Geotecnia

INTRODUCCION

En términos generales, la ingeniería geotécnica es la rama de la ingeniería civil que utiliza métodos científicos para determinar, evaluar y aplicar las relaciones entre el entorno geológico y las obras de ingeniería.

En un contexto práctico, la ingeniería geotécnica comprende la evaluación, diseño y construcción de obras donde se utilizan el suelo y los materiales de tierra.

A diferencia de otras disciplinas de ingeniería civil, que típicamente se ocupan de materiales cuyas propiedades están bien definidas, la ingeniería geotécnica se ocupa de materiales sub-superficiales cuyas propiedades, en general, no se pueden especificar.

Los pioneros de la ingeniería geotécnica se apoyaron en el "método de observación", para comprender la mecánica de suelos y rocas y el comportamiento de materiales de tierra bajo cargas. Este método fue mejorado con el advenimiento de instrumentación electrónica de campo, amplia disponibilidad de poderosas computadoras personales, y desarrollo de refinadas técnicas numéricas. Estas técnicas hacen ahora posible determinar con mayor precisión la naturaleza y comportamiento no homogéneo, no lineal y anisotrópico de materiales de tierra para su aplicación a obras de ingeniería.

El investigador geotécnico Terzaghi sostenía que: "La magnitud de la diferencia entre el comportamiento de suelos reales bajo condiciones de campo, y el comportamiento pronosticado con base en la teoría, solo puede conocerse mediante la experiencia en el campo".

Mediante la geotecnia se podrán identificar riesgos naturales, como son suelos y minerales de roca expansivos, taludes naturales y artificiales inestables, antiguos depósitos de relleno y posibles fallas que tenga el terreno.

Las fallas se relacionan con la licuación de los suelos durante los terremotos, presión hidrostática baja, daños en estructuras causados por el, agua debido a la elevación del nivel freático, desestabilización de las cimentaciones por socavación o desbordamientos y erosión por oleaje en diques y presas de tierra.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

• Conocer los estudios Geotécnicos que se realizan en las carreteras.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Conocer los métodos y el uso de las máquinas empleadas en los estudios geotécnicos de las carreteras.

• Tener una breve sinopsis de lo que se debe hacer en los distintos estudios que hay.

CAPÍTULO I

SONDEOS GEOTÉCNICOS

Los Sondeos geotécnicos se caracterizan por su pequeño diámetro y por la ligereza, versatilidad y fácil desplazamiento de las máquinas. Estas pruebas pueden alcanzar una profundidad de unos 150 m, a partir de la cual los equipos son más pesados. Permiten atravesar cualquier tipo de material, así como extraer testigos y efectuar ensayos en su interior. Los procedimientos de perforación dependen de la naturaleza del terreno y del tipo de muestreo y testificación que se vaya a realizar. Los más usuales son los sondeos a rotación y los sondeos a percusión.

1. SONDEOS DE ROTACIÓN

Los sondeos a rotación pueden perforar cualquier tipo de suelo o roca hasta profundidades muy elevadas y con distintas inclinaciones. La profundidad habitual no excede los 100 metros, aunque pueden alcanzarse los 1,000 metros. La extracción de testigos es continua y el porcentaje de recuperación del testigo con respecto a la longitud perforada puede ser muy alto, dependiendo del sistema de extracción. Algunos tipos de materiales son difíciles de perforar a rotación, como las gravas, y los bolos o las arenas finas bajo el nivel freático, debido al arrastre del propio fluido de perforación

En cuanto al equipo, tenemos:

• La herramienta de corte que ahora la denominaremos tri cono, por presentar tres “piñas” cónicas provistas de dientes encargadas de la perforación.

• barrón: hueco y provisto de dos tubos adicionales situados diametralmente opuestos que servirán para conducir aire comprimido a la boca de la herramienta de corte.

• Los elementos encargados de la rotación de la herramienta de corte van por encima del barrón y son: el varillaje (de unos 5 metros de largo, de una sección de unos 300mm, hueca y con dos tubos adicionales a los lados para el aire comprimido – ver más adelante –) encargado de transmitir la rotación que la mesa de rotación proporciona a la kelly (elemento de sección cuadrada y unos 6 metros de largo) que encaja en la mesa de rotación, que se encuentra hueco, por donde bajan los dos tubos para el aire comprimido y donde encaja una manguera o tubo de extracción de lodos (encaja en una pieza que no transmite el giro de la kelly a la manguera ni al tubo de aire comprimido).

• Tubo de extracción de lodos: es una manguera de un diámetro de unos 30cm encargada de aspirar o conducir los lodos, que circulan hacia arriba por el interior de la herramienta de corte, a través del barrón, del varillaje y finalmente de la kelly (circulación inversa) y que va a expulsarlos a la balsa de lodos.

• El lodo para la perforación, aunque no sea un elemento propio de la maquinaria, es imprescindible para el buen funcionamiento de la misma. Con él se refrigeran las cabezas de la perforación, se extraen los detritus y se sostienen las paredes del sondeo debido a que se establece una ley de presiones hidrostáticas crecientes con la profundidad. Son esas presiones las que impiden el derrumbamiento de la pared.

Fig. 1: Máquina de perforación a rotación, con circulación

inversa y circuito cerrado.

• La balsa de lodos, aunque tampoco sea un elemento propio de la maquinaria, resulta igual de imprescindible que el lodo. Su misión consiste en almacenar el lodo y suministrarlo a la máquina y almacenar los detritus para despojarse de ellos posteriormente. Para que no se colmate la balsa se excava un volumen de 2 a 3 veces el volumen estimado de detritus que extraeremos.

• Compresor de aire: es una pequeña máquina que se encarga de comprimir el aire para insuflarlo en la boca del tricono, para reducir la densidad de los lodos y que así asciendan éstos por efecto de la presión de la columna de lodo.

• Filtro para la recogida de muestras: la toma de muestras suele ser muy buena y se realiza por medio de un filtro o cestillo, que va sujeto a una vara larga. Con la vara se aproxima el cestillo a la salida del tubo de extracción de lodos, situándose el éste un poco por debajo del chorro, dado que éste sale a gran presión.

2. SONDEOS CON BARRA HELICOIDAL

El sondeo a rotación con barrena helicoidal, maciza o hueca es un método a perforación a destroza en la que los materiales salen desmenuzados por la boca del sondeo. Se puede utilizar si el terreno es relativamente blando y cohesivo, y no se encuentran capas cementadas, gravas, o roca en toda la profundidad de realización del sondeo. Si se emplea la barra helicoidal hueca, es posible la toma de muestras inalteradas y la realización de ensayos “in situ” por el interior de la sonda.

Podemos destacar tres tipos fundamentales: hélice corta, hélice continua y cucharas auger.

Fig. 2: Hélice Corta

Fig. 3: Hélice Continua*

* Máquina para Sondeos helicoidal, su uso se limita a suelos relativamente blandos y cohesivos, no siendo para suelos duros o cementados. Entre sus ventajas se encuentra el bajo coste, facilidad de desplazamiento y rápida instalación de los equipos. Consiste en introducir al subsuelo barreno helicoidal metálico en giro continuo hasta alcanzar el objetivo planeado. Este aparato se asienta sobre plataforma firme y estable. Con este equipo, se toman muestras inalteradas y la realización de ensayos "in situ" por el interior de la sonda. Las profundidades de investigación comprenden entre los 2 y 40 metros con barrenos de diámetro entre 1 y 8 pulgadas.

3. SONDEOS A PERCUSION

Se utilizan tanto en suelos granulares como en suelos cohesivos, pudiendo atravesar suelos de consistencia firme a muy firme. Este tipo de sondeos puede alcanzar profundidades de hasta de 30 ó 40 metros, si bien la más frecuentes son de 15 a 20 metros. El sistema de perforación consiste en la hinca de tubos de acero mediante el golpeo de una maza de 120 kg que cae desde una altura de 1 m. Se deben contar sistemáticamente los golpes necesarios para la penetración de cada tramo de 20 cm, lo que permite conocer la compacidad del suelo atravesado. Las tuberías empleadas, que pueden tener diámetros exteriores de 91, 128, 178 y 230 mm, actúan entibación durante la extracción de muestras mediante cucharas y trépanos.

Fig. 4: Máquina de Perforación a Percusión

La máquina de perforación a percusión consta primordialmente de un motor a gasoil que proporciona un movimiento a una pieza denominada balancín, que a su vez transmite ese movimiento por medio de un cable y por sucesivas poleas, a la herramienta de corte, que cae libremente, ayudada por la varilla de carga (o barrón) que proporciona un peso adicional de varias toneladas al trépano, ya de unos 1000kg, encargado de triturar la roca.

4. FACTORES QUE DEPENDEN DEL NUMERO Y PROFUNDIDAD DE SONDEOS

La geología

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