas gruesas y finas se suele hacer a 75 μm. El análisis de tamiz agita la muestra a través de mallas progresivamente más pequeñas para determinar su gradación. El análisis del hidrómetro utiliza la tasa de sedimentación para determinar la gradación de partículas. [13]
Prueba de California 301 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, reemplazando 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 vería un suelo profundamente en el suelo. También puede simular condiciones con y sin drenaje.
Prueba de compresión libre
Norma ASTM D2166. Esta prueba comprime una muestra de suelo para medir su resistencia. El modificador "no confinado" contrasta esta prueba con la prueba de corte triaxial.
Esta prueba proporciona el contenido de agua del suelo, normalmente expresado como porcentaje del peso de agua sobre el peso seco del suelo. [14]
Exploración geofísica
Los métodos geofísicos se utilizan en investigaciones geotécnicas para evaluar el comportamiento de un sitio ante un evento sísmico . Al medir la velocidad de la onda de corte de un suelo , se puede estimar la respuesta dinámica de ese suelo. [15] Hay varios métodos utilizados para determinar la velocidad de la onda de corte de un sitio:
Método de cruce
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)
Microtemblor de refracción (ReMi)
Otros metodos:
Electromagnético (radar, resistividad)
Encuesta de telespectador óptico/acústico
Análisis de ondas superficiales
Procesamiento y modelado sísmico.
Soluciones innovadoras para los desafíos de inspección de pavimentos, puentes y hormigón.
Localice conductos, cables postensados y mallas de alambre de refuerzo/barras de refuerzo, detecte cables portadores de corriente.
Detección y mapeo de servicios públicos, conductos y huecos, líneas de gas y cables de alimentación metálicos o plásticos
^ Punto, Rangún. "Consultores de evaluación de tierras contaminadas en Nottingham". Punto de Rangún . 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 consolidación y perturbación de muestras sobre 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 prueba de penetración estándar (SPT) y barril partido
^ D1587 -08 Práctica estándar para el muestreo de suelos con tubos de paredes delgadas para geotecnia
^ 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 Internacional . Consultado el 16 de enero de 2011 .
^ "Método de prueba estándar D1883-07e2 para CBR (relación de carga de California) de suelos compactados en laboratorio". ASTM Internacional . Consultado el 16 de enero de 2011 .
^ "RELACIÓN DE RODAMIENTO DE CALIFORNIA (CBR) Y DISEÑO DE PAVIMENTO VIAL". La guía para idiotas sobre el mantenimiento de carreteras . Archivado desde el original el 8 de febrero de 2007 . Consultado el 7 de febrero de 2007 .
^ "Método de prueba estándar D3080-04 para prueba de corte directo de suelos en condiciones de drenaje consolidado". ASTM Internacional . Consultado el 7 de febrero de 2007 .
^ "Método de prueba estándar D4829-08a para el índice de expansión de suelos". ASTM Internacional . Consultado el 16 de enero de 2011 .
^ "Métodos de prueba estándar D5084-10 para medir la conductividad hidráulica de materiales porosos saturados utilizando un permeámetro de pared flexible". ASTM Internacional . Consultado el 16 de enero de 2011 .
^ "D422-63 (2007) Método de prueba estándar para el análisis del tamaño de partículas de suelos". ASTM Internacional . 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 onda cortante de depósitos sedimentarios en la ciudad de Bam (sureste de Irán) mediante mediciones de microtemblores". Caracterización de Sitios y 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.
