UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICAVHB
ASIGNATURA : MECNICA DE SUELOS APLICADO A CIMENTACIONES Y VIAS
DE T.TEMA : MTODOS DE PROSPECCIN DE SUELOSDOCENTE : ING CARLOS
GASPAR PACOPOR : VELSQUEZ HUAMN, Vctor Brian Hvca - 2015
UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICAFACULTAD CIENCIAS DE
INGENIERAESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA CIVIL
MECNICA DE SUELOS APLICADO A CIMENTACIONES Y VIAS DE
TRANSPORTE
MTODOS DE PROSPECCIN DE SUELOS CON LOS ENSAYOS DE CONO ESTATICO,
DINAMICO Y MONILETE
DOCENTE : ING CARLOS GASPAR PACO ALUMNO : VELSQUEZ HUAMN, VICTOR
BRIAN CICLO : X
HUANCAVELICA PER
2015
RESUMEN
El presente trabajo se describe, se caracteriza, interpreta los
parmetros fsicos, mecnicos de los suelos con los siguientes sondeos
de exploracin Ensayo Cono Esttico, Dinmico , molinete, estos
ensayos permiten para as determinar el comportamiento de los
parmetros esenciales del suelo, tambin determinar una adecuada
caracterizacin del perfil estratigrfico que se tiene atreves del
comportamiento mecnico del sitio.En todo proyecto de ingeniera
civil es esencial realizar una exploracin del terreno que permita
la clasificacin, interpretacin de resultados en sus diferentes
combinaciones criticas es decir con un estado que intervengan el
nivel fretico (agua), en base a estos resultados podemos generan
diferentes tipos de cimentacin (Transmisin de cargas al sub suelo),
para as garantizar que la estructuras sean Estables-Funcionales-
Econmicas
El AlumnoEscuela Acadmico Profesional Ingeniera CivilUniversidad
Nacional de HuancavelicaHuancavelica 2015
GENERALIDADES
La realizacin de cualquier estudio de exploracin geotcnica
persigue, busca obtener mediante la deteccin, extraccin y ensayo de
muestras representativas de suelo informacin que le ayude al
ingeniero a establecer: la estratigrafa del suelo, la ubicacin del
nivel fretico, las propiedades fsicas y mecnicas del suelo de
fundacin y su historia de esfuerzos, para as escoger el tipo de
cimentacin adecuada para la transmisin de esfuerzos al subsuelo
La metodologa ms sencilla y utilizada ms frecuentemente en la
exploracin de suelos corresponde a la excavacin y muestreo mediante
calicatas, sin embargo, en la medida que la complejidad del
proyecto aumenta, teniendo la presencia de napa fretica, o cuando
requiere estudiar profundidades o superficies mayores, la ventaja
de las calicatas se pierde o se hace impracticable, siendo ms
conveniente en trminos de costos y tiempo la utilizacin de
sondajes. En esta ocasin nos ocuparemos a mencionar los ensayos
siguientes:
El ensayo CPT consiste en hincar a presin en el suelo, una sonda
compuesta por una punta cnica y un manguito de friccin, midiendo
continuamente el esfuerzo necesario para lograr una penetracin a
velocidad constante.
El ensayo DPC consiste en golpear una barra y medir lo que
penetra en el terreno en funcin del nmero de golpes. En comparacin
con el penetrmetro esttico, la interpretacin es ms difcil, sin
embargo la ejecucin del ensayo es ms sencilla, por ello este tipo
de ensayos est ampliamente difundidos.
OBJETIVOS
Estudiar los ensayos Cono de penetracin esttica y Cono de
penetracin dinmica. Conocer los procedimientos, normativas que
establecen el uso de estos y describir la importancia que son
requeridos para la correcta implementacin de estos ensayos dentro
de una obra.MARCO TEORICO
ENSAYO DE PENETRACION ESTTICA CONO (CPT)Ha sido usado en Europa
desde 1920. Desde 1960 ha sido introducido en los Estados Unidos y
el primer equipo que lleg a nuestro pas arrib en 1984. El cono
holands es el ensayo de penetracin esttica ms difundido.
TIPOS DE CONO
Cono Holands (1932) Los primeros ensayos con un penetro metro de
cono fueron realizados con un tubo de gas de 35 mm de dimetro
exterior y con un varillaje de acero interior de 15 mm. Penetrmetro
hincado por presin (1935) Laboratorio de Mecnica de Suelos Delf
(Delf Soil Mechanics Laboratory) dise la primera mquina para el
empuje (hinca) del penetrometro de cono. Esta mquina era operada
manualmente y poda ejercer una fuerza de 10 toneladas.
Mejoras al cono holands (1948) Se mejor el cono holands mecnico
original aadindole una parte cnica justo por encima de la punta del
cono. El propsito de esta nueva geometra era evitar que el suelo
entrara en el espacio entre las barras interiores y las exteriores
Cono elctrico (1965)
Fue desarrollado un cono elctrico. La forma y dimensiones de
este tipo de cono son las bases para los actuales conos modernos y
las referencias internacionales para ensayos y procedimientos de la
ASTM. Las principales mejoras introducidas a los penetrometros de
cono mecnicos a travs de este nuevo tipo de cono fueron:
CARACTERISITICAS Y CONPONENTES
El equipo de referencia consta de un cono de 60 y de 10 o 15 cm2
de rea en la base y 150 cm2 de rea en la camisa de friccin. La
extensin cilndrica de la punta tiene un dimetro exterior de 35,7
mm. Existen dos tipos de puntas cnicas: mecnicas y elctricas. El
cono tiene dos juegos de barras, uno exterior hueco, de 36 mm de
dimetro, y otro interior slido de 15 mm de dimetro. Las barras
poseen sendas roscas para unirse entre s. La barra interior est
conectada a la punta del cono, esta punta tiene 60 de ngulo en el
vrtice, un dimetro igual al de la barra exterior y un rea de 10 cm.
La barra exterior est conectada al cono, el cual puede correr
libremente hasta 70 mm empujado por sta.NORMATIVA
El CPT conocido anteriormente como Dutch Cone, es una prueba de
sondeo empleada bsicamente para identificar las condiciones del
subsuelo. El ensayo se realiza principalmente en arcillas blandas,
limos blandos y en depsitos de arena fina y media ( No funciona en
gravas o en depsitos cohesivos de gran dureza)Se encuentra
estandarizado por la norma ASTM D-5778
PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO
Penetrmetros estticos el ms tpico es el holands (cono esttico),
el cual se hinca mediante una fuerza esttica, dada por gatos
mecnicos o hidralicos. Consta de un tubo, en cuyo interior se aloja
una varilla, que lleva en la punta un cono.
Se mide el esfuerzo necesario para la hinca del conjunto y de
vez en cuando slo se hinca la varilla interior mvil, lo que da la
fuerza necesaria para la hinca del cono, es decir, la resistencia
del terreno a la punta del cono. Por diferencia, es posible obtener
la resistencia por el fuste, debida a la adherencia y el rozamiento
entre el tubo y el terreno. El procedimiento consiste en hincar a
presin la punta del cono en el suelo a una velocidad entre 10 y 20
mm/s, lo cual permite medir por separado la reaccin que opone el
suelo a la penetracin del cono (qc) y el rozamiento de un manguito
ubicado por encima del mismo (fc). Se mantiene la maquina lo mas
verticalmente posible en la direccin del empuje, luego se obtienen
datos de la resistencia lateral del cono qs y la profundidad D. Y
si se encuentra configurado el equipo se podr obtener adems
presiones de poro, alineamientos verticales y temperatura.
Para la realizacin del ensayo hay que seguir los siguientes
pasos: 1) Realizar un sondeo previo o de avance hasta el nivel
fretico 2) Instalar el equipo de empuje 3) Saturar el filtro poroso
y la punta4) Introduccin de la punta y varillaje en el interior del
sondeo de avance. 5) Esperar unos minutos ante de empezar con el
fin de igualar al mximo la temperatura del terreno y la de la
punta.6) Evaluar los ceros iniciales (voltaje a carga 0) 7)
Penetrar en el suelo a velocidad constante (20 mms-1) 8) Registrar
los parmetros necesarios: qc, fs, u Hay dos aspectos importantes
dentro de la ejecucin de este ensayo que se van a desarrollar de
forma ms especfica, la saturacin del filtro poroso y la ejecucin
del propio ensayo de disipacin.
APLICACIONESDesde el punto de vista geotcnico: - Determinacin
del perfil estratigrfico del terreno - Evaluacin de los parmetros
geotcnicos de las capas atravesadas - Determinacin de la capacidad
portante del terreno y asientos frente a solicitaciones externa
ngulo de friccin efectivo coeficiente de consolidacin capacidad de
carga comportamiento del asentamiento de una cimentacin
VENTAJAS Se puede determinar la compacidad del terreno a grandes
profundidades. Se pueden calcular parmetros resistentes del suelo.
Existe gran variedad de penetrmetros. Esto permite la instalacin de
piezmetros.
DESVENTAJASLos ensayos de penetracin esttica dan buenas
indicaciones sobre la resistencia del terreno, pero tienen la
desventaja de que en suelos densos o muy densos, el equipo pueda
quedar bloqueado al no poder imprimir una fuerza mayor de
penetracin, con lo cual es imposible llegar a grandes
profundidades.
Se le debe aplicar factores de correccin a los resultados
obtenidos. No funciona en gravas o en depsitos cohesivos de gran
dureza) Entrega parmetros de resistencia discontinuos. Es lento y
de mayores costos.
ENSAYO DE PENETRACIN CON CONO DINMICOMARCO TEORICO
El DCP fue desarrollado en 1956 por Scala; estudios realizados
en campo por Livneh y Ishali (1987) y Kleyn (1975) han sido bsicos
para la evaluacin de pavimentos. Posteriormente se ha difundido su
uso en Inglaterra, Australia, Canad, Nueva Zelanda y Estados
Unidos. Este instrumento es utilizado esencialmente para evaluar la
resistencia de suelos tanto no disturbados como compactados y
estimar un valor de CBR en campo. A diferencia de este ltimo, el
DCP presenta ventajas como su simplicidad y economa de uso.
Implcitamente, el DCP estima la capacidad estructural (SN) de las
diferentes capas que conforman a un pavimento, detecta
simultneamente el grado de heterogeneidad que puede encontrarse en
una seccin y la uniformidad de compactacin del material, de una
manera rpida, continua y bastante precisa.CARACTERISITICAS Y
CONPONENTES
Este ensayo utiliza un DCP basado en el dimensionamiento de
Sowers, con un martinete de 8 kg el cual tiene una cada libre de
575 mm y un cono intercambiable en la punta con un ngulo de 60 y un
dimetro de 20 mm.Penetrometros dinmicos la manera de obtener
informacin sobre el grado de compactacin in situ (compacidad en
suelos granulares; consistencia en suelos finos), consiste en
golpear una barra y medir lo que penetra en el terreno en funcin
del nmero de golpes. En comparacin con el penetrmetro esttico, la
interpretacin es ms difcil, sin embargo la ejecucin del ensayo es
ms sencilla, por ello este tipo de ensayos est ampliamente
difundidos. La mayor ventaja del penetrmetro dinmico sobre el
esttico es que no necesita el lastre o anclaje de reaccin de ste
ltimo, que muchas veces puede ser de varias toneladas, como
consecuencia tenemos que los penetrmetros dinmicos son mucho ms
manejables baratos y rpidos.
Este ensayo y sus resultados, estn basados en los mismos
principios del ensayo de penetracin normal, pero los equipos usados
son distintos, ya que en este caso, son mucho ms simples, de fcil
transporte e instalacin. Bsicamente consta de un trpode metlico,
una masa que cae gravitacionalmente y barras atornilladas a las que
se les incorpora una punta cnica que penetra en el terreno ante la
energa entregada por golpes de masa en cada libre. Las dimensiones
transversales de la punta son mayores que la de la varilla que la
empuja y el rozamiento (Friccin) o adhesin (cohesin)
PROCEDIMIENTO DEL ENSAYOUna vez ubicado el lugar de ensayo, se
ubica el equipo PDC verticalmente sobre un nivel de terreno donde
no se encuentre directamente con piedras que obstaculicen el
ensayo. El ensayo de PDC necesita de tres operarios, uno se encarga
de mantener la verticalidad y el soporte del equipo, un segundo se
encarga del golpe con el martillo y el tercero observa y apunta las
medidas Iniciar el ensayo con el penetrmetro se introduce el cono
asentndolo 2" en el fondo para garantizar que se encuentre
completamente confinado El proceso de golpe con el martillo es
levantarlo hasta la parte superior del eje de recorrido y dejarlo
caer, no debe golpearse la parte superior, tampoco impulsar el
martillo hacia abajo.En los formatos de apuntes de las medidas de
penetracin se indica la profundidad de rechazo del
equipo.NORMATIVARecientemente la ASTM public una metodologa estndar
para el uso y aplicacin del DCP en pavimentos, con la designacin:
D-6951-03.APLICACIONESDinmico Cono Penetrmetro (DCP) es un
instrumento diseado para la rpida medicin in situ de las
propiedades estructurales de firmes de carreteras existentes
construidas de materiales no consolidados. Las correlaciones se han
establecido entre las mediciones con el DCP y CBR convencional in
situ por lo que los resultados pueden ser interpretados y
comparados con las especificaciones de RBC para el diseo del
pavimento. Una prueba tpica toma slo unos minutos y por lo tanto el
instrumento proporciona un mtodo muy eficiente de obtener
informacin que normalmente requieren la excavacin de pozos de
prueba.
VENTAJASEl diseo robusto y simple significa que el DCP es rpido
y fcil de usar, porttil y conveniente para el uso en lugares donde
puede ser difcil acceso.Se ha demostrado a travs de los estudios,
la gran sensibilidad que este instrumento presenta y la
confiabilidad y concurrencia con el ensayo CBR de sus
resultadosDESVENTAJASSe requiere al menos un porcentaje de humedad
y que el suelo no se altamente gravoso ni que contengan cantos
rodadosLos ensayos de PDC deben cubrir el tramo en estudio con una
cantidad suficiente de puntos. Los valores de indice de penetracin
menores de 8 mm/golp indican que el suelo contiene ligera humedad o
presenta partculas mayores de .
SONDEOS CON MONIETES Y BARRENAS
Las perforaciones barrenadas manual o mecnicamente son tambin un
medio barato de exploracin del subsuelo en tipos de suelo
favorables, pero los suelos deben tener la cohesin suficiente para
que las paredes de la excavacin puedan permanecer sin soporte y no
existir guijarros, pedregones o cualquier otra obstruccin que
impida la rotacin de la barrena. Si se hace cuidadosamente, la
barrena es el menos molesto de los mtodos de perforacin. Las
barrenas de vuelo de gusano (worm flight auger), en las cuales los
cortes del suelo se llevan a la superficie mediante una hlice en
movimiento continuo, se pueden usar para las obras de investigacin
del terreno si se las provee de un tubo central hueco en el cual se
adapta el tubo de muestreo o e! medidor in situ. La perforacin con
barrena es el mtodo ms simple de efectuar sondeos de exploracin. La
figura muestra dos tipos de barrenas manuales: la barrena de
agujeros para postes y la barrena helicoidal. Las manuales no deben
usarse para excavaciones de ms de 3 a 5 m (10-16 pies). Sin
embargo, se usan para exploraciones de suelos en algunas carreteras
y en estructuras pequeas. Existen barrenas helicoidales elctricas
manuales (76.2 mm a 304.8 mm de dimetro) adecuadas para
perforaciones ms profundas. Las muestras de suelo obtenidas en
tales perforaciones estn sumamente alteradas. En algunos suelos no
cohesivos o con baja cohesin, las paredes de los barrenos no son
estables por s mismas. En tales circunstancias, un tubo metlico se
usa como ademe para impedir que el suelo se derrumbe
Facilitan el reconocimiento visual de los cambios en la
composicin del suelo.
Las perforaciones con barrenas son eficientes en suelo que no
requieran revestimiento para evitar el derrumbe de sus paredes,
puesto que, tanto en el sistema manual como en el motorizado, el
empleo de tuberas de revestimiento hace incmoda y dispendiosa la
perforacin. El derrumbe continuo de las paredes de la cavidad y el
desprendimiento del suelo del barreno hacen que el mtodo sea
prcticamente inaplicable en los suelos no cohesivos bajo el nivel
fretico. Cuando la secuencia estratigrfica del suelo es tal que a
un estrato firme sigue uno blando, es muy frecuente que se pierda
la frontera entre ellos o aun la misma presencia del blando,
inconveniente muy serio porque puede conducir a apreciaciones
inseguras de las propiedades fsicas del suelo. Una ventaja propia
de las perforaciones con barrenas es la de proporcionar una cavidad
seca hasta llegar al nivel fretico, lo que permite definir la
profundidad de dicho nivel con mucha precisin.
CONCLUSIONES
Los reconocimientos deben entregar informacin acerca de la
estratigrafa, inclinacin y espesor de los diferentes estratos,
situacin del agua subterrnea y propiedades de los suelos desde el
punto de vista de la ingeniera a partir de la toma de muestras. Es
importante que el reconocimiento abarque todas las capas y rea
circundante que pueda tener influencia sobre los asientos y
estabilidad de la obra.Se concluye que los diferentes ensayos
tienen una gran confiabilidad en sus prospecciones del subsuelo,
solo dependen de la importancia de la obra para que este de
correlaciones.El ensayo de PDC es eficaz para determina elnumero
estructural (SN) para vas de transporte.
REFRENCIAS
[1] Dr.Ing. JORGE ALVA HURTADO, Evaluacin de la capacidad de
soporte del terreno por medio de un equipo de penetracin dinmica,
Universidad Nacional de Ingeniera.[2] Ing CARLOS GASPAR PACO,
apuntes de clase, Universidad Nacional de Huancavelica, 2015.[3]
Ing DELGADO VARGAS MANUEL, Ingeniera de fundaciones
Pgina 16
