Calicatas y Estratigrafía

Estudios de Terreno para Calicatas. MC-V2, 2018

Alcance 

Posteriormente de cumplidas las etapas referidas en 2.502, todo estudio geotécnico debe contar con un reconocimiento preciso del terreno, en el que participarán el Jefe de Proyecto y los Especialistas de la superficie.

El principal objetivo de este reconocimiento es evidenciar e integrar los antecedentes geotécnicos conseguidos en los estudios previos, aportando antecedentes que faciliten  a elegir las rutas que deben pasar a la fase de anteproyecto y posibilitando una mejor programación de la exploración que se ejecutará en fases posteriores.

Mediante la observación de cortes naturales y/o artificiales causados por erosión o deslizamiento será viable, en general, precisar las principales unidades o estratos de suelos superficiales.

Para lograr el máximo provecho de estos reconocimientos será siempre de gran conveniencia  disponer de los planos topográficos pertinentes y, que suceda, la ubicación aproximada de los posibles ejes asociados a diversas rutas, en lo posible con kilometrajes de reseña. Lo anterior permite especificar con sus dimensiones verdaderas los principales problemas del trazado.

Especial importancia debe proporcionar en esta fase a la identificación de zonas vedadas o poco recomendables para situar un trazado, tales como zonas de deslizamientos activos, laderas rocosas con fractura miento como planos paralelos a las superficies de los cortes, zonas pantanosas dificultosos de drenar, zonas expuestas a inundaciones, zonas con problemas ambientales.

Medios de Reconocimiento del Terreno

Dependiendo de la calidad de detalle que se quiera conseguir en estas visitas de reconocimiento, así como de las características de transitabilidad del terreno se podrá elegir por alguno de los medios  siguientes:

Análisis por vía terrestre (vehículo motorizado, caballo o a pie).

Inspección por vía aérea (empleando helicóptero).

Registro Geológico Geotécnico de la Ruta

Establecido en los antecedentes que el Consultor ha derivado de la revisión de antecedentes, así como de los estudios primordiales de interpretación llevados a cabo en fotos aéreas del o los corredores y sus posibles alternativas, se provendrá a ejecutar la etapa de terreno para la caracterización de las condiciones geológicas y geotécnicas, estrechando sus condiciones, tipologías y riesgos relacionados.

Los saberes de Registro Geotécnico de las Rutas existirán aplicables a todo trazado que implique alternativas (Estudio Preliminar o Anteproyecto) que ya esté definido y se requiera su estudio de detalle. Por esto resulta forzoso contar con planos que precisen los corredores y ejes planteados en los Estudios Preliminares, en lo viable escala 1:5.000 ó 1:10.000 y de escalas ascendentes en los niveles más adelantados de estudio. Patentemente los ejes deben referir con indicación de las Distancias acumuladas “Dm” que consientan una ajustada 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, consentirá una valoración constante hasta lograr el diseño óptimo en cuanto a localización y discernimiento de los parámetros de diseño.

El camino de terreno tiene por objetivo definir un Plano de Sectorización Geológico Geotécnica el cual mostrará las condiciones del terreno orientado a la finalidad perseguida, la cual básicamente reside en establecer la funcionalidad del terreno respecto de los cortes que se deberán verificar en él, los taludes de estos cortes y la calidad de los materiales para efectos de remoción y soportación. Asimismo este estudio accederá conocer la potencialidad de riesgo geológico geotécnico que conmovería al trazado, su recurrencia y magnitud esperada así como casual medidas mitigatorias.

El Plano de Sectorización Geológico Geotécnico comprenderá un ancho minúsculo de unos 100 m hacia ambos lados de lo que estará un primer trazado consolidado. Este ancho creará una franja que consentirá desplazamientos de ajuste del eje del trazado. En caso de ajustes mayores, que escapen fuera de la zona mapeada, se provendrá a la ampliación de ésta lo bastante para cubrir los nuevos requerimientos de averiguación. Resulta provechoso consignar lo observado en terreno en un instrumento como la “Ficha de Registro Geológico-Geotécnico”.

En aquellos sectores específicos o singulares, tales como obras de arte, puentes pasos de quebradas o áreas geológicas o geotécnicamente específicos, se provendrá a levantamientos especiales a escalas adecuadas al nivel de estudio que se esté desarrollando, y a la problemática que se deba solucionar o aclarar. Estas insurrecciones geológicas especiales accederán definir sectores de prospecciones determinadas las que se orientarán para estudiar el subsuelo y conocer sus condiciones geotécnicas a modo de precisar las soluciones de diseño que se requieran.

El reconocimiento incumbirá a lo que se indica a continuación, de acuerdo a contextos geológico geotécnicas específicas:

Rocas. Se provendrá al reconocimiento de rocas precisando para ello su origen, tipo y estructuras principales que contiene. Las rocas existirán descritas basándose en su litología y condiciones geotécnicas. Se dispensar el aspecto de análisis geotécnico y estructural, como modo de precisar las características propias de los materiales que deben ser movidos así como su capacidad de sustentáculo de taludes y necesidades de soportación.

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

Las estructuras menores, del tipo diaclasas, concurrirán representadas en redes tipo Schmidt con el objeto de instituir la estabilidad de cortes frente a la posibilidad de reproducción de cuñas que puedan deslizar. El sistema descrito consentirá conocer sectores que solicitarán soportación especial o, alternativamente, cortes con diseño más tendido o más parado. En todo corte, pendiendo de su altura, el balance entre el ángulo del corte versus la soportación que se solicita para asegurar su estabilidad, se resuelve esencialmente por las condiciones geotécnicas de los materiales involucrados.

Alteración y Descomposición. Se narrará 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 elementos de mayor influencia en la calidad de la roca para los efectos de su capacidad de separación y para la definición de los taludes de corte que se solicitan.

Suelos. Se examinarán 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 precisarán sus diferentes orígenes los cuales indican a su vez condiciones del material. Cada unidad será identificada en cuanto a comienzo, espesor, tipos geotécnicas, aspectos hídricos, excavabilidad y taludes de corte que son capaces de aguantar. Al igual que las zonas de rocas, se debe valorar en cada caso la relación que existe entre la altura de los cortes, el ángulo de corte y la soportación solicitada para asegurar su estabilidad. El balance de estos parámetros debe conceder soluciones de diseño estables a un costo razonable.

Riesgos. Serán examinados y evaluados todos los riesgos que se establezca 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 determinados en forma preliminar por el estudio fotogeológico que se ha ejecutado en etapas previas de los estudios.

Definición de Prospecciones para el Diseño

Las conclusiones del reconocimiento mostrarán la necesidad de exploraciones solicitadas, a su vez contendrá toda la información del subsuelo que viva en el área la cual puede provenir de cortes naturales, investigaciones pasadas, planes anteriores, otros.

Fundamentalmente las exploraciones que se proyecten en el trazado de la Ruta incumbirán a la necesidad de precisar los tipos geológico geotécnicas de las unidades presentes en el trazado y a conocer parámetros de diseño para obras específicos, tales como magnos cortes, fundaciones de Obra de Arte, de Puentes, etc. En frecuente estas prospecciones se verificarán de preferencia en las unidades de superficies o materiales no consolidados modernos mediante calicatas y, eventualmente, sondajes. Los sectores de roca, para enseres de los diseños requeridos en la Ruta, serán  valorados con reconocimiento directo mediante golpazos de martillo (variación), brújula (estructuras), prospecciones sísmicas (afirmación en profundidad). Para el asunto de Túneles distinguir 3.803.3 del Apartado 3.800 “Túneles” del MC-V3.

Expresión de Resultados

Las deducciones del reconocimiento realizado y su evaluación serán mostrados en planos de planta a escala ajustada la que se estima incumbe a 1:5.000 ó 1:10.000 para Estudios Preámbulos y en progresión 1:2.000 en Anteproyecto o Proyecto Concluyente. Sin embargo se lograrán efectuar levantamientos especiales de referencia a escala 1:1.000. Los planos de planta poseerán perfiles aclaratorios de subsuperficie en aquellos territorios que lo requieran, así como apoyo de notas de terreno aclaratorias.

Distancia Acumulada (Dm): Iguala el tramo.

Características Geológico-Geotécnicas: Se muestran las características geológicas geotécnicas de cada tramo subrayando unidades presentes, meteorización, espesores.

Condición Hídrica: En esta columna se muestra la alternativa de aspecto de nivel freático su profundidad, evento de cauces esporádicos o permanentes.

Excavabilidad: Se mostrará la estimación en porcentaje de la excavabilidad del material en el tramo la cual se apartará entre material común, ripeable y removible con inaudito o roca de buena calidad geotécnica.

Observaciones: En esta columna se mostrarán aspectos especiales de cada tramo tales como prospecciones solicitadas, elaboradas, perfiles explicativos, cuadro de riesgos, entre otros.

La Ficha de Registro consentirá establecer los principales contextos para el diseño, evaluación, cubicación y especulación de un diseño seguro y en un rango económico aceptable.

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

• Creencia del Perfil Estratigráfico
• Ensayes en Sitio
• Cálculos de Deflexión
• Prospección Geofísica

De los ordenamientos y métodos anteriores, la Prospección Geofísica y en particular, el método de refracción sísmica, en corriente debe unir en los estudios; al menos en aquellos donde se suponga aspecto de roca de cierta importancia, como una perfección a los otros métodos de exploración.

Reconocimiento del Perfil Estratigrafico 

Alcance

El reconocimiento del perfil estratigráfico se ejecuta por tres razones: para establecer las distintas masas o estratos de suelo o roca existentes en las áreas de establecimiento o de yacimiento que interesa estudiar, para obligar las dimensiones de los diferentes estratos o depósitos; y para conocer aproximadamente las posesiones geotécnicas que muestran los diferentes suelos o rocas que forman el perfil estratigráfico.

En el proceso de alineación del suelo deben diferenciar tres factores que, en general, se topan coligados. El primero se relata a la desintegración que incumbe a la separación en fragmentos de la roca debido a agentes físicos, tales como expansiones, contracciones térmicas, acción de los hielos, desgaste por viento y agua, etc. El secundario es la descomposición que incumbe a los procesos químicos de oxidación, hidratación, acción de los ácidos orgánicos, etc. Últimamente, la transportación que incumbe al traslado desde su punto de principio por uno o más de los siguientes agentes naturales: gravedad, agua, viento o hielo. Si el suelo persiste en su punto de origen, es decir, no ha estado sujeto a transportación, se designa suelo residual. En caso contrario, suelo transportado.

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

El programa de exploración que se elija corresponderá tener la suficiente flexibilidad para poder acomodarse a los imprevistos geotécnicos que se muestran con frecuencia. Debe poseer 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 las constituyes u obras que suelen aprenderse, 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 reflexionarse las siguientes pautas generales:

Situar puntos de prospección a distancias aproximadamente emparejes, para luego densificar la investigación si se estima pertinente.

Examinar aquellas zonas en que se poseen cortes de importancia, ubicando los puntos de cambio de la inclinación de corte a terraplén para echar de ver el material a nivel de la

Examinar aquellos sectores que aguantarán rellenos o terraplenes de importancia y aquéllos en que la inclinación se ubica muy próxima al terreno natural (h < 0.6 m).

Mostrarse de acuerdo el subsuelo en aquellos puntos en que se ubican obras de arte y estructuras

Igualar la existencia de suelos susceptibles a las heladas, en zonas sometidas a ciclos de hielo – deshielo

Los métodos más utilizados para los estudios de superficie que consienten establecer el perfil estratigráfico del suelo son:

• Calicatas y Ensaye de Cono Dinámico.
• Ensaye de Cono Portátil de Penetración Dinámica.
• Prueba de Perfiles de Refracción Sísmica.

Calicatas y Zanjas

Campo de Aplicación

Las calicatas y zanjas consienten la inspección directa del suelo que se apetece investigar y por lo tanto, es el método de exploración que normalmente entrega la información más confidencial y completa. Las zanjas de reconocimiento son de uso poco frecuente y se guardan al estudio de laderas o cortes conflictivos.

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

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

Métodos de Excavación

Las calicatas y zanjas pueden ejecutarse 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 menores a 0,8 x 1,0 m a fin de consentir una adecuada inspección de las paredes. En el caso de excavación mecanizada corresponderá dejarse al menos una de las paredes lo menos remoldeada y contaminada posible, de modo que represente exactamente el perfil estratigráfico real del pozo.

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

Estratigrafía Visual

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

Se estima recomendable manejar como pauta las definiciones y recomendaciones contenidas en la regla ASTM D2488, designada «Descripción de Suelos (Forma Visual-Manual)».

Estos retratos visuales corresponderán contener como mínimo los siguientes antecedentes:

• Caracterización de la calicata o zanja mediante un número, detallando su ubicación respecto del kilometraje del eje o sus coordenadas, nombre del inspector y fecha de la inspección.
• Profundidad
• Profundidad de la napa de agua, relatada al nivel del terreno natural, y fecha de observación.
• Profundidades entre las que se desarrolla el estrato por describir, referidas al nivel de terreno
• Representación del suelo empleando la terminología que se da en las Tablas 2.503.202(3).A y 2.503.202(3).B, como se trate de suelos gruesos o finos,
• Cantidad y tipo de las muestras tomadas en la calicata.
• Observaciones y otras características.

Procedimientos manuales suplementarios que pueden manipularse para precisar la codificación del suelo en casos límites. Depositar el dato en la zona destinada a observaciones en el reglamentario 2.503.202(3).A, cuando sea oportuno.

Muestreo

A partir las paredes y piso de las calicatas y zanjas corresponden obtenerse las muestras que existirán llevadas a laboratorio. Las cantidades de muestras serán las detalladas en la Aparato 2.504.

Todas las muestra que se adquieran corresponderán ser perfectamente identificadas, conteniendo a lo menos los siguientes datos: Nombre del Proyecto (Mensaje Clave); caracterización de la calicata o zanja; profundidad a la que fue despojada; nombre de la persona que la tomó y fecha de obtención.

Se distinguen dos tipos de muestras por obtener:

Muestras Perturbadas. Son muestras que estancan la composición íntegra del suelo, aunque no su estructura. Se logran 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 almacenarse en bolsas o sacos impermeables y de resistencia ajustada. Cada bolsa o saco debe identificarse clara

Muestras Inalteradas. Son muestras que, además de personificar la composición del suelo, almacenan la estructura interna del mismo. Este tipo de modelo se recorta de las paredes de los pozos y enreda a estratos bien definidos. Después de cortadas deben revestirse con una capa de parafina sólida empleada con brocha, alternativamente pueden envolverse con varias capas de film plástico deformable, como el que se usa para envolver

Es provechoso agregar alrededor de un 30% de cera virgen a la parafina sólida, con el objeto que la capa protectora sea menos severa. 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 método anterior debe colocarse en cajas de madera con aserrín u otro producto que actúe como amortiguador de golpes.

Las muestras inalteradas corresponderán 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 preferirse 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 corresponden limitar energías 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.

Ensayes en Sitio. En las calicatas, incluso en las zanjas, es posible ejecutar ensayes en sitio tales como pruebas de carga con placa, CBR, permeabilidades, medidas de densidad, etc. Las pruebas de carga pueden ejecutarse contra el fondo de la perforación o contra las paredes de la misma.

Los tanteos de permeabilidad pueden ser del ejemplo 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 ejecutar un ensaye en sitio en una calicata o zanja, la excavación corresponderá realizarse considerando este hecho, dado que este tipo de prueba obliga a tomar medidas especiales que establecen la forma de la excavación. Es así como la toma de densidades en sitio obliga a ejecutar éstas a medida que la excavación se realiza o bien es necesario dejar bancos intermedios.

Otros tipos de ensayes que también pueden archivarse 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 natural y se aplican exclusivamente a suelos finos con alto contenido de agua. El primero de ellos indica cerca de la resistencia a la compresión no confinada y el segundo, cerca de la resistencia no drenada o cohesión aparente. Los resultados logrados deben considerarse como cualitativos y pueden ser correlacionados con valores obtenidos sobre muestras no perturbadas en laboratorio.

Fuentes:

Fuentes:

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