1. TITULO:

“INFLUENCIA DE LA GRANULOMETRIA EN LA RESISTENCIA A L ESFUERZO CORTANTE DE SUELOS GRANULARES”

2. NOMBRE DEL INVESTIGADOR:

Jonathan David Mendoza Chávez

3. LUGAR DONDE SE VA A DESARROLLAR LA INVESTIGACION

Instalaciones del laboratorio de Mecánica de Suelos - facultad de Ingeniería civil - Universidad Nacional de San Agustín, Cercado de Arequipa, Arequipa-Perú.

4. TUTOR

ING. PABLO ANTONIO VALDÉZ CÁCERES

5. FECHA DE INICIO

Abril del 2012

6. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Desde el instante en que las propiedades de los suelos adquirieron importancia práctica, se ha querido, con frecuencia correlacionar las características granulométricas con las constantes del suelo necesarias para resolver los problemas de la práctica, pero dada la naturaleza discontinua del suelo surgen dificultades que hacen difícil esta tarea.

Se ha sostenido que la fricción interna de las arenas bien graduadas compactadas, es mayor que la que corresponde a arenas uniformes en la misma condición, pero depende también de la forma de los granos, y de la rugosidad de las superficies. Así por ejemplo los ángulos de fricción interna de dos arenas de granulometrías idénticas pueden ser muy diferentes.

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La idea original para la investigación, estaba referida a la estructura del suelo y las presiones que se generaban bajo cimentaciones, pero fue cambiada porque no se conocían los métodos para recolectar información necesaria y porque las variables no estaban bien definidas.

Se escogió el tema de la resistencia al esfuerzo cortante, porque en su estudio se puede observar como la naturaleza del suelo se muestra marcadamente discontinua.

Para delimitar la investigación, se tomaron en cuenta los recursos con los q cuenta la Universidad Nacional de San Agustín, llámese, laboratorio de mecánica de Suelos de la facultad de ingeniería Civil. Es así como quedó: “INFLUENCIA DE LA GRANULOMETRIA EN LA RESISTENCIA A L ESFUERZO CORTANTE DE SUELOS GRANULARES”

7. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Evaluar la resistencia de suelos arenosos para diversas condiciones granulométricas; en el mismo suelo y para suelos diferentes con la misma composición granulométrica.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Medir el ángulo de fricción interna de arenas con distintos grados de uniformidad, conservando el tamaño promedio de los granos constante.

Medir el ángulo de fricción interna de arenas con tamaños promedio de sus granos diferentes, conservando un solo grado de uniformidad.

8. JUSTIFICACIÓN

La investigación servirá para estimar la resistencia de los suelos gruesos, a partir de su granulometría. Los suelos son impredecibles y varían su resistencia con el tiempo. La investigación debe realizarse porque es necesario conocer esa resistencia, y qué mejor, a partir de un ensayo tan sencillo, como el de su análisis granulométrico.

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La investigación no espera trascender para la sociedad, dado que ya se realizaron otras investigaciones similares, cuyos resultados no pudieron aplicarse satisfactoriamente a los problemas de ingeniería. Pero si tiene algún valor teórico.

Los resultados de la investigación pueden servir para revisar las ecuaciones de la “mecánica del estado crítico”, que relaciona el índice de vacios de los suelos con su resistencia en el estado crítico. Así comparar el resultado que predice la teoría con los resultados de la investigación.

La investigación permitirá establecer mejoras en la forma de experimentar, a fin de evitar, la densificación de la muestra durante el ensayo de compresión triaxial, en este caso.

9. VIABILIDAD

Los recursos materiales, se encuentran disponibles por cuanto, se realiza en las instalaciones del laboratorio de Mecánica de Suelos - facultad de Ingeniería civil - Universidad Nacional de San Agustín, cuya institución otorga las facilidades para su realización.

Los recursos humanos y financieros, dependen en gran medida del tiempo previsto para su realización. No se puede estimar con precisión el tiempo que toma la investigación, por un aspecto técnico; no se pudo establecer una metodología para la toma de muestras de manera representativa.

10. HIPÓTESIS

Cuando aumenta la uniformidad en las arenas ensayadas, disminuye su ángulo de fricción interna .Para un tamaño de sus granos (D50).

UNF PHI , D50 cte.

Para suelos con partículas pequeñas (D50 < Dcontrol ) se tienen ángulos de fricción interna grandes, y para suelos con partículas grandes (D50 > Dcontrol ) se tienen ángulos de fricción interna pequeños. Para arenas bien gradadas.

D50 PHI , UNF cte.

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Variables.-

VARIABLE DEFINICIÓN CONCEPTUAL DEFINICIÓN OPERACIONAL

UNIFORMIDAD DEL SUELO (UNF)

Representado por el coeficiente de uniformidad (Cu).

El coeficiente de uniformidad representa la extensión de la curva de distribución granulométrica, a mayor extensión, se tendrá una mayor variedad de tamaños

(para arenas bien graduadas: Cu > 6)

Análisis granulométrico (por el método mecánico), para la determinación del 60% más fino y 10 % más fino (curva de frecuencias acumuladas).

Cu= D60/D10

TAMAÑO MEDIO DE LOS GRANOS (D50)

En la curva de distribución granulométrica; si una serie de datos se colocan en orden según su magnitud, el valor medio que divide al conjunto de datos en dos partes iguales es el D50

La distribución granulométrica (curva de frecuencias acumulada) sirve para calcular unos índices que se conocen como DECILES, los cuales se calculan trazando sobre la gráfica unas líneas horizontales a partir de los porcentajes 10, o en este caso 50%.Que cortan a la curva y al bajarlas de manera perpendicular al eje x se obtiene el valor de dicho decil.D50

ÁNGULO DE FRICCION INTERNA (PHI)

Ángulo cuya tangente es la pendiente (en una gráfica) de la resistencia al corte del suelo respecto a la presión normal efectiva.

Aparato digital de corte directo, ASTM- D3080, AASHTO T236. SOILTEST

-De velocidad regulable (0.001 mm a 9.999 mm por minuto).

-Caja de corte para muestra de 2.5” de diámetro.

-Fuerza de corte máxima 4.5KN.

-Carga vertical máxima de 1000 KN, relación de palanca 1:10.

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11. ESTRUCTURA CAPITULAR

11.1 Cap. 1.- Estado del conocimiento

11.1.1 Mecánica de suelos. Aportes de Karl Terzaghi.

11.1.2 Ángulo de reposo de las arenas; concepción antigua y concepción moderna.

11.2 Cap. 2.- Criterio de falla de Mohr- Coulomb en Suelos

11.2.1 Ángulo de fricción interna de las arenas.

11.2.2 Ensayo de corte Directo, ensayo de compresión triaxial.

11.3 Cap. 3.- Metodología de la investigación

11.3.1 Objetivos

11.3.2 Justificación

11.3.3 Hipótesis

11.3.4 Diseño de la investigación

11.4 Cap. 4.- Selección de la muestra

11.4.1 Delimitación de la Población

11.4.2 Tamaño de la muestra

11.4.3 Muestreo probabilístico por segmentos

11.5 Cap. 5.-Recolección de los datos

11.5.1 Recolección en campo

11.5.2 Recolección en Laboratorio

11.5.3 Descarte de muestras No representativas

11.5.4 Capacitación del personal

11.6 Cap. 6.- Análisis de los datos

11.6.1 Estadística descriptiva de la granulometría

11.6.2 Medidas de tendencia central

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11.6.3 Análisis paramétricos

11.6.3.1 Distribución poblacional de la variable dependiente (ángulo de fricción interna)

11.6.3.2 Regresión lineal: UNF -- PHI, coeficiente de correlación de Pearson

11.6.3.2 Regresión lineal: D50 -- PHI, coeficiente de correlación de Pearson

11.6.4 Tablas y gráficos

11.7 Cap. 7.- Resultados

11.7.1 Conclusiones

11.7.2 Recomendaciones

12. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

12.1 Diseño de la investigación

Se plantea un diseño experimental porque a lo largo de la investigación se van a generar situaciones para establecer el efecto (en algunos casos se llega a correlacionar) de una causa que se manipula. Aquí se manipula la granulometría y se mide el efecto de ésta en la resistencia del suelo (manifestado en ángulo de fricción interna). Además la investigación tiene alcance correlacional- explicativo.

12.1.1 Grupos

GF1: Arena FINA con gran variedad de tamaños (Cu =100), D50=0.1 mm

GF2: Arena FINA con apreciable variedad de tamaños (Cu =16), D50=0.1 mm

GF3: Arena FINA con ligera similitud de tamaños (Cu =4), D50=0.1 mm

GF4: Arena FINA con apreciable similitud de tamaños (Cu =2), D50=0.1 mm

GF5: Arena FINA con elevada uniformidad (Cu =0.5), D50=0.1 mm

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GM1: Arena MEDIA con gran variedad de tamaños (Cu =100), D50=0.5 mm

GM2: Arena MEDIA con apreciable variedad de tamaños (Cu =16), D50=0.5 mm

GM3: Arena MEDIA con ligera similitud de tamaños (Cu =4), D50=0.5 mm

GM4: Arena MEDIA con apreciable similitud de tamaños (Cu =2), D50=0.5 mm

GM5: Arena MEDIA con elevada uniformidad (Cu =0.5), D50=0.5 mm

GT1: Arena GRUESA con gran variedad de tamaños (Cu =100), D50=1.5 mm

GT2: Arena GRUESA con apreciable variedad de tamaños (Cu =16), D50=1.5 mm

GT3: Arena GRUESA con ligera similitud de tamaños (Cu =4), D50=1.5 mm

GT4: Arena GRUESA con apreciable similitud de tamaños (Cu =2), D50=1.5 mm

GT5: Arena GRUESA con elevada uniformidad (Cu =0.5), D50=1.5 mm

GC: Arena MEDIA bien gradada (Cu =6), D50=0.5 mm

12.1.2 Para lograr la equivalencia de los grupos. FUENTES de invalidez interna

ESPECIFICACIONES:

-Deberá evitarse la utilización de otra máquina distinta al Aparato digital de corte directo, ASTM- D3080, AASHTO T236. SOILTEST, durante el desarrollo de la investigación.

-Se deberá tomar especial atención con las muestras de arena FINA, a fin de mantener constante la cantidad de muestra ensayada(los granos se suelen atascar en las mallas, que se utilizan en el ensayo de análisis granulométrico).En caso de pérdida sustancial de muestra, los ensayos sobre arena MEDIA y GRUESA, deberán efectuarse con pesos iguales de a la de arena FINA restante.

-Los ensayos deberán realizarse sobre muestras que no hayan sido ensayadas previamente a fin de no desgastar los granos de arena ( el ángulo de fricción interna también depende de la forma de los granos).

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-Para la preparación de la muestra, se deberán preparar las muestras con ligera variedad de tamaños, después de seleccionar las muestras de arena UNIFORME.A fin de evitar la densificación de los suelos, con sus correspondientes distorsiones en los valores de PHI.

12. PRESUPUESTO

13. CRONOGRAMA

ACTIV / SEMANA SEM 1 SEM 2 SEM 3 SEM 4 SEM 5APROBACION DEL PLAN

CAPACITACION DE PERSONALTRABAJO DE CAMPOTRABAJO DE LABORATORIOANÁLISIS DE LOS RESULTADOS Y SUSTENTACIÓN

15. BIBLIOGRAFIA

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