CAPITULO 5. ENSAYOS DE CAMPO
5.1. INTRODUCCIÓN
Los ensayos de campo son de importancia fundamental cuando se supone, o se ...
5.2. ENSAYOS DE BOMBEO
5.2.1. Generalidades
Un ensayo de bombeo consiste, en principio, en la extracción de agua bajo régi...
En todos los casos se deberá considerar un área superficial del caño camisa para el
ingreso del agua al pozo de bombeo, ta...
5.2.6. Procedimiento del ensayo
El ensayo propiamente dicho dará comienzo una vez que se hayn determinado los efectos
exte...
5.3. ANÁLISIS DE LOS ENSAYOS DE BOMBEO
El proceso de adquisición de datos será independiente del método de análisis que, e...
5.4.3. Método del desplazamiento en agua
Este método que es de aplicación exclusiva para suelos cohesivos, queda limitado ...
suelos, tales como rellenos, terraplenes, diques y paquetes estructurales de calles, playas
de estacionamiento y de acopio...
hinchamiento por acción del fluído de perforación, en virtud de su estado de fisuración
original.
Las técnicas de medición...
Figura 5.5.2.2. Cámara triaxial de Leeman
Las perforaciones que se deben realizar son 2 por sector a investigar, en direcc...
rocaperforación
celda
Celda fijada al fondo de la perforación para
el registro de tensiones.
perforación roca
celda
Perfor...
roca
gato hidráulico
plano
perno
Reglamento CIRSOC 401 Cap. 5 - 103
manómetro bomba
Figura 5.5.2.4. Determinación superfic...
5.5.3.3. Mediciones de las tensiones de contacto
Para medir las tensiones de contacto se deberá utilizar un presiómetro au...
Cuando el ensayo se deba realizar por debajo del nivel freático, se deberá considerar que
las fuerzas originadas por las f...
El sistema de reacción utilizado para la aplicación de la carga podrá estar conformado por
pesos muertos, pilotes de reacc...
Los tres procedimientos de ensayo (ver norma IRAM en preparación), que se conocen se
describen a continuación:
a) Carga co...
5.6.3. Ensayo de valor soporte relativo (CBR) in-situ
5.6.3.1. Generalidades
El método de diseño de pavimentos mediante la...
y a la posibilidad de aplicar la carga necesaria. Se requerirá de más de una medición con
el fin de poder obtener parámetr...
5.7.4. Método para realizar el ensayo
5.7.4.1. Generalidades
Los esfuerzos introducidos en el ensayo deberán ser de simila...
La geofísica no es un sustituto de la ingeniería geotécnica sino que, en algunos casos, es
un complemento, y no se deberán...
5.9.2.3. Gravimetría
Este método es utilizado para la detección de anomalías de grandes dimensiones, tales
como fallas geo...
Tabla 5.1. Métodos geofísicos utilizados en la investigación geotécnica
Objetivo Ejemplo Método y Observaciones
Estratigra...
5.9.2.4. Magnetometría
Este método se fundamenta en la existencia de una correlación entre el cambio localizado
del campo ...
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  1. 1. CAPITULO 5. ENSAYOS DE CAMPO 5.1. INTRODUCCIÓN Los ensayos de campo son de importancia fundamental cuando se supone, o se conoce, por experiencias pasadas, que las propiedades del macizo diferirán de las propiedades de los materiales constituyentes del mismo, susceptibles de ser determinadas en laboratorio sobre muestras recuperadas. Dicha diferencia reside, generalmente, en la falta de representatividad de las muestras con respecto al macizo en condiciones naturales, ya sea por las variaciones de tensiones y humedad o por la alteración causada por el método de muestreo. Debido a que las condiciones in-situ se desconocen, el grado de alteración producido no se podrá considerar para definir la trazabilidad de los resultados de laboratorio y por ende, su corrección. El criterio de selección de un ensayo de campo, frente a su análogo de laboratorio, será realizado en base a la determinación de si la preparación de la muestra está afectada, como mínimo, por alguna de las siguientes circunstancias: (a) la separación de las discontinuidades del macizo hacen que la muestra no sea representativa o que la misma, incluyendo las discontinuidades, sea demasiado grande para los equipos de laboratorio disponibles. (b) no es posible obtener muestras de suficiente calidad como para que sean representativas del macizo, por cuanto varían sus propiedades al ser extraídas o porque el proceso de muestreo resulta inadecuado. (c) inexactitud o imposibilidad de determinar las condiciones de presión de poros, grado de saturación o estado de tensiones in situ, para luego ser reproducidas en el laboratorio. (d) alteraciones en la calidad de la muestra como consecuencia de las demoras en el transporte de las mismas desde predios remotos hasta el laboratorio. Los ensayos de campo descriptos en este Capítulo excluyen a los mencionados en el Capítulo 4. Los ensayos que se describen en este Capítulo son los más frecuentes que se realizan durante las Investigaciones Geotécnicas de rutina, existiendo otros, que no se mencionan, y que corresponden a requerimientos especiales de cada proyecto en particular. Las normas de ensayo que se deben aplicar son las normas IRAM vigentes, las normas IRAM en preparación, las normas de Vialidad Nacional vigentes, y eventualmente en caso de no existir ninguna de ellas, normas de ensayos internacionales emitidas por organizaciones de prestigio mundial. El listado de las normas que se mencionan en este Reglamento está detallado en el Anexo A.4.. Reglamento CIRSOC 401 Cap. 5 - 93
  2. 2. 5.2. ENSAYOS DE BOMBEO 5.2.1. Generalidades Un ensayo de bombeo consiste, en principio, en la extracción de agua bajo régimen de flujo constante desde un pozo, llamado pozo de bombeo, y en la medición del comportamiento de la superficie de agua subterránea a distintas distancias prefijadas medidas desde dicho pozo. Mediante el análisis de la depresión generada en el nivel freático y piezométrico se pueden determinar los coeficientes de permeabilidad, transmisibilidad y de almacenaje para grandes masas de terreno de manera más precisa que mediante los ensayos en perforaciones (ver el artículo 4.6.). 5.2.2. Condiciones del agua subterránea Previamente al ensayo de bombeo, se deberá determinar bajo qué condiciones se encuentra el agua subterránea, por cuanto ésto influye en el diseño del programa de bombeo, así como en la interpretación de los resultados. Dichas condiciones pueden ser: (a) Confinada. El suelo investigado se encuentra saturado y el agua contenida está bajo presión, encontrándose aislada entre dos estratos de suelo o roca impermeables. (b) No confinada. El acuífero no posee un estrato adyacente impermeable que impida el libre ascenso o descenso del nivel freático. (c) Semi-confinada. El suelo se encuentra saturado y el estrato adyacente superior es de baja permeabilidad, mayor que el acuífero considerado, pero se producen suficientes pérdidas como consecuencia del bombeo. 5.2.3. Lugar del ensayo A pesar de que la selección del lugar para llevar a cabo un ensayo de bombeo está generalmente determinada por condiciones prácticas, tales como la accesibilidad y la disponibilidad de perforaciones de exploración cercanas, la representatividad del lugar seleccionado del sector de obra a investigar deberá ser mandatoria, es decir, que las condiciones hidrológicas subterráneas del lugar de ensayo deberán ser concordantes con el área de influencia de la obra. Se deberá garantizar que el agua extraída no vuelva a ingresar al sector de ensayo. 5.2.4. Pozos de bombeo Los pozos de bombeo deben ser de un diámetro suficiente como para permitir el egreso del agua extraída y la instalación del caño camisa, la bomba de adecuada capacidad y un piezómetro y velocímetro, de ser necesario. Asimismo se le deberá proveer de un filtro, con el fin de no producir la migración de los suelos finos. Esto hace que el menor diámetro construible sea de 300 mm. La penetración total del acuífero por parte del pozo de bombeo se recomienda con el objeto de obtener una información completa. Si esta condición no se pudiera cumplir, será necesaria la corrección de los resultados obtenidos previo a su análisis (ver el artículo 5.3). Reglamento Argentino de Estudios Geotécnicos Cap. 5 - 94
  3. 3. En todos los casos se deberá considerar un área superficial del caño camisa para el ingreso del agua al pozo de bombeo, tal que la velocidad de penetración del fluido no supere los 30 mm/s, con el fin de que las pérdidas hidráulicas sean compatibles. En la eventualidad de que los cambios de forma del cono de depresión, durante el ensayo de bombeo, sean originadas por agentes externos al ensayo propiamente dicho y que constituyan un gran porcentaje de las pérdidas, los resultados estimados de la permeabilidad deberán ser desestimados. Las bombas de aspersión se podrán utilizar cuando la superficie hidráulica no tenga que ser deprimida más de 5 m. Para alturas de carga mayor, se requerirá de bombas de inmersión. Cuando los suelos sean de mayor permeabilidad se deberá recurrir a bombas de mayor capacidad para producir pérdidas hidráulicas constantes y mensurables en los pozos de monitoreo durante el tiempo que dure el ensayo. El rendimiento de la bomba se deberá mantener constante mientras se mide la velocidad de ascenso del agua dentro del pozo de bombeo, con el fin de determinar la permeabilidad relativa entre estratos de interés específico. Dicho rendimiento será controlado mediante una válvula dispuesta en el tubo de descarga y/o regulando la velocidad de la bomba. El caudal será medido a través de un caudalímetro. 5.2.5. Pozos de observación Los pozos de observación deben poseer un diámetro mínimo de 35 mm para permitir la inserción de un dispositivo para la medición del nivel de agua subterránea. Dichos pozos deberán atravesar los mismos mantos que los pozos de bombeo y permitir el ingreso de agua a lo largo de todo su desarrollo. Cuando se sospeche que los pozos de observación pudiesen verse obstruídos por material fino de acarreo, los mismos se deberán proteger mediante el recubrimiento de filtros adecuadamente diseñados y construidos. Aunque la permeabilidad del suelo investigado puede ser estimada con la información propia del pozo de bombeo, el cálculo de la misma deberá ser realizado con los datos obtenidos de los pozos de observación. El número mínimo de pozos de observación necesarios para un cálculo razonable de la permeabilidad "in-situ" es de 8, dispuestos de a pares según 2 direcciones ortogonales. Sus distancias respecto del pozo de bombeo deberán seguir una serie geométrica y, de ser necesario, se podrán adicionar otras exploraciones para la observación si las 8 originales brindan datos no confiables. En la eventualidad de encontrarse en presencia de una condición de borde lineal, tal como un río, canal, dique, superficie vertical impermeable (pantalla, muro, estrato rocoso), etc., se deberán disponer ambas líneas ortogonales en forma paralela y perpendicular, respectivamente, a la condición de borde. Las mediciones de la superficie piezométrica se deberán realizar con una sensibilidad de ± 5 mm, razón por la cual los instrumentos de medición se calibrarán para tal magnitud. Reglamento CIRSOC 401 Cap. 5 - 95
  4. 4. 5.2.6. Procedimiento del ensayo El ensayo propiamente dicho dará comienzo una vez que se hayn determinado los efectos externos al ensayo que generen las fluctuaciones, y los pozos se hayan puesto en régimen. A continuación se medirá el nivel piezométrico en correspondencia con cada pozo como valor inicial, para luego volver a realizar la medición a intervalos preestablecidos que, generalmente, corresponderán a 1 min durante los primeros 15 minutos; para luego continuar a intervalos regulares. Cuando sea necesario, se deberán incluir períodos de lectura menores en la etapa inicial, lo que originará la necesidad de disponer de lectores independientes en los pozos de observación para los primeros 100 minutos de ensayo. Cuando se juzgue conveniente, se podrán utilizar medidores automáticos en cada pozo de observación; situación que condicionará el diámetro de los mismos a un valor mayor o igual a 100 mm para poder instalar el instrumental. Los datos obtenidos se deberán graficar durante el transcurso del ensayo, con el objetivo de monitorear el comportamiento del sistema de bombeo, la evolución de los pozos, la respuesta del suelo y la calidad de las mediciones registradas. Generalmente, esta información será volcada en un gráfico "tiempo-caída de carga hidráulica", con ambos parámetros en escala logarítmica. (ver la Figura 5.2.6.). La respuesta del sistema de bombeo diseñado va a estar supeditada a las características del acuífero bajo estudio (ver el artículo 5.2.2.) y en función de la curva de la Figura 5.2.6. se determinará el procedimiento de análisis correspondiente y la duración del tiempo de bombeo. Una vez concluida la extracción del fluido se deberán continuar monitoreando los pozos hasta llegar a la condición inicial del nivel piezométrico, de igual manera que al comienzo del ensayo, o sea, cada minuto durante los primeros 15 minutos y posteriormente a intervalos regulares. Figura 5.2.6. (en preparación). Reglamento Argentino de Estudios Geotécnicos Cap. 5 - 96
  5. 5. 5.3. ANÁLISIS DE LOS ENSAYOS DE BOMBEO El proceso de adquisición de datos será independiente del método de análisis que, en definitiva, surgirá de la graficación de los parámetros medidos durante el ensayo. Por esta razón es necesario representar la curva de evolución del bombeo en función del tiempo, con el fin de verificar la calidad de la información obtenida, seleccionar el método de análisis correspondiente y determinar la duración del ensayo. Existen dos métodos de análisis, debiendo utilizarse el correspondiente a la situación en cuestión: (a) Estado estable. Se produce cuando el tiempo de bombeo es lo suficientemente largo como para que la caída del nivel piezométrico cese; entonces la condición hidráulica del suelo ha llegado a un estado estable. (b) Estado inestable. Hasta que se produzca la condición de equilibrio, la velocidad de caída del nivel piezométrico con respecto al tiempo no es constante generando un estado inestable en la condición hidráulica del suelo. 5.4. PESOS UNITARIOS 5.4.1. Generalidades En esencia, los métodos de campo para determinar el peso unitario se basan en la remoción de una cantidad de suelo significativa, que permite establecer la masa del espécimen y el volumen que ocupaba previo a su extracción del terreno. La determinación de la masa no presenta ningún inconveniente, mientras que la determinación del volumen está condicionada por el método utilizado y el tipo de suelo investigado, de ahí la diferencia en los resultados obtenidos al calcular el peso unitario in- situ. Los métodos que se describen en los artículos 5.4.2. a 5.4.9. inclusive, son de aplicación diaria y tienen la característica común de requerir el acceso al estrato a investigar. Por consiguiente, quedan limitados como ensayos superficiales o aplicables hasta una profundidad aproximada de 3 m. No obstante esto, son de aplicación a mayores profundidades si se los realiza desde el fondo de calicatas profundas o pozos de inspección. El pesado de la muestra debe ser realizado preferentemente en obra porque de lo contrario, la muestra deberá ser acondicionada, para su transporte al laboratorio, en un recipiente porta-muestra hermético con el fin de que no pierda humedad, lo cual afectaría las determinaciones. 5.4.2. Método de la sustitución con arena Este ensayo, que debe cumplir la norma IRAM correspondiente (en preparación), se debe aplicar a suelos de granulometría fina a gruesa, perdiendo representatividad en las gravas. Asimismo, deja de ser preciso cuando se está en presencia de arenas que no admiten ser hoyadas para conformar un volumen de sección constante y cuyas paredes puedan ser estables. Reglamento CIRSOC 401 Cap. 5 - 97
  6. 6. 5.4.3. Método del desplazamiento en agua Este método que es de aplicación exclusiva para suelos cohesivos, queda limitado a aquellas muestras de suelo que no han sufrido deterioros durante su manipuleo y que no se han desintegrado al ser sumergidas en el líquido utilizado (ver norma IRAM en preparación). 5.4.4. Método de la membrana de goma Este método consiste, esencialmente, en la medición del volumen del suelo excavado mediante el hinchamiento de una membrana de goma que contiene agua (ver norma IRAM en preparación). Constituye una alternativa al método de sustitución con arena con la restricción de no ser apto para suelos blandos que se deformen bajo la presión hidrostática generada por el ensayo, o que las paredes del hoyo no puedan permanecer estables, o que el suelo esté constituido por partículas gruesas (arenas gruesas, gravas, etc.). 5.4.5. Método del aceite Este método consiste, esencialmente, en la medición del volumen del suelo excavado mediante el vertido de aceite de elevada viscosidad, cuyo volumen utilizado (peso o volumen) se mide con la precisión requerida (ver norma IRAM en preparación). Este método constituye una alternativa al método de sustitución con arena, con la restricción de no ser apto para suelos blandos que se deformen bajo la presión hidrostática generada por el ensayo, o que las paredes del hoyo no puedan permanecer estables, o que el suelo esté constituido por partículas gruesas (arenas gruesas, gravas, etc.) que originen pérdida del fluido. 5.4.6. Método para suelos gruesos Este método consiste, esencialmente, en la medición del volumen del suelo excavado mediante el recubrimiento con una lámina impermeable y el auxilio de un aro cilíndrico metálico calibrado. El volumen ocupado por el cilindro y la lámina se debe llenar con agua (ver norma IRAM en preparación), siendo una alternativa al método de sustitución con arena. 5.4.7. Métodos nucleares Los métodos nucleares no proporcionan una medición directa de la densidad in-situ, sino que deben ser calibrados previamente a su utilización, confrontándolos con alguno de los otros métodos descriptos con anterioridad, en correspondencia con cada capa de suelo o estructura a investigar. Estos equipos poseen una fuente radioactiva, razón por la cual, esta metodología debe estar supeditada a los requerimientos de seguridad propios de los trabajos de obra (normas de seguridad e higiene impuestas por el Comitente) así como a las disposiciones vigentes establecidas por la Comisión Nacional de Energía Atómica. 5.4.8. Aplicaciones de los ensayos de densidad in-situ Los ensayos para la determinación de la densidad in-situ están destinados para el control de compactación de cada una de las capas correspondientes al movimiento de Reglamento Argentino de Estudios Geotécnicos Cap. 5 - 98
  7. 7. suelos, tales como rellenos, terraplenes, diques y paquetes estructurales de calles, playas de estacionamiento y de acopio, caminos y aeropuertos. Asimismo, proveen la información básica necesaria para el remoldeo de probetas destinadas a los ensayos de laboratorio bajo condiciones naturales. 5.4.9. Separación planimétrica La separación en planta de las determinaciones de densidad de campo estará dada en función de la distribución de las estructuras y los trabajos a realizar en el predio y en las adyacencias. En términos generales, una separación máxima entre mediciones de 20 m será suficiente para el control de compactación en las obras de rutina. Cuando las determinaciones deban ser realizadas sobre un área de obra donde las dimensiones de dicha área sean de magnitud similar, se deberá efectuar una cuadrícula de 20 m x 20 m, mientras que en obras lineales se recomienda efectuar las determinaciones en tresbolillo con una separación entre mediciones del orden de 25 m. No obstante ello, el Comitente deberá realizar una evaluación de cada caso particular. 5.5. MEDICIONES DE TENSIONES IN-SITU 5.5.1. Generalidades A los fines de este Reglamento se define como "estado inicial de tensiones del macizo respectivo" al estado de tensiones existentes dentro del macizo de suelo o de roca, con anterioridad a la aplicación de esfuerzos (cargas) sobre el mismo, cortes o a la formación de cavidades en su interior. Conjuntamente con las mediciones de tensiones totales se deberán medir las tensiones neutras, con el fin de determinar el estado de tensiones efectivas. Por esta razón, dichas mediciones así como la interpretación del estado tensional de un macizo de suelo o rocoso deberá ser realizado por especialistas con acreditada experiencia. 5.5.2. Mediciones de tensiones en roca 5.5.2.1. Generalidades La determinación de las tensiones in-situ en rocas se basa en la medición de la variación de las tensiones del macizo, la cual se materializa dentro de perforaciones cuando se lo hace en profundidad, mientras que las mediciones superficiales se realizan en hendiduras efectuadas a tal fin. El estado tensional también puede ser deducido de la medición de las deformaciones en la boca de un túnel o de un pozo, o galería de exploración cercanos al área de investigación. Las técnicas utilizadas para la medición de las tensiones en roca se basan en las hipótesis de comportamiento elástico, homogéneo e isotrópico por parte del material constitutivo del macizo y no son de aplicación para aquellos macizos propensos al Reglamento CIRSOC 401 Cap. 5 - 99
  8. 8. hinchamiento por acción del fluído de perforación, en virtud de su estado de fisuración original. Las técnicas de medición se valen de sensores de deformaciones lineales específicas (strain-gauges), discos fotoelásticos y sistemas de medición de deformaciones diametrales en la boca de las perforaciones. Las determinaciones se pueden efectuar en forma instantánea o como mediciones a lo largo del tiempo; es decir, mediante el monitoreo continuo de la evolución del estado tensional. La elección entre medición instantánea y monitoreo continuo estará condicionada por el tipo de información necesaria para el proyecto en cuestión, el tipo y calidad de la roca. A efectos de poder tener suficiente información de adecuada calidad y que sea representativa de las solicitaciones que afectan al macizo en estudio, se deberán realizar mediciones sobreabundantes en diferentes direcciones que puedan permitir un análisis estadístico de los resultados obtenidos. El Informe Técnico de las mediciones de tensiones in-situ deberá contar, como mínimo, con la siguiente información: (a) ubicación de la medición, indicación si es superficial o profunda, dirección, rumbo y profundidad de la perforación, método y diámetro de la misma, (b) descripción geológica del macizo rocoso, (c) mediciones de las deformaciones específicas (strains), (d) módulos de elasticidad E y coeficiente de Poisson µ obtenidos mediante ensayos estáticos de laboratorio sobre testigos de roca recuperados del mismo sector del macizo en donde se realizaron las mediciones in-situ, (e) las 6 mediciones de tensiones (σx, σy, σz, τxy, τxz, τyz), (f) las 3 direcciones principales de tensiones referidas al sistema de ejes de la perforación o pozo de inspección y al sistema de ejes de la obra, (g) fotografías a color de las muestras obtenidas en las adyacencias de las mediciones efectuadas, (h) fecha en que se realizaron las mediciones in-situ y fecha en que los trabajos pasarán por el punto medido. 5.5.2.2. Determinación in-situ del estado de tensiones triaxial en roca El método más frecuente para la medición del estado triaxial de tensiones en un macizo es el que utiliza la cámara triaxial de Leeman, método en el que, mediante una perforación en la roca, se instala la celda triaxial. Reglamento Argentino de Estudios Geotécnicos Cap. 5 - 100
  9. 9. Figura 5.5.2.2. Cámara triaxial de Leeman Las perforaciones que se deben realizar son 2 por sector a investigar, en direcciones ortogonales con el fin de corroborar una eventual anisotropía del sector bajo análisis. En ambas perforaciones se deberán realizar las mediciones del estado triaxial de tensiones. 5.5.2.3. Determinación in-situ del estado de tensiones biaxial en roca Las mediciones se deberán realizar en dos etapas, la primera de las cuales consistirá en adosar un strain-gauge en el fondo de la perforación, generalmente de unos 60 mm de diámetro, y realizar las mediciones correspondientes. En la segunda etapa se deberá prolongar la perforación en el mismo diámetro pero sin retirar el testigo y sobre la cara exterior de éste último se deberá fijar la roseta con 3 strain-gauges o el disco fotoelástico, donde se realizará una nueva medición (ver la Figura 5.5.2.3.). Con el fin de poder determinar el estado tensional de un punto, se deberán realizar estas operaciones en 3 perforaciones ortogonales entre sí y convergentes al área en cuestión. Reglamento CIRSOC 401 Cap. 5 - 101
  10. 10. rocaperforación celda Celda fijada al fondo de la perforación para el registro de tensiones. perforación roca celda Perforación prolongada con corona y celda fijada a la vela de roca para el registro de tensiones. Figura 5.5.3.3. Determinación in-situ del estado biaxial en roca 5.5.2.4. Determinación superficial del estado uniaxial de tensiones mediante un gato hidráulico plano Con el fin de medir las tensiones superficiales de un macizo rocoso se deberá realizar una hendidura, de dimensiones acorde al gato hidráulico a utilizar, mediante una sierra o perforaciones alineadas y secantes una con la otra. Antes de realizar la hendidura, se la deberá delimitar sobre la roca para lo cual se marcarán dos puntos opuestos, ubicados sobre las caras paralelas de mayor longitud, donde se fijarán pernos de forma inamovible que servirán como puntos de referencia. A continuación se medirá y registrará la distancia entre ambos pernos. El macizo tenderá a relajar su estado de tensiones mediante la deformación de las paredes opuestas de la hendidura, las cuales convergerán. Reglamento Argentino de Estudios Geotécnicos Cap. 5 - 102
  11. 11. roca gato hidráulico plano perno Reglamento CIRSOC 401 Cap. 5 - 103 manómetro bomba Figura 5.5.2.4. Determinación superficial del estado uniaxial de tensiones mediante gato hidráulico plano 5.5.3. Mediciones de tensiones en suelos 5.5.3.1. Generalidades La respuesta de las masas de suelo a la aplicación de cargas dependerá de las características de resistencia y deformabilidad de éstos, razón por la cual, el análisis del estado de tensión in-situ de los suelos deberá ser asistido por ensayos de laboratorio, con el fin de obtener resultados representativos. 5.5.3.2. Celda de presión hidráulica Las mediciones de tensiones se podrán efectuar en arcillas y limos blandos siempre que las determinaciones sean realizadas una vez disipadas, en el tiempo, las tensiones residuales originadas durante el período de instalación del instrumental. De esta manera el estado inicial se restituirá bajo un efecto de fluencia lenta (creep).
  12. 12. 5.5.3.3. Mediciones de las tensiones de contacto Para medir las tensiones de contacto se deberá utilizar un presiómetro autoperforante que reduzca la perturbación originada en el suelo. A medida que se aplica presión para introducirlo en el suelo, una herramienta cortante a rotación de bajas revoluciones se utilizará conjuntamente con la inyección de baja presión para remover el detrito de perforación, y así avanzar en profundidad. Una vez instalado en la posición deseada, la celda de carga eléctrica será activada para medir la presión horizontal total. Las condiciones geotécnicas imperantes en el macizo de suelo pueden limitar la aplicabilidad de esta técnica. 5.5.3.4. Fracturación por método hidráulico Esta metodología se aplica a mantos de arcilla normalmente consolidada en donde se obtura una determinada longitud de una perforación En dicha perforación se realiza un ensayo de bombeo inyectando agua a medida que se aplica la presión en incrementos constantes. La presión que se registre al momento de comprobar un incremento instantáneo del flujo entrante a la perforación, corresponderá a la rotura por esfuerzo tangencial del suelo, y dicha tensión tangencial podrá ser correlacionada con el estado de tensiones del macizo. 5.6. ENSAYOS DE CAPACIDAD DE CARGA 5.6.1. Ensayos de carga vertical 5.6.1.1. Generalidades El ensayo de capacidad de carga vertical in-situ o ensayo de placa, consiste en medir el esfuerzo aplicado a una placa mientras, simultáneamente, se registra la penetración de ésta en el suelo o roca en la que se apoya (ver norma IRAM en preparación). Las metodologías más frecuentes son: (a) Escalonado. Consiste en aplicar sucesivos escalones de carga creciente durante un determinado tiempo o hasta que la deformación no exceda un determinado valor por cada incremento de carga aplicado. En este caso se permite que el suelo consolide previo a la aplicación del siguiente escalón de carga, obteniendo así el comportamiento de deformación y resistencia efectiva del suelo a lo largo del tiempo. (b) Penetración constante. Consiste en regular la aplicación de la carga en función de la velocidad de penetración con el fin de que ésta sea constante. El suelo no puede eliminar la presión neutra, por consiguiente se deberá determinar la deformabilidad y resistencia en condiciones no drenadas. 5.6.1.2. Limitaciones del ensayo La limitación principal de este tipo de ensayo consiste en la alteración producida a los estratos por el método de excavación utilizado para llegar a la profundidad donde se implantará el dispositivo de transferencia de cargas. Reglamento Argentino de Estudios Geotécnicos Cap. 5 - 104
  13. 13. Cuando el ensayo se deba realizar por debajo del nivel freático, se deberá considerar que las fuerzas originadas por las filtraciones, como consecuencia del abatimiento de la superficie de agua subterránea, alterarán los resultados medidos. 5.6.1.3. Preparación de la superficie La preparación de la superficie consiste en la remoción de todo material suelto o blando originado por el método de excavación utilizado, con el fin de preparar la superficie donde descansará la placa, procurando que el contacto sea franco, horizontal y parejo. Para la aplicación de esfuerzos en forma uniforme será indispensable apoyar la placa de ensayo sobre una superficie de mortero cementicio construida para tal fin. Se deberán adoptar los recaudos pertinentes para garantizar una mínima variación de la humedad en la superficie del terreno a ensayar. 5.6.1.4. Disposición del equipo El equipo a utilizar estará en relación directa con las condiciones de ensayo y la escala de la obra. Las placas de acero más frecuentes están dentro del rango de los 300 mm a los 1000 mm de diámetro, no obstante lo cual se pueden utilizar otras dimensiones para casos especiales. Cuando se ensaye roca, la placa a utilizar estará determinada por la separación de las fisuras del macizo, pudiéndose obtener diámetros mayores a los 1000 mm. Para la instalación del equipo en un ensayo de carga vertical existen dos disposiciones básicas ya sea que se lo realice en superficie y con excavaciones a cielo abierto o bien, dentro de galerías (ver Figura 5.6.1.4.) Las placas a utilizar deben ser rígidas, macizas y con ambas superficies paralelas y lisas. La carga aplicada debe ser vertical y centrada con respecto a la placa, la cual descansará horizontalmente sobre la superficie a ensayar. Figura 5.6.1.4. (en preparación). Reglamento CIRSOC 401 Cap. 5 - 105
  14. 14. El sistema de reacción utilizado para la aplicación de la carga podrá estar conformado por pesos muertos, pilotes de reacción, anclajes de reacción o algún sistema mixto integrado por algunos de los mencionados anteriormente. Toda estructura de transferencia deberá ser ubicada lo suficientemente lejos de la placa como para no inducir esfuerzos parásitos al sector bajo ensayo que puedan alterar las mediciones a registrar. En términos generales, la distancia mínima será de 5 diámetros de la placa utilizada, medida entre centros de la placa de ensayo y los pilotes o anclajes de reacción sobre la superficie normal que intercepta la recta de acción de la carga aplicada y la dirección de los pilotes o anclajes. La carga a aplicar estará regida por el objetivo de la investigación llevada a cabo, pero como regla general se deberá considerar llevar el ensayo a rotura, por cuanto en esta situación se obtendrán los parámetros necesarios para el correcto diseño de las obras. Las mediciones del hundimiento que experimentará la placa serán registradas en el centro de la placa o en tres posiciones perimetrales separadas entre sí por 120° medidos al centro de la misma. Dichos hundimientos serán referidos a un punto fijo, materializado por vigas de referencia apoyadas en el terreno fuera del área de aplicación de la carga o de reacción del sistema de transferencia. 5.6.1.5. Instrumental para medición (a) Carga. La fuerza aplicada en la placa deberá ser medida con una celda de carga capaz de registrar una variación de la carga aplicada, en forma discreta o continua, con una sensibilidad mínima del 1 % del rango de lectura de la misma. (b) Hundimiento. Los mismos serán medidos en la dirección de la aplicación de la carga mediante flexímetros mecánicos o electrónicos, en forma discreta o continua, con una sensibilidad mínima de 0,01mm. (c) Tiempo. Se medirán los tiempos empleados en correspondencia con la realización de la excavación, con el lapso entre que se concluyó la excavación y comenzó el ensayo, con el tiempo para la conclusión de cada etapa de montaje del equipo de ensayo y con los tiempos de aplicación de la carga y el necesario para incrementarla a un nuevo escalón. Los mismos serán medidos con cronómetro digital con una sensibilidad mínima. (d) Temperatura. Se registrará la temperatura con un termómetro de intemperie, ubicado en la zona de ensayo, con el fin de verificar si ésta pudo influir la toma de mediciones. 5.6.1.6. Procedimientos de ensayo El ensayo de capacidad de carga es un ensayo que, en términos generales, se utiliza en la etapa de proyecto razón por la cual se lo realiza hasta la rotura persiguiendo el objetivo de obtener valores que permitan el diseño en estados últimos o de rotura y no en base a tensiones admisibles. Reglamento Argentino de Estudios Geotécnicos Cap. 5 - 106
  15. 15. Los tres procedimientos de ensayo (ver norma IRAM en preparación), que se conocen se describen a continuación: a) Carga constante. Es una metodología que consiste en aplicar escalones de carga crecientes de igual magnitud hasta que todo hundimiento haya cesado para cada incremento, o hasta que la velocidad de hundimiento registrada sea menor que la establecida. La carga máxima de ensayo estará determinada como un valor mayor al de la carga de servicio, o hasta alcanzar la rotura del terreno, o hasta agotar la capacidad de aplicación de la carga. b) Velocidad de penetración constante. Es una metodología utilizada en suelos, donde se regula la aplicación de la carga en función de la velocidad de penetración con el fin de que ésta sea constante. El suelo no puede eliminar la presión neutra, razón por la cual, se determinará la deformabilidad y la resistencia en condiciones no drenadas. c) Fluencia (Creep). Es una metodología aplicable a fundaciones altamente solicitadas, o a terrenos sensibles a asentamientos en función del tiempo, tales como rellenos y terraplenes que, posteriormente, soportarán estructuras. También es un procedimiento de ensayo importante cuando la estructura a construir es sensible a los asentamientos. Por ejemplo, edificios de frentes vidriados, tanques de almacenamiento de hormigón, o metálicos, con techo flotante, etc. 5.6.1.7. Análisis de los resultados Las hipótesis adoptadas para el análisis de los resultados de los ensayos de carga consideran que el material es elástico, isótropo y homogéneo y que es de aplicación la teoría de penetración de una placa circular rígida en un medio continuo semi-infinito. 5.6.1.8. Interpretación de los resultados Para una correcta interpretación del comportamiento tensional de un macizo geotécnico no basta con el mero examen de los resultados obtenidos de un ensayo de carga, sino que también se deberá utilizar la información geotécnica del área por debajo del área cargada proveniente tanto de las exploraciones realizadas como de los ensayos de laboratorio. 5.6.2. Ensayos de carga horizontal e inclinados En esencia, los ensayos de carga horizontal e inclinados se deberán aplicar y analizar en forma similar a los verticales a compresión. Los ensayos de placa con orientaciones especiales están destinados, primordialmente, a la investigación de fenómenos geológicos particulares como fallas, diaclasas, etc. Los ensayos de carga horizontal son de gran utilidad para la determinación de la resistencia al corte en suelos que no admiten ser muestreados sin alterar totalmente la calidad de la misma, como por ejemplo las arcillas con gravas. El método más frecuente consiste en interponer un gato hidráulico entre dos paredes opuestas de una excavación y, al accionarlo, medir la deformación relativa que sufren. Reglamento CIRSOC 401 Cap. 5 - 107
  16. 16. 5.6.3. Ensayo de valor soporte relativo (CBR) in-situ 5.6.3.1. Generalidades El método de diseño de pavimentos mediante la utilización de los resultados del ensayo de valor soporte relativo constituye, básicamente, un método empírico en el cual se utilizan curvas de diseño preestablecidas, combinadas con el CBR del suelo en cuestión, para determinar el espesor del pavimento. No existe una unicidad entre un tipo de suelo y el CBR asociado, sino que este valor está altamente condicionado por la forma de llevar a cabo el ensayo, a diferencia de las curvas de diseño que contemplan un único procedimiento para la determinación del valor soporte, siendo éste el de laboratorio. 5.6.3.2. Método para realizar el ensayo El ensayo requiere preparar una zona circular del terreno a ensayar de 300 mm de diámetro, correctamente perfilada y nivelada horizontalmente con el fin de proporcionar asiento a un gato hidráulico que reaccionará, generalmente, contra el eje de un camión lastrado para ofrecer resistencia. La placa utilizada estará provista de un punzón (pistón) que penetrará el terreno al accionarse el sistema hidráulico del gato. La penetración será medida mediante flexímetros mecánicos o electrónicos ubicados en puntos de referencia independientes a las áreas de carga y reacción (ver norma IRAM en preparación). 5.6.3.3. Limitaciones ya aplicaciones del ensayo Este ensayo no es apto si el suelo contiene partículas pétreas de dimensiones mayores a 20 mm por cuanto, si se intenta penetrarlo con el punzón y éste apoya sobre una piedra, el valor obtenido no será representativo. Este ensayo proporciona resultados dudosos cuando se lo utiliza en arenas, debido a que refleja valores inferiores a los obtenidos en laboratorio; valores con los cuales fueron confeccionadas las curvas de diseño. Esto se debe al efecto de confinamiento que ejercen los moldes en los especímenes ensayados en laboratorio. La determinación in-situ es de aplicación a los suelos arcillosos, siempre que éstos tengan un contenido de humedad en equilibrio. Un valor representativo de la humedad de equilibrio se puede obtener, de no cambiar el estrato geotécnico, entre 1 m y 2 m de profundidad con respecto al plano de apoyo de la placa de ensayo, por cuanto ese manto se encuentra protegido de la intemperización y de los cambios estacionales de humedad. 5.7. ENSAYOS DE RESISTENCIA AL CORTE DIRECTO IN-SITU 5.7.1. Generalidades Una muestra representativa del manto a investigar se debe introducir dentro de un dispositivo similar al utilizado para el ensayo de corte directo de laboratorio, y ensayar para determinar los parámetros de resistencia al corte (ver norma IRAM en preparación). La muestra seleccionada deberá contener una o más fallas a investigar, mientras que el tamaño de la misma estará condicionada a la posibilidad de poder ser manipulada en obra Reglamento Argentino de Estudios Geotécnicos Cap. 5 - 108
  17. 17. y a la posibilidad de aplicar la carga necesaria. Se requerirá de más de una medición con el fin de poder obtener parámetros representativos para el diseño. 5.7.2. Preparación de las muestra Las muestras serán preparadas en el fondo de las excavaciones cuando se trate de suelos y dentro de las galerías, cuando se trate de rocas. En ambos casos será posible acceder a la zona bajo estudio y las mismas excavaciones proporcionarán la estructura de reacción. En términos generales, se ensayarán muestras con dimensiones mínimas de 600 mm2 a 1500 mm2 , que contemplen e incluyan la rugosidad y las discontinuidades del macizo bajo estudio. Cuando las discontinuidades tengan un patrón mayor o en mantos que contengan bloques serán necesarias muestras de tamaños mayores. 5.7.3. Disposición del equipo 5.7.3.1. Generalidades Un esquema típico para ensayo de corte está representado en la Figura 5.7.3.1. Figura 5.7.3.1. (en preparación). 5.7.3.2. Carga normal El equipo de transferencia de cargas puede reaccionar mediante gatos hidráulicos planos contra el techo de la galería, contra pesos muertos o bien con anclajes. La estructura de reacción proveerá una carga normal al plano de falla en forma uniforme sin introducir esfuerzos cortantes. Para tal fin deberá contar con un dispositivo de rolos atenuadores de fricción o similar. 5.7.3.3. Esfuerzo de corte La aplicación del esfuerzo de corte se deberá aplicar de manera uniforme al plano investigado. Generalmente se podrá generar la fuerza de corte con una estructura similar a la de la carga normal reaccionando contra las paredes de la excavación. Reglamento CIRSOC 401 Cap. 5 - 109
  18. 18. 5.7.4. Método para realizar el ensayo 5.7.4.1. Generalidades Los esfuerzos introducidos en el ensayo deberán ser de similar magnitud que aquellos inducidos en el macizo durante el proceso constructivo o la vida útil de las construcciones. 5.7.4.2. Consolidación Cuando se prevea el drenaje de la muestra, se deberá contemplar la disipación de la presión neutra previo a cada incremento de la carga normal. 5.7.4.3. Velocidad de aplicación del esfuerzo de corte Si se trata de un ensayo de corte en condiciones drenadas, la aplicación del esfuerzo de corte deberá ser realizado a una velocidad tal que garantice que la presión del poro no evolucionará, o que ésta será de magnitud despreciable frente a las tensiones de corte, con el fin de medir las tensiones efectivas solamente. 5.8. ENSAYOS IN - SITU A ESCALA DE OBRA 5.8.1. Introducción Los ensayos de campo sobre el terreno o estructuras en escala de obra deberán ser realizados de manera tal que sean sometidos a esfuerzos de la misma naturaleza, estática o dinámica, y magnitud, que los que van a soportar durante el proceso constructivo o vida útil. Dichos ensayos a escala de obra requerirán de los ensayos individuales para llevar a cabo una investigación geotécnica, con el fin de poder conocer las propiedades de los estratos de suelo y roca involucrados, y así poder comprender la interacción entre el terreno y los trabajos a realizar. 5.8.2. Construcciones de las estructuras para ensayo En muchos proyectos será posible obtener información muy valiosa, previamente a la etapa de producción de obra, a partir de los ensayos in-situ a gran escala. Estas investigaciones permiten evaluar la efectividad de los procesos constructivos adoptados y verificar si son los adecuados para dicho proyecto. 5.9. ENSAYOS GEOFÍSICOS 5.9.1. Introducción La Geofísica es una disciplina diferente de la Geotécnica, aunque las dos forman parte de las Geociencias. Cuando se requieren investigaciones geofísicas se las deberá encomendar a Ingenieros Geofísicos que, mediante el empleo de equipamiento especializado, realizarán los ensayos correspondientes, registrarán las mediciones e interpretarán los resultados de manera tal que sean utilizables por el Ingeniero Geotécnico para resolver aquellas condiciones geotécnicas inusuales. Reglamento Argentino de Estudios Geotécnicos Cap. 5 - 110
  19. 19. La geofísica no es un sustituto de la ingeniería geotécnica sino que, en algunos casos, es un complemento, y no se deberán adoptar los resultados de los ensayos geofísicos como parámetros para el diseño de obras de arquitectura o ingeniería. En términos genéricos, los métodos geofísicos para la investigación geotécnica detectan anomalías que se caracterizan porque los materiales a ambos lados de dicha anomalía presentan diferencias en sus parámetros ingenieriles. Estas anomalías son, por ejemplo, los límites entre mantos geotécnicos, las fallas geológicas, las cavidades en el terreno, las interferencias (ductos, cables, etc.) En todos los casos, dichas anomalías deberán ser constatadas visualmente mediante perforaciones o excavaciones, en el estado inicial de las investigaciones, con el fin de calibrar el sistema de exploración y verificar los parámetros geofísicos utilizados por los equipos de prospección geofísica para tal fin. Una vez lograda dicha correlación, para cada metodología empleada, se podrán obtener las ventajas de la investigación geofísica en virtud de obtener información de calidad en forma rápida y económica. Las diferentes técnicas de investigación geofísica se basan en la detección de la variación de ciertas propiedades físicas. Estas propiedades son las que determinan la denominación de la técnica utilizada, como se describe a continuación: (a) Resistividad. Variaciones en la conductividad eléctrica. (b) Gravimetría. Variaciones en la densidad. (c) Magnetometría. Variaciones en la susceptibilidad magnética. (d) Sísmica. Variaciones en la velocidad de la onda de choque. 5.9.2. Geofísica terrestre 5.9.2.1. Georadar La prospección mediante georadar consiste en trasladar superficialmente al terreno investigado una antena que genera un pulso electromagnético. Dicho pulso es emitido y recibido por la misma antena debido a que, en correspondencia con cada cambio del medio, expresado por la constante dieléctrica del mismo, produce un reflejo. Este método permite obtener rápidamente un perfil, definido por profundidades y progresivas, en el cual se detectan las anomalías interceptadas por las ondas incidentes en el subsuelo. 5.9.2.2. Resistividad Este método es el más frecuentemente utilizado para la investigación de problemas geológicos simples. Consiste en hacer pasar una corriente eléctrica superficial entre dos electrodos ubicados en el terreno mientras se mide la diferencia de potencial entre otros dos. También es posible realizarlo en profundidad, obteniéndose la estratigrafía geoeléctrica del perfil. Reglamento CIRSOC 401 Cap. 5 - 111
  20. 20. 5.9.2.3. Gravimetría Este método es utilizado para la detección de anomalías de grandes dimensiones, tales como fallas geológicas, grandes cavidades y la interfaz entre suelo y roca. El posicionamiento planialtimétrico del instrumental utilizado es esencial para poder obtener resultados representativos. Reglamento Argentino de Estudios Geotécnicos Cap. 5 - 112
  21. 21. Tabla 5.1. Métodos geofísicos utilizados en la investigación geotécnica Objetivo Ejemplo Método y Observaciones Estratigrafía Sedimentos sobre lecho de roca (a) Arenas y gravas sobre lecho de roca, nivel piezométrico bajo en arena y gravas (b) Arenas y gravas sobre arcilla, nivel piezométrico alto en gravas y arenas (c) Arcilla sobre lecho de roca Terrestre: Sísmica de refracción, georadar Resistividad, georadar Resistividad, sísmica de refracción Sedimentos sobre lecho de roca Marina: Sísmica de reflexión continua Erosión Canal enterrado Sísmica de refracción, resistividad para ano- malías de dimensiones mayores a la profun- didad investigada Geológico Estructura Fallas Resistividad Agua Ubicación de acuíferos Ubicación de agua salina y potable Resistividad Sísmica de refracción Terrestre: Resistividad Georadar Arena y grava Arena y grava sobre arcilla Espesor de estratos de grava Marina: Sísmica de reflexión continua, son- daje ecoico, escáner sónico lateral Roca Rocas intrusivas en macizo sedimentario Magnetometría Recursos Arcilla Bolsones de arcilla Resistividad Módulo de elasticidad, densidad y porosidad Módulo dinámico Verificación del efecto del tratamiento de terreno Sísmica. Perfilaje sónico Estado de la roca Selección del método de excavación Sísmica Parámetros ingenieriles Corrosividad de suelos Relevamiento de ductos Resistividad superfi- cial. Potencial Redox Cables Ductos Contenedores Trincheras en tierra firme Trincheras en tierra firme Trincheras submarinas Magnetometría Georadar Sondaje ecoico, escá- ner sónico lateral GeoradarInterferencias Excavaciones, galerías y cavernas Explotación minera Resistividad, georadar, aerofotografía infraroja en sectores despeja- dos, perfilaje sónico Reglamento CIRSOC 401 Cap. 5 - 113
  22. 22. 5.9.2.4. Magnetometría Este método se fundamenta en la existencia de una correlación entre el cambio localizado del campo magnético de la Tierra con el tipo de roca encontrado allí. Bajo ciertas condiciones es posible detectar la interfase entre dos macizos de rocas con diferentes parámetros magnéticos. 5.9.2.5. Sísmica Este método, mediante sus dos variantes de reflexión o de refracción, se utiliza para determinar la interfaz entre materiales de diferente valor de la velocidad de onda de choque incidente. En geofísica terrestre, la sísmica de refracción es la más frecuentemente utilizada. Consiste en generar una onda sísmica, ya sea por un equipo mecánico o por una explosión de pequeña magnitud, y medir con precisión el tiempo de arribo de dicha onda a geófonos que actúan como receptores ubicados a distancias crecientes de la perturbación. 5.9.3. Geofísica marina 5.9.3.1. Generalidades El instrumental utilizado para geofísica terrestre, se puede adaptar a las campañas de investigación geofísica marina. Esta situación se deberá tener presente cuando se corrijan las mediciones obtenidas en función de la marea y la profundidad del lecho marino y se realice una detallada nivelación (batimetría) a los efectos de posicionar el instrumental geofísico con respecto a la planimetría existente. 5.9.3.2. Sondaje ecóico Este método consiste en obtener un registro continuo de la profundidad del agua sobre el rumbo seguido por el barco exploratorio mediante un equipo que mida el tiempo de arribo de una onda sónica de alta frecuencia que se refleja en el lecho, emitida y recibida por el mismo barco. La combinación de dichos registros constituye un relevamiento batimétrico, el cual debe ser cotejado por otros procedimientos para diferenciar si el reflejo obtenido se produce en mantos sueltos o en firmes. 5.9.3.3. Perfilaje continuo de sísmica de reflexión El perfilaje continuo con la metodología de sísmica de reflexión deberá ser siempre considerado como una apoyatura complementaria para las campañas de perforación en la exploración mar adentro. Se lo deberá utilizar conjuntamente con el sondaje sónico con el fin de detectar los mantos firmes del lecho, que generalmente coinciden con horizontes geológicos o litológicos. Las características del instrumental a emplear, principalmente las fuentes acústicas, deberán ser determinadas en función de las condiciones locales y por ello deberán ser seleccionadas por un Ingeniero Geofísico que posea suficiente experiencia. Reglamento Argentino de Estudios Geotécnicos Cap. 5 - 114

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