El Dilatómetro Sísmico SDMT para ensayos de suelos in situ

El Dilatómetro Sísmico SDMT para ensayos de suelos in situ

The seismic dilatometer SDMT for in situ soil testing

Fecha de entrega: 23 de abril 2012

Fecha de aceptación: 27 de febrero 2013

Silvano Marchetti1, Diego Marchetti2 y Felipe Villalobos3 

1. Dipartimento di Ingegneria Civile, Università dell'Aquila, Via Campo di Pile Zona industriale di Pile, 67100 L'Aquila, Italia, silvano@marchetti-dmt.it
2. Studio Prof. Marchetti, Via Bracciano 38, 00189 Roma, Italia, diego@marchetti-dmt.it
3. Laboratorio de GeoMateriales, Universidad Católica de la Santísima Concepción, Alonso de Ribera 2850, Casilla 297 Concepción,

Chile, avillalobos@ucsc.cl

Este artículo describe el equipo de ensayo del dilatómetro plano DMT e importantes aplicaciones en Ingeniería Geotécnica. El ensayo DMT es cada vez más usado alrededor del mundo debido a que el equipo y método de ensayo son confiables, adaptables y robustos. Comparado con ensayos convencionales, el DMT ha probado ser de más bajo costo, menor tiempo de ejecución y mejor repetibilidad. El SDMT es un DMT con sensores sísmicos incorporados para medir la velocidad de ondas de corte VS . Tanto el DMT como el SDMT pueden resultar particularmente útiles en proyectos donde la rigidez del suelo y las predicciones de asentamientos resultan críticas para un diseño adecuado. Además se discuten aplicaciones para detectar superficies de deslizamientos en taludes de arcilla, determinar curvas P-y de pilotes cargados lateralmente, controlar el mejoramiento de suelos y compactación, evaluar el potencial de licuación y determinar el módulo de Young secante para modelaciones numéricas.

Palabras clave: ensayos in situ DMT, SDMT, historia de tensiones, módulo de deformaciones[pic 1]

Introducción

La exploración del subsuelo sigue estando dominada por el uso del equipo SPT de ensayo y en menor medida por el equipo CPT. Sin embargo, el amplio uso del SPT no implica necesariamente que sea un ensayo adecuado. Muy por el contrario, Robertson (2012) incita a los Ingenieros Geotécnicos a abandonar el ensayo SPT porque es primitivo y no confiable. Mayne et al. (2009) sostienen que con un This article describes the flat dilatometer test equipment DMT and important applications in Geotechnical Engineering. The DMT test is more often used worldwide because the equipment and testing method are reliable, adaptable and robust. Compared with conventional tests, the DMT has proved to be of lower cost, short execution time and repeatability. The SDMT consists of a DMT with seismic sensors included in order to measure shear wave velocities VS . The DMT and SDMT can be of particular usefulness in projects where soil stiffness and settlement assessment are key parameters for an appropriate design. Moreover, applications for slip surface detections in clay slopes, determination of P-y curves in laterally loaded piles, soil improvement and compaction control, soil liquefaction potential assessment and the determination of the secant Young modulus for numerical modelling, are discussed.

Keywords: in situ tests DMT, SDMT, stress history, strain modulus

valor sin unidad ingenieril N (golpes/pie), se pierde el sentido real y físico cuando N es usado para correlacionar un gran espectro de parámetros geotécnicos de resistencia y rigidez del suelo. Esto puede resultar en grandes errores especialmente para valores bajos y altos de N. Por otro lado, Robertson (2012) afirma que de hecho el ensayo SPT, es muy caro considerando la baja calidad y baja cantidad de información directa que entrega por metro lineal. Si se toman en cuenta las variadas y mejores alternativas de equipos y técnicas de ensayo in situ que existen hoy en día, resulta conveniente conocer estas nuevas tecnologías. Una de estas alternativas es el equipo de ensayo dilatométrico

DMT.

El Dilatómetro Plano DMT es un equipo para ensayos in situ desarrollado hace aproximadamente cuatro décadas (Marchetti, 1975, 1980). Su uso ha ido en aumento constante con el correr de los años y se emplea en prácticamente todos los países industrializados. El ensayo está estandarizado por la norma ASTM D6635 (2001, 2007) y el Eurocode 7 (1997, 2007). La Figura 1a muestra las partes que componen el equipo, la Figura 1b muestra en detalle la paleta que es insertada en el suelo y la Figura 1c muestra un esquema de funcionamiento del equipo DMT.

Figura 1: Dilatómetro plano: a) partes del equipo, b) vista frontal mostrando membrana circular y vista lateral de la paleta del dilatómetro y c) diagrama del ensayo con el dilatómetro

Algunas de las características distintivas del DMT son:

• El DMT es un ensayo de penetración y como tal, tiene la gran ventaja de no requerir de un sondaje previo.
• El DMT, siendo un ensayo de carga lateral, proporciona información sobre la rigidez del suelo, información que no se puede obtener a partir de otros ensayos de penetración, los cuales esencialmente miden las características de “ruptura” del suelo, con lo cual se obtiene únicamente información sobre la resistencia en falla del suelo. Por otro lado, las distorsiones causadas por la sonda del DMT son apreciablemente menores que la alteración ocasionada por puntas cónicas (Baligh y Scott, 1975), ver figura 2.
• El equipo DMT es portátil, fácil de usar y excepcionalmente independiente del operador y repetible.
• El DMT proporciona un índice de la historia de tensiones. La historia de tensiones como tal no se utiliza en el diseño; sin embargo, su conocimiento es de sumo interés porque tiene una influencia dominante en el comportamiento del suelo.

Figura 2: Distorsiones en un suelo cohesivo causada por la penetración de una sonda de forma cónica y una con forma de cuña (Baligh y Scott, 1975).

En el DMT se han incorporado sensores sísmicos denominándose SDMT. Esto permite la medición de la velocidad de ondas de corte VS , además de la medición de los parámetros estáticos. Es importante hacer notar que V se mide actualmente cada vez más por la necesidad S de realizar análisis de respuesta sísmica de los suelos de fundación, para los cuales V es un parámetro básico de

S

entrada. En varios reglamentos sísmicos (Eurocode 8, 2004; BSSC, 2004; NCh 433 DS 61, 2011) se recomienda la determinación de V en al menos los primeros 30 m de

S

profundidad para proyectos de construcción ubicados en zonas sísmicas. El SDMT permite determinar la rigidez máxima G0 bajo deformaciones pequeñas dado que de la elasticidad se tiene que el módulo de corte máximo es igual a G0 = rVS2, donde r es la densidad del medio por donde se propagan las ondas de corte. Por otro lado, la rigidez para deformaciones en condiciones de servicio puede ser representada por el módulo edométrico MDMT. Estos dos valores de rigidez pueden servir de orientación al seleccionar las curvas de degradación G-g, es decir, la disminución del módulo de corte G en función de la deformación de corte g. Amoroso et al. (2012a,b) presentan esta metodología y definen rangos para los cuales es posible intersectar los datos medidos de G0 y MDMT en las curvas de degradación previamente disponibles (Figura 3).

Figura 3: Ejemplos de curvas de degradación de rigidez y rangos de deformación de corte para arenas, limos y arcillas y arcillas blandas (Amoroso et al., 2012a)

Ensayos con el dilatómetro DMT

El dilatómetro plano está formado por una paleta de acero que contiene una delgada membrana circular expandible de acero montada en una de sus caras. Estando en reposo, la membrana queda al ras con la superficie plana de la paleta que la rodea. La paleta está conectada mediante una manguera electro-neumática que corre a lo largo de las barras de hincado, a una caja de control en la superficie (ver Figura 1a).

La unidad de control está equipada con manómetros, una señal audiovisual, una válvula de regulación de la presión del gas (proporcionado por un tanque) y válvulas de escape. La paleta se puede introducir en el terreno usando equipos de sondaje convencionales, ya sea por penetración estática como en el ensayo de penetración de cono CPT o por penetración dinámica/percusión con equipos de perforación usados en ensayos SPT convencional. El ensayo se inicia introduciendo la paleta del dilatómetro verticalmente en el terreno. Cuando la paleta ha alcanzado la profundidad deseada se suspende la penetración. El suelo presiona la membrana contra la paleta, lo cual emite una señal acústica en la superficie. Entonces, el operador infla la membrana y toma, en un lapso de 30 s dos lecturas: la presión A, necesaria para justamente empezar a desplazar la membrana (presión de ‘despegue’) y la presión B, requerida para empujar el centro de la membrana una distancia de 1.1 mm contra el suelo. Se puede también tomar opcionalmente una tercera lectura C (presión de cierre) al desinflar lentamente la membrana justamente después de alcanzar la presión B y regresar la paleta a su posición original. Se continúa hincando la paleta hasta alcanzar la siguiente profundidad de ensayo, en incrementos típicos de avance cada 20 cm.

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