CALICATAS y ESTRATIGRAFIA

METODO DE CALICATA Y ESTRATIGRAFIA PARA DETERMINAR PERFILES DE SUELOS. MC-V2, 2018

 

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Estudios en Terreno

 

Alcance 

Todos estudios geotecnicos debe contar con un reconocimiento detallado del terreno, en el que participarán el Jefe de Proyecto y los Especialistas del área.

El objetivo principal de este reconocimiento es comprobar y complementar los antecedentes geotecnicos obtenidos en los estudios previos, aportando antecedentes que ayuden a seleccionar las rutas que deben pasar a la etapa de anteproyecto y posibilitando una mejor programación de la exploración que se realizará en etapas posteriores.

Mediante la observación de cortes naturales o artificiales producidos por erosión o deslizamiento será posible, en general, definir las principales unidades o estratos de suelos superficiales.

Para obtener el máximo provecho de estos reconocimientos geotecnicos será siempre conveniente disponer de planos topográficos pertinentes y, ojalá, la ubicación aproximada de posibles ejes asociados a diversas rutas, en lo posible con kilometrajes de referencia. Lo anterior permite individualizar con sus dimensiones verdaderas los principales problemas del trazado.

Especial importancia debe darse en esta etapa a la identificación de zonas vedadas o poco recomendables para emplazar un trazado, tales como zonas de deslizamientos activos, laderas rocosas con fracturamiento según planos paralelos a las superficies de los cortes, zonas pantanosas difíciles de drenar, zonas expuestas a inundaciones, zonas con problemas ambientales.

Medios de Reconocimiento

Dependiendo del grado de detalle que se quiera obtener en estas visitas de reconocimiento, así como de las características de transitabilidad del terreno podrá optarse por alguno de los medios  siguientes:

  • Visita por vía terrestre (vehículo motorizado, caballo o a pie).
  • Visita por vía aérea (empleando helicóptero).

Registro Geologico Geotecnico de la Ruta

Basado en los antecedentes que el Consultor ha obtenido de la revisión de antecedentes, así como de los estudios básicos de interpretación llevados a cabo en fotos aéreas del o los corredores y sus posibles alternativas, se procederá a ejecutar la etapa de terreno para la identificación de condiciones geologicas y geotecnicas, precisando sus condiciones, características y riesgos asociados.

Los estudios geotecnicos de las Rutas serán aplicables a todo trazado que implique alternativas (Estudio Preliminar o Anteproyecto) que ya esté definido y se requiera su estudio de detalle. Por ello resulta necesario contar con planos que definan los corredores y ejes propuestos en los Estudios Preliminares, en lo posible escala 1:5.000 ó 1:10.000 y de escalas mayores en los niveles más avanzados de estudio. Obviamente los ejes deben contar con indicación de las Distancias acumuladas “Dm” que permitan una adecuada sectorización, así como de Perfiles Longitudinales que ilustren la altura de Cortes y Terraplenes y de Secciones Transversales representativas.

La interacción entre los Especialistas en Geotecnia, Trazado, Drenaje y Medio Ambiente, permitirá una evaluación constante hasta lograr el trazado óptimo en cuanto a localización y conocimiento de los parámetros de diseño.

El recorrido de terreno tiene por objeto definir un Plano de Sectorización Geologico y Geotecnica el cual indicará las condiciones del terreno orientado a la finalidad perseguida, la cual básicamente consiste en establecer la funcionalidad del terreno respecto de los cortes que se deberán efectuar en él, los taludes de estos cortes y la calidad de los materiales para efectos de remoción y soportación. También este estudio permitirá conocer la potencialidad de riesgo geológico y geotécnico que afectaría al trazado, su recurrencia y magnitud esperada así como eventuales medidas mitigatorias.

El Plano de Sectorización Geoligico y Geotecnico abarcará un ancho mínimo de unos 100 m hacia ambos lados de lo que será un primer trazado consolidado. Este ancho generará una franja que permitirá desplazamientos de ajuste del eje del trazado. En caso de ajustes mayores, que escapen fuera de la zona mapeada, se procederá a la ampliación de ésta lo suficiente para cubrir los nuevos requerimientos de información. Resulta conveniente consignar lo observa- do en terreno en un documento como la “Ficha de Registro Geológico-Geotécnico”.

En aquellos sectores especiales o singulares, tales como obras de arte, puentes pasos de quebradas o áreas geológicas o geotécnicamente especiales, se procederá a levantamientos especiales a escalas adecuadas al nivel de estudio que se esté desarrollando, y a la problemática que se deba resolver o aclarar. Estos levantamientos geológicos especiales permitirán definir sectores de prospecciones específicas las que se orientarán para estudiar el subsuelo y conocer sus condiciones geotécnicas a modo de definir las soluciones de diseño que se requieran.

El reconocimiento corresponderá a lo que se indica a continuación, de acuerdo a situaciones geologicas y geotecnicas específicas:

Rocas. Se procederá al reconocimiento de rocas precisando para ello su origen, tipo y estructuras principales que contiene. Las rocas serán descritas basándose en su litología y condiciones geotécnicas. Se privilegiará el aspecto de análisis geotécnico y estructural, como modo de definir las características propias de los materiales que deben ser removidos así como su capacidad de soporte de taludes y necesidades de soportación.

Estructuras

Se indicarán las principales estructuras las que pueden corresponder a fallas mayores o sistemas de diaclasas. En el caso específico de fallas se procederá a indicar su espesor, relleno y disposición espacial. Para los sistemas de diaclasas se indicarán el número de diaclasas o fracturas de cada juego, sus rellenos, características de su caras y disposición espacial.

Las estructuras menores, del tipo diaclasas, serán representadas en redes tipo Schmidt con el objeto de establecer la estabilidad de cortes frente a la posibilidad de generación de cuñas que puedan deslizar. El sistema descrito permitirá conocer sectores que requerirán soportación especial o, alternativamente, cortes con diseño más tendido o más parado. En todo corte, dependiendo de su altura, el balance entre el ángulo del corte versus la soportación que se requiere para asegurar su estabilidad, se resuelve fundamentalmente por las condiciones geotécnicas de los materiales involucrados.

Alteración y Descomposición. Se describirá el grado de alteración basado en la escala de la International Society of Rock Mechanics (ISRM), la cual considera 6 grados de alteración. La alteración, junto a las estructuras, es uno de los factores de mayor influencia en la calidad de la roca para los efectos de su capacidad de remoción y para la definición de los taludes de corte que se requieren.

Suelos. Se reconocerán las diferentes unidades de suelos, entendiendo por ello unidades geológicas de materiales modernos no consolidados y los suelos residuales, producto de descomposición de la roca. Se definirán sus diferentes orígenes los cuales indican a su vez condiciones del material. Cada unidad será identificada en cuanto a origen, espesor, caracteristicas geotecnicas, aspectos hídricos, excavabilidad y taludes de corte que son capaces de soportar. Al igual que las zonas de rocas, se debe evaluar en cada caso la relación que existe entre la altura de los cortes, el ángulo de corte y la soportación requerida para asegurar su estabilidad. El balance de estos parámetros debe entregar soluciones de diseño estables a un costo razonable.

Riesgos. Serán analizados y evaluados todos los riesgos que se determine que pueden afectar la zona del trazado, junto a su potencialidad de ocurrencia y su área y magnitud de compromiso. Estos riesgos ya han sido determi- nados en forma preliminar por el estudio fotogeológico que se ha realizado en etapas previas de los estudios.

Definicion de Prospecciones para el Diseño

Las conclusiones del reconocimiento indicarán la necesidad de exploraciones requeridas, a su vez incluirá toda la información del subsuelo que exista en el área la cual puede provenir de cortes naturales, exploraciones pasadas, proyectos anteriores, entre otros.

Básicamente las exploraciones que se programen en el trazado de la Ruta corresponderán a la necesidad de definir las características geológicas y geotécnicas de las unidades presentes en el trazado y a conocer parámetros de diseño para obras especiales, tales como grandes cortes, fundaciones de Obra de Arte, de Puentes, etc. En general estas prospecciones se efectuarán de preferencia en las unidades de suelos o materiales no consolidados modernos mediante calicatas y, eventualmente, sondajes. Los sectores de roca, para efectos de los diseños requeridos en la Ruta, serán  evaluados con reconocimiento directo mediante golpes de martillo (alteración), brújula (estructuras), prospecciones sísmicas (reconocimiento en profundidad).

Expresion de Resultados

Los resultados del reconocimiento efectuado y su evaluación serán presentados en planos de planta a escala adecuada la que se estima corresponde a 1:5.000 ó 1:10.000 para Estudios Preliminares y en escala 1:2.000 en Anteproyecto o Proyecto Definitivo. Sin embargo se podrán efectuar levantamientos especiales de detalle a escala 1:1.000. Los planos de planta tendrán perfiles explicativos de subsuperficie en aquellos sitios que lo requieran, así como apoyo de notas de terreno explicativas.

  • Distancia Acumulada (Dm): Identifica el tramo.
  • Longitud: Se señala la longitud del tramo.
  • Características Geológico-Geotécnicas: Se indican las características geológico geotécnicas de cada tramo destacando unidades presentes, meteorización, espesores,
  • Condición Hídrica: En esta columna se indica la alternativa de presencia de nivel freático su profundidad, posibilidad de cauces esporádicos o permanentes,
  • Excavabilidad: Se indicará la estimación en porcentaje de la excavabilidad del material en el tramo la cual se separará entre material común, ripeable y removible con explosivo o roca de buena calidad geotécnica.
  • Taludes de Corte Recomendados: Se entregarán los taludes de corte que se considera adecuados a la estabilidad del material para la altura de corte que corresponde al
  • Observaciones: En esta columna se indicarán aspectos especiales de cada tramo tales como prospecciones requeridas, ejecutadas, perfiles explicativos, descripción de riesgos,

La Ficha de Registro permitirá establecer las principales condiciones para el diseño, evaluación, cubicación y valorización de un diseño seguro y en un rango económico aceptable.

En los Tópicos siguientes de esta Sección, se presentan los procedimientos y Métodos de exploración de subsuperficie, para suelos y rocas, a saber:

  • Reconocimiento del Perfil Estratigrafico.
  • Ensayes en Sitio.
  • Mediciones de Deflexión.
  • Prospección Geofísica.

De los procedimientos y métodos anteriores, la Prospección Geofisica y en particular, el metodo de refracción sismica, en general debe incorporarse en los estudios; al menos en aquellos donde se presuma presencia de roca de cierta importancia, como un complemento a los otros metodos de exploracion.

 

Reconocimiento del Perfil Estratigrafico

 

Alcance

El reconocimiento del perfil estratigráfico se realiza por tres razones: para determinar las distintas masas o estratos de suelo o roca existentes en las áreas de fundación o de yacimiento que interesa estudiar, para precisar las dimensiones de los diferentes estratos o depósitos; y para conocer aproximadamente las propiedades geotecnicas que presentan los diferentes suelos o rocas que forman el perfil estratigráfico.

En el proceso de formación del suelo deben distinguirse tres factores que, en general, se encuentran asociados. El primero se refiere a la desintegración que corresponde a la separación en fragmentos de la roca debido a agentes físicos, tales como expansiones, contracciones térmicas, acción de los hielos, erosión por viento y agua, etc. El segundo es la descomposición que corresponde a los procesos químicos de oxidación, hidratación, acción de los ácidos orgánicos, etc. Finalmente, la transportación que corresponde al traslado desde su punto de origen por uno o más de los siguientes agentes naturales: gravedad, agua, viento o hielo. Si el suelo permanece en su punto de origen, es decir, no ha estado sujeto a transportación, se denomina suelo residual. En caso contrario, suelo transportado.

Una adecuada programación de la exploración, que conduzca al reconocimiento del perfil estratigráfico, debe realizarse después de haber efectuado los estudios de gabinete respectivos y el reconocimiento detallado de la zona en estudio, con el objeto de obtener la mejor programación de los trabajos de exploración.

El programa de exploración que se elija deberá tener la suficiente flexibilidad para poder adaptarse a los imprevistos geotécnicos que se presentan con frecuencia. Debe tenerse presente que no existe un método de reconocimiento o exploración que sea de uso universal, para todos los tipos de suelo o rocas existentes y para todas la estructuras u obras que suelen estudiarse, por lo que, con frecuencia, debe recurrirse al uso de más de un procedimiento de exploración de subsuperficie.

En todo caso, al programar una exploración deben considerarse las siguientes pautas generales:

  • Ubicar puntos de prospección a distancias aproximadamente iguales, para luego densificar la exploración si se estima pertinente.
  • Prospectar aquellas zonas en que se tienen cortes de importancia, ubicando los puntos de cambio de la rasante de corte a terraplén para conocer el tipo de material.
  • Prospectar aquellos sectores que soportarán rellenos o terraplenes de importancia y aquéllos en que la rasante se ubica muy próxima al terreno natural (h < 0.6 m).
  • Reconocer el subsuelo en aquellos puntos en que se ubican obras de arte y estructuras.
  • Identificar la existencia de suelos susceptibles a las heladas, en zonas sometidas a ciclos de hielo – deshielo.
  • Los métodos más usados para los estudios geotecnicos de superficie que permiten establecer el perfil estratigráfico del suelo son:
  1. Calicatas y Estratigrafia.
  2. Ensayo de Cono Dinamico.
  3. Ensayo de Cono Portátil de Penetracion Dinamica.
  4. Perfiles de Refraccion Sismica.

 

Calicatas y Zanjas

 

Campo de Aplicacion

Las calicatas y zanjas permiten la inspección directa del suelo que se desea investigar y por Io tanto, es el método de exploración que normalmente entrega la información más confiable y completa. Las zanjas de reconocimiento son de uso poco frecuente y se reservan al estudio de laderas o cortes conflictivos.

Los métodos de exploración directa son los más recomendables cuando lo permite el espesor de la sobrecarga, la napa de agua y el costo. En suelos con grava es el único método de exploración que puede entregar información confiable.

La profundidad de las calicatas y zanjas está determinada por los requerimientos de la investigación, pero es usual que pueda quedar determinada por la posición de la napa de agua. En esta última circunstancia, el costo de una calicata puede subir de tal forma, a causa de la necesidad de entibación y agotamiento, que sea preferible adoptar otro sistema de exploración.

Metodos de Excavacion

Las calicatas y zanjas pueden realizarse ya sea mediante excavación manual  o mecanizada. En todo caso, el método que se utilice debe ser tal que deje una perforación de dimensiones mínimas en planta, no inferiores a 0,8 x 1,0 m a fin de permitir una adecuada inspección de las paredes. En el caso de excavación mecanizada deberá dejarse al menos una de las paredes lo menos remoldeada y contaminada posible, de modo que represente fielmente el perfil estratigrafico real del pozo.

Si las paredes de la excavación se presentaran inestables, situación que se da con frecuencia en los suelos granulares, debe recurrirse a entibaciones confiables que aseguran la integridad del personal que trabaje en el interior de la calicata o zanja. En excavaciones profundas es recomendable entibar al menos los 0.5 m superiores, aún en el caso de que éstas comprometan suelos-cohesivos, a fin de retener los desprendimientos de suelos superficiales que son frecuentes.

Estratigrafia Visual

En cada calicata o zanja deberá realizarse una descripción visual o registro de la estratigrafia comprometida. Esta labor podrá ser realizada por personal técnico de experiencia orientado por el ingeniero especialista responsable del estudio.

Se estima recomendable utilizar como pauta las definiciones y recomendaciones contenidas en la norma ASTM D2488, denominada «Descripción de Suelos (Procedimiento Visual-Manual)».

Estas descripciones visuales deberán contener como mínimo los siguientes antecedentes:

  1. Identificación de la calicata o zanja mediante un número, especificando su ubicación respecto del kilometraje del eje o sus coordenadas, nombre del inspector y fecha de la inspección.
  2. Profundidad.
  3. Profundidad de la napa de agua, referida al nivel del terreno natural, y fecha de observación.
  4. Profundidades entre las que se extiende el estrato por describir, referidas al nivel de terreno
  5. Descripción del suelo empleando la terminología que se da en las Tablas 2.503.202(3).A y 2.503.202(3).B, según se trate de suelos gruesos o finos,
  6. Cantidad y tipo de las muestras tomadas en la calicata.
  7. Observaciones y otras características.

Tabla A Terminologia para la Descripcion de Suelos Gruesos

 Nº                                  MATERIA

 

TERMINOS

 

1.- Tamaño máximo de partículas y porcentaje de bolones.

 

 

 

2.- Distribución de tamaños.

 

 

 

 

3.- Color.

 

 

4.- Olor.

 

5.- Graduación.

 

 

 

6.-Plasticidad.

 

 

7. – Forma de Partículas.

 

8. – Contenido de humedad.

 

9.- Compacidad natural.

 

10.- Estructura.

 

 

11.- Cementación.

 

12- Origen.

 

 

 

13.- Materia orgánica.

 

14.- Símbolo del Grupo.

 

15.- Nombre del suelo.

 

– Anotar el tamaño máximo visible y, en el caso de que sea superior al tamiz 80 mm (3”), anotar el porcentaje estimado de partículas superiores a dicho tamiz (bolones) referido al total del suelo.

 

– Anotar el porcentaje aproximado en peso de grava, arena y finos para la fracción de suelo que pasa por el tamiz  80 mm (3”).

 

– Utilizar como máximo dos colores, o bien, la notación Munsell; anotar presencia de manchas y/o bandas.

 

– Ninguno, térreo u orgánico.

 

– Bien Graduada o Pobremente Graduada (Uniforme); anotar para las gravas y arenas el tamaño predominante, con uno de los siguientes adjetivos: gruesa, media o fina.

 

–  Anotar plasticidad de la fracción fina. (Ninguna, baja, media o alta).

 

– Angular, subangular, subredondeado o redondeado.

 

– Seco, húmedo, mojado o saturado.

 

– Suelta, media o alta.

 

– Anotar la estructura dominante: estratificado, homogéneo, etc.

 

– Débil o fuerte; verificar con HCI si es debida a carbonatos.

 

–  Precisar el origen del suelo (residual, transportado, relleno artificial).

 

– Sin indicios, mediana o abundante.

 

–  De acuerdo a la clasificación USCS y AASHTO.

 

–  Nombre típico, seguido del nombre local (si lo tiene).

 

* Procedimientos manuales complementarios que pueden utilizarse para definir la clasificación del suelo en casos límites.

Muestreo. Desde las paredes y piso de las calicatas y zanjas deben obtenerse las muestras que serán llevadas a laboratorio.

Todas las muestra que se obtengan deberán ser perfectamente identificadas, incluyendo a lo menos los siguientes datos: Nombre del Proyecto (Palabra Clave); identificación de la calicata o zanja; profundidad a la que fue tomada; nombre de la persona que la tomó y fecha de obtención.

Se distinguen dos tipos de muestras por obtener:

  1. Muestras Perturbadas. Son muestras que retienen la composición íntegra del suelo, aunque no su estructura. Se obtienen en general de las paredes de los pozos y comprometen estratos determinados o bien la suma de algunos de ellos, como es el caso de la investigación de yacimientos. Estas muestras deben guardarse en bolsas o sacos imper- meables y de resistencia adecuada. Cada bolsa o saco debe identificarse claramente.
  2. Muestras Inalteradas. Son muestras que, además de representar la composición del suelo, conservan la estructu- ra interna del mismo. Este tipo de muestra se recorta de las paredes de los pozos y compromete a estratos bien definidos. Después de cortadas deben revestirse con una capa de parafina sólida aplicada con brocha, alternativamente pueden envolverse con varias capas de film plástico deformable, como el que se usa para envolver.

Es conveniente agregar alrededor de un 30% de cera virgen a la parafina sólida, con el objeto que la capa protectora sea menos rígida. Si la consistencia de la muestra es relativamente blanda debe rodearse de gasa y recubrir una vez más con parafina sólida y cera. Una vez dado el tratamiento anterior debe colocarse en cajas de madera con aserrín u otro producto que actúe como amortiguador de golpes.

Las muestras inalteradas deberán tomarse apenas excavadas las calicatas o zanjas, en especial cuando se trate de suelos cuya estructura se ve afectada por los cambios de humedad. En todo caso, al tomar una muestra inalterada debe elegirse la pared de la calicata menos expuesta al sol y debe retirarse el espesor superficial que haya sido afectado por los cambios de humedad.

No deben escatimarse esfuerzos en el embalaje adecuado de las muestras, ya que el grado de perturbación que se le ocasione a una muestra inalterada es irrecuperable, y lleva a resultados erróneos.

Ensayos en Sitio. En las calicatas, incluso en las zanjas, es posible realizar ensayos en sitio tales como pruebas de carga con placa, CBR, permeabilidades, medidas de densidad, entre otras. Las pruebas de carga pueden realizarse contra el fondo de la perforación o contra las paredes de la misma.

Las pruebas de permeabilidad pueden ser del tipo de agotamiento si la perforación tiene su fondo bajo el nivel estático de la napa, y de infiltración si el nivel del agua subterránea está bajo el fondo de la perforación.

Cada vez que sea necesario realizar un ensaye en sitio en una calicata o zanja, la excavación deberá realizarse considerando este hecho, dado que este tipo de prueba obliga a tomar medidas especiales que determinan la forma de la excavación. Es así como la toma de densidades en sitio obliga a realizar éstas a medida que la excavación se realiza o bien es necesario dejar bancos intermedios.

Otros tipos de ensayos que también pueden clasificarse como «en sitio», son los que se realizan con los instrumentos manuales conocidos bajo el nombre de “penetrómetro de bolsillo» y «veleta». Estos instrumentos son de uso sencillo y se aplican exclusivamente a suelos finos con alto contenido de agua. El primero de ellos indica aproximadamente la resistencia a la compresión no confinada y el segundo, aproximadamente la resistencia no drenada o cohesión aparente. Los resultados obtenidos deben considerarse como cualitativos y pueden ser correlacionados con valores obtenidos sobre muestras no perturbadas en laboratorio.

Preguntas Frecuentes:

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Fuentes:

MC-V2 “Procedimientos de Estudios Viales”. EDICIÓN 2018.