Unidad 2 Mecanica DE Suelos PDF

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INVESTIGACION GENERAL DE CADA SUBTEMA DE LA UNIDAD 2 DE LA MATERIA DE MECANICA DE SUELOS, ING. CIVIL....

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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO TEC NM. CAMPUS APIZACO CIENCIAS DE LA TIERRA INGENIERÍA CIVIL MECANICA DE SUELOS (10:00-11:00) UNIDAD 2 GONZÁLEZ SÁNCHEZ BRANDON ANDRES NO. CONTROL 19370014

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INDICE ACT-2.1 MECANICA DE SUELOS 2.2.1 POZO A CIELO ABIERTO Y 2.2.2 PERFORACION CON POSTEADORA…………………….pág.

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ACT 2.2 Exploración directa e indirecta……………...……………………………………………………………..pág.

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2.3 CONSERVACION DE MUESTRAS INALTERADAS DEL SUELO POR DIFERENTES METODOS.

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:………………………………………………………...pág.

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ACT-2.1 MECANICA DE SUELOS 2.2.1 POZO A CIELO ABIERTO Y 2.2.2 PERFORACION CON POSTEADORA ¿Por qué ESTUDIAR EL SUELO? •

La importancia de la exploración en el muestreo de un suelo radica en realizar apropiadamente cada método y así obtener muestras representativas mediante las cuales se pueda conocer las propiedades físicas del mismo.

2.2.1 POZO A CIELO ABIERTO Pozo a cielo abierto con muestreo alterado e inalterado. •

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.

Características: • Los sondeos de pozos a cielo abierto tienen una sección como mínimo de 1.5m x 1.5m y de profundidad la que el ingeniero considere prudente, dependiendo del tipo sí son suelos superficiales o profundos.

MUESTRA ALTERADA: • Una muestra alterada es aquella que está constituida por material fragmentado, en las que no se toman precauciones especiales para conservar las características de estructura y humedad en el sitio. Colocando las muestras alteradas en recipientes que cumplan con este objetivo o en bolsas emparafinadas.

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Video de trabajo en campo: https://youtu.be/zWplFBsC1tI MUESTRA INALTERADA • Una muestra inalterada es aquella en la que se conserva la estructura, no sufre de alteraciones químicas, ni de humedad, es decir, conserva las propiedades que tenía en sitio, deben tomarse con mucho cuidado, labrando una oquedad en la pared del pozo, colocándola en capas de manta impermeabilizada con brea y parafina.

Video del trabajo en campo: https://youtu.be/o4mYELiyC6c Herramienta utilizada para realizar un PCA: • PALA • MACHETE • PICO • ESPÁTULA • MANTA DE CIELO • PARAFINA O CERA • BROCHA • BREA • BOTE CON AGARRADERA • CERILLOS • MADERA

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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS EXCAVACIONES A CIELO ABIERTO • Ventajas •

Poder apreciar en forma directa el interior de las calicatas por un ingeniero especialista en mecánica de suelos es lo mejor que podría suceder; sin embargo, no siempre es posible esto en virtud de la naturaleza misma del terreno sobre todo por la presencia de suelos demasiado inestables como rellenos sanitarios, desmontes muy sueltos, arenas extremadamente sueltas o el nivel freático muy superficial.

• Desventajas •

Las desventajas que pueden presentarse en algunos tipos de terrenos por explorar son las siguientes: ·

•

Topografía de la zona (pendientes muy empinadas). ·

•

Nivel freático superficial. ·

•

Terreno extremadamente deleznable (inclusive se dificulta la incorporación de ademe). ·

• Rellenos sanitarios con gases tóxicos.

2.2.2 PERFORACION CON POSTEADORA • A diferencia de los sondeos a cielo abierto, el de perforaciones con posteadora únicamente obtienen muestras alteradas, pero con esto basta para saber las características del suelo.

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¿Como se obtiene esta muestra? • Para obtener estas muestras se usan barrenos helicoidales y posteadores que son como dos palas muy cerradas en la parte baja las cuales tienen un agarre en forma de T. Esta herramienta se hace penetrar en el suelo haciéndola girar sobre el material.

¿Como funciona la posteadora? • Las posteadoras 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 al extremo de una tubería de perforación, formada por secciones de igual longitud, que se van añadiendo según aumenta la profundidad del sondeo.

Video de trabajo en campo: https://www.youtube.com/watch?v=divjTwUYQLY

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ACT 2.2 Exploración directa e indirecta MÉTODOS DE EXPLORACIÓN. Para realizar el proyecto ejecutivo de un sistema de agua potable, alcantarillado o disposición de aguas residuales, el proyectista debe conocer la estratigrafía y propiedades del subsuelo, este conocimiento se logra a través del estudio geotécnico, el cual incluye la exploración, la obtención de muestras, la ejecución de pruebas de laboratorio y el análisis de la información. Mediante la exploración se deben obtener resultados confiables con un mínimo de costo y tiempo. La confiabilidad del estudio geotécnico depende de los trabajos de exploración, por lo tanto, éstos deben realizarse en forma cuidadosa, siguiendo métodos y normas establecidas, las cuales son descritas, en los puntos siguientes de esta sección. Por lo anterior, es necesario que especialistas en mecánica de suelos elaboren el programa de exploración apropiado, definiendo tipo, número y profundidad de los sondeos, tomando como base la información recopilada. En geotecnia los métodos de exploración se dividen en: indirectos (geofísicos), semidirectos y directos (sondeos).

Métodos indirectos (Geofísicos). Con estos métodos de exploración se realizan mediciones indirectamente de propiedades físicas de los suelos y rocas. Los principales métodos geofísicos son los siguientes: A. Geosísmico Con el método Geosísmico, mediante la interpretación de resultados, se pueden deducir propiedades mecánicas y la distribución de los materiales en el subsuelo, empleando las 7

velocidades de las ondas de compresión y de corte que se trasmiten a través de los materiales en el subsuelo, por efecto de las vibraciones producidas por la detonación de una carga de explosivos.

B. Geoeléctrico El método Geoeléctrico permite realizar mediciones de la resistividad, a partir de la inducción de una corriente eléctrica, se utiliza para detectar indirectamente características de los materiales del subsuelo

C. Gravimétrico - D. Magnetométrico Existen dos métodos de creciente aplicación en la Geotecnia, denominados Gravimétrico y Magnetrométrico. Estos métodos proporcionan resultados aproximados en forma rápida y económica, sobre todo en proyectos con requerimientos geológicos mayores, y se utilizan principalmente para deducir.

Métodos semidirectos. Consisten en realizar pruebas en el campo para estimar las propiedades físicas y mecánicas de los suelos, a partir de correlaciones empíricas. En estos métodos de exploración se pueden recuperar muestras representativas alteradas. Prueba de penetración estándar.

•

Este método se emplea en suelos finos, en arenas finas y medias, en mezclas de finos y arenas. Se realiza de manera continua con muestreo alterado o en forma conjunta con muestreo inalterado (sondeos mixtos). El uso de este método es muy común en la mayoría de las obras de infraestructura y en las de trámite complementario, porque nos determina los principales parámetros mecánicos de los suelos.

Método del Cono.

•

Esta prueba se utiliza en suelos blandos con espesores mayores de 10m En suelos arenosos y en arcillas de origen lacustres ha demostrado eficacia la aplicación del método, y está creciendo la tendencia a aplicarlo en los suelos pumiticos de la zona metropolitana de Guadalajara. Se puede usar en lugar del método de penetración estándar.

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Métodos directos. En estos métodos de exploración se obtienen muestras que sirven para conocer las propiedades físicas, mecánicas e hidráulicas del suelo. Las muestras representativas obtenidas pueden ser, alteradas o inalteradas que son necesarias en los casos de tipos de obras de infraestructura donde se requiere obtener parámetros mecánicos mediante pruebas especiales de laboratorio (triaxiales, consolidaciones, etc.) y de pruebas índice, pruebas comunes de laboratorio. Excavación de pozos a cielo abierto. Los pozos se excavan con el fin de tomar muestras de cada estrato, para observar y levantar el perfil estratigráfico de sus paredes. Dichas excavaciones deben tener un área de 1.00 x 1.5m (como mínimo), con separaciones y profundidades variables, los cuales dependen de la zona donde se ubique el sitio en estudio, del material encontrado, de la posición del nivel freático y de la importancia del proyecto. Sondeos con equipo de exploración. Estos sondeos se deben realizar en suelos donde el equipo de Sondeos de Penetración Estándar (SPT) no es el adecuado, como en el caso de suelos muy duros o rocosos, y para su uso se requiere emplear equipo de perforación rotaria y herramientas especializadas para la exploración y para obtener muestras alteradas e inalteradas a diversas profundidades.

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Métodos de sondeos Antes de acometer cualquier proyecto u obra de ingeniería civil o edificación, es necesario conocer las características del terreno sobre el que se va a asentar. Con este fin, se debe realizar un reconocimiento geotécnico del terreno, cuyos objetivos son: • Definición de las condiciones geológicas e hidrogeológicas de la zona, con sus perfiles estratigráficos, así como las propiedades físico-mecánicas del suelo y todas las características de este. necesarias para el cálculo y proyecto correspondiente, previendo las posibles variaciones que introducirá la obra en las condiciones del terreno. • Definición de la tipología y dimensiones de la obra, de tal forma que las cargas generadas por cimentaciones, excavaciones y rellenos, o las cargas soportadas por estructuras de contención, no produzcan situaciones de inestabilidad o movimientos excesivos de las propias estructuras o del terreno, que haga peligrar la obra estructural, o funcionalmente. • Determinación de problemas constructivos: • •

• • • • •

Tipo de cimentación, nivel de apoyo, presión de trabajo, etc. Determinación del volumen, localización y tipo de materiales que han de ser excavados, así como la forma y maquinaria adecuada para llevar a cabo dicha excavación. Talud de excavación / contención de paredes. Agresividad de suelos y agua. Solución a problemas del terreno. Localización y caracterización de materiales para préstamos. Problemas relacionados con el agua: Profundidad del nivel freático. Riesgos debidos a filtraciones, arrastres, erosiones internas, sifonamiento. acción de la helada, etc.

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SONDEOS PRELIMINARES Pozos a cielo abierto (o calicatas), con muestreo alterado o inalterado. Cuando este método sea practicable 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. En estos pozos se pueden tomar muestras alteradas o inalteradas de los diferentes estratos que se hayan encontrado. Los sondeos de pozos a cielo abierto tienen una sección como mínimo de 1.5m x 1.5m y de profundidad la que el ingeniero considere prudente, dependiendo del tipo sí son suelos superficiales o profundos.

Perforaciones con posteadora, barrenos helicoidales o métodos similares. En estos sondeos exploratorios 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 sólo dependiendo del suelo por atacar. 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 suelos plásticos. 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 al extremo de una tubería de perforación, formada por secciones de igual longitud, que se van añadiendo según aumenta la profundidad del sondeo.

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Las muestras de cuchara son generalmente más alteradas todavía que las obtenidas con barrenos helicoidales y posteadoras; la razón es el efecto del agua que entra en la cuchara junto con el suelo, formando en el interior una seudosuspensión parcial del mismo. Las muestras son apropiadas solamente para pruebas de clasificación y, en general, para aquellas pruebas que no requieran muestra inalterada.

Métodos de penetración estándar. Este procedimiento es, entre todos los exploratorios preliminares, quizá el que rinde mejores resultados en la práctica y proporciona más útil información en torno al subsuelo y no sólo en lo referente a descripción. En suelos puramente friccionantes la prueba permite conocer la compacidad de los mantos que es la característica fundamental respecto a su comportamiento mecánico. En suelos plásticos la prueba permite adquirir una idea, si bien tosca, de la resistencia a la compresión simple. Además, el método lleva implícito un muestreo, que proporciona muestras alteradas representativas del suelo en estudio.

Método de penetración cónica: Estos métodos consisten en hacer penetrar una punta cónica en el suelo y medir la resistencia que el suelo ofrece. Existen diversos tipos de conos. Dependiendo del procedimiento para hincar los conos en el terreno, estos métodos se dividen en estáticos y dinámicos. En los primeros la herramienta se hinca a presión, 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 dinámica puede usarse un penetrómetro atornillando al extremo de la tubería de perforación, que se golpea en su parte superior de un modo análogo al descrito para la prueba de penetración estándar. 12

A modo de resumen podría decirse que las pruebas de penetración cónica, estática o dinámica son útiles en zonas cuya estratigrafía sea ya ampliamente conocida a priori y cuando se desee simplemente obtener información de sus características en un lugar específico; pero son pruebas de muy problemática interpretación en lugares no explorados a fondo previamente.

Sondeos definitivos Pozo a cielo abierto con muestreo Inalterado. 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. •

Una muestra inalterada es aquella en la que se conserva la estructura, no sufre de alteraciones químicas, ni de humedad, es decir, conserva las propiedades que tenía en sitio, deben tomarse con mucho cuidado, labrando una oquedad en la pared del pozo, colocándola en capas de manta impermeabilizada con brea y parafina.

¿Cómo obtenerla? •

a) Se limpia y alisa la superficie del terreno, marcando el contorno del trazo.

•

b) Se excava una zanja alrededor de esto.

•

c) Se ahonda la excavación y se cortan los lados del trazo empleando un cuchillo de hoja delgada.

•

d) Se corta el trozo con el cuchillo, se marca la cara superior y retira del hoyo.

•

e) Se sumerge en parafina fundida

Métodos con tubo de pared delgada. (Shelby) En caso de suelos coherentes de consistencia blanda, el método más adecuado para la obtención de muestras inalteradas consiste en la hinca mediante presión y a baja velocidad de un tubo de acero con borde inferior cortante, con un espesor 13

no superior a 2 mm. Una vez recuperado el tubo en superficie, se sellan sus extremos con el fin de evitar la desecación de la muestra. El principal Este tipo de toma muestras tiene el inconveniente de que hay que extraer la muestra del tubo mediante empuje, dado que no es factible cortar la camisa, lo que puede originar una alteración superior al proceso de obtención.

METODO CON TUBO DENISON Con este muestreador que opera a rotación y presión se obtienen muestras, que pueden ser inalteradas, de arcillas duras, limos compactos y limos cementados con pocas gravas. localizados abajo del nivel freático. Arriba de este nivel, las muestras pueden contaminarse con el fluido de perforación y por ello su uso es poco confiable.

Métodos rotatorios para roca. Cuando un sondeo alcanza una capa de roca más o menos firme o cuando en el curso de la perforación las herramientas hasta aquí descritas tropiezan con un bloque grande de naturaleza rocosa, no es posible lograr penetración con los métodos estudiados y ha de recurrirse a un procedimiento diferente. Cuando un gran bloque o un estrato rocoso aparezcan en la perforación se hace indispensable recurrir al empleo de máquinas perforadoras a rotación, con broca de diamantes o del tipo cáliz. 14

2.3 CONSERVACION DE MUESTRAS INALTERADAS DEL SUELO POR DIFERENTES METODOS. Una vez que la muestra se ha recogido, se debe guardar en un contenedor apropiado: bolsa de papel o plástico, o bote de plástico, por ejemplo y mantenerse tanto como sea posible en su estado original, evitando cualquier tipo de contaminación y de transformación. En el laboratorio el primer paso para la conservación de la muestra es el secado al aire, bien estático o dinámico, pero en cualquier caso no calentado previamente. La temperatura del aire no debe pasar de los 35°C (con humedades relativas menores del 60%), porque a mayores temperaturas puede ocasionar cambios drásticos en algunas características físicas y químicas del suelo. El secado conduce normalmente a aumentar la cementación, lo que puede afectar

después

al

análisis

granulométrico. Si tiene lugar además a alta

temperatura

puede

producir

cambios en el estado de oxidación de los elementos (Fe2+ por ejemplo) y en el potasio de cambio, y la forma de presentarse el N y el P, así como producir ciertas reacciones microbiológicas. Estas transformaciones serán más importantes cuanto más tiempo dure el secado. Para secar una muestra, se debe extender y destruir con cuidado los agregados groseros que se detecten a simple vista, por ejemplo, con rodillos de madera o maza de mortero de caucho. Una muestra debe estar húmeda el menor tiempo posible porque se considera que en general en una muestra seca se reducen las reacciones químicas y bioquímicas al mínimo, evitando que tales reacciones sean una posible fuente de error. Una vez seca la muestra se puede pasar a la fase de preparación (homogenización, molienda, tamizado y reducción del tamaño), o bien es almacenada hasta que pueda entrar en la rutina de los análisis de contaminantes y otros parámetros. En la tabla 4.1, se dan algunas recomendaciones en relación con

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los contenedores que se deben usar y tiempos máximos que pueden transcurrir antes del análisis de determinados contaminantes. En general es recomendable que las muestras se analicen tan pronto como sea posible, en caso contrario deben conservarse en cámara frigorífica a 4°C.

Pretratamiento. El pretratamiento de las muestras consta de varias etapas que dependen del tipo de muestra y de su naturaleza, así como de los requerimientos individuales de los análisis que se vayan a llevar a cabo. El principal objetivo de cualquier tratamiento preliminar es proporcionar submuestras adecuadas, las cuales sean tanto representativas del suelo que se quiere caracterizar como compatible con el análisis que se va a llevar a...