Factor de Seguridad - Capacidad de Carga Bruta - Cimentaciones.

El cálculo de la capacidad de carga bruta admisible de cimentaciones superficiales requiere aplicar un factor de seguridad (FS) a la capacidad de carga última bruta, o 

Sin embargo, algunos ingenieros prefieren usar un factor de seguridad de

La capacidad de carga última neta se define como la presión última por unidad de área de la cimentación que es soportada por el suelo en exceso de la presión causada por el suelo que la rodea en el nivel de la cimentación. Si la diferencia entre el peso especifico del concreto usado para la cimentación y el peso específico del suelo que la rodea se supone insignificante, 

El factor de seguridad, tal como se define por la ecuación (3.20) puede ser por lo menos de 3 en todos los casos.

A menudo se usa otro tipo de factor de seguridad para la capacidad de carga de cimentaciones superficiales. Se trata del factor de seguridad con respecto a la falla por corte (FScorte). En la mayoría de los casos un valor FScorte de 1.4 a 1.6 es deseable junto con un factor mínimo de seguridad de 3 a 4 por capacidad de carga última neta o bruta. El siguiente procedimiento debe usarse para calcular la carga neta admisible para un FScorte dado. 

Independientemente del procedimiento por el cual se aplique el factor de seguridad, la magnitud de FS debe depender de las incertidumbres y riesgos implicados en las condiciones encontradas.

Análisis de los Resultados de Prueba de Campo - Carga Ultima en Arcilla Saturada.

Las cargas últimas, QU, obtenidas de cada prueba también se muestran en la figura 3.8. La carga última se define como el punto en que el desplazamiento de la carga se vuelve prácticamente lineal. La falla en el suelo debajo de la cimentación es del tipo de falla de corte local. Por consiguiente, de la ecuación (3.10)

Si suponemos que el peso específico del suelo es aproximadamente de 18.5 kN/m3, q  = Dfy = (1.5)(18.5)= 27.75 k-N/m2. Podemos entonces suponer valores promedio de cu: para profundidades de 1.5 m a 2.0 m, cu = (35 + 24)/2 = 29.5 kN/m2 para profundidades mayores que 2.0 m, cu = 24 kN/m2. Si suponemos que la cohesión no drenada de la arcilla a una profundidad >= B debajo de la cimentación controla la capacidad de carga última, 

TABLA 3.3 Comparacíón de capacidades de carga últimas teóricas y de campo

El valor Cu(promedio) obtenido para cada cimentación tiene que ser corregido tomando en cuenta la ecuación (2.19). La tabla 3.3 presenta detalles de otros cálculos y una comparación de las capacidades de carga últimas, teóricas y de campo.

Note que las capacidades de carga Últimas obtenidas en campo son aproximadamente 10% mayores que las obtenidas teóricamente; la razón para tal diferencia es que la relación Df/B para las pruebas de campo varía entre 1.5 y 2.5. El incremento de la capacidad de carga debida a la profundidad de empotramiento no se tomó en cuenta en la ecuación (3.16).

Caso Histórico: Capacidad de Carga Ultima en Arcilla Saturada – Cimentaciones.

Brand y otros (1972) reportaron resultados de pruebas de campo en pequeñas cimentaciones sobre arcilla Bangkok suave (un depósito de arcilla marina) en Rangsit, Tailandia. Los resultados se muestran en la figura 3.7. Debido a la sensitividad de la arcilla, los resultados de pruebas en laboratorio para cu (compresión no confinada y triaxial no consolidada no drenada) fueron muy dispersos; sin embargo, ellos obtuvieron mejores resultados para la variación de c con la profundidad a base de pruebas en campo con veletas de corte. Los resultados de estas últimas pruebas mostraron que las variaciones promedio de la cohesión no drenada fueron 

Cinco cimentaciones pequeñas cuadradas fueron probadas por capacidad de carga última. Los tamaños de las cimentaciones fueron de 0.6 m X 0.6 m, 0.675 m X  0.675 m, 0.75 m X 0.75 m, 0.9 m X 09 m y 1.05 m X 1.05 m. La profundidad del fondo de las cimentaciones fue de 1.5 m., medida desde la superficie del terreno. Las gráficas carga-asentamiento obtenidas de las pruebas de capacidad de carga se muestran en la figura 3.8.

FIGURA 3.7 

FIGURA 3.8 Diagramas carga-asentamiento obtenidos de pruebas sobre capacidad de carga

Análisis de los Resultados de Prueba de Campo.

Modificación de las Ecuaciones de Capacidad de Carga por Nivel de Agua Freático – Cimentaciones.

Las ecuaciones (3.3) y (3.7) a la (3.11) se desarrollaron para determinar la capacidad de carga última con base en la hipótesis de que el nivel freático esté localizado muy abajo de la cimentación. Sin embargo, si el nivel freático está cerca de la cimentación, será necesario modificar las ecuaciones de capacidad de carga, dependiendo de la localización del nivel freático (véase la figura 3.6).

Caso I

Si el nivel freático se localiza de manera que 0<=D1<=Df, el factor q en las ecuaciones de la capacidad de carga toma la forma

TABLA 3.2 

 

Caso II

Para un nivel freático localizado de manera que O <= d <= B,

El factor yen el último término de las ecuaciones de a capacidad de apoyo debe reemplazarse por el factor 

FIGURA 3.6 Modificación de las ecuaciones de capacidad de carga por nivel de aguas freáticas

Las anteriores modificaciones se basan en la hipótesis de que no existe fuerza de filtración en el suelo.

Caso III

Cuando el nivel freático se localiza de manera que d >= B, el agua no afectará la capacidad de carga última.

La Ecuación General de la Capacidad de Carga - Cimentaciones

Las ecuaciones de capacidad de carga última presentadas en las ecuaciones (3.3), (3.7) y (3.8) son únicamente para cimentaciones continuas, cuadradas y circulares. Éstas no se aplican al caso de cimentaciones rectangulares (O <B/L < 1). Además, las ecuaciones no toman en cuenta la resistencia cortante a lo largo de la superficie de falla en el suelo arriba del fondo de la cimentación (porción de la superficie de falla marcada como GI y HJ en la figura 3.5). Además, la carga sobre la cimentación puede estar inclinada. Para tomar en cuenta todos los factores, Meyerhof (1963) sugirió la siguiente forma de ecuación general de capacidad de apoyo: 

Las fórmulas para determinar los diversos factores dados en la ecuación (3.25) están descritas en las secciones siguientes. Note que la fórmula original para la capacidad de carga última se derivó únicamente para el caso de deformación unitaria plana (es decir, para cimentaciones continuas). Los factores de forma, profundidad e inclinación de carga son factores empíricos basados en datos experimentales.

Teoría de la Capacidad de Carga de Terzagui – Cimentaciones.

Terzaghi (1943) fue el primero en presentar una teoría completa para evaluar la capacidad de carga última de cimentaciones superficiales. De acuerdo con ésta, una cimentación es superficial si la profundidad, D1 (figura 3.5), de la cimentación es menor o igual que el ancho de la misma. Sin embargo, investigadores posteriores sugieren que cimentaciones con Df igual a 304 veces el ancho de la cimentación pueden ser definidas como cimentaciones superficiales.

Terzaghi sugirió que para una cimentación corrida (es decir, cuando la relación ancho entre longitud de la cimentación tiende a cero), la superficie de falla en el suelo bajo carga última puede suponerse similar a la mostrada en la figura 3.5. (Note que éste es el caso para la falla general por corte como define la figura 3.la.) El efecto del suelo arriba del fondo de la cimentación puede también suponerse reemplazado por una

sobrecarga equivalente efectiva q = yDf,(donde y = peso específico del suelo). La zona de falla bajo la cimentación puede separarse en tres partes (véase la figura 3.5):

FIGURA 3.5 Falla por capacidad de carga en suelo bajo una cimentación rígida corrida

1. La zona triangular ACD inmediatamente abajo de la cimentación

2. Las zonas de corte radiales ADF y CDE, con las curvas DE y DF como arcos de una espiral logarítmica

3. Dos zonas pasivas de Rankine triangulares AFH y CEG

Se supone que los ángulos CAD y ACD son iguales al ángulo de fricción del suelo, Ø. Note que, con el reemplazo del suelo arriba del fondo de la cimentación por una sobrecarga equivalente q, la resistencia de corte del suelo a lo largo de las superficies de falla CI y HJ fue despreciada.

Usando el análisis de equilibrio, Terzaghi expresó la capacidad de carga última en la forma 

 

Las variaciones de los factores de capacidad de carga definidos por las ecuaciones (3.4), (3.5) y (3.6) se dan en la tabla 3.1.

TABLA 3.1 Factores de capacidad de carga de Terzaghi; ecuaciones (34), (3.5) y (3.6)

Para estimar la capacidad de carga última de cimentaciones cuadradas o circulares, la ecuación (3.1) puede modificarse a 

En la ecuación (3.7), B es igual a la dimensión de cada lado de la cimentación; en la ecuación (3.8), B es igual al diámetro de la cimentación.

Para cimentaciones que exhiben falla local por corte en suelos, Terzaghi sugirió modificaciones a las ecuaciones (3.3), (3.7) y (3.8) como sigue: 

N’c, N’q y N’y son los factores de capacidad de carga modificada. Estos se calculan usando las ecuaciones para el factor de capacidad de carga (para Nc, Nq y Ny) reemplazando

La variación de N’c, N’q y Ny con el ángulo de fricción del suelo, se da en la tabla 3.2.

Las ecuaciones de capacidad de carga de Terzaghi se modificaron para tomar en cuenta los efectos de la forma de la cimentación (B/L), profundidad de empotramiento (Df), e inclinación de la carga. Sin embargo, muchos ingenieros usan todavía la ecuación de Terzaghi que proporciona resultados bastante buenos considerando la incertidumbre de las condiciones del suelo.

Cimentaciones Superficiales y el Concepto de Capacidad de Carga Última.

Considere una cimentación corrida que descansa sobre la superficie de arena densa o suelo cohesivo firme, como muestra la figura 3.la, con un ancho igual a B. Ahora, si la carga se aplica gradualmente a la cimentación, el asentamiento se incrementará. La variación de la carga por unidad de área, q, sobre la cimentación se muestra también en la figura 3.la, junto con el asentamiento, En cierto punto, cuando la carga por unidad de área es igual a q, tendrá lugar una falla repentina en el suelo que soporta a la cimentación y la zona de falla en el suelo se extenderá hasta la superficie del terreno. Esta carga por área unitaria, q, se denomina generalmente capacidad de carga última de la cimentación. Cuando este tipo de falla repentina tiene lugar en el suelo, se denomina falla general por corte.

Si la cimentación considerada descansa sobre suelo arenoso o arcilloso medianamente compactado (figura 3.lb), un incremento de carga sobre la cimentación también será acompañado por un aumento del asentamiento. Sin embargo, en este caso la superficie de falla en el suelo se extenderá gradualmente hacia afuera desde la cimentación, como muestran las líneas continuas en la figura 3.lb.

FIGURA 3.1 Naturaleza de la falla en suelo por capacidad de carga: (a) falla general por corte; (b) falla local de corte; (c) falla de corte por punzonamiento (dibujo de Vesic, 1973)

Cuando la carga por área unitaria sobre la cimentación es igual a q(l), el movimiento estará acompañado por sacudidas repentinas. Se requiere entonces un movimiento considerable de la cimentación para que la zona de falla en el suelo se extienda hasta la superficie del terreno (como muestra la línea discontinua la figura 3.1b). La carga por unidad de área bajo la cual sucede es la capacidad de carga última, q. Más allá de este punto, una mayor carga estará acompañada por un gran incremento del asentamiento de la cimentación. La carga por unidad de área de la cimentación qu(l), se denomina carga primera de falta (Vesic, 1963). Note que un valor máximo de q no se presenta en este tipo de falta, llamada falla local por corte del suelo. 

Si la cimentación es soportada por un suelo bastante suelto, la gráfica carga-asentamiento será como lo muestra la figura 3.lc. En este caso, la zona de falla en el suelo no se extenderá hasta la superficie del terreno. Más allá de la carga última de falla q, la gráfica carga-asentamiento se inclinará y será prácticamente lineal. Este tipo de falla en suelos se denomina falla de corte por punzonamiento.

Vesic (1963) realizó varias pruebas de laboratorio de capacidad de carga sobre placas circulares y rectangulares soportadas por una arena con diversas compacidades relativas de compactación, Cr. Las variaciones 

obtenidas se muestran en la figura 3.2 (B = diámetro de la placa circular o ancho de la placa rectangular y y = peso específico seco de la arena). Es importante notar de esta figura que para Cr>=  aproximadamente del 70%, ocurre en el suelo la falla general por corte. 

FIGURA 3.2

Con base en resultados experimentales, Vesic (1973) propuso una relación para el modo de falla por capacidad de carga de cimentaciones que descansan en arenas. La figura 3.3 muestra la relación, que contiene la nota

Cr = compacidad relativa de la arena
D1 = profundidad de desplante de la cimentación medida desde la superficie del terreno

donde B ancho de la cimentación
L = longitud de la cimentación

(Nota: L es siempre mayor que B.)

Para cimentaciones cuadradas, B = L; para cimentaciones circulares, B = L = diámetro, por lo que

  B= B*               (3.2)

La figura 3.4 muestra el asentamiento, S, de placas circulares y rectangulares sobre la superficie de una arena bajo carga última corno se describe en la figura 3.2. Ahí se muestra un rango general de S/B con la compacidad relativa de compactación de la arena. Entonces podemos decir que las cimentaciones a poca profundidad (es decir, para una Df/B* pequeña), la carga última puede ocurrir para un asentamiento de la cimentación de 4 a 10% de B. Esta condición ocurre al presentarse en los suelos la falla general de corte; sin embargo, en el caso de falla local o de corte por punzonamiento, la carga última puede presentarse para asentamientos de 15 al 25% del ancho de la cimentación (B). 

FIGURA 3.3  Modos de falla en cimentaciones sobre arena.

FIGURA 3.4 Rango de asentamientos de placas circulares y rectangulares bajo carga última (Df/B = O) en arena (según Vesic, 1963)

Cimentaciones Superficiales: Introducción a Cargas Superficiales.

Para comportarse satisfactoriamente, las cimentaciones superficiales deben tener dos características principales:

1. La cimentación debe ser segura contra una falla por corte general del suelo que la soporta.

2. La cimentación no debe experimentar un desplazamiento excesivo, es decir, un asentamiento excesivo. (El término excesivo es relativo, porque el grado de asentamiento permisible en una estructura depende de varias consideraciones.)

La carga por área unitaria de la cimentación bajo la cual ocurre la falla por corte en el suelo se llama capacidad de carga última.

Reporte de la Exploración del Subsuelo.

Al final de todos los programas de exploración de suelos, las muestras de suelo y/o roca obtenidas en campo son sometidas a observación visual y pruebas de laboratorio apropiadas. Después de que toda la información requerida se compila, un reporte de la exploración del suelo es preparado para uso del área de diseño y para referencia durante el trabajo de construcción futuro. Aunque los detalles y secuencia de la información en el reporte llegan a variar en cierto grado, dependiendo de la estructura bajo consideración y de la persona que compila el reporte, cada informe debe incluir los siguientes aspectos:

1. El alcance de la investigación

2. Una descripción de la estructura propuesta para la cual se efectuó la exploración del subsuelo

3. Una descripción de la localización del sitio, incluyendo estructuras cercanas, condiciones de drenaje del sitio, naturaleza de la vegetación del sitio y alrededores y cualquier otra característica propia del sitio

4. Aspectos geológicos del sitio

5. Detalles de la exploración en campo, como número de barrenos, profundidad y tipo de éstos, etcétera.

6. Descripción general de las condiciones del subsuelo determinadas por muestras del suelo y por pruebas de laboratorio, como la resistencia por penetración estándar, la resistencia por penetración de cono, etcétera
7. Condiciones del nivel freático

8. Recomendaciones sobre la cimentación, incluido el tipo de ésta, presión de carga admisible y cualquier procedimiento especial de construcción que se requiera; procedimientos alternativos de diseño de la cimentación deben también ser analizados en esta parte del reporte

9. Conclusiones y limitaciones de las investigaciones

Las siguientes presentaciones gráficas deben anexarse al reporte:

1. Mapa de localización del sitio

2. Vista en planta de la localización de los barrenos respecto a las estructuras propuestas y aquellas existentes cercanas

3. Registros de las perforaciones

4. Resultados de las pruebas de laboratorio

5. Otras presentaciones gráficas especiales

Los reportes de exploración deben estar bien planeados y documentados. Éstos ayudarán a responder preguntas y a resolver problemas de la cimentación que puedan surgir después, durante el diseio y la construcción.

Sondeo por Resistividad – Suelos.

Otro método geofísico para la exploración del subsuelo es el sondeo por resistividad eléctrica. Esta característica, ρ, de cualquier material que tenga una longitud L y un área A de sección transversal se define como 

donde R = resistencia eléctrica

La unidad de resistividad se expresa generalmente como ohm centímetro u ohm metro. La resistividad de varios suelos depende principalmente del contenido de agua y de la concentración de iones disueltos. Las arcillas saturadas tienen una resistividad muy baja; en contraste, los suelos y rocas secos la tienen alta. El rango de resistividad generalmente encontrada en varios suelos y rocas se da en la tabla 2.11. 

Tabla 2.11  Valores representativos de la resistividad.  

El procedimiento más común para medir el perfil de un suelo es el método Wenner (figura 247a) que usa cuatro electrodos hincados en el suelo igualmente espaciados a lo largo de una línea recta. Los dos electrodos exteriores se usan para enviar una corriente eléctrica 1 (generalmente una corriente directa con electrodos de potencial no polarizante) al terreno. La corriente eléctrica varía entre 50 y 100 miliamperios. La caída de voltaje, V, se mide entre los dos electrodos interiores. Si el perfil del suelo es homogéneo, su resistividad eléctrica es

FIGURA 2.47 Sondeo por resistividad eléctrica: (a) Método de Wenner; (b) Método empírico para la determinación de la resistividad y espesor de cada estrato 

En la mayoría de los casos, el perfil del suelo consiste en varios estratos con resistividades diferentes y la ecuación (2.54) dará entonces la resistividad aparente. Para obtener la resistividad real de varias capas y sus espesores se usa un método empírico que implica realizar las pruebas con varios espaciamientos de los electrodos (es decir se cambia d). La suma de las resistividades aparentes, Σp, se grafica contra el espaciamiento d, como muestra la figura 2.47b. La gráfica así obtenida tiene segmentos relativamente rectos. Las pendientes de esos segmentos dan la resistividad de los estratos individuales. Los espesores de los diversos estratos se estiman como muestra la figura 2.47b.

El sondeo por resistividad es particularmente útil en la localización de depósitos de grava dentro de un suelo de grano fino.

Sondeo sísmico cross-hole - Suelos.

La velocidad de las ondas cortantes creadas como resultado de un impacto a un estrato de suelo se determina por un sondeo sísmico (Stokoe y Woods, 1972). El principio de este procedimiento lo ilustra la figura 2.46 que muestra dos agujeros perforados en el terreno a una distancia L entre sí. Se genera un impulso vertical en el fondo de un barreno por medio de una barra de impulso. Las ondas cortantes así generadas, son registradas por medio de un transductor verticalmente sensible. La velocidad de las ondas cortantes, y5, se calculan con la expresión 

donde t = tiempo de viaje de las ondas cortantes 

FIGURA 2.46  Método de Sondeo sísmico  cross-hole.

El módulo de cortante del suelo a la profundidad de la prueba se determina a partir de la v como 

donde G = módulo de cortante del suelo
y = peso específico del suelo
g = aceleración de la gravedad
 

Los valores del módulo de cortante son útiles en el diseño de cimentaciones que soportan maquinaria vibratoria. 

Sondeo por Refracción Sísmica - Obener Información de los Estratos del Suelo.

Los sondeos por refracción sísmica son útiles para obtener información preliminar acerca del espesor de los estratos de suelo y de la profundidad de la roca o suelo firme en un sitio. Los métodos por refracción se conducen por impactos sobre la superficie, como en el punto A en la figura 2.44a, y observando la primera llegada de la perturbación (ondas de esfuerzo) en varios otros puntos (por ejemplo, B, C, D,..). El impacto se crea por un golpe de martillo o por pequeñas cargas explosivas. La primera llegada de ondas perturbadoras en varios puntos es registrado por geófonos.

El impacto sobre la superficie del terreno crea dos tipos de onda de esfuerzos: ondas P (u ondas planas) y ondas S (u ondas de corte). Las ondas P viajan más rápido que las ondas S; por consiguiente, la primera llegada de ondas perturbadoras estará relacionado con las velocidades de las ondas P en varios estratos. La velocidad de las ondas P en un medio es 

donde E = módulo de elasticidad del medio
y = peso específico del medio
g = aceleración debido a la gravedad
p = relación de Poisson
Para determinar la velocidad, u, de las ondas P en varios estratos y el espesor de los mismos, se usa el siguiente procedimiento. 

 Figura 2.44 Sondeo por refracción sísmica

1. Obtenga los tiempos del primer arribo, t1, t2, t3,..., en varias distancias x1, x2, x3,..., desde el punto de impacto.

2. Trace una gráfica del tiempo t contra la distancia x. La gráfica se verá como la mostrada en la figura 2.44b. 

3. Determine las pendientes de las líneas ab, bc, cd,... 

 donde v1, v2, v3,... son las velocidades de las ondas P en los estratos 1, II, ifi,. . . , respectivamente (figura 2.44a).

4. Determine el espesor del estrato superior con la expresión

El valor de x se obtiene de la gráfica, como muestra la figura 2.44b.

5. Determine el espesor del segundo estrato Z2, mostrado en la figura 2.44a, con la expresión

donde Ti2 es el cruce de tiempo de la línea cd en la figura 2.44b prolongada hacia atrás.

Véase Dobrin (1960) y Das (1992) para la obtención detallada de estas ecuaciones y más información al respecto.

Las velocidades de las ondas P en varios estratos indican los tipos de suelo o roca que se encuentran debajo de la superficie del terreno. El rango de velocidades de las ondas P que se encuentran generalmente en varios tipos de suelo y roca a pequeñas profundidades se da en la tabla 2.10.

Al analizar los resultados de un sondeo por refracción, dos limitaciones deben tenerse en mente:

1. Las ecuaciones básicas del sondeo por refracción, es decir; las ecuaciones (2.49) y (2.50), se basan en la suposición de que la velocidad de la onda P es tal que v1 <v2 <v3 <

2. Cuando un suelo está saturado debajo del nivel freático, la velocidad de la onda P puede ser engañosa. Las ondas P viajan a una velocidad aproximada de 1500 m/s (5000 pies/s) a través del agua y para suelos secos y sueltos, la velocidad es menor a 1500 mIs. Sin embargo, en una condición saturada, las ondas

viajarán a través del agua presente en los espacios de vacío con una velocidad aproximada de 1500 m/s (5000 pies/s). Si la presencia de agua freática no ha sido detectada, la velocidad de la onda P puede ser erróneamente interpretada e indicar un material más resistente (por ejemplo, una arenisca) que la real in situ. En general, las interpretaciones geofísicas deben siempre ser verificadas mediante resultados obtenidos de perforaciones.

TABLA 2.10 Rango de la velocidad de las ondas P en varios suelos y rocas 

Exploración Geofísica – Suelos.

Varios tipos de procedimientos de exploración geofísica permiten una rápida evaluación de las características del subsuelo. Éstos permiten una rápida cobertura de grandes áreas y son menos caros que la exploración convencional por medio de barrenos. Sin embargo, en muchos casos, una interpretación definitiva de los resultados es difícil. Por esa razón, esos procedimientos deben usarse sólo para trabajos preliminares. Aquí se presentan tres tipos de procedimientos de exploración geofísica: método por refracción sísmica, método sísmico cross-hole y método por resistividad eléctrica. 

-Sondeo por Refracción Sísmica.

-Sondeo sísmico cross-hole.

-Sondeo por Resistividad.

Permeabilidad Hidráulica - Prueba de con Obturador.

La prueba con obturador (figura 2.43) puede llevarse a cabo en una porción del barreno durante o al término de la perforación. Se suministra agua a la porción del barreno de la prueba bajo presión constante. La permeabilidad hidráulica se determina

donde k = permeabilidad hidráulica
         Q = gasto constante de agua hacia el agujero
         L = longitud de la porción del agujero bajo prueba 

         r = radio del agujero
        H = carga diferencial de presión

Note que la carga diferencial de presión es la suma de la carga de gravedad [H(gravedad)] y la carga de presión [H(presión)]. La prueba con obturador se usa principalmente para determinar la permeabilidad hidráulica de rocas y suelos.

FIGURA 2.43  Determinación de la Permeabilidad hidráulica prueba de con Obturador.

Permeabilidad Hidráulica - Prueba de extremo abierto.

El primer paso en la prueba del extremo abierto (figura 2.42) es efectuar un barreno hasta la profundidad deseada. Se hinca luego una funda o ademe hasta el fondo del barreno. Se suministra agua a razón constante desde la parte superior de la funda y el agua escapa por el fondo. El nivel del agua en la funda debe permanecer constante. Una vez que se establece un gasto permanente de agua, la permeabilidad hidráulica puede determinarse como 

donde k = permeabilidad hidráulica
         Q = gasto constante de agua suministrada al barreno
          r = radio interior de la funda
         H = carga diferencial de agua

Cualquier sistema de unidades consistentes puede usarse en la ecuación (2.44).

La carga, H, se define en la figura 2.42. Note que para pruebas de presión (figura 2.42c y 2.42d) el valor de H está dado por 

FIGURA 2.42  Permeabilidad hidráulica prueba de extremo abierto.

Determinación de la Permeabilidad Hidráulica en el Campo - Suelos.

Ahora se dispone de varios tipos de pruebas de campo para determinar la permeabilidad hidráulica del suelo. Dos procedimientos fáciles de pruebas descritas por el U.S. Bureau of Reclamation (1974) son la prueba de! extremo abierto y la prueba con obturador.

-Prueba de extremo abierto.

-Prueba de con Obturador.

Preparación de los Registros de Perforación – Construcción.

La información detallada obtenida de cada barreno se presenta en forma gráfica llama- cia registro de la perforación. Conforme se avanza hacia abajo con un barreno, el perforista debe generalmente indicar la siguiente información en un registro estándar:

1. Nombre y dirección de la compañía perforadora.
2. Nombre del perforista.
3. Descripción y número de la tarea.
4. Número y tipo de barreno y localización del mismo.
5. Fecha de la perforación.
6. Estratificación del subsuelo, que puede ser obtenida por observación visual del suelo sacado por barrena, penetrómetro estándar o tubo Shelby de pared delgada.
7. Elevación y fecha del nivel freático observado, uso de ademe y pérdidas de lodo, etcétera.
8. Resistencia a la penetración estándar y la profundidad de la prueba por penetración estándar SPT
9. Número, tipo y profundidad de la muestra de suelo recolectada.
10. En el caso de extracción de núcleos, el tipo de barril usado y para cada corrida, la longitud real del núcleo, la longitud del núcleo recuperado y la RQD.

Esta información nunca debe dejarse a la memoria porque frecuentemente conduce a registros erróneos. 

FIGURA 2.41  Registro Típico de Perforación.

Después de terminar las pruebas necesarias de laboratorio, el ingeniero geotécnista prepara un registro final que incluye notas del registro de campo del perforador y los resultados de las pruebas realizadas en el laboratorio. La figura 2.41 muestra un registro típico de perforación, los cuales tienen que anexarse al reporte final de exploración del suelo entregado al cliente. Note que la figura 241 también muestra las clasificaciones de los suelos en la columna izquierda, junto con la descripción de cada suelo (basado en el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos).

Extracción de Núcleos de Roca.

Cuando se halla un estrato de roca durante una perforación, es necesario efectuar una extracción de núcleos de la misma, para lo cual, un barril de extracción de núcleos se une a la barra perforadora. Un trépano saca muestras se conecta al fondo del barril (figura 2.40). Los elementos de corte usados son diamante, tungsteno, carburo, etc. La tabla 2.8 resume los varios tipos de barril y sus tamaños, así como las barras perforadoras compatibles comúnmente usadas para la exploración de las cimentaciones. El trépano avanza por perforación rotatoria, se hace circular agua a través de la barra de perforación durante la extracción y los recortes son lavados hacia afuera.

Se dispone de dos tipos de barriles: el barril para núcleo de tubo simple (figura 2.40a) y el barril para núcleo de tubo doble (figura 2.40b). Los núcleos de roca obtenidos con barriles de tubo simple podrían estar sumamente alterados y fracturados debido a la torsión. Los núcleos de roca menores que el tamaño BX tienden a fracturarse durante el proceso de extracción.

Cuando las muestras se recuperan, la profundidad de recuperación debe ser apropiadamente registrada para su posterior evaluación en el laboratorio. Con base en la longitud del núcleo de roca recuperado en cada corrida, las siguientes cantidades se calculan para una evaluación general de la calidad de roca encontrada.

  2.42 

FIGURA 2.39  Carta de la determinación  de la descripción del suelo y el peso unitario. Nota 1 ton/m3 = 9.81 KN/m3

FIGURA 2.40 Extractor de rocas ; (a) barril extractor de tubo simple (b) barril extractor de tubo doble

TABLA 2.8   Tamaño estándar y designación del ademe, barril de núcleos y barras compartidas de perforación 

TABLA 2.9   relación entre calidad de roca in situ  y RQD

Una relación de recuperación de 1 indicará la presencia de roca intacta; para rocas altamente fracturadas, la relación de recuperación es de 0.5 o menor. La tabla 2.9 presenta la relación general (Deere, 1963) entre el RQD y la calidad de la roca in situ.