Introducción a la investigación del subsuelo

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Mecánica de Suelos I V. Exploración y Muestreo M. en C. María del Rocío García Sánchez

M. EN C. MARÍA DEL ROCÍO GARCÍA SÁNCHEZ

Índice V.1.

Objetivos de la Investigación del Subsuelo

V.2.

Requisitos para la Investigación del Subsuelo

V.3.

Programa de Exploración y Muestreo del Suelo V.3. 1.

¿ Cuantos # ?

V.3.2.

¿ A Qué Profundidad ?

V.3.3.

¿ De Qué Tipo ?

V.3.3. 1.

Métodos de Exploración

V.3.3.1.1.

Indirectos o Prospección Geofísica

V.3.3.1.2

Directos

V.3.3. 2.

Métodos de Muestreo

V.3.3. 2.1. Muestreo Alterado V.3.3. 2.2. Muestreo Inalterado V.4.

Presentación de resultados de la exploración y muestreo e interpretación estratigráfica.

MECÁNICA DE SUELOS I

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V.1.

Objetivos de la Investigación del Subsuelo

El objetivo de la investigación del subsuelo es conocer el perfil estratigráfico, donde se realizará o desplantará una obra. De tal manera que se perturbe lo menos posible o modifiquen las condiciones en las que se encuentra el suelo. Por lo que se deberá programar desde la exploración y/o muestreo; las pruebas de laboratorio; obteniendo los parámetros elásticos, dinámicos, de resistencia o deformación del suelo. MECÁNICA DE SUELOS I

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V.2.

Requisitos para la Investigación del Subsuelo

La presente unidad, de manera general enuncia las diferentes etapas previas a la exploración. Así mismo, los requisitos para realizar la investigación del subsuelo, exponiendo los diferentes tipos de exploración y muestreo. b) En función del proyecto

a) Acopio de información. ▪ ▪ ▪ ▪ ▪

▪ ▪

Tipo obra –obras de infraestructura urbana (Art. 139, RCDF pág. ) o ruralUbicación Proyecto arquitectónico Instalaciones existente (ductos de Pemex, gas natural, hidro-sanitarias,..) Levantamiento topográfico Proyecto estructural Bajada de cargas, cortante y momentos basales

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MRGS

▪

▪

▪

Estudios previos (impacto urbano, impacto ambiental, impacto urbano-ambiental, batimetría, revisión de diferentes propuestas*, etc.) Sistemas de Información Geográfico, -cartas vectorizadas –catastro, cuerpos de agua, topografía, geología, humedales..etc) Reconocimiento físico del sitio, entre otros * Grandes obras como presas, autopistas,

c) Requisitos por normatividad: Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal -RCDF(G.O.CD.MX, 2019) y las Normas Técnicas Complementarias de Diseño de Construcciones -NTCDC(G.O.CD.MX., 2017) c.1. Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal ARTÍCULO 53.- Para las manifestaciones de construcción tipos B y C, se deben cumplir los siguientes requisito: . La memoria de cálculo será expedida en papel membretado de la empresa o del proyectista, en donde conste su número de cédula profesional y firma, así como la descripción del proyecto, conteniendo localización, número de niveles subterráneos y uso, conforme a los siguientes rubros: Reglamento y especificaciones

Cargas muertas

Cargas vivas

Mecánica de suelos

Descripción Se deberá incluir un resumen de las conclusiones y recomendaciones del estudio de mecánica de suelos, esto es: ▪Tipo de cimentación. ▪Capacidad de carga. ▪Profundidad de desplante. ▪Módulo de reacción. ▪Asentamientos diferenciales esperados.

Descripción Definición detallada de todas las cargas muertas que se deben considerar en el diseño, tales como: • Peso propio. • Peso de acabados. • Peso de falsos plafones. • Peso de muros divisorios no estructurales. • Peso de fachadas y cancelerías. • Peso de rellenos. • Peso de impermeabilizantes. • Sobrecarga reglamentaria, etc. Definición de las cargas vivas para acciones accidentales, permanentes y para asentamientos, así como las cargas transitorias y aquellas que deban ser consideradas en el diseño de acuerdo con las Normas Técnicas Complementarias sobre Criterios y Acciones para el Diseño de Estructuras de Edificaciones. También se deberá definir el peso de equipos y elementos que deban ser considerados en el análisis y no estén incluidos en la carga viva

MECÁNICA DE SUELOS I

Reglamento y especificaciones

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Art. 169.- Toda edificación se soportará por medio de una cimentación que cumpla con los requisitos relativos al diseño y construcción que se establecen en las Normas Técnicas Complementarias de Diseño y Construcción de Cimentaciones. Las edificaciones no podrán en ningún caso desplantarse sobre tierra vegetal, suelos o rellenos sueltos o desechos. Sólo será aceptable cimentar sobre terreno natural firme o rellenos artificiales que no incluyan materiales degradables y hayan sido adecuadamente compactados.

ARTÍCULO 170.- Para fines de este Título, el Distrito Federal se divide en tres zonas con las siguientes características generales: Zona I. Lomas, formadas por rocas o suelos generalmente firmes que fueron depositados fuera del ambiente lacustre, pero en los que pueden existir, superficialmente o intercalados, depósitos arenosos en estado suelto o cohesivos relativamente blandos. En esta Zona, es frecuente la presencia de rellenos artificiales no compactados, o de oquedades en rocas y de cavernas y túneles excavados en suelo para explotar minas de arena; Zona II. Transición, en la que los depósitos profundos se encuentran a 20 m de profundidad, o menos, y que está constituida predominantemente por estratos arenosos y limoarenosos intercalados con capas de arcilla lacustre, el espesor de éstas es variable entre decenas de centímetros y pocos metros, y Zona III. Lacustre, integrada por potentes depósitos de arcilla altamente comprensible, separados por capas arenosos con contenido diverso de limo o arcilla. Estas capas arenosas son de consistencia firme a muy dura y de espesores variables de centímetros a varios metros. Los depósitos lacustres suelen estar cubiertos superficialmente por suelos aluviales y rellenos artificiales; el espesor de este conjunto puede ser superior a 50 m. La zona a que corresponda un predio se determinará a partir de las investigaciones que se realicen en el subsuelo del predio objeto de estudio, tal como se establecen en las Normas. En caso de edificaciones ligeras o medianas, cuyas características se definan en dichas Normas, podrá determinarse la zona mediante el mapa incluido en las mismas, si el predio está dentro de la porción zonificada; los predios ubicados a menos de 200 m de las fronteras entre dos de las zonas antes descritas se supondrán ubicados en la más desfavorable. MECÁNICA DE SUELOS I

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Fig. V.1.-Zonificación Geotécnica de la Ciudad de México

ARTÍCULO 171.- La investigación del subsuelo del sitio mediante explo ración d e campo y p ru ebas d e laboratorio d ebe s er sufi ci ente para d efini r de ma nera confiabl e lo s pará m etros d e dis eño d e la cim enta ción , la variación de los mismos en la planta del predio y los procedimientos de edificación. Además, debe ser tal que permita definir: I. En la zona I a que se refiere el artículo 170 de este Reglamento, si existen materiales sueltos superficiales, grietas, oquedades naturales o galerías de minas, y en caso afirmativo su apropiado tratamiento, y II. En las zonas II y III a que se refiere el artículo 170 de este Reglamento, la existencia de restos arqueológicos, cimentaciones antiguas, grietas, variaciones fuertes de estratigrafía, historia de carga del predio o cualquier otro factor que pueda originar asentamientos diferenciales de importancia, de modo que todo ello pueda tomarse en cuenta en el diseño.

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ARTÍCULO 172.- Deben investigarse el tipo y las condiciones de cimentación de las edificaciones colindantes en materia de estabilidad, hundimientos, emersiones, agrietamientos del suelo y desplomos, y tomarse en cuenta en el diseño y construcción de la cimentación en proyecto. Lomas, formadas por rocas o suelos generalmente firmes que fueron depositados fuera del ambiente lacustre, pero en los que pueden existir, superficialmente o intercalados, depósitos arenosos en estado suelto o cohesivos relativamente blandos. En esta Zona, es frecuente la presencia de rellenos artificiales no compactados, o de oquedades en rocas y de cavernas y túneles excavados en suelo para explotar minas de arena; ARTÍCULO 173.- En el diseño de toda cimentación, se considerarán los estados límite de falla y de servicio tal y como se indican en las Normas.

Fig. V.2.-Zonificación Geotécnica de la Ciudad de México

c.2 La Unidad 2, de las Normas Técnicas Complementarias de Diseño de Construcciones (G.O.CD.MX., 2017) 2. INVESTIGACIÓN DEL SUBSUELO 2.1 Investigación de las colindancias Deberán investigarse el tipo y las condiciones de cimentación de las construcciones colindantes en cuanto a estabilidad, hundimientos, emersiones, agrietamientos del suelo y desplomes, y tomarse en cuenta en el diseño y construcción de la cimentación en proyecto. Asimismo, se investigarán la localización y las características de las obras subterráneas cercanas, existentes o proyectadas, pertenecientes a la red de transporte colectivo, de drenaje y de otros servicios públicos, con objeto de verificar que la construcción no cause daños a tales instalaciones ni sea afectada por ellas. 2.2 Reconocimiento del sitio Como lo define el artículo 170 del Capítulo VIII del Título Sexto del Reglamento, para fines de las presentes Normas, la Ciudad de México se divide en tres zonas con las siguientes características generales. Sin embargo, COVITUR, en agosto de1987, presentó una mayor división vea la Fig. V.2. mismo que se soporta en la Fig. V.3. MECÁNICA DE SUELOS I

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Fig. V.3. Corte Poniente – Oriente de la Zona Metropolitana en la Cd. de México

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2.3 Exploraciones1 Las investigaciones mínimas del subsuelo a realizar serán las que se indican en la tabla 2.3.1. No obstante, la observancia del número y tipo de investigaciones indicados en esta tabla no liberará al Director Responsable de la Obra, ni al Corresponsable de Seguridad Estructural, de la obligación de realizar todos los estudios adicionales necesarios para definir adecuadamente las condiciones del subsuelo. Las investigaciones requeridas en el caso de problemas especiales, y sobre todo en terrenos afectados por irregularidades, serán generalmente muy superiores a las indicadas en la tabla 2.3.1.

Para la aplicación de la tabla 2.3.1, se tomará en cuenta lo siguiente: a) Se entenderá por peso unitario medio de una estructura, W, la suma de la carga muerta y de la carga viva con intensidad media al nivel de apoyo de la subestructura dividida entre el área de la proyección en planta de dicha subestructura. En edificios formados por cuerpos con estructuras desligadas, y en particular en unidades habitacionales, cada cuerpo deberá considerarse separadamente. b) La investigación del suelo deberá abarcar todas las formaciones que sean relevantes para el comportamiento de las cimentaciones. El número mínimo de exploraciones a realizar (pozos a cielo abierto o sondeos según lo especifica la tabla 2.3.1) será de una por cada 80 m o fracción del perímetro o envolvente de mínima extensión de la superficie cubierta por la construcción en las zonas I y II, y de una por cada 120 m o fracción de dicho perímetro en la zona III. La profundidad de las exploraciones dependerá del tipo de cimentación y de las condiciones del subsuelo pero no será inferior a dos metros bajo el nivel de desplante en terreno firme o a la profundidad máxima a la que los incrementos de esfuerzos en el terreno sean significativos. Los sondeos que se realicen con el propósito de explorar el espesor de los materiales compresibles en las zonas II y III deberán, además, penetrar en el estrato incompresible al menos 3 m y, en su caso, en las capas compresibles subyacentes si se pretende apoyar pilotes o pilas en dicho estrato. En edificios formados por cuerpos con estructuras desligadas, deberán realizarse exploraciones suficientemente profundas para poder estimar los asentamientos inducidos por la carga combinada del conjunto de las estructuras individuales. MECÁNICA DE SUELOS I

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( 1 NTCDC, pág. 15)

Tabla 2.3.1 Requisitos Mínimos para la Investigación del Subsuelo1 a) Construcciones ligeras o medianas de poca extensión y con excavaciones someras Son de esta categoría las edificaciones que cumplen con los siguientes tres requisitos: • Peso unitario medio de la estructura w < 40 kPa (4 t/m²) • Perímetro de la construcción: P < 80 m en las zonas I y II; o P < 120 m en la zona III • Profundidad de desplante Df < 2.5 m ZONA I 1) Detección por procedimientos directos, eventualmente apoyados en métodos indirectos, de rellenos sueltos, galerías de minas, grietas y otras irregularidades. 2) Pozos a cielo abierto para determinar la estratigrafía y propiedades de los materiales y definir la profundidad de desplante. 3) En caso de considerarse en el diseño del cimiento un incremento neto de presión mayor de 80 kPa (8 t/m²), el valor recomendado deberá justificarse a partir de los resultados de las pruebas de laboratorio o de campo realizadas. ZONA II 1) Inspección superficial detallada después de limpieza y despalme del predio para detección de rellenos sueltos y grietas. 2) Pozos a cielo abierto para determinar la estratigrafía y propiedades de los materiales y definir la profundidad de desplante. 3) En caso de considerarse en el diseño del cimiento un incremento neto de presión mayor de 50 kPa (5 t/m²), bajo zapatas o de 20 kPa (2 t/m²), bajo losa general, el valor recomendado deberá justificarse a partir de análisis basados en los resultados de las pruebas de laboratorio o de campo realizadas. ZONA III 1) Inspección superficial detallada después de limpieza y despalme del predio para detección de rellenos sueltos y grietas. 2) Pozos a cielo abierto complementados con exploraciones más profundas, por ejemplo con posteadora, para determinar la estratigrafía y propiedades de los materiales y definir la profundidad de desplante. 3) En caso de considerarse en el diseño de cimiento un incremento neto de presión mayor de 40 kPa (4 t/m²), bajo zapatas o de 15 kPa (1.5 t/m²) bajo losa general, el valor recomendado deberá justificarse a partir de análisis basados en los resultados de las pruebas de laboratorio o de campo realizadas. MECÁNICA DE SUELOS I

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( 1 NTCDC, pág. 16-18)

b) Construcciones pesadas, extensas o con excavación profundas Son de esta categoría las edificaciones que tienen al menos una de las siguientes características: • Peso unitario medio de la estructura w > 40 kPa (4 t/m²) • Perímetro de la construcción: P > 80 m en las zonas I y II; o P > 120 m en la zona III • Profundidad de desplante Df > 2.5 m ZONA I 1) Detección por procedimientos directos, eventualmente apoyados en métodos indirectos, de rellenos sueltos, galerías de minas, grietas y otras oquedades. 2) Sondeos o pozos profundos a cielo abierto para determinar la estratigrafía y propiedades de los materiales y definir la profundidad de desplante. La profundidad de la exploración con respecto al nivel de desplante será al menos igual al ancho en planta del elemento de cimentación, pero deberá abarcar todos los estratos sueltos o compresibles que puedan afectar el comportamiento de la cimentación del edificio ZONA II 1) Inspección superficial detallada después de limpieza y despalme del predio para detección de rellenos sueltos y grietas. 2) Sondeos para determinar la estratigrafía y propiedades índice y mecánicas de los materiales del subsuelo y definir la profundidad de desplante mediante muestreo y/o pruebas de campo. En por lo menos uno de los sondeos, se obtendrá un perfil estratigráfico continuo con la clasificación de los materiales encontrados y su contenido de agua. Además, se obtendrán muestras inalteradas de los estratos que puedan afectar el comportamiento de la cimentación. Los sondeos deberán realizarse en número suficiente para verificar si el subsuelo del predio es uniforme o definir sus variaciones dentro del área estudiada. 3) En caso de cimentaciones profundas, investigación de la tendencia de los movimientos del subsuelo debidos a consolidación regional y determinación de las condiciones de presión del agua en el subsuelo, incluyendo detección de mantos acuíferos colgados. ZONA III 1) Inspección superficial detallada después de limpieza y despalme del medio para detección de rellenos sueltos y grietas. 2) Sondeos para determinar la estratigrafía y propiedades índice y mecánicas de los materiales y definir la profundidad de desplante mediante muestreo y/o pruebas de campo. En por lo menos uno de los sondeos se obtendrá un perfil estratigráfico continuo con la clasificación de los materiales encontrados y su contenido de agua. Además, se obtendrán muestras inalteradas de los estratos que puedan afectar el comportamiento de la cimentación. Los sondeos deberán realizarse en número suficiente para verificar si el subsuelo del predio es uniforme o definir sus variaciones dentro del área estudiada. 3) En caso de cimentaciones profundas, investigación de la tendencia de: a) los movimientos del subsuelo debidos a consolidación MECÁNICA DEcondiciones SUELOS I piezométricas en el subsuelo, incluyendo MRGS detección de mantos acuíferos colgados. regional y b) las

c) Los procedimientos para localizar rellenos artificiales, Galerías de minas y otras oquedades deberán ser directos, es decir basados en observaciones y mediciones en las cavidades o en sondeos. Los métodos indirectos, incluyendo los geofísicos, solamente se emplearán como apoyo de las investigaciones directas. d) Los sondeos a realizar podrán ser de los tipos indicados a continuación: 1)Sondeos con recuperación continua de muestras alteradas mediante la herramienta de penetración estándar. Servirán para evaluar la consistencia o compacidad de los materiales superficiales de la zona I y de los estratos resistentes de las zonas II y III. También se emplearán en las arcillas blandas de las zonas II y III con objeto de obtener un perfil continuo del contenido de agua y otras propiedades índice. No será aceptable realizar pruebas mecánicas usando especímenes obtenidos en dichos sondeos. 2) Sondeos mixtos con recuperación alternada de muestras inalteradas y alteradas en las zonas II y III. Sólo las primeras serán aceptables para determinar propiedades mecánicas. Las profundidades de muestreo inalterado se definirán a partir de perfiles de contenido de agua, determinados previamente mediante sondeos con recuperación de muestras alteradas. 3) Exploración continua o selectiva, mediante una determinada prueba de campo, con o sin recuperación de muestras, respetando en cada caso los procedimientos de ensaye e interpretación generalmente aceptados. Las pruebas de campo serán indispensables para los suelos en los que el muestreo de tipo inalterado resulte muy difícil o deficiente y en construcciones pesadas, extensas o con excavaciones profundas. Las pruebas podrán consistir en medir: – El número de golpes requeridos para lograr, mediante impactos, cierta penetración de un muestreador estándar (prueba SPT) o de un dispositivo mecánico cónico (prueba dinámica de cono). En la interpretación de los resultados se aplicarán los factores de corrección apropiados para tomar en cuenta la energía efectivamente aplicada, la presencia del nivel freático, la profundidad de la prueba y otros factores. – La resistencia a la penetración de un cono mecánico o eléctrico u otro dispositivo similar (prueba estática de cono o prueba penetrométrica). Al ejecutar este tipo de prueba de campo, deberán respetarse los procedimientos generalmente aceptados, en particular en cuanto a la velocidad de penetración, la cual estará comprendida entre 1 y 2 cm/s. – La respuesta esfuerzo–deformación del suelo registrada al provocar la expansión de una cavidad cilíndrica, constituyendo un ensaye de carga estática en el sondeo en el que se conocen las condiciones en los límites (prueba presiométrica). Este tipo de prueba se considerará principalmente aplicable para los suelos firmes de la zona I o de los estratos duros de las zonas II y III. Permite obtener dos características del suelo, una de ruptura caracterizada por la presión límite y otra de deformación representada por el módulo presiométrico. A partir de estas características se podrá estimar la resistencia y deformabilidad de los materiales del subsuelo. – El coeficiente de esfuerzos horizontales y un módulo de deformación, a partir del hincado de una paleta gruesa de acero que se expande a presión en el suelo (dilatómetro). Este tipo de prueba queda limitado por la posibilidad del hincado de la paleta de acero.

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d) Los sondeos a realizar podrán ser de los tipos indicados a continuación:

– La resistencia al corte del suelo al extraer una sonda, que previamente se expande dentro del sondeo, midiendo la fuerza necesaria que induce la falla del suelo en una condición de deformación controlada (ficómetro). Este tipo de prueba se considerará principalmente aplicable para determinar las características de los suelos firmes de la zona I o de los estratos duros de las zonas II y III. – La resistencia al cortante del suelo, deducida al hincar en el suelo un dispositivo que se hace girar y moviliza la resistencia al corte del cilindro de revolución que se genera en la masa de suelo (prueba de veleta o similar). Este tipo de prueba se considerará principalmente aplicable a los suelos blandos de las zonas II y III. – La velocidad de propagación de ondas en el suelo. Se podrá recurrir a ensayes de campo para estimar el valor máximo del módulo de rigidez al cortante, G, a partir de la velocidad de propagación de las ondas de corte, Vs, que podrá obtenerse de ensayes geofísicos de campo como los de pozo abajo, pozo arriba, el ensaye de cono sísmico, el de sonda suspendida o el ensaye de pozos cruzados. En este tipo de pruebas es generalmente recomendable emplear un inclinómetro para conocer y controlar la posición de los geófonos para el registro de vibraciones y la de la fuente emisora de vibraciones. Las pruebas anteriores podrán usarse para fines de verificación estratigráfica, con objeto de extender los resultados del estudio a un área mayor. Sus resultados también podrán emplearse para fines de estimación de las propiedades mecánicas de los suelos siempre que se cuente con una calibración precisa y reciente del dispositivo usado, y se disponga de correlaciones confiables con resultados de pruebas de laboratorio establecidas o verificadas localmente. 4) Sondeos con equipo rotatorio y muestreadores de barril. Se usarán en los materiales firmes y rocas de la zona I a fin de recuperar núcleos para clasificación y para ensayes mecánicos, siempre que el diámetro de los mismos sea suficiente. Asimismo, se podrán utilizar para obtener muestras en las capas duras de las zonas II y III.

5) Sondeos de percusión o de avance midiendo variables de perforación controladas con registros continuos de la presión vertical en las tuberías o en las mangueras de la máquina de perforación, de la velocidad de avance, de la torsión aplicada, del gasto del fluido de perforación y de la velocidad instantánea de penetración. Serán aceptables para identificar tipos de material, variaciones estratigráficas o descubrir oquedades.

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2.4 Determinación de las Propiedades en el Laboratorio 2 Las propiedades índice relevantes de las muestras alteradas e inalteradas se determinarán siguiendo procedimientos aceptados para este tipo de pruebas. El número de ensayes realizados deberá ser suficiente para poder clasificar con precisión el suelo de cada estrato. En materiales arcillosos, se harán por lo menos dos clasificaciones y determinaciones de contenido de agua por cada metro de exploración y en cada estrato individual identificable. Las propiedades mecánicas (resistencia y deformabilidad al esfuerzo cortante y compresibilidad) e hidráulicas (permeabilidad) de los suelos se determinarán, en su caso, mediante procedimientos de laboratorio aceptados. Las muestras de materiales cohesivos ensayadas serán siempre de tipo inalterado. Para determinar la compresibilidad, se recurrirá a pruebas de consolidación unidimensional y para la resistencia al esfuerzo cortante, a las pruebas que mejor representen las condiciones de drenaje, trayectorias de esfuerzos, y variación de carga que se desean evaluar. Cuando se requiera, las pruebas se conducirán de modo que permitan determinar la influencia de la saturación, de las cargas cíclicas y de otros factores significativos sobre las propiedades de los materiales ensayados. Se realizarán por lo menos dos series de tres pruebas de resistencia y dos de consolidación en cada estrato identificado de interés para el análisis de la estabilidad o de los movimientos de la construcción. Para determinar en el laboratorio las propiedades dinámicas del suelo, y en particular el módulo de rigidez al cortante, G, y el porcentaje de amortiguamiento con respecto al crítico, , a diferentes niveles de deformación, podrán emplearse los ensayes de columna resonante o él de péndulo de torsión, el ensaye triaxial cíclico o cíclico torsionante, o él de corte simple cíclico. Los resultados de estos ensayes se interpretarán siguiendo métodos y criterios reconocidos, de acuerdo con el principio de operación de cada uno de los aparatos. En todos los casos, se deberá tener presente que los valores de G y  obtenidos están asociados a los niveles de deformación impuestos en cada aparato y pueden diferir de los prevalecientes en el campo. A fin de especificar y controlar la compactación de los materiales cohesivos empleados en rellenos, se recurrirá a la prueba Proctor estándar. En el caso de materiales compactados con equipo muy pesado, se recurrirá a la prueba Proctor modificada o a otra prueba equivalente. La especificación y el control de compactación de materiales no cohesivos se basarán en el concepto de compacidad relativa. MECÁNICA DE SUELOS I

MRGS

( 2 NTCDC, pág. 18)

2.5 Investigación del hundimiento regional 3

En las zonas II y III, se tomará en cuenta la información disponible respecto a la evolución del proceso de hundimiento regional que afecta la parte lacustre de la Ciudad de México y se preverán sus efectos a corto y largo plazo sobre el comportamiento de la cimentación en proyecto. Se recurrirá a las instituciones públicas (Comisión Nacional del Agua y Sistema de Aguas de la Ciudad de México) encargadas del seguimiento de este fenómeno para obtener esta información. En edificaciones del grupo A y del subgrupo B1 (véase artículo 139 del Capítulo I del Título Sexto del Reglamento), la investigación respecto al fenómeno de hundimiento regional deberá hacerse por observación directa de piezómetros y bancos de nivel colocados con suficiente anticipación al inicio de la obra, a diferentes profundidades y hasta los estratos profundos, alejados de cargas, estructuras y excavaciones que alteren el proceso de consolidación natural del subsuelo. En el caso de los bancos de nivel profundos, se deberá garantizar que los efectos de la fricción negativa actuando sobre ellos no afectarán las observaciones. MECÁNICA DE SUELOS I

MRGS

( 3 NTCDC, pág. 18)

V.3.

Programa de Exploración y Muestreo del Subsuelo

Considerando la información el tipo de obra, la información previa, los

requisitos mínimos solicitados en el Reglamento de Construcciones y las Normas Técnicas Complementarias para el Diseño de Cimentaciones, son guía para elaborar programa de exploración, en los cuales permite dar respuesta a ¿Cuántos #-exploraciones o muestreos-; A Qué Profundidad se debe investigar y Qué Tipo -exploraciones o muestreos-?

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MRGS

V.3. 1.

¿ Cuántos, -en referencia al número- ?

Infraestructura urbana (Edificaciones) Edificaciones Someras y Pesadas • Peso unitario medio de la estructura w < 40 kPa (4 t/m²) • Perímetro de la construcción: P < 80 m en las zonas I y II; o P < 120 m en la zona III • Profundidad de desplante Df < 2.5 m Considerar el Art. 139 de. RCDF & En caso de obras como túneles, chimeneas, puentes u obras especiales, la Secretaria de Obras Infraestructura rural (Carreteras, taludes, ) En obras de magnitud considerable, se buscará el apoyo con la normatividad de CFE, CONAGUA, PEMEX y IMT- herramientas auxiliares de INEGI-. Considerar además del lugar donde se construirá la obra, material a emplear en la obra. Sea el caso presas, el sitio donde se construye y bancos de material, entre otras.

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MRGS

V.3.2.¿ A qué profundidad -Considerar los lineamientos R.C.D.F. y N.T.C.D.C.-? ➢ Mecanismo de falla

➢ Tipo de construcción -propuesta de Beer-

 Falla local 

DF

Z

DF

 Falla general

Z

B

MECÁNICA DE SUELOS I

MRGS

➢ La profundidad (Z) se encuentra, en función de la distribución de esfuerzos

Ds = 0.1 s0

W = Ds0

Z

Ds =0.1 s0

➢ Sí W >50 KPa , la profundidad (Z) en función de la geometría del elemento

o MECÁNICA DE SUELOS I

Z = 2- 2.5 B

Z MRGS

Z=2.5 – 3B

V.3.3. ¿ De Qué Tipo ?

Definir el tipo de exploración y muestreo, sí el caso corresponde a

infraestructura urbana, el Reglamento de Construcciones del Distrito Federal y la Normas Técnicas Complementarias de Diseño de Cimentaciones, son una propuesta. Sin embargo, relaciona la información correspondiente a las cargas

–Título Sexto Seguridad Estructural de las Construcciones; Capítulo I, Artículo 139 – y la Zonificación Geotécnica.

MECÁNICA DE SUELOS I

MRGS

E X P L O R A C I Ó N

M U E S T R E MECÁNICA DE SUELOSO I

Geofísicos

▪ Refracción

▪ Crosshole

Sísmica

▪ Downhole

▪ Petite Sismic

Potencial

• Gravimétricos • Magnetometría

Indirecta

• Tomografía Capacitiva

Resistividad eléctrica

Directa

• Tomografía Galvánica • Georradar

• Penetrómetro de bolsillo

• Dilatómetro

• Torcómetro

• Presurómetro

• Veleta

• Cono –dinámico, estático, eléctrico -

Superficial

Representativo

* Ficómetro

Pozo a Cielo Abierto (PCA) NMX-C-430-ONNCCE-2002 Posteadora

Alterado

Representativo

Profundo

Inalterado

No Representativo

Superficial

Representativo

Profundo

Representativo

MRGS

Barrenos helicoidales

Sondeo de penetración estándar (SPT) Sondeo de lavado-avance, con broca de tungsteno, de diamante o trepano Muestras Cubicas (M C) Tubo Shelby Barril Denison

Exploración: Métodos indirectos

MECÁNICA DE SUELOS I

MRGS

❖

Métodos Geofísicos

Consisten en medir desde la superficie propiedades físicas (densidad, resistencia, conductividad eléctrica o magnetismo) del material subyacente e interpretar para la conformación de la estratigrafía o litología.

MECÁNICA DE SUELOS I

MRGS

▪ SÍSMICA

v MECÁNICA DE SUELOS I

MRGS

▪ Potencial ▪

Gravimétricos (Diferencia de Densidades)

Medición de la gravedad 1.

Instrumentos: - Péndulos o Gravímetro, Balanza de torsión

2.

Resultados: con los levantamientos gravimétricos se obtiene gradientes de la gravedad ò la desviación de la superficie equipotencial. MECÁNICA DE SUELOS I

MRGS

Resultados de un levantamiento con balanza de torsión sobre una cresta enterrada de rocas metamórficas.

N

▪

Gravimétrico

MECÁNICA DE SUELOS I

MRGS

▪ Magnetometría

MECÁNICA DE SUELOS I

MRGS

❖ Resistividad eléctrica Georradar

MECÁNICA DE SUELOS I

Tomografía Eléctrica Capacitiva

MRGS

MECÁNICA DE SUELOS I

MRGS

EXPLORACIÓN DIRECTA

MECÁNICA DE SUELOS I

MRGS

Torcรณmetro

Penetrรณmetro de Bolsillo

MECร NICA DE SUELOS I

MRGS

Veleta

MECÁNICA DE SUELOS I

MRGS

Veleta. L = 10 D

La prueba se realiza aplica un par de torsión para hacer girar a una velocidad de 1º /s.

45º H = 2D

Paleta rectangular Paleta trapezoidal

D MECÁNICA DE SUELOS I

MRGS

MECÁNICA DE SUELOS I

MRGS

MECÁNICA DE SUELOS I

MRGS

Características de la veleta

Tamaño del ademe

Diámetro D, mm (pulg.)

Altura, H mm (pulg.)

Espesor de la paleta mm (pulg.)

Diámetro de la varilla mm (pulg.)

AX

38.1(1 ½)

76.2 (3)

1.6 (1/16)

12.7(1/2)

BX

50.8 (2)

101.6 (4)

1.6 (1/16)

12.7(1/2)

NX

63.5(2 ½ )

127.0 (5)

3.2 (1/8)

12.7(1/2)

4 pulg.

92.1 (3 5/8)

174.1 (7 ¼)

3.2 (1/8)

12.7(1/2)

(101.6mm)

Tamaños típicos

(H/D)2

Laboratorio

Campo

12 x 12 mm

76 x 38 mm

16 x 16 mm

100 x 50 mm

MECÁNICA DE SUELOS I

MRGS

diámetro; H.- Altura de la veleta 2 D H=1 D

t f =3 Tmáx 2 D3

H=2 D

t f =6 Tmáx 7 D3

Dilatรณmetro de Marchetti

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DILATÓMETRO

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Presurรณmetro de Menard

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PENETRACIÓN CON CONO (CPT)  Diferentes tipos de cono

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Cono Dinámico “ Panda”

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Cono Eléctrico

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Cono ď‚Ą đ?‘žđ?‘? =

đ?‘„đ?‘? đ??´đ?‘?

ď‚Ą đ?‘“đ?‘ =

đ??šđ?‘ đ??´đ?‘?

Esfuerzo mĂĄximo soportado por la arcilla actualmente

đ?‘žđ?‘? = 5đ?œŽđ?‘Ł Esfuerzo mayor al efectivo actualmente –por carga superficial removida o bombeo de agua suspendido-

ď‚Ą đ??šđ?‘ = đ?‘…đ?‘Ą − đ?‘„đ?‘?

đ?‘žđ?‘? > 5đ?œŽđ?‘Ł

Qc (Kg) : Fuerza necesaria para hincar el cono Ac (cm2) : Ă rea transversal del cono qc (Kg/cm2): Resistencia de punta fs (Kg/cm2): Resistencia de fricciĂłn Fs (Kg) : Fuerza necesaria para hincar el cono y la funda -se mide directamenteAs (cm2) : Ă rea lateral de la funda -150 cm2Rt (kg) : Resistencia necesaria para hincar el cono y la funda. -en conos que permiten medir ambas variables-

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Proceso de consolidaciĂłn, por bombeo o hundimiento regional

đ?‘žđ?‘? < 5đ?œŽđ?‘Ł “Para cĂĄlculo de los parĂĄmetros de resistencia, consultar la antologĂ­aâ€?

Profundidad

qc

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Muestreo

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En esta etapa, la diferencia con la anterior es que existe recuperación de muestra. Diferenciando los diferentes muestreos: Muestreo alterado no representativo, es el empleado en el avance es muestreo profundo. Sólo se caracteriza la suspensión de material extraída, por su color o composición. No se determinan propiedades índice. Muestreo alterado representativo , al destruir su estructura, lo único que se determina son propiedades índice y por medio de correlaciones encontrar parámetros de resistencia, deformación y amortiguamiento. Muestreo inalterado, mantiene su estructura. Por lo tanto, de ella se podrá determinar no tan sólo las propiedades índice, mecánicas y dinámicas. Por lo que, se deberán programar las practicas de laboratorio. Ya que, es la representación de las condiciones en las que el material trabaja en condiciones actuales y llevarlo a las condiciones de trabajo. En sí es el planteamiento de n modelo físico. Del cual encontraremos parámetros de deformación, resistencia y de amortiguamiento, mismos que permitirán diseñar una obra. MECÁNICA DE SUELOS I

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RECUPERACIÓN DE MUESTRAS ALTERADA REPRESENTATIVAS Posteadora

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Barrenos Helicoidal

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Exploración y Muestreo Superficial  Pozo a cielo abierto

Recuperación de muestras alterada representativas e inalterada

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Avance (Muestreo Alterado no Representativo) Brocas

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Trépanos

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Cuando se emplea herramienta ¿Cómo defines sí una muestra es inalterada o alterada? Grado de alteración  Penetrómetro estándar

 AR : ?

 Tubo Shelby

AR : Relación de áreas, sí es mayor a 10 es alterada De : Diámetro exterior Di : Diámetro interior

 Di : 35.0 mm

 De : ?

 De : 50.0 mm

 AR : ?

 Espesor : 1, 2 mm  Di : 30, 60,100 mm

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PENETRACIÓN ESTÁNDAR (SPT)

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PENETRACIÓN ESTÁNDAR (SPT)

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Zapata Cople

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Penetrรณmetro estรกndar (tubo partido)

Tubo Shelby ( Muestreo Inalterado)

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V.4.

Presentación de Resultados de la Exploración y Muestreo e Interpretación Estratigráfica.

I.

Introducción,

II.

Objetivo y alcances

III.

Regionalización -zonificación geotécnica, sísmica, zonas prioritarias, etc.

IV. Memoria

descriptiva: Descripción del proyecto, tipo de obra, número de niveles, subterráneos, uso, conforme a los siguientes rubros: (carga muerta, carga viva, materiales de construcción. Tipo de exploraciones; ubicación, con nomenclaturamuestreos y ensayes

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V.

Memoria de cálculo

VI.

Resumen - Tipo de cimentación., Capacidad de carga, Profundidad de desplante, Módulo de reacción, Asentamientos diferenciales esperados.

VII. Conclusiones y recomendaciones

Anexos -Registros de Campo - Columnas estratigráfica y perfil estratigráfico - Resultados de Laboratorio

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BIBLIOGRAFÍA Gaceta oficial para la Ciudad de México, (26 de Julio de 2019). Reglamento de construcciones para el Distrito Federal. págs. 29-31; 64, 65. Obtenido de http://www.data.consejeria.cdmx.gob.mx/images/leyes/reglamentos/REGLAMENTO_DE_CO NSTRUCCIONES_PARA_EL_DISTRITO%20FEDERAL1.pdf Gaceta oficial para la Ciudad de México. (15 de Diciembre de 2017). Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Cimentaciones. Pág. 12-19; 24. Sowers, G.& Sowers, G., (1978) Introducción a la mecánica de suelos y las cimentaciones, Ed. Limusa. Tamez, E., Santoyo, E., Mooser, F., & Gutierrez, C. (Agosto de 1987). Estudios Geotécnicos. Manual de diseño geotécnico, 1, 1.1. (C. d. Urbano, Ed., & D.D.F., Recopilador) México, Distrito Federal, Estados Unidos Mexicanos: Secretaria de Obras.

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