proyecto geotecnico de geotecnia ii
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UNIVERSIDAD DE SUCRE | 2012
PROPUESTA
DE
CIMENTACIÓN
ESTUDIO GEOTÉCNICO PARA LA CONSTRUCCIÓN DE UNA ESTRUCTURA APORTICADA DE CONCRETO REFORZADO DE TRES PISOS CON SOTANO EN LA UNIVERSIDAD DE SUCRE.
ESTUDIO GEOTÉCNICO PARA LA CONSTRUCCIÓN DE UNA ESTRUCTURA
APORTICADA DE CONCRETO REFORZADO DE TRES PISOS CON SOTANO EN
LA UNIVERSIDAD DE SUCRE.
YULIANA ROCIO PEREIRA SOLANO
MANUEL FERNADO GOMEZ PEREZ
JHON JAIRO OSORIO ROMAN
RAFAEL SAMITH MAJARREZ HERRERA
DOCENTE:
ING. RODRIGO HERNÁNDEZ ÁVILA
GEOTECNIA II
UNIVERSIDAD DE SUCRE
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL
SINCELEJO - SUCRE 2012
TABLA DE CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN
2. OBJETIVOS
2.1. OBJETIVO GENERAL
2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
3. JUSTIFICACION
4. MARCO CONCEPTUAL
5. INFORMACION DEL PROYECTO
5.1. NOMBRE DEL PROYECTO
5.2. LOCALIZACION DEL PROYECTO
5.3. OBJETIVO DEL ESTUDIO
5.4. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO
5.5. SISTEMA ESTRUCTURAL
5.6. EVALUACIÓN DE CARGAS
6. INFORMACION DEL SITIO DE EXPLORACION
6.1. UBICACIÓN
6.2. ESTRUCTURAS VECINAS
6.3. DRENAJE
6.4. VEGETACIÓN
6.5. EXPLORACION DEL SUBSUELO
6.5.1. Geología Y Morfología De La Zona
6.5.2. Profundidad De Excavación
6.5.3. Nivel Freático
6.5.4. Perfil Del Suelo
6.5.5. Equipos y herramientas empleadas para la exploración de campo
6.5.6. Procedimiento de campo
7. MEMORIA DE CALCULOS DE LOS ENSAYOS REALIZADOS EN EL
LABORATORIO
7.1. ENSAYO DE ANALISIS GRANULOMETRICO DE LA MUESTRA DE
SUELO
7.2. ENSAYO DE DETERMINACION DE LOS LIMITES DE CONSISTENCIA O
LIMITES DE ATTERBERG DE LOS SUELOS
7.3. ENSAYO DE GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SOLIDOS
7.4. ENSAYO DE PRESION INCONFINADA
7.5. ENSAYO DE CORTE DIRECTO
7.6. ENSAYO DE CONSOLIDACION
7.7. ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR
8. DISEÑO DE CIMENTACION SUPERFICIAL
8.1. ANALISIS GEOTECNICO
8.1.1. Determinación De Capacidad De Carga
8.1.2. Determinación De Asentamientos Inmediatos
8.1.3. Determinación De Asentamientos Por Consolidación
8.1.4. Determinación de Asentamientos Totales
8.2. REDISEÑO DE ZAPATAS DE CIMENTACION
8.2.1. Determinación De Asentamientos Diferenciales
9. PROPUESTA DEL DISEÑO DE LOSA DE CIMENTACION
10. PROPUESTA DEL DISEÑO DEL TALUD
11. MURO DE CONTENCION
12. CRITERIO DEL DISEÑADOR
13. RECOMENDACIONES
13.1 Recomendaciones para el Diseño
13.2 Recomendaciones para la Construcción
13.3 Recomendaciones para la Estabilidad del suelo
14. CONCLUSIONES
15. BIBLIOGRAFIA
16. ANEXOS
1. INTRODUCCION
El ser humano en su afán de satisfacer sus necesidades siempre se ha inquietado
por tener ideas, las cuales son plasmadas en diseños y finalmente se llevan a la
ejecución; Así mismo, la construcción responde a necesidades individuales y/o
colectivas con el objetivo principal de brindar edificaciones seguras, económicas,
confortables y amigas del medio ambiente; para lograr tal seguridad deseada es
menester saber que toda edificación debe soportarse sobre el terreno en forma
adecuada para sus fines de diseño, construcción y funcionamiento; por lo tanto se
debe conocer los parámetros de resistencia y características del mismo.
Ahora, para la construcción de nuestro proyecto se requiere la realización de
estudios geotécnicos mediante los cuales posible la determinación de las
dimensiones y tipo de un sistema estructural de cimentación capaz de soportar
las cargas a la cual estará sometida la estructura en general.
En relación con lo anterior, el estudio geotécnico es requisito primordial para toda
obra civil, estipulado en la norma sismo resistente del 2010 (NSR-10)
específicamente en el TITULO H; con el objetivo de que los ingenieros civiles cada
día sean más conscientes del peligro al que están expuestas las edificaciones con
los diversos ataques naturales y fallas del suelo (sismos, huracanes, fallas
geológicas, etc.), razón por la cual omitir tal requisito es un acto de gran
irresponsabilidad y falta de conciencia.
Antes de utilizar el suelo como soporte de cualquier construcción que pueda
generar en él grandes esfuerzos, se debe someter a estudio con el fin de
determinar sus características físico-mecánicas y predecir su comportamiento y
resistencia frente a la acción de las cargas que deberá soportar, para esto se
llevara a cabo diversos ensayos de laboratorio, y éstos se harán de manera
rigurosa para minimizar el margen de error, y así se garantizará la certeza de los
resultados sobre el comportamiento del suelo estudiado de una manera que no
sea tan alto el grado de incertidumbre.
Todo esto con el fin de amoldar el diseño de los cimientos a las características de
resistencia del suelo para poder garantizar así que la construcción pueda cumplir
con todas sus funciones, tanto de servicio como de resistencia frente a los efectos
que actuarán sobre ella durante su vida útil.
2. OBJETIVOS
2.1. OBJETIVO GENERAL
Diseñar una estructura de cimentación que cumpla con los requerimientos y
normatividades para una edificación aporticada de concreto reforzado de tres
pisos con sótano teniendo en cuenta las características geotécnicas en predios de
la Universidad de Sucre.
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Realizar los sondeos necesarios en el terreno para así obtener las muestras de
suelo para luego estudiar sus propiedades y características en el laboratorio.
Obtener mediante ensayos las características FÍSICO- MECANICAS del suelo
donde se planea construir para así llegar a un estudio geotécnico definitivo y
confiable.
Aplicar los resultados obtenidos mediante los ensayos en teorías de capacidad
de carga y diseño de cimentaciones.
Enmarcar el diseño en lo establecido por la norma, considerando sus
limitaciones y recomendaciones.
Determinar la profundidad de cimentación, en base a los estudios desarrollados
en laboratorio, así como también en base a estudios ya realizados o estructuras
existentes.
Proponer un sistema o tipo de zapatas a utilizar, asegurando buena respuesta a
las cargas que va ser sometida.
3. JUSTIFICACION
Las condiciones del suelo donde se piensa construir o donde se va a construir
tienen que estar en un estado que permita soportar las cargas a las cuales se va a
someter, por esta razón se necesita saber cuál es el máximo esfuerzo que puede
soportar dicho suelo para entonces sí, realizar el diseño de las cimentaciones para
que así la estructura no tenga problemas de asentamientos y ni se produzcan
grietas en los muros producto de fallas en el suelo, por esta razón el suelo es la
parte fundamental de una estructura debido a que es este el que va a soportar
todo el peso que posee la estructura, razón por la cual se necesitan saber todos
los parámetros de resistencia del suelo ya que estos brindan información sobre la
capacidad que tiene este de soportar cargas, ósea el esfuerzo último que puede
soportar.
En todo proyecto estructural es de vital importancia conocer las propiedades
mecánicas del suelo debido a que este es quien soporta todo el peso de la
estructura, como ya se había dicho anteriormente, para conocer dichas
propiedades se hace necesario realizar una serie de ensayos los cuales son
obligatorios para todo tipo de edificación según la norma NRS-10 Titulo H. Esta
norma sismo-resistente colombiana del 2010 garantiza un proceso constructivo
correcto que permitirá buena respuesta de la estructura en el momento de afrontar
eventos sísmicos, este proceso encamina todo lo relacionado con la construcción,
desde la ubicación del lote hasta la construcción o implementación del tipo sistema
estructural, una medida fundamental es el estudio geotécnico, este permite
determinar el tipo de suelo que tenemos por debajo de nuestra estructura y por
ende el comportamiento de este, y poder tomar los correctivos necesarios en caso
de tener un suelo de comportamiento no deseado.
Es primordial garantizar desde el inicio de nuestra obra, que las condiciones del
terreno nos permiten tener seguridad en el momento de construir la estructura,
que estamos frente a un suelo estable y de no ser así, poder desarrollar
alternativas que nos estabilicen el suelo.
4. MARCO CONCEPTUAL
SUELO: Se denomina suelo a la parte superficial de la corteza terrestre,
biológicamente activa, que tiende a desarrollarse en la superficie de las rocas
emergidas por la influencia de la intemperie y de los seres vivos (meteorización).
Los suelos son sistemas complejos donde ocurren una vasta gama de procesos
químicos, físicos y biológicos que se ven reflejados en la gran variedad de suelos
existentes en la tierra.
Son muchos los procesos que pueden contribuir a crear un suelo particular,
algunos de estos son la deposición eólica, sedimentación en cursos de
agua, meteorización, y deposición de material orgánico.
ESTRUCTURA DEL SUELO: La estructura del suelo se define por la forma en
que se agrupan las partículas individuales de arena, limo y arcilla. Cuando las
partículas individuales se agrupan, toman el aspecto de partículas mayores y se
denominan agregados.
La agregación del suelo puede asumir diferentes modalidades, lo que da por
resultado distintas estructuras de suelo. La circulación del agua en el suelo varía
notablemente de acuerdo con la estructura; por consiguiente, es importante que
conozca la estructura del suelo donde se propone construir una granja piscícola.
Aunque quizás no pueda recopilar toda está información por cuenta propia, los
técnicos especializados del laboratorio de análisis de suelos podrán
suministrársela después de examinar las muestras de suelo no alteradas que
tome. Le podrán decir si la estructura del suelo es mala o buena (poros/canales
capilares, red, etc.). También podrán ofrecerle información sobre el grado de
circulación del agua o la permeabilidad.
CIMENTACIONES: Se denomina cimentación al conjunto de elementos
estructurales cuya misión es transmitir las cargas de la edificación o elementos
apoyados a este al suelo distribuyéndolas de forma que no superen su presión
admisible ni produzcan cargas zonales. Debido a que la resistencia del suelo es,
generalmente, menor que la de los pilares o muros que soportará, el área de
contacto entre el suelo y la cimentación será proporcionalmente más grande que
los elementos soportados (excepto en suelos rocosos muy coherentes).
La cimentación es importante porque es el grupo de elementos que soportan a la
superestructura. Hay que prestar especial atención ya que la estabilidad de la
construcción depende en gran medida del tipo de terreno.
Las Cimentaciones son las bases que sirven de sustentación al edificio; se
calculan y proyectan teniendo en consideración varios factores tales como la
composición y resistencia del terreno, las cargas propias del edificio y otras cargas
que inciden, tales como el efecto del viento o el peso de la nieve sobre las
superficies expuestas a los mismos.
Todos los edificios poseen un peso propio dado por:
•La Estructura
•Elementos Constructivos: Paredes, Techos, Carpinterías, etc.
•Todo aquello que se coloca al momento de habitarlo, es decir: mobiliario,
electrodomésticos, etc.
•Otras cargas: Del mismo modo, influyen en los edificios cargas importantes como
el peso de la nieve sobre las cubiertas o la incidencia de los vientos en fachadas o
sobre superficies expuestas a los mismos.
El edificio debe estar proyectado contemplándose estas variables para evitar
agrietarse, hundirse, inclinarse o colapsar.
La estructura del edificio se compone de elementos tales como pilares, vigas,
paredes, techos, etc., y ha de tener la suficiente resistencia para soportar estos
pesos.
La estructura del edificio se sostiene y logra estabilidad a través de sus cimientos.
Los cimientos pues, son las bases donde apoya un edificio y son los que
transmiten y distribuyen las cargas del edificio al terreno.
Después de efectuar los movimientos de tierra en una obra, y de transportar las
tierras extraídas, se ejecuta la construcción de los cimientos sobre los que se
asentará la edificación realizando previamente el replanteo.
CIMENTACIONES SUPERFICIALES O DIRECTAS: Son aquellas que se
apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo, por tener
éste suficiente capacidad portante o por tratarse de construcciones de
importancia secundaria y relativamente livianas. En este tipo de
cimentación, la carga se reparte en un plano de apoyo horizontal.
En estructuras importantes, tales como puentes, las cimentaciones, incluso
las superficiales, se apoyan a suficiente profundidad como para garantizar
que no se produzcan deterioros. Las cimentaciones superficiales se
clasifican en:
Cimentaciones ciclópeas.
Zapatas.
Zapatas aisladas.
Zapatas corridas.
Zapatas combinadas.
Losas de cimentación.
EXCAVACION: En arqueología, se denomina excavación al proceso de análisis
de las estratigrafías naturales y antrópicas que se sedimentan en un determinado
lugar. El proceso de excavación consiste en remover los depósitos en el orden
inverso a cómo se han ido formando. Por este motivo es preciso comprender en
todo momento durante una excavación:
1. los límites y la naturaleza de los depósitos que configuran la estratificación
2. los procesos formativos que se han dado lugar a estos depósitos
3. el orden o la secuencia relativa con la que se han formado los depósitos.
Como se trata de una actividad destructiva (es decir, cada vez que se realiza una
excavación se remueven y se destruye la posición original de los depósitos) es
preciso documentar y registrar con toda atención los distintos elementos que
componen la estratificación de un yacimiento.
Hasta hace unos años en la documentación arqueológica se tomaba en
consideración solamente los estratos, construcciones y otros elementos dotados
de materialidad. A partir de la contribución de Edward Harris se ha introducido la
categoría de Unidad Estratigráfica para definir tanto las acciones estratigráficas
que comportan una aportación de materia (Unidades Estratigráficas positivas),
como la aportación de la misma (Unidades Estratigráficas negativas).
Los objetos arqueológicos solamente son significativos en función de los depósitos
arqueológicos en los que están contenidos, de tal manera que la excavación no
tiene como finalidad recuperar restos enterrados -edificios, objetos o vestigios de
actividades humanas- sino construir una estratigrafía a partir de la estratificación
que den sentido a estos objetos.
Conviene en primer lugar distinguir la clase de yacimiento que se trata de excavar.
En general, se puede distinguir entre los lugares de habitación y los lugares de
enterramiento; en ocasiones, habitaciones y sepulturas se presentan íntimamente
enlazadas.
APIQUES: Es un trabajo que consiste en una excavación puntual a una
profundidad determinada con el propósito de adquirir muestras de suelo para
inspeccionarlas e identificar características generales y continuar con los trabajos
programados. Son bastante utilizadas, pues su realización no requiere mucho
esfuerzo.
NORMAS TÉCNICAS
Las siguientes normas NTC del Instituto Colombiano de Normas Técnicas y
Certificación, ICONTEC, y de la Sociedad Americana para Ensayos y Materiales,
ASTM, forman parte integrante del Reglamento NSR-10.
Normas NTC promulgadas por el ICONTEC:
NTC 1493 — Suelos. Ensayo para determinar el límite plástico y el índice de
plasticidad. (ASTM D 4318)
NTC 1494 — Suelos. Ensayo para determinar el límite líquido. (ASTM D 4318)
NTC 1495 — Suelos. Ensayo para determinar el contenido de agua. (ASTM D
2216)
NTC 1504 — Suelos. Clasificación para propósitos de ingeniería. (ASTM D 2487)
NTC 1522 — Suelos. Ensayo para determinar la granulometría por tamizado NTC
1527.
NTC 1917 — Suelos. Determinación de la resistencia al corte. Método de corte
directo (CD). (ASTM D 3080)
NTC 1967 — Suelos. Determinación de las propiedades de consolidación
unidimensional. (ASTM D 2435)
NTC 2121 — Suelos. Obtención de muestras para probetas de ensayo. Método
para tubos de pared delgada. (ASTM D1587)
NTC 4630 — Método de ensayo para la determinación del límite liquido, del límite
plástico y del índice de plasticidad de los suelos cohesivos.
Normas ASTM:
ASTM D 2166-06 — Suelos. Ensayo para determinar la resistencia a la
compresión inconfinada.
El mapa de zonificación sísmica dado por la NSR-10, clasifica a Colombia de
acuerdo al grado de vulnerabilidad a sufrir un evento sísmico, mostrando al
departamento de Sucre, en un nivel medio, lo cual le da posibilidades de riesgo a
sufrir un evento telúrico.
5. INFORMACION DEL PROYECTO
5.1. NOMBRE DEL PROYECTO
El proyecto propuesto a construir es “CENTRO COMERCIAL LOS PALMITOS
CENTER”.
5.2. LOCALIZACION DEL PROYECTO
El lugar donde se construirá este proyecto está ubicado en la Republica de
Colombia; en la capital del departamento de Sucre (Sincelejo), más
específicamente en los predios aledaños a las canchas de futbol y microfútbol de
la Universidad (Sede puerta Roja) de esta ciudad.
5.3. OBJETIVO DEL ESTUDIO
Para garantizar la seguridad, durabilidad y estabilidad de la edificación, en la
construcción es de vital importancia conocer todas las características mecánicas
del terreno o suelo donde reposaran las estructuras, para ello se lleva a cabo un
estudio minucioso donde se determinan o conocen dichas características. Estos
estudios o ensayos deben realizarse de manera correcta, basándose en las guías
establecidas en las normas, para poder obtener un resultado satisfactorio y de
esta manera realizar un diseño de cimentación que cumpla con los
requerimientos mínimos de una estructura según la NSR-10.
5.4. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO
El proyecto a edificar es una estructura a porticada de concreto reforzado de tres
pisos con sótano y consta de nueve zapatas en su base de cimentación; es una
construcción para uso comercial, de acuerdo a la clasificación de las unidades de
construcción por categorías ésta se halla en el nivel medio, ya que la mayor carga
presente es 820 KN. Como se muestra en la tabla H.3.1-1 de la NSR 10.
5.5. SISTEMA ESTRUCTURAL
La edificación tiene un sistema estructural a porticado de concreto reforzado
constituido por tres pisos, un sótano y nueve zapatas en su base de cimentación.
5.6. EVALUACIÓN DE CARGAS
Las cargas que deben ser distribuidas a través de la base de cimentación para
transmitirlas al suelo oscilan desde 500KN a 820KN, siendo éstas las cargas
ultimas, es decir la suma de las cargas muertas y las cargas vivas para cada
zapata; quedando conformada la base de cimentación con nueve zapatas y
cada una con su respectiva carga como se muestra en la figura 1.
COLUMNAS CARGAS (KN)
A1 620
A2 650
A3 580
B1 680
B2 820
B3 710
C1 500
C2 600
C3 520
6. INFORMACION DEL SITIO DE EXPLORACION
6.1. UBICACION
El lugar en el cual se realizo la presente exploración se encuentra localizado
en la sede principal de la Universidad de Sucre- sede Puerta Roja. En el
nororiente de la Ciudad de Sincelejo, en la Kra. 28 Nº 5 -267. Este lugar se
encuentra entre la cancha múltiple y la cancha de futbol con unas
coordenadas de 9° 18´ 59.30´´ N, 75° 23´ 20.30´´ W.
6.2. ESTRUCTURAS VECINAS
Cercano al sitio de exploración se encuentran las siguientes estructuras que
son los laboratorios de biotecnología y las graderías de la cancha múltiple.
6.3. DRENAJE
A la hora de la excavación se pudo percibir, que debido a las condiciones que
presentaba el sitio con un alto grado de humedad y aguas estancadas en
ciertas partes, estábamos en presencia de un suelo arcilloso. Debido a todo
esto se noto que días anteriores se habían presentado precipitaciones en el
lugar.
6.4. VEGETACIÓN
Por estar en época de lluvias, a la hora de hacer las excavaciones en el sitio
nos encontramos con una alta vegetación y de una coloración verde, todo esto
debido a las lluvias que se estaban presentando en esta época.
6.5. EXPLORACION DEL SUBSUELO
6.5.1. Geología Y Morfología De La Zona
Anterior a este estudio se han realizado en semestres anteriores
perforaciones en esta zona con el fin de determinar las características del
subsuelo y así poder definir las cimentaciones para varios tipos de
estructuras, de los estudios realizados anteriormente se han obtenido datos
que indican que la mayor parte de este suelo se encuentra formado de
arcillas, suelos medianamente blandos con presencia del nivel freático en
algunas perforaciones que no sobrepasan los 3m de profundidad. Todos
estos datos serán tenidos en cuenta al momento de realizar los análisis de
los datos obtenidos en el laboratorio.
6.5.2. Profundidad De Excavación
Para esta excavación se realizó hasta una profundidad de 2.3 metros, y
esto se debió a la falta de los equipos necesarios para este tipo de estudios,
de igual manera por tratarse de un estudio netamente académico, se
considero que el perfil del suelo de esta profundidad hasta 6 mts hacia
abajo (por tratarse de una categoría baja según la NSR-10 Titulo H en la
tabla H.3.2-1) tiene las mismas propiedades y se comporta de una manera
homogénea.
Tabla 6.5.2
N°
ESTRATO
PROFUNDIDAD
(m)
CARACTERISTICAS TIPO DE
MUESTRA
Descapote 0 - 0,50 presencia de vegetación y materia orgánica Ninguna
1 0,50-0,80 presencia de raíces y materia orgánica, suelo color
grisáceo oscuro
2 alterada y 1
alterada
2 0,80-1,56 suelo bastante compacto color grisáceo con betas
cafés
inalterada y 2
alterada
3 1,56-1,86 suelo duro color gris oscuro 2 alterada y 1
inalterada
6.5.3. Nivel Freático
Debido a las condiciones en la que se encontraba el terreno (época de
invierno y cercanías a un arroyo) se hallo el nivel freático en un solo
apique, por lo que el docente sugirió tomar el nivel freático para todos los
apiques a una profundidad de 2 metros.
6.5.4. Perfil Del Suelo
6.5.5. EQUIPOS Y HERRAMIENTAS EMPLEADAS PARA LA
EXPLORACIÓN DE CAMPO
Representación del montaje de equipos para la extracción de muestras en
campo:
Los equipos utilizados para extraer las muestras a diferentes profundidades en
campo se muestran a continuación.
MOTOR CON POLEA.
TUBOS PARA EXTRACCIÓN DE MUESTRAS INALTERADAS.
Tubo Selby.
Tubo de pared delgada.
Muestreador de tubo partido.
PESA O MARTINETE.
CABEZOTE.
REGILLA.
PALA Y PALADRAGA.
TRÍPODE.
PAPEL ALUMINIO.
BOLSAS.
FLEXOMETRO Y CINTA METRICA.
BARRETON.
MACHETE.
CAVA.
EXTRACTOR DE MUESTRA.
MARCADORES Y CENTA DE ENMARCARAR.
CAMARA FOTOGRAFICA.
LIBRETA DE APUNTES.
6.5.6. PROCEDIMEINTO DE CAMPO
APIQUES 1 Y 2:
1. Se seleccionaron tres puntos estratégicos en campo, definiendo el área a
excavar.
2. El área correspondiente para cada apique fue de 80 cm x 80cm, en la que
se hizo necesario retirar 80 cm de la capa vegetal que cubría la superficie
del terreno para ello se utilizo palas, machetes, paladraga y un barretón.
3. A esta profundidad, se armó el equipo, el cual está formado por un
martinete, un cabezote, una varilla de perforación unida mediante
pasadores atornillados a un tubo shellby de 2”.
4. Se extrajo la muestra inalterada correspondiente a esta profundidad (80 cm
a 156 cm) mediante un sistema de guaya, polea y una manivela adaptado a
un trípode; la manivela tensionaba la guaya que se sujetaba la muestra
mediante un gancho; cada vez que se giraba la manivela, la guaya se
tensionaba, permitiendo así extraer el tubo que contenía la muestra
5. Luego de haberse extraído el tubo shellby se llevo a un lugar seguro donde
se encontraba un grupo de estudiantes con el extractor de muestras, con
este se extrajo la muestra del tubo envolviéndola en papel aluminio y
depositándola en una cava previamente señalizada, manteniendo así las
condiciones con las que se presentaba en campo.
6. Se retiro el equipo de extracción de la muestra, luego con la paladraga y el
barretón se excavo y se retiro el material hasta una profundidad de 80 cm.
7. Del material retirado en esta profundidad (80 cm a 156 cm) se tomo una
muestra alterada, la cual fue depositada en bolsas de color negro y
posteriormente llevada al laboratorio.
8. se arma el equipo nuevamente para obtener muestras inalteradas en la
profundidad de 156 cm a 180 cm. Las muestras fueron tomadas usando el
tubo shelby de 2”, teniendo en cuenta el mismo procedimiento aplicado
para la muestra anterior.
9. luego de esto se llevo a cabo nuevamente el paso 5
10. Se retiro el equipo y se procedió a excavar hasta alcanzar una profundidad
de 1,86 m, durante este proceso se tomaron muestras alteradas con ayuda
de la paladraga y el barretón.
11. Se armó el equipo para sondeo nuevamente, Se procedió del mismo modo
que en la profundidad anterior, obteniéndose muestras inalteradas a una
profundidad de 1.86 a 2.3 m que fueron extraídas del tubo y envueltos en
papel aluminio y depositados en una cava correspondiente al grupo
responsable de tal profundidad.
APUIQUE 3
1. Se realizo el descapotamiento de la capa vegetal en un área de 1m x 1m y
una profundidad de 50cm.
2. Una vez alcanzada esta profundidad, se procedió a armar el equipo, el cual
está formado por un martillo o pesa de 140 lbs. un cabezote, una varilla de
perforación unida mediante acoples metálicos a un tubo de SPT
(muestreador cuchara partida), una rejilla metálica guía, un trípode, un
motor y cuerdas o cáñamos.
3. El sistema unido del tubo para SPT y la varilla de perforación se introdujo
en el suelo aprovechando la guía ofrecida por la rejilla; en la parte superior
de la varilla se instaló el cabezote, encima de este a su vez se coloco una
varilla metálica delgada que encajaba en el orificio central del martillo, lo
que permitía desplazarlo verticalmente.
4. De esta menara se levantaba hasta una altura de aproximadamente 76 cm
de altura y se dejaba caer libremente sobre el cabezote con ayuda de un
motor al cual se enrollaba la punta de una cuerda en el eje y la otra punta al
martillo y mediante un sistema de polea permitía tensionar la cuerda con
menos esfuerzo y de este modo producir el movimiento del martillo, todo
este sistema estaba soportado sobre un gran trípode metálico.
5. Inicialmente se marca el muestrador con tres líneas separadas 15 cm una
de la otra. En la primera etapa se golpeaba el cabezote dejando caer el
martillo hasta que el tubo de SPT penetrara los primeros 15 cm, en la
segunda etapa se penetraban los restantes 30 cm pero en esta etapa se
anotaron el número de golpes.
6. Una vez se penetro totalmente hasta la medida indicada, se procedió a
extraer el tubo para SPT, para ello se desmonto el martillo y se ató
directamente la cuerda en el tubo y con ayuda del motor se tensionaba la
cuerda hasta lograr que el tubo saliera en su totalidad.
7. Luego se tomo el muestrador cuchara partida y se abrió para obtener
directamente la muestra alterada, la cual se envolvió en papel aluminio y
se deposito en una cava.
8. Se continúo con la excavación del apique hasta alcanzar una profundidad
de 1m, se armó nuevamente el equipo y se procedió a realizar la
perforación siguiendo el mismo proceso anterior, pero esta vez se remplazó
el tubo SPT por un tubo shelby de 3”.
9. Una vez se extrajo el tubo se traslado hasta el sitio donde se encontraba el
extractor de muestras, se obtuvo la muestra de suelo, se envolvió en papel
aluminio y se deposito en la cava.
10. Se realizo el mismo procedimiento anterior para una profundidad de 1.30m.
7. MEMORIA DE CALCULOS DE LOS ENSAYOS REALIZADOS EN EL
LABORATORIO
Para conocer los parámetros de resistencia del suelo y/o propiedades físicas-
mecánicas se realizaron los siguientes ensayos a las muestras extraídas del
terreno:
Análisis Granulométrico, Límites de Atterberg, Compresión Inconfinada, Corte
Directo, Gravedad Específica y Consolidación.
7.1. ENSAYO DE ANALISIS GRANULOMETRICO DE LA MUESTRA DE
SUELO
Se basa en un cribado mediante una serie de tamices estandarizados por la
NORMA TECNICA COLOMBIANA 1522, que especifica cómo realizar un ensayo
para determinar la granulometría exacta de una muestra de suelo.
Los granos que conforman un suelo y que tienen diferentes tamaños, van desde
los grandes que son los que se pueden tomar fácilmente con las manos, hasta los
granos pequeños, los que no se pueden ver con un microscopio. El análisis
granulométrico al cuál se somete un suelo es de mucha ayuda para la
construcción de proyectos, tanto estructuras como carreteras porque con este se
puede conocer la permeabilidad y la cohesión del suelo.
Su finalidad es obtener la distribución por tamaño de las partículas presentes en
una muestra de suelo. Así es posible también su clasificación mediante sistemas
como AASHTO o USCS. El ensayo es importante, ya que gran parte de los
criterios de aceptación de suelos para ser utilizados en bases o sub-bases de
carreteras, presas de tierra o diques, drenajes o edificación, etc. Dependen de
este análisis. Para obtener la distribución de tamaños, se emplean tamices
normalizados y numerados, dispuestos en orden decreciente.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Determinar el porcentaje en peso de los diferentes tamaños de los granos de la
muestra de suelo para así realizar la curva granulométrica.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Determinar el porcentaje (%) que pasa de la muestra de suelo por cada tamiz para
obtener la curva teniendo como abscisas, los diámetros de las partículas.
Determinar el coeficiente de curvatura y de uniformidad para clasificar la muestra
de suelo.
Clasificar el suelo de acuerdo al sistema unificado de clasificación (SUC o USCS).
PROCEDIMIENTO
Se selecciona la muestra y se cuartea tomando las diagonales con el fin de
obtener una parte representativa de esta.
Se procede a pesar la porción escogida de muestra, el juego de mallas y la
base donde se van a situar.
Se realiza el lavado de la muestra en el tamiz 200, si la cantidad que pase
el tamiz es mayor del 50% de la cantidad inicial no es necesario seguir con
el procedimiento debido a que no se lograra clasificar el suelo.
Se ordenan las mallas en forma ascendente de menor a mayor número de
malla.
Después se le va vertiendo la muestra teniendo cuidado de no regarla.
una vez agitado, el material retenido presente en su malla se pesan y la
masa retenida se obtiene por diferencia.
Si hubo partículas lo suficientemente finas para no retenerse en ninguna
malla, se pesa también la base y se mide la masa situada allí.
Ya terminada la prueba sé deberá limpiar cada malla cuidadosamente con
el cepillo de cerdas suaves.
EXPLICACION PARA LA CLASIFICACION DE UN SUELO
El método mecánico o por cribado para el análisis de suelos se centra
primeramente en el tamiz de la serie normalizada que es el #200. Este
inicialmente especifica qué tipo de suelo o material se tamizó, es decir, si más del
50% se retuvo en dicho tamiz, el material es grueso y para fino cuando más de la
mitad en peso pasa por este, además, cuando el suelo no puede triturarse más, se
requiere de un lavado para facilitar el análisis. Si el suelo es grueso, el tamiz #4
indica, mediante los pesos retenidos, si es un material grueso (grava) o fino
(arena), es decir, si el peso retenido es mayor que la mitad de la fracción gruesa
de la masa total, es grava y viceversa para la arena.
RESULTADOS Y ANALISIS DE LOS MISMOS
Los resultados obtenidos en el ensayo de análisis granulométrico por el método
mecánico, no fue necesario realizarlo en su totalidad debido a que al inicio de
este o al realizar el análisis por lavado mediante el tamiz N° 200 se obtuvo que
más del 50 % de la muestra de suelo ensayado paso dicho tamiz lo que indica que
no se puede clasificar dicho suelo por dicho método. Esto conlleva a una
clasificación mediante los límites de consistencia o límites de Atterberg e
ingresando con estos a la carta de plasticidad de CASAGRANDE para determinar
con exactitud el tipo de suelo.
7.2. ENSAYO DE DETERMINACION DE LOS LÍMITES DE
CONSISTENCIA O LIMITES DE ATTERBERG DE LOS SUELOS
Los suelos que poseen algo de cohesión, según su naturaleza y cantidad de agua,
pueden presentar propiedades que lo incluyan en el estado sólido, semi-solido,
plástico o semi-plastico. El contenido de agua o humedad limite al que se produce
el cambio de estado varia de un suelo a otro. El método usado para medir estos
límites se conoce como método de Atterberg y los contenidos de agua o humedad
con los cuales se producen los cambios de estados se denominan límites de
Atterberg. Ellos marcan una separación arbitraria, pero suficiente en la práctica,
entre los cuatro estados mencionados anteriormente. La arcilla, por ejemplo al
agregarle agua, pasa gradualmente del estado sólido al estado plástico y
finalmente al estado líquido. Para determinar o clasificar el tipo de suelo se utiliza
el límite líquido y el límite plástico por medio de la carta de plasticidad de
Casagrande.
Carta de Plasticidad de Casagrande
El índice de plasticidad es igual al límite líquido menos el líquido plástico.
IP=LL-LP
Una manera para determinar el tipo de suelo es ubicarlo en la carta y si el punto
ubicado sobrepasa la línea U el ensayo fue mal realizado. También se puede
remplazar el valor del límite líquido en la ecuación de la línea A y si el resultado da
GRAFICA 7.2.1.
por debajo de esta el tipo de suelo es limo o si da por encima pero por debajo de
la línea U el suelo es arcilla.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Determinar los límites de ATTERBERG de manera experimental para una muestra
de suelo.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Hallar de manera gráfica el límite líquido.
Determinar el índice de plasticidad de una muestra de suelo.
Clasificar el suelo por medio de la carta de plasticidad de Casagrande.
Reconocer y utilizar de manera correcta los materiales y equipos
necesarios durante este ensayo, teniendo en cuenta el uso y características
de estos.
PROCEDIMIENTO DE LIMITE LÍQUIDO
Los ensayos de consistencia se hacen solamente con la fracción de suelo que
pasa por el tamiz # 40. La muestra a ensayar para Limite Liquido es de 500gr.
1. Después de secada la muestra de suelo, cribar a través del tamiz # 40
desechándose el que quede retenido.
2. Antes de utilizar la “Copa de Casagrande”, ajustar (calibrar), para que la copa
tenga una altura de caída de 1 cm., exactamente.
3. Del material que pasó por el tamiz # 40 tomar aproximadamente unos 500
gramos y colocar en una cápsula de porcelana y con una espátula hacer una
mezcla pastosa, homogénea y de consistencia suave agregándole una
pequeña cantidad de agua durante el mezclado.
4. Parte de esta mezcla, colocar con la espátula en la copa de Casagrande
formando una torta alisada de un espesor de un (1) cm., en la parte de
máxima profundidad. Una altura menor aumenta el valor del límite líquido.
5. Dividir el suelo, colocado en la cazuela de CASAGRANDE, en la parte media en
dos porciones utilizando para ello un ranurador, de manera que permanezca
perpendicular a la superficie inferior a la copa. Para suelos arcillosos con poco
o ningún contenido de arena hágase la ranura con un solo movimiento suave y
continúo.
6. Después de asegurarse de que la copa y la base están limpias y secas, dar
vuelta a la manija del “Aparato de Casagrande”, uniformemente a razón de 2
golpes por segundo, contando el número de golpes requeridos hasta que se
cierre el fondo de la ranura en una distancia de 1 cm. Si la ranura se cierra
antes de los 10 golpes, se saca el material se vuelve a mezclar y se repiten los
pasos 4, 5 y 6.
7. Después que el suelo se haya unido en la parte inferior de la ranura, tomar
aproximadamente unos 10 gramos del suelo pasando la espátula por el centro
y tomando el suelo que se unió; anotar su peso húmedo, el No. de golpes
obtenidos y luego determina el peso seco mediante secado durante 24horas.
8. Repita los pasos 2, 4, 5, 6 y 7; con el propósito de obtener puntos menores de
25 golpes y mayores de 25 golpes.
9. Determinar el porcentaje de humedad correspondiente a cada número de
golpes y construir la curva de fluidez.
10. El límite líquido se define cuando el contenido de agua en la curva de fluidez
corresponda a 25 golpes.
Datos y Resultados
Tabla 7.2.1
Determinación del Limite Liquido
Capsula (gr) 1 2 3 4
Masa de la Capsula 8,7 6,2 8,7 6,3
Masa de Suelo Húmedo + Capsula (gr) 30,6 28,3 34,9 30,8
Masa de Suelo Seco + Capsula (gr) 23,7 21,3 26,3 22,7
Masa Seca (gr) 15 15,1 17,6 16,4
Masa Agua (gr) 6,9 7 8,6 8,1
Contenido de Humedad (%) 46,00% 46,36% 48,86% 49,39%
Numero de Golpes 36 27 21 19
Limite Liquido 47,71%
CALCULOS
La ecuación de la línea de tendencia de la curva de flujo es
W(%)= -0,0021N + 0,5296
Donde W(%) = Contenido de Humedad
N= Numero de Golpes
Para N=25
W(%) = -0,0021(25) + 0,5296
W(%) = 47,71 % Limite Liquido
Determinación por medio de la grafica de la Curva de Flujo
Grafica 7.2.2
Limite Liquido = 47,71 %
PROCEDIMIENTO DE LIMITE PLASTICO
Para Limite Plástico, la masa a ensayada es de 500gr y de igual forma cribada por
el tamiz # 40 como para el Limite Liquido. Tanto para Limite Liquido y Plástico es
el mismo suelo.
1. Tomar aproximadamente 100gr, procurando que tenga una humedad uniforme
cercana a la humedad óptima, amasar con la mano y rodar sobre una
superficie limpia y lisa, como una hoja de papel o un vidrio hasta formar un
cilindro de 3 mm de diámetro y de 15 a 20 cm de largo.
2. Amasar y rodar la tira repitiendo la operación tantas veces como se necesite
para reducir, gradualmente, la humedad por evaporación, hasta que el cilindro
se empiece a endurecer.
3. El límite plástico se alcanza cuando el cilindro se agrieta al ser reducido a 3mm
de diámetro.
4. Inmediatamente dividir en proporciones y poner los pedazos en dos taras.
5. Pesar en la balanza de 0.01 gr, y registrar su peso.
6. Introducir la muestra en el horno por un período aproximado de 24horas y
determinar su peso seco mediante el secado.
7. Con los datos anteriores, calcular el contenido de agua en porcentaje. Si la
diferencia de los dos % no es mayor que 2% se promedian y en caso contrario
se repite el ensayo.
8. El promedio es el valor en porcentaje del Límite Plástico.
Datos y Resultados
Tabla 7.2.2.
Limite Plástico
Elemento Datos
Capsula 5 (gr) 8,5
Capsula 6 (gr) 7,2
Capsula 5 + Muestra 1 Humedad (gr) 15,8
Capsula 6 + Muestra 2 Humedad (gr) 14,6
Capsula 5 + Muestra 1 Seca (gr) 14,6
Capsula 6 + Muestra 2 Seca (gr) 13,4
Masa de la Muestra 1 Seca (gr) 6,1
Masa de la Muestra 2 Seca (gr) 6,2
Masa del Agua en Muestra 1 (gr) 1,2
Masa del Agua en Muestra 2 (gr) 1,2
Humedad 1 (%) 19,67%
Humedad 2 (%) 19,35%
Limite Plástico 19,51%
Cálculo
LIMITE PLASTICO = (19,67+19,35)/2
LIMITE PLASTICO = 19,51 %
INDICE DE PLASTICIDAD = LL – LP = 47,71 – 19,51
INDICE DE PLASTICIDAD = 28,20 %
Tipo de Suelo CL: Arcillas de Baja Plasticidad
Ecuación de la Línea A: IP=0.73(LL-20)
Remplazando el valor obtenido del Limite Liquido determinamos analíticamente si
el punto queda por encima o por debajo de la Línea A
IP = 0.73(47,71-20) = 20.23
Y el valor obtenido para el IP por medio del ensayo es de 28,20 y 20.23 es menor,
por lo tanto esta por encima de la línea A.
GRAFICA 7.2.3
Ecuación de la Línea U: IP=0.9(LL-8)
IP= 0.9(47,71-8) = 35.74
Como 28.20 < 35.74 entonces el punto esta por debajo de la línea U, lo que nos
dice que el ensayo fue bien realizado.
RESULTADOS Y ANALISIS DE LOS MISMOS
El límite líquido y el límite plástico obtenidos son de 47,71 y 19,51
respectivamente, con los cuales se hallo el índice de plasticidad (IP) y se ubico el
punto en la carta de Casagrande lo que nos llevo a concluir que el suelo ensayado
es una arcilla de baja plasticidad; de baja plasticidad debido a que el limite liquido
es menor de 50 lo que permite clasificarlo como el tipo de suelo dicho
anteriormente.
7.3. ENSAYO DE GRAVEDAD ESPECÍFICA DE SOLIDOS
La naturaleza de las partículas que constituyen un suelo define muchas de sus
propiedades ingenieriles, por tanto antes de realizar el estudio geotécnico de un
terreno debemos conocer ciertas propiedades físicas y químicas de los granos
constituyentes de este material sobre el cual se construye.
Si bien, el suelo es un sistema de partículas, las cuales no están tan unidas entre
sí como los cristales de un metal, por lo cual pueden soltarse y moverse con cierta
libertad, además permitir flujos microscópicos de agua como de aire que
determinan la humedad y porosidad de un suelo.
Ahora, Una de las propiedades físicas determinada previamente al análisis
mecánico de un suelo es el peso especifico relativo o gravedad especifica de las
partículas solidas que le constituyen; que no es más que la relación existente entre
el peso especifico del suelo y el peso especifico del agua (
).
Por otra parte, la determinación de la gravedad específica mediante el ensayo de
laboratorio es posible siguiendo la siguiente ecuación
Donde;
: Factor de corrección de temperatura para corregir el peso unitario del agua.
: Masa del suelo seco.
: Masa del Picnómetro Aforado
: Masa del Picnómetro + Agua + Muestra de Suelo
: Gravedad Específica
El factor de corrección se halla mediante la siguiente tabla.
En fin, conocer esta característica de los suelos es realmente importante, pues
permite determinar el peso específico saturado, el peso especifico seco, entre
otros.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Determinar el valor de la gravedad especifica de una muestra de suelo.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Adquirir experiencia en la determinación de la gravedad especifica de un
muestra de suelo.
Armar y manipular correctamente los instrumentos y/o equipos necesarios
para el ensayo de laboratorio.
Realizar un análisis comparativo acerca de la gravedad especifica del la
muestra de suelo con relación a los valores teóricos dados en las diferentes
tablas según el tipo de suelo.
PROCEDIMIENTO
Pesar 50gr de suelo previamente secado al horno y enfriado.
Pasar la muestra a un frasco volumétrico seco y limpio, previamente calibrado.
tomar el picnómetro y llenarlo hasta 1/3 de su volumen con agua.
Lo anterior se somete a extracción de aire mediante bombas de succión.
Después de la succión, llenar el picnómetro hasta 2/3 con agua y nuevamente
someter a vaciado.
Nuevamente se enrasa con agua hasta el aforo, tomando así, el peso total de
este conjunto.
Tomar la temperatura dentro del picnómetro y luego retirar la muestra de suelo
sobre un recipiente para secado.
Comparar el peso seco último con el inicial.
Por último, registrar el peso del picnómetro + agua hasta el aforo.
DATOS Y RESULTADOS
Los datos obtenidos se presentan en la siguiente tabla.
Tabla 7.3.1
DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO
Masa del Picnómetro Vacio (gr) 72,4
Masa del Picnómetro Aforado (gr) [Wpw] 320,5
Temperatura (°C) 27
Masa del Picnómetro + Agua + Muestra de Suelo (gr) [Wpsw] 351,5
Masa Seca del Suelo + Recipiente (gr) 411,2
Masa del Recipiente (gr) 362,5
Masa del Suelo Seco (gr) [Ws] 48,7
Determinación del Gs
Tabla 7.3.2
DETERMINACION DE LA GRAVEDAD ESPECIFICA
Factor de Corrección 0,9983
Gravedad Especifica 2,746735028
Calculo:
ANÁLISIS DE RESULTADOS
De los datos obtenidos en el laboratorio se calculo con satisfacción la gravedad
específica de los sólidos, el resultado del Gs es 2.75, dicho resultado concuerda
con el rango donde se esperaba que el valor quedara; la arcilla inorgánica posee
un valor bastante cercano a 2.70 por lo que se podría decir que nuestra muestra
de suelo, la cual fue ensaya es una arcilla inorgánica.
7.4. ENSAYO DE COMPRESION INCONFINADA
La determinación de los parámetros de resistencia del suelo es de vital
importancia para el normal y adecuado avance de nuestro proyecto, ya que nos
permite tener conocimiento acerca de las características propias del suelo
directamente involucrado.
Ahora, se requiere la ejecución del ensayo de compresión inconfinada o
compresión simple que es un tipo especial de prueba No Consolidad - No Drenada
que se usa comúnmente para especímenes de arcillas. En esta prueba la presión
de confinamiento σ3 es cero. Una carga axial se aplica rápidamente al espécimen
para generar la falla. En ésta, el esfuerzo principal menor total es cero y el
esfuerzo principal mayor es σ1. Como la resistencia de corte no drenada es
independiente de la presión de confinamiento, entonces el esfuerzo cortante en la
falla no es mas que la mitad del esfuerzo principal mayor (y éste a su vez es igual
a la resistencia a compresión simple), siendo en ultimas el esfuerzo cortante igual
al coeficiente de cohesión.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Determinar los parámetros de resistencia al corte de un estrato de suelo
cohesivo, aplicando cargas axiales en un área circular de una muestra
inalterada llevándola hasta el punto de la falla.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Determinar el valor máximo de resistencia al corte de la muestra del
estrato de suelo, anotándola como la carga máxima que puede
soportar dicha muestra.
Obtener mediante el circulo de MOHR el valor de Cu, el peso
especifico húmedo, el contenido de humedad de la muestra y el
modulo de elasticidad teniendo en cuenta la deformación unitaria.
Elaborar el gráfico esfuerzo-deformación a partir de los datos
obtenidos de la experiencia y de las fórmulas teóricas necesarias.
Reconocer y utilizar de manera correcta los materiales y equipos
necesarios durante este ensayo, teniendo en cuenta el uso y
características de estos.
PROCEDIMIENTO
1. Tomar la muestra del sitio de construcción a ensayar y registrar sus
dimensiones y peso para determinar el peso específico en función de las
dos mencionadas, además, cierta parte de la misma muestra, llevarla al
horno para secado y así determinar su contenido de humedad.
2. Colocar la muestra en la maquina de compresión inconfinada y ajustarla en
el centro para que no presente problemas al momento de aplicar la primera
carga.
3. Después de ajustada y colocada, calibrar el deformímetro llevándolo a cero.
4. Posteriormente, estando preparado el sistema, empezar con la aplicación
de cargas sobre el espécimen de suelo cohesivo, además, ir registrando
cada 10, en la escala de deformación que muestra el deformímetro, la
respectiva carga actuante.
5. Con base al punto anterior, a su conveniencia podría dejar de que el
espécimen se fracture por completo y llegar a la zona de falla, o lo mas
importante es solo registrar la carga última teniendo en cuenta de que esta
se presenta cuando las deformaciones aumentan manteniéndose la carga
constante y después esta empieza a disminuir.
6. Después de haber fallado la probeta, medir el ángulo que se forma con la
base de esta y la línea de falla o fractura en el caso que se presente.
7. Por ultimo, desmontar y quitar todo el material arcilloso, con el fin de dejar
la máquina en un buen estado de limpieza.
8. Con base a los resultados registrados del ensayo, graficar y obtener el
módulo de elasticidad, la cohesión y el ángulo de fricción no drenado.
DATOS Y RESULTADOS
Tabla 7.4.1
Muestra Inalterada de Profundidad de 80 - 156 m
Diámetro de la Muestra (m) 0,0731
Altura de la Muestra (m) 0,1462
Masa de la Muestra (gr) 1298
Área (m3) 0,004196861
Volumen (m3) 0,000613581
Peso Especifico (KN/m3) 20,75256066
Área =
Volumen
Peso Específico
Tabla 7.4.2
Deformación (mm) Fuerza (KN) Deformación Unitaria
Área Corregida
Esfuerzo Normal (KPA)
0 0 0 0,004196861 0
0,1 0,05 0,000683995 0,004199734 11,90551571
0,2 0,07 0,001367989 0,004202611 16,65631356
0,3 0,08 0,002051984 0,004205491 19,02274871
0,4 0,1 0,002735978 0,004208376 23,76213813
0,5 0,11 0,003419973 0,004211264 26,1204244
0,6 0,13 0,004103967 0,004214156 30,84840538
0,7 0,14 0,004787962 0,004217053 33,19854278
0,8 0,16 0,005471956 0,004219953 37,91511532
0,9 0,16 0,006155951 0,004222857 37,8890389
1 0,18 0,006839945 0,004225765 42,59583279
1,1 0,19 0,00752394 0,004228678 44,9313022
1,2 0,2 0,008207934 0,004231594 47,26351205
1,3 0,2 0,008891929 0,004234514 47,23091653
1,4 0,21 0,009575923 0,004237439 49,55823705
1,5 0,22 0,010259918 0,004240367 51,88229802
1,6 0,23 0,010943912 0,0042433 54,20309944
1,7 0,24 0,011627907 0,004246236 56,52064131
1,8 0,25 0,012311902 0,004249177 58,83492362
1,9 0,26 0,012995896 0,004252122 61,14594638
2 0,27 0,013679891 0,00425507 63,45370959
2,1 0,28 0,014363885 0,004258023 65,75821325
2,2 0,29 0,01504788 0,00426098 68,05945735
2,3 0,31 0,015731874 0,004263941 72,70268997
2,4 0,32 0,016415869 0,004266906 74,99578519
2,5 0,33 0,017099863 0,004269876 77,28562086
2,6 0,34 0,017783858 0,004272849 79,57219698
2,7 0,35 0,018467852 0,004275827 81,85551354
2,8 0,36 0,019151847 0,004278809 84,13557056
2,9 0,37 0,019835841 0,004281794 86,41236802
3 0,38 0,020519836 0,004284785 88,68590592
3,1 0,39 0,02120383 0,004287779 90,95618428
3,2 0,4 0,021887825 0,004290777 93,22320308
3,3 0,41 0,022571819 0,00429378 95,48696233
3,4 0,41 0,023255814 0,004296787 95,4201415
3,5 0,42 0,023939808 0,004299798 97,67901142
3,6 0,42 0,024623803 0,004302813 97,61056082
3,7 0,43 0,025307798 0,004305833 99,86454141
3,8 0,44 0,025991792 0,004308856 102,1152625
3,9 0,45 0,026675787 0,004311884 104,3627239
4 0,46 0,027359781 0,004314917 106,6069259
4,1 0,46 0,028043776 0,004317953 106,5319562
4,2 0,46 0,02872777 0,004320994 106,4569865
Es notable que el esfuerzo en el cual se da la falla en la muestra es de
106,6069259 KPa = 106.61 Kpa
Para el caso cuando la Deformación es 0.1mm la Deformación Unitaria es igual a:
Deformación Unitaria =
0,000683995
La corrección de área se realizó de la siguiente manera:
Area Corregida=
0,004199734m2
El calculo del Esfuerzo Normal se hizo mediante la siguiente forma:
Esfuerzo Normal=
Esfuerzo Normal=
11,90551571 KPa
Calculo del Modulo de Elasticidad (E)
Para el calculo del E se toma el 75% del esfuerzo ultimo y la respectiva
deformación unitaria se toma de acuerdo a la grafica, como se presenta a
continuación.
El modulo de elasticidad será E =
GRAFICA 7.4.1
E
= 4491.8649 KN/m2 = 4.4918649 MN/m2 = 4.49 Mpa
Determinación de la Cohesión no Drenada (Cu)
Gráficamente
Determinación de la Humedad
Tabla 7.4.3
Determinación de la Humedad
Capsula 1 (gr) 11,1
Capsula 2 (gr) 19
Capsula 1 + Muestra 1 (gr) 31,5
Capsula 2 + Muestra 2 (gr) 53,4
Muestra 1 húmeda (gr) 20,4
Muestra 2 Húmeda (gr) 34,4
Caps. 1 + Muestra 1 Seca (gr) 28,4
Caps. 2 + Muestra 2 Seca (gr) 47,7
Muestra 2 Seca (gr) 28,7
Muestra 1 Seca (gr) 17,3
Masa del Agua en muestra 2 (gr) 5,7
Masa del Agua en muestra 1 (gr) 3,1
Humedad de la muestra 2 (%) 16,57%
Humedad de la muestra 1 (%) 15,20%
Humedad Promedio 15,88%
Cálculos
Determinación del Peso Especifico
Determinación del Peso Especifico Saturado
Como la muestra está saturada
por lo tanto la ecuación queda
Como
Para la determinación de la Humedad se tomaron dos Ww y dos Ws,
se promedian para remplazar dicho promedio en la formula.
Por lo tanto la ecuación queda
Determinación del Peso Especifico Seco
RESULTADOS Y ANALISIS DE LOS MISMOS
Después de haber realizado los cálculos pertinentes los resultados obtenidos para
el ensayo de presión encofinada fueron los siguientes:
El esfuerzo máximo de falla (Qu): 106.62 KPA.
El modulo de elasticidad (E): 4.49 MPA.
La cohesión no drenada (Cu): 53.30 KPA.
Contenido de humedad (W%): 15.88%.
Peso especifico de la muestra ( 20.75 Kn/m^3.
Peso especifico saturado ( : 21.03 Kn/m^3.
Peso especifico seco ( : 17.63 Kn/m^3.
De acuerdo a los pesos específicos se logra observar que en la muestra ensayada
se encuentra en mayor porcentaje el contenido de agua que el contenido de aire
debido a que el peso especifico de la muestra se encuentra bastante cerca al peso
especifico saturado y por consiguiente lejano del peso especifico seco.
Para el caso del modulo de elasticidad (E=4.49 MPA) según Braja M.Das,
Fundamentos de ingeniería geotécnica, en la tabla 11.5 de la pagina 416, la
muestra de suelo ensayada es una ARCILLA BLANDA con una razón de Poisson
de 0.5.
Después de analizar la grafica del CIRCULO DE MHOR vemos que la cohesión
del estrato de esta muestra de suelo es de 53.30 KPA, lo cual también se puede
hallar analíticamente dividendo el esfuerzo último de falla en dos. La muestra fallo
por aplastamiento, como se puede apreciar en las siguientes fotografías.
7.5. ENSAYO DE CORTE DIRECTO
El ensayo de corte directo es uno de los más antiguos para determinar los
parámetros de resistencia al corte del suelo, los cuales son el coeficiente de
cohesión y el ángulo de fricción; si bien, la muestra del suelo debe resistir a fatigas
y/o deformaciones que en el ensayo simulan las que existen o existirán en el
terreno producto de la aplicación de un carga.
Ahora, mediante estos parámetros es posible conocer si el suelo ha estado
sometido a esfuerzos iguales al producido por sí mismo (esfuerzo de pre-
consolidación) en toda su historia (Arcilla Normalmente consolidada) o esfuerzos
superiores al mismo (Arcilla Sobre-consolidada).
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Determinar los parámetros de resistencia al corte de una muestra de suelo.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Determinar los puntos picos mediante la grafica Esfuerzo cortante –
Deformación.
Trazar la envolvente de falla.
Hallar el ángulo de fricción Ф’
Hallar la cohesión C’.
PROCEDIMIENTO
1. Se colocó el espécimen de suelo en una caja de cizalladora directa.
2. Se aplicó un esfuerzo normal determinado.
3. Se hizo las lecturas de deformación a cada 0,1mm hasta que la lectura se
hizo constante.
DATOS Y RESULTADOS
Para el ensayo de corte directo se ensayaron 3 muestras con cargas normales
diferentes, de 5 Kg, 10 Kg y 20 Kg. Para la muestra que se ensayo con la carga
normal de 5 Kg se obtuvieron los siguientes resultados.
Muestra 1 – Carga Normal de 5 Kg
Tabla 7.5.1
Muestra 1 Inalterada de Profundidad de 50 - 80 cm
Diámetro de la Muestra (m) 0,04905
Altura de la Muestra (m) 0,02805
Masa de la Muestra (gr) 101,1
Carga Normal (Kg) 5
Área =
Tabla 7.5.2
Deformación (mm) Fuerza Cortante (KN) Esfuerzo Cortante (Kpa)
0,1 0,005 2,646074695
0,2 0,006 3,175289634
0,3 0,008 4,233719512
0,4 0,018 9,525868902
0,5 0,025 13,23037347
0,6 0,03 15,87644817
0,7 0,034 17,99330793
0,8 0,038 20,11016768
0,9 0,042 22,22702744
1 0,046 24,34388719
1,1 0,05 26,46074695
1,2 0,054 28,57760671
1,3 0,057 30,16525152
1,4 0,059 31,2236814
1,5 0,061 32,28211128
1,6 0,062 32,81132622
1,7 0,064 33,86975609
1,8 0,064 33,86975609
1,9 0,065 34,39897103
2 0,066 34,92818597
2,1 0,066 34,92818597
2,2 0,067 35,45740091
2,3 0,067 35,45740091
2,4 0,067 35,45740091
El esfuerzo cortante se determino de la siguiente manera; para el caso de la
deformación de 0.1 mm.
Ʈ
Determinación de la Humedad de la muestra ensayada.
Tabla 7.5.3
DETERMINACION DE LA HUMEDAD
Capsula 1 (gr) 11,2
Masa Húmeda (gr) 101,1
Capsula 1 + Masa Seca (gr) 93
Masa Seca (gr) 81,8
Masa del Agua (gr) 19,3
Contenido de Humedad (%) 23,59413203
Muestra 2 – Carga Normal de 10 Kg
Tabla 7.5.4
Muestra 2 Inalterada de Profundidad de 50 - 80 cm
Diámetro de la Muestra (m) 0,04908
Altura de la Muestra (m) 0,02801
Masa de la Muestra (gr) 107
Carga Normal (Kg) 10
Área =
Tabla 7.5.5
Deformación (mm) Fuerza Cortante (KN) Esfuerzo Cortante (Kpa)
0,1 0,007 3,699977223
0,2 0,013 6,871386271
0,3 0,019 10,04279532
0,4 0,025 13,21420437
0,5 0,032 16,91418159
0,6 0,037 19,55702246
0,7 0,042 22,19986334
0,8 0,046 24,31413604
0,9 0,049 25,89984056
1 0,052 27,48554508
1,1 0,054 28,54268143
1,2 0,059 31,18552231
1,3 0,063 33,299795
1,4 0,067 35,4140677
1,5 0,069 36,47120405
1,6 0,072 38,05690858
1,7 0,075 39,6426131
1,8 0,076 40,17118128
1,9 0,077 40,69974945
2 0,078 41,22831763
2,1 0,079 41,7568858
2,2 0,08 42,28545397
2,3 0,08 42,28545397
2,4 0,08 42,28545397
El esfuerzo cortante se determino de la siguiente manera; para el caso de la
deformación de 0.1 mm.
Ʈ
Determinación de la Humedad de la muestra ensayada.
Tabla 7.5.6
DETERMINACION DE LA HUMEDAD
Capsula 2 (gr) 6,9
Masa Húmeda (gr) 107
Caps. + Masa Seca (gr) 95,8
Masa Seca (gr) 88,9
Masa del Agua (gr) 18,1
Humedad (%) 20,35995501
Muestra 3 – Carga de 20 Kg
Tabla 7.5.7
Muestra 3 Inalterada de Profundidad de 50 - 80 cm
Diámetro de la Muestra (m) 0,05
Altura de la Muestra (m) 0,02908
Masa de la Muestra (gr) 108,9
Carga Normal (Kg) 20
Área =
Tabla 7.5.8
Deformación (mm) Fuerza Cortante (KN) Esfuerzo Cortante (Kpa)
0,1 0,004 2,037183272
0,2 0,005 2,546479089
0,3 0,006 3,055774907
0,4 0,007 3,565070725
0,5 0,008 4,074366543
0,6 0,015 7,639437268
0,7 0,018 9,167324722
0,8 0,032 16,29746617
0,9 0,038 19,35324108
1 0,044 22,40901599
1,1 0,048 24,44619926
1,2 0,055 28,01126998
1,3 0,063 32,08563653
1,4 0,07 35,65070725
1,5 0,079 40,23436961
1,6 0,085 43,29014452
1,7 0,092 46,85521525
1,8 0,097 49,40169434
1,9 0,104 52,96676506
2 0,11 56,02253997
2,1 0,116 59,07831488
2,2 0,12 61,11549815
2,3 0,123 62,6433856
2,4 0,126 64,17127305
2,5 0,13 66,20845633
2,6 0,133 67,73634378
2,7 0,136 69,26423123
2,8 0,138 70,28282287
2,9 0,139 70,79211869
3 0,141 71,81071032
3,1 0,142 72,32000614
3,2 0,143 72,82930196
3,3 0,144 73,33859778
3,4 0,145 73,84789359
3,5 0,145 73,84789359
3,6 0,145 73,84789359
El esfuerzo cortante se determino de la siguiente manera; para el caso de la
deformación de 0.1 mm.
Ʈ
Para las tres muestras las cuales fueron ensayadas con cargas normales
diferentes como ya había dicho anteriormente, se realiza la grafica esfuerzo
cortante – Deformación.
Las cargas Normales están en Kg, estas en KPa corresponden a:
Tabla 7. 5.8
Carga Normal (Kg) Esfuerzo Normal (Kpa)
5 25,95799276
10 51,85253794
15 99,92383947
De la grafica anterior se determinan los puntos picos, los cuales también pueden
ser determinados desde las tablas anteriormente expuestas donde el punto pico
es el máximo valor.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 1 2 3 4
Esfu
erzo
Co
rtan
te (K
pa)
Deformacion (mm)
Esfuerzo Cortante-Deformacion
5 Kg
10 Kg
20 Kg
Tabla 7.5.9
Puntos Picos (Kpa) Esfuerzo Normal (Kpa)
35,45740091 25,95799276
42,28545397 51,85253794
73,84789359 99,92383947
La grafica de la envolvente de falla se grafica con los datos recopilados en la tabla
7.5.9
Los parámetros de resistencia se determinan de la grafica de la línea de
resistencia. La ecuación de la línea es:
Ʈ
Como se puede observar la ecuación de la línea se encuentra en la grafica. Por lo
que:
y = 0,5364x + 18,753
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 20 40 60 80 100 120
Esfu
erzo
Co
rtan
te (K
pa)
Esfuerzo Normal (Kpa)
Linea de Resistencia
RESULTADOS Y ANALISIS DE LOS MISMOS
Los valores de los puntos máximos en las respectivas curvas de cortante contra
deformación implican que al aplicar una carga mucho mayor que la anterior la
resistencia al cortante aumentara proporcionalmente al aumentar la carga
aplicada, hasta el instante donde las cargas actuante se igualan a la resistencia
presentada por el suelo, es decir, se presenta una falla en la configuración
estructural interna del suelo. Con estos puntos picos se logra realizar la envolvente
falla que permiten determinar los parámetros de resistencia, estos parámetros son
los siguientes.
Cohesión (C) =
Angulo de Fricción ( = °
El valor de la cohesión nos indica que la arcilla esta pre-consolidada debido a que
el valor de esta es diferente de cero.
7.6. ENSAYO DE CONSOLIDADCION
Se denomina consolidación de un suelo a un proceso de reducción de volumen de
los suelos finos cohesivos (arcillas y limos plásticos), provocado por la actuación
de solicitaciones (cargas) sobre su masa y que ocurre en el transcurso de un
tiempo generalmente largo. Producen asientos, es decir, hundimientos verticales,
en las construcciones que pueden llegar a romper si se producen con gran
amplitud.
El ensayo de consolidación es un ensayo bastante complicado debido a que tiene
un complejo procedimiento, en el cual debemos ver cómo va variando el volumen
del suelo al aplicar la carga, con una duración de 2 semanas aproximadamente.
Este ensayo esta estandarizado por la norma norteamericana ASTM D-2435.
La consolidación del suelo, se evalúa con el índice de sobre-consolidación OCR,
que es a la relación entre el esfuerzo efectivo máximo aplicado en la historia
geológica del suelo llamado también esfuerzo efectivo de pre-consolidación y el
esfuerzo efectivo actual, que será:
Donde:
= Esfuerzo efectivo de pre-consolidación.
= Esfuerzo efectivo actual.
Cuando el valor de OCR > 1, se dirá que el suelo es sobre-consolidado y
se ubicada en cualquier punto de la línea de expansión, cuando el valor de OCR =
1 el suelo se denomina como normalmente consolidado y siempre se ubica en la
línea de consolidación normal.
PROCESOS DE CONSOLIDACION
Consolidación inicial: Reducción casi instantánea en el volumen de la masa de
un suelo bajo una carga aplicada, que precede a la consolidación primaria, debida
principalmente a la expulsión y compresión del aire contenido en los vacíos del
suelo.
Consolidación Primaria
Este método asume que la consolidación ocurre en una sola dimensión, Los datos
de laboratorio utilizados han permitido construir una interpolación entre
la deformación o el índice de vacios y la tensión efectiva en una escala
logarítmica. La pendiente de la interpolación es el índice de compresión. La
ecuación para el asiento de consolidación de un suelo normalmente consolidado
puede ser determinada entonces como:
Donde:
Es el asiento debido a la consolidación.
Es el índice de compresión.
Es el índice de vacios inicial.
H Es la altura de suelo consolidable.
Es la tensión vertical final.
Es la tensión vertical inicial.
Índice de compresión Cc =
: Variación de la relación de vacios
Para suelos sobre-consolidados donde la tensión final efectiva es menor que la
tensión de pre-consolidación, o lo que es lo mismo, para suelos que hubieran sido
consolidados con más intensidad en el pasado. Cuando la tensión final efectiva
sea mayor que la tensión de pre-consolidación, las dos ecuaciones deben ser
usadas en combinación de un modelo conjunto como sigue:
Donde:
Es la tensión de pre-consolidación del suelo.
Cr Es índice de re-compresión
Índice de re-compresión Cr =
Consolidación secundaria: Reducción en el volumen de la masa del suelo,
causada por la aplicación de una carga permanente y el acomodo de la estructura
interna de su masa, luego de que la mayor parte de la carga ha sido transferida a
las partículas sólidas del suelo.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Determinar el comportamiento que tiene una masa de suelo al ser sometido a
diferentes cargas y descargas al transcurrir el tiempo por medio del ensayo de
consolidación.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Determinar el esfuerzo de pre-consolidación y la relación de vacios final.
Determinar el valor del OCR para así deducir como se encuentra el suelo.
Determinar el índice de re-compresión y el índice de compresión.
PROCEDIMIENTO
1. Moldear cuidadosamente una muestra dentro de un anillo de consolidación
(consolidómetro); de la raspadura resultante del proceso de moldeo, tomar
una muestra representativa y utilizarla para determinar el contenido de
humedad.
2. Colocar cuidadosamente la muestra de suelo en el anillo con piedras
porosas saturadas en contacto con las caras superior e inferior; asegurar de
que las piedras porosas entren en el anillo y no haya posibilidad de
contacto entre las piedras porosas y el anillo durante el proceso de carga.
3. Colocar el consolidómetro en el aparato de carga y ajustar el deformímetro
colocándolo en cero; recuerde que para las lecturas debe considerarse una
posible compresión de la muestra de 4 a 12 mm.
4. Aplicar el primer incremento de carga (carga adicional suficiente para
desarrollar el primer incremento de carga) y simultáneamente tome lecturas
de deformación a tiempos de 0.25, 0.5, 1, 2, 4, 8, 15, 30, 60, min., y para 1,
2, 4, 8 y 24horas.
5. Después de 24 horas o como se haya establecido, o cuando el ΔH entre
dos lecturas sea suficientemente pequeño, incrementar la carga y
nuevamente tomar lecturas a intervalos de tiempo controlados como en el
paso anterior; si se utiliza el proceso de ensayo “rápido”, se deben tomar
suficientes tiempos en las lecturas en el tercero y cuarto incremento de
carga, para establecer la pendiente que permitirá calcular la consolidación
secundaria.
6. Al final del experimento, colocar la muestra en el horno, incluyendo todas
las partículas que se hayan caído fuera del anillo, para obtener el peso de
los sólidos Ws y determinar, por diferencias, el volumen final de agua Vwf;
comparar Ws con el valor calculado a partir del contenido de humedad
inicial en el paso 1 (si se hizo la determinación del contenido de humedad).
DATOS Y RESULTADOS
Tabla 7.6.1
Carga (Kg)
Fecha-Hora Tiempo (min)
Lec. Real defor. Esc. 0,01"/DIV
Lec. Real de Defor. Esc. 0,0001"/DIV
Lectura Corregida (Pulgadas)
Lectura Ajustada (mm)
10 Kg 17/09/12-10:15 0,25 0 40 0,006 0,1524
17/09/12-10:15 0,5 0 35 0,0065 0,1651
17/09/12-10:16 1 0 31 0,0069 0,17526
17/09/12-10:17 2 0 26 0,0074 0,18796
17/09/12-10:19 4 0 21 0,0079 0,20066
17/09/12-10:23 8 0 16 0,0084 0,21336
17/09/12-10:30 15 0 12 0,0088 0,22352
17/09/12-10:45 30 0 8 0,0092 0,23368
17/09/12-11:15 60 0 5 0,0095 0,2413
17/09/12-12:15 120 0 3 0,0097 0,24638
17/09/12-02:15 240 1 97 0,0103 0,26162
17/09/12-06:15 480 1 96 0,0104 0,26416
18/09/12-10:15 1440 1 94 0,0106 0,26924
20 Kg 18/09/12-10:15 0,25 1 69 0,0131 0,33274
0,5 1 66 0,0134 0,34036
1 1 63 0,0137 0,34798
2 1 58 0,0142 0,36068
4 1 53 0,0147 0,37338
8 1 48 0,0152 0,38608
15 1 43 0,0157 0,39878
30 1 38 0,0162 0,41148
60 1 33 0,0167 0,42418
120 1 28 0,0172 0,43688
240 1 24 0,0176 0,44704
480 1 20 0,018 0,4572
1440 1 15 0,0185 0,4699
40 Kg 19/09/12-10:15 0,25 2 49 0,0251 0,63754
0,5 2 40 0,026 0,6604
1 2 31 0,0269 0,68326
2 2 20 0,028 0,7112
4 2 8 0,0292 0,74168
8 3 95 0,0305 0,7747
15 3 82 0,0318 0,80772
30 3 70 0,033 0,8382
60 3 62 0,0338 0,85852
120 3 49 0,0351 0,89154
240 3 40 0,036 0,9144
480 3 33 0,0367 0,93218
1440 3 26 0,0374 0,94996
80 Kg 20/09/12-10:15 0,25 4 35 0,0465 1,1811
0,5 4 26 0,0474 1,20396
1 4 15 0,0485 1,2319
2 5 98 0,0502 1,27508
4 5 83 0,0517 1,31318
8 5 62 0,0538 1,36652
15 5 40 0,056 1,4224
30 5 16 0,0584 1,48336
60 5 6 0,0594 1,50876
120 6 89 0,0611 1,55194
240 6 75 0,0625 1,5875
480 6 59 0,0641 1,62814
1440 6 55 0,0645 1,6383
160 Kg 21/09/12-10:15 0,25 7 82 0,0718 1,82372
0,5 7 76 0,0724 1,83896
1 7 67 0,0733 1,86182
2 7 57 0,0743 1,88722
4 7 44 0,0756 1,92024
8 7 26 0,0774 1,96596
15 7 5 0,0795 2,0193
30 8 84 0,0816 2,07264
60 8 35 0,0865 2,1971
120 8 100 0,08 2,032
240 9 80 0,092 2,3368
480 9 48 0,0952 2,41808
1440 9 40 0,096 2,4384 Descarga de 60 Kg
100 Kg 24/09/12-10:15 0,25 9 48 0,0952 2,41808
0,5 9 49 0,0951 2,41554
1 9 49 0,0951 2,41554
2 9 50 0,095 2,413
4 9 51 0,0949 2,41046
8 9 52 0,0948 2,40792
15 9 53 0,0947 2,40538
30 9 54 0,0946 2,40284
60 9 56 0,0944 2,39776
120 9 57 0,0943 2,39522
240 9 57 0,0943 2,39522
480 9 57 0,0943 2,39522
1440 9 56 0,0944 2,39776 Descarga 60 KG
40 Kg 25/09/12-10:15 0,25 9 78 0,0922 2,34188
0,5 9 80 0,092 2,3368
1 9 82 0,0918 2,33172
2 9 85 0,0915 2,3241
4 9 89 0,0911 2,31394
8 9 93,5 0,09065 2,30251
15 9 97 0,0903 2,29362
30 8 11 0,0889 2,25806
60 8 19 0,0881 2,23774
120 8 23 0,0877 2,22758
240 8 29 0,0871 2,21234
480 8 34 0,0866 2,19964
1440 8 39 0,0861 2,18694 Recarga 40 Kg
80 Kg 26/09/12-10:15 0,25 8 25 0,0875 2,2225
0,5 8 24 0,0876 2,22504
1 8 23 0,0877 2,22758
2 8 20 0,088 2,2352
4 8 18 0,0882 2,24028
8 8 16 0,0884 2,24536
15 8 10 0,089 2,2606
30 8 7 0,0893 2,26822
60 8 2 0,0898 2,28092
120 8 1 0,0899 2,28346
240 9 0 0,09 2,286
480 9 0 0,09 2,286
1440 9 0 0,09 2,286
160 Kg 27/09/12-10:15 0,25 9 71 0,0929 2,35966
0,5 9 70 0,093 2,3622
1 9 68 0,0932 2,36728
2 9 66 0,0934 2,37236
4 9 63 0,0937 2,37998
8 9 58 0,0942 2,39268
15 9 53 0,0947 2,40538
30 9 46 0,0954 2,42316
60 9 39 0,0961 2,44094
120 9 35 0,0965 2,4511
240 9 17 0,0983 2,49682
480 9 8 0,0992 2,51968
1440 9 6 0,0994 2,52476
320 Kg 28/09/12-10:15 0,25 10 38 0,1062 2,69748
0,5 10 30 0,107 2,7178
1 10 27 0,1073 2,72542
2 10 20 0,108 2,7432
4 10 10 0,109 2,7686
8 11 96 0,1104 2,80416
15 11 78 0,1122 2,84988
30 11 51 0,1149 2,91846
60 11 22 0,1178 2,99212
120 12 84 0,1216 3,08864
240 12 44 0,1256 3,19024
480 12 8 0,1292 3,28168
1440 13 80 0,132 3,3528 Descarga 160
160 Kg 01/10/12-10:15 0,25 13 98 0,1302 3,30708
0,5 13 99 0,1301 3,30454
1 12 1 0,1299 3,29946
2 12 2 0,1298 3,29692
4 12 3 0,1297 3,29438
8 12 5 0,1295 3,2893
15 12 7 0,1293 3,28422
30 12 10 0,129 3,2766
60 12 12 0,1288 3,27152
120 12 15 0,1285 3,2639
240 12 17 0,1283 3,25882
480 12 18 0,1282 3,25628
1440 12 20 0,128 3,2512 Descarga 80 Kg
80 Kg 02/10/12-10:15 0,25 12 39 0,1261 3,20294
0,5 12 39 0,1261 3,20294
1 12 41 0,1259 3,19786
2 12 43 0,1257 3,19278
4 12 46 0,1254 3,18516
8 12 50 0,125 3,175
15 12 53 0,1247 3,16738
30 12 60 0,124 3,1496
60 12 67 0,1233 3,13182
120 12 75 0,1225 3,1115
240 12 93 0,1207 3,06578
480 12 96 0,1204 3,05816
1440 12 0 0,12 3,048
Recarga 80 Kg
160 Kg 03/10/12-10:15 0,25 12 79 0,1221 3,10134
0,5 12 78 0,1222 3,10388
1 12 77 0,1223 3,10642
2 12 76 0,1224 3,10896
4 12 73 0,1227 3,11658
8 12 70 0,123 3,1242
15 12 62 0,1238 3,14452
30 12 61 0,1239 3,14706
60 12 55 0,1245 3,1623
120 12 52 0,1248 3,16992
240 12 49 0,1251 3,17754
480 12 47 0,1253 3,18262
1440 12 47 0,1253 3,18262
320 Kg 04/10/12-10:15 0,25 12 18 0,1282 3,25628
0,5 12 17 0,1283 3,25882
1 12 15 0,1285 3,2639
2 12 12 0,1288 3,27152
4 12 8 0,1292 3,28168
8 12 3 0,1297 3,29438
15 13 96 0,1304 3,31216
30 13 89 0,1311 3,32994
60 13 78 0,1322 3,35788
120 13 64 0,1336 3,39344
240 13 59 0,1341 3,40614
480 13 50 0,135 3,429
1440 13 41 0,1359 3,45186
640 Kg 05/10/12-10:15 0,25 14 75 0,1425 3,6195
0,5 14 73 0,1427 3,62458
1 14 68 0,1432 3,63728
2 14 61 0,1439 3,65506
4 14 52 0,1448 3,67792
8 14 40 0,146 3,7084
15 14 25 0,1475 3,7465
30 15 0 0,15 3,81
60 15 67 0,1533 3,89382
120 15 22 0,1578 4,00812
240 16 75 0,1625 4,1275
480 16 35 0,1665 4,2291
1440 16 9 0,1691 4,29514
2880 17 97 0,1703 4,32562
Los datos obtenidos en el laboratorio del anillo del equipo de consolidación son los
que se presentan en la siguiente tabla, incluido también los datos de la muestra de
suelo ensayada.
Tabla 7.6.2
DATOS DEL ENSAYO
Diámetro del Anillo (cm) 4,94
Altura Inicial (mm) 21
Área (cm^2) 19,1665
Masa del Anillo (gr) 70,2
Anillo + Suelo Húmedo (gr) 149,8
Masa del Anillo + Suelo Seco (gr) 134,5
Masa del Suelo Seco (gr) 64,3
Masa del Agua en la muestra (gr) 15,3
Contenido de Humedad (%) 23,79%
Altura de Sólidos (mm) 12,2138
Para determinar la altura de sólidos se utilizo la siguiente formula.
La cual sale de:
Despejando Hs:
Reemplazando los valores correspondientes:
La deformación final o asentamiento final después de cada carga y/o descarga son
los presentes en la siguiente tabla.
Tabla 7.6.3
Carga (Kg) Deformación Final (mm)
0 0
10 0,26924
20 0,4699
40 0,94996
80 1,6383
160 2,4384
100 2,39776
40 2,18694
80 2,286
160 2,52476
320 3,3528
160 3,2512
80 3,048
160 3,18262
320 3,45186
640 4,32562
Con los resultados obtenidos en la tabla anterior se procede hallar la relación de
vacios para cada carga, estos resultados se presentan en la siguiente tabla.
Tabla 7.6.4
Esfuerzo (KN/m^2) Altura Final (mm)
Relación de Vacios
0 21 0,719368108 e0
51,18293995 20,73076 0,697324172 e1
102,3658799 20,5301 0,6808952 e2
204,7317598 20,05004 0,641590445 e3
409,4635196 19,3617 0,585232834 e4
818,9270392 18,5616 0,519724909 e5
511,8293995 18,60224 0,523052295 e6
204,7317598 18,81306 0,540313114 e7
409,4635196 18,714 0,532202609 e8
818,9270392 18,47524 0,512654212 e9
1637,854078 17,6472 0,444858709 e10
818,9270392 17,7488 0,453177175 e11
409,4635196 17,952 0,469814109 e12
818,9270392 17,81738 0,45879214 e13
1637,854078 17,54814 0,436748204 e14
3275,708157 16,67438 0,36520939 e15
El esfuerzo se cálculo de la siguiente forma:
σ
Para la carga de 10 Kg se tiene que:
Para el cálculo de la altura final sencillamente se le resto a la altura inicial la
deformación o asentamiento correspondiente a cada carga.
La relación de vacios se cálculo de la siguiente forma.
Para la Carga de 10 Kg ó 51.18 KN/m2
De la tabla anterior se grafico Logaritmo del Esfuerzo Vs Relación de Vacios y
dicha grafica se presenta a continuación.
De esta grafica se hallo es esfuerzo de pre-consolidación, el cual es el punto
donde se intercepta la prolongación de la línea virgen y la bisectriz, se baja al eje
de las ordenas y se obtiene dicho esfuerzo.
Esfuerzo de Pre-consolidación
A la línea virgen le determinamos la pendiente y esta corresponde al índice de
compresión.
Índice de compresión Cc =
Cc
La pendiente de la rama de recompresión es el índice de recompresión.
Índice de Recompresion Cs =
Cs
Determinación del OCR
Para determinar el OCR se necesita saber el esfuerzo en el sitio. La muestra
ensayada fue extraída de una profundidad de 1.8 - 2.3 metros de profundidad del
apique 1, el nivel freático se encuentra ubicado a 2 metros de profundidad. Por lo
tanto el cálculo del esfuerzo en el sitio es el siguiente.
Z=
RESULTADOS Y ANALISIS DE LOS MISMOS
Los resultados obtenidos en el ensayo de consolidación son los siguientes:
Esfuerzo de Pre-consolidación
Índice de compresión Cc
Índice de Recompresion Cs
OCR=6.56
El esfuerzo en el sitio es muy pequeño con respecto al esfuerzo de pre-
consolidación debido al valor del OCR, este es mayor que 6 como ya se calculo y
se mostro anteriormente, por tanto ya se puede concluir que el suelo está sobre-
consolidado ya que el OCR es mayor que uno.
7.7. ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR
El ensayo de penetración estándar o SPT (del inglés standard penetration test), es
un tipo de prueba de penetración dinámica, empleada para ensayar terrenos en
los que se quiere realizar un reconocimiento geotécnico. Constituye el ensayo o
prueba más utilizado en la realización de sondeos, y se realiza en el fondo de la
perforación. Consiste en contar el número de golpes necesarios para que se
introduzca a una determinada profundidad un tubo (cilíndrico y hueco) muy
robusta (diámetro exterior de 51 milímetros e interior de 35 milímetros, lo que
supone una relación de áreas superior a 100), que permite tomar una muestra,
naturalmente alterada, en su interior. El peso de la masa está normalizado, así
como la altura de caída libre, siendo de 63'5 kilopondios y 76 centímetros
respectivamente.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Determinar la resistencia que ofrece el suelo por medio del ensayo de penetración
estándar SPT.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Conocer el procedimiento que se debe llevar a cabo para realizar el ensayo
de penetración estándar.
Obtener el número de golpes necesarios para avanzar 30 cm de
profundidad en el suelo por medio de la prueba SPT.
DESCRIPCION DEL ENSAYO
El ensayo en si consiste en hincar el tubo para que penetre 30 cm (1PIE) en el
terreno, ayudados de una pesa de 140 lbs de peso y una altura de caída de 75
cm, contabilizándose el número de golpes N.
DATOS Y RESULTADOS
Ensayo N°1
Tabla7.7.1
Profundidad de 1.00 - 1.30 metros
Apique Profundidad (cm) N° de Golpes N° Total de Golpes
3
15 1
9 30 4
45 5
60 3
Ensayo N°2
Tabla 7.7.2
Profundidad de 1.30 - 1.60 metros
Apique Profundidad (cm) N° de Golpes N° Total de Golpes
3
15 1
8 30 3
45 5
50 2
60 5
De la siguiente tabla se halla la resistencia a la compresión simple.
Tabla 7.7.3 Consistencia de arcillas y correlación aproximada
con el número de penetración estándar N.
Número de
penetración
estándar, N.
Consistencia Resistencia a compresión
simple, qu. (kN/m2)
0 – 2 Muy blanda 0 – 25
2 – 5 Blanda 25 – 50 5 – 10 Rigidez media 50 – 100
10 – 20 Firme 100 – 200
20 – 30 Muy firme 200 – 400
>30 Dura >400
De los ensayos realizados en campo, donde los números de golpes son de 9 para
el ensayo N°1 y 8 para el ensayo N°2 la consistencia de la arcilla es rígida media.
8. DISEÑO DE CIMENTACION SUPERFICIAL
8.1. ANALISIS GEOTECNICO
8.1.1. Determinación De Capacidad De Carga
Calculo de las dimensiones de la zapata.
Utilizando la teoría de Meyerhof, tenemos la siguiente formula la cual sirve para
hallar el esfuerzo ultimo que puede soportar el suelo.
Factores de Capacidad de Carga.
Reissner (1924)
Prandtl (1973)
Vesic (1973)
Factores de Forma
Factores de Profundidad
Para
Para
Factores De Inclinación
= 1
Carga de Falla a largo plazo
Para la carga de falla a largo plazo se tiene que:
Φ’=28.21°
C’=18.75
Hallamos los factores para una zapata cuadrada
Factores de capacidad de carga.
Factores de forma en función de B.
Factores de Profundidad en función de B
Para
Remplazando los valores obtenidos en el calculo de los factores y los valores de
C’ & ϕ’, en la ecuación de , se obtiene.
Como
Entonces
Como Fs= 3
COLUMNAS CARGAS P (KN)
A1 620
A2 650
A3 580
B1 680
B2 820
B3 710
C1 500
C2 600
C3 520
Para la columna B2 que es la de mayor carga, B es igual.
Resolviendo la ecuación se llega a B=1.18 metros, dicho resultado no cumple la
condición
, por lo que es necesario probar por el caso cuando la carga de
falla es a corto plazo.
Carga de Falla a corto plazo.
Para la carga de falla a corto plazo.
Cu=53.30 KN/m2
Φu= 0
De tabla 11.1 del Braja M. Das; Fundamentos de Ingeniería Geotécnica se hallan
los factores de capacidad de carga.
Remplazando los valores de los factores de capacidad de carga, forma,
profundidad e inclinación se obtiene.
Como
Entonces
La ecuación obtenida es una ecuación cuadrática que esta en función de B y P.
Donde P son las cargas que bajan por las columnas.
Para P=820
B=2.4 metros
Si cumple
Aplicando la misma formula para las demás cargas, se obtienen las dimensiones
de las otras zapatas, las cuales se presentan en la siguiente tabla.
Tabla 8.1.1.1
COLUMNAS CARGAS (KN) DIMENSION DE LA ZAPATA (m) B=L (m)
A1 620 2,052092862 2,1
A2 650 2,107153525 2,2
A3 580 1,976594743 2
B1 680 2,160975248 2,2
B2 820 2,397906927 2,4
B3 710 2,213638082 2,3
C1 500 1,817482513 1,9
C2 600 2,014653597 2,1
C3 520 1,858367993 1,9
8.1.2. Determinación De Asentamientos Inmediato
Para la determinación de asentamientos inmediatos se calcula la profundidad en la
cual el incremento es el 10% del esfuerzo aplicado, pero como se va hallar el
incremento en el centro de la zapata entonces la formula que define este
incremento en la esquina de una figura cuadrada queda siendo cuatro veces la
ecuación de dicho incremento.
Se tiene que, la ecuación del incremento es:
σ
4 σ=
σ= 4
Entonces el valor de σ=0.025; por lo tanto es necesario iterar para hallar Z, debido
a que σ está en función de m y n, y estas dos están en función de Z.
Tales ecuaciones son:
Donde:
Y
Para el caso de la zapata A1 (De dimensiones calculadas B=L=2.1 m y P=620 KN)
De la plantilla en Excel donde se itero se hallo un valor de Z=4,3; remplazando
estos valores en las formulas se comprobó el valor de σ.
y
y
Como se esta calculando en el centro de la zapata, entonces las dimensiones
para realizar el calculo son de L/2 = B/2.
0.02589
Esto indica que a una profundidad de 4.3 metros el efecto de la carga es
aproximadamente del 10%. Esto es para la carga de 620 KN de dimensiones
2,1x2,1 m. Para las demás zapatas se presentan en la siguiente tabla.
Tabla 8.1.2.1
ZAPATAS CARGAS (KN) B=L (m) PROFUNDIDAD (m)
A1 620 2,1 4,3 4,3
A2 650 2,2 4,571698985 4,6
A3 580 2 4,257 4,3
B1 680 2,2 4,571698985 4,6
B2 820 2,4 4,969455203 5
B3 710 2,3 4,740100982 4,8
C1 500 1,9 3,932604568 4
C2 600 2,1 4,3 4,3
C3 520 1,9 3,932604568 4
Para calcular los asentamientos inmediatos se utiliza dicha profundidad, aplicando
la formula.
Donde:
Es la relación de Poisson, las arcillas tienen una relación de Poisson de 0.5
Donde
Como se va a calcular en el centro de la zapata entonces las dimensiones en las
formulas de m y n son L/2 y B/2.
Remplazando los valores ya conocidos en:
Como el calculo del asentamiento inmediato se esta realizando en el centro de la
zapata, entonces esta se divide en 4 sub-áreas por lo que la formula
Se convierte en
Donde:
B= 2.1 m, =0.5, E = 4490
Aplicando el mismo procedimiento para las demás zapatas se llega a los
siguientes resultados.
Tabla 8.1.2.2
RESUMEN DE RESULTADOS DE LOS ASENTAMIENTOS INMEDIATOS
ZAPATAS CARGAS (KN) B=L (m) ASENTAMIENTO INMEDIATO (mm)
A1 620 2,1 40,58356019 40,59
A2 650 2,2 40,81403896 40,82
A3 580 2 40,37614156 40,38
B1 680 2,2 42,69776384 42,7
B2 820 2,4 47,14158564 47,15
B3 710 2,3 42,52575761 42,53
C1 500 1,9 36,30455335 36,31
C2 600 2,1 39,27441309 39,28
C3 520 1,9 37,75673549 37,76
8.1.3. ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACION
Para hallar los asentamientos por consolidación se utiliza la profundidad donde el
incremento producido por la zapata alcanza el 10% de la carga, en la Tabla 8.1.2.1
se muestran dichas profundidades. Para el caso de la zapata A1 se tiene:
P= 620 KN
Z= 4.3 m
Dimensiones = 2.1 x 2.1 m
Como Z es mayor que 3 metros el estrato se tiene que dividir en sub-estratos de
2.15 metros.
Se determina el esfuerzo efectivo In-situ para una profundidad de Z= Z1 = 5.3m
σ´sitio= (2m*17.63Kn/m3)+ 3.3m(21.03Kn/m3-9.81Kn/m3)
σ´sitio= 72.62 Kn/m3
Se determinan los esfuerzos efectivos In-situ para los puntos medios de cada sub-
estrato.
Para Z= Z2 = 6.375m
σ´sitio=(2m*17.63Kn/m3)+ 4.375m(21.03Kn/m3-9.81Kn/m3)
σ´sitio= 84.35 Kn/m2
Para Z= Z3 = 8.52m
σ´sitio=(2m*17.63Kn/m3)+ 6.525m(21.03Kn/m3-9.81Kn/m3)
σ´sitio= 108.47 Kn/m2
Se determinan los esfuerzos de pre-consolidación para los puntos medios de cada
sub-estrato
Para Z = Z4 = 6.375m
σ´p=(6.68)(84.35Kn/m2) → σ´p= 563.44Kn/m2
Para Z= Z5 = 8.52m
σ´p=(6.68)(108.47Kn/m2) → σ´p= 724.58Kn/m2
Ahora, se determinan los incrementos en los diversos puntos de cada sub-estrato
ocasionado por la Zapata.
Para P=620KN
;
2
El incremento se calcula para el centro de la zapata, en los puntos que se
muestran en la imagen anterior. Entonces:
Para Z1=0 σ1 es igual a 1 debido a que la carga esta justo allí y trasmite el
mismo valor de la carga al incremento; por lo que:
1= * 140.59= 140.59Kn/m2
Para Z2=1.075 m
Por lo que 2=
Para las demás profundidades se tiene:
Z3=2.15m σ3=0.081280511 3=
Z4=3.225m σ4=0.042988945 4=
Z5=4.3m σ5=0.025891314 5=
Determinación de los incrementos promedios en los puntos medio de cada sub-
estrato.
=
=
=
=
Se calculan los esfuerzoz efectivos finales para los puntos medios de cada sub-
estrato.
Para Z=6.375m; con 2 , σ´sitio= 84.35 Kn/m3 y
σ´p= 563.44Kn/m2
σ´f = σ´sitio +
σ´f = 84.35 Kn/m2 + 2 =179.97Kn/m2
179.97Kn/m2 < σ´p
Para Z=8.52m; con = 26.13Kn/m2 , σ´sitio = 108.47 Kn/m2 y
σ´p= 724.58Kn/m2
σ´f = 108.47Kn/m2 + 26.13Kn/m2 =134.6Kn/m2
134.6Kn/m2 < σ´p
Como el esfuerzo efectivo final para ambos puntos medios de cada sub-estrato es
menor al de pre-consolidación entonces la arcilla continua siendo Sobre-
consolidada; por lo que se utiliza la siguiente fórmula para la determinación de los
asentamientos.
S=
S1=
=0.0213m = 21.3mm
S2=
=0.0061m =6.1mm
ST.c= S1+ S2 donde; ST.c: Asentamiento total por consolidación
ST.c=21.3mm + 6.1mm =27.4mm
Los cálculos de los asentamientos por consolidación del suelo producido por las
diferentes zapatas, se resumen en la siguiente tabla.
TABLA 8.1.3.1
ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACION
ZAPATAS CARGAS (KN) ASENTAMIENTO A1 620 27.4117777 A2 650 27.66897949 A3 580 27.15994665
B1 680 28.62254068
B2 820 31.08670271
B3 710 28.70483645
C1 500 25.01225585
C2 600 26.74824124
C3 520 25.75404552
8.1.4. ASENTAMIENTOS TOTALES
Los asentamientos totales son debido al asentamiento inmediato y por
consolidación producido por la carga que transmite la zapata.
Para la zapata A1
Stotal= SI + ST.c donde; SI= Asentamiento inmediato.
Stotal= 40.58356019 mm+ 27.4117777mm = 67.99533789 mm
Este asentamiento requiere una corrección por rigidez y profundidad donde el
factor de rigidez es 0.93 y el factor de profundidad se muestra en la siguiente tabla
Tabla 8.1.3.2
CORRECION POR PROFUNDIDAD
Df/B Corrección Df
0 1
0.5 0.95
1 0.89
2 0.86
3 0.84
4 0.82
5 0.81
>10 0.8
Si el valor buscado del factor no se encuentra es necesario interpolar para hallarlo.
Para la zapata A1, se tiene:
B=2.1 Df=1.5 → Df/B = 0.71429 este valor se encuentra entre 0.5 y 1;
entonces.
Por consiguiente:
Para las demás zapatas se presentan los resultados obtenidos en la siguiente
tabla.
8.2. REDISEÑO DE LAS ZAPATAS
La norma nos dice que el asentamiento total de las zapatas de una estructura no
deben superar 25.4 mm, y los asentamientos calculados sobrepasan este valor
por lo que hay que rediseñar las zapatas.
Desde la plantilla en Excel se hallaron las siguientes dimensiones para las zapatas
para que si cumplan con la norma.
Tabla 8.2.1
ZAPATAS CARGAS (KN) DIMENSION DE LA ZAPATA (m) ASENTAMIENTO TOTAL
A1 620 4.4 23.42434645
A2 650 4.4 24.64254431
A3 580 4.2 25.04573263
B1 680 4.6 24.46722585
B2 820 5.4 25.40283532
B3 710 4.8 24.40293708
C1 500 3.6 25.34574492
Tabla 8.1.4.3 DETERMINACION DE LOS ASENTAMIENTOS TOTALES
ZAPATA ASENTAMIENTO
INMEDIATO (mm)
ASENTAMIENTO POR
CONSOLIDACION (mm)
ASENTAMIENTO TOTAL (mm)
FACTOR DE CORRECION ASENTAMIENTO TOTAL CORREGIDO
(mm) POR
RIGIDEZ POR PROFUNDIDAD
B (m) Df/B CORRECCION DF
A1 40.58356019 27.4117777 67.99533789
0.93
2.1 0.71429 0.933544612 59.03331366
A2 40.81403896 27.66897949 68.48301845 2.2 0.68182 0.934672665 59.528561
A3 40.37614156 27.15994665 67.53608821 2 0.75 0.932303754 58.55665819
B1 42.69776384 28.62254068 71.32030452 2.2 0.68182 0.934672665 61.99485938
B2 47.14158564 31.08670271 78.22828835 2.4 0.625 0.936646758 68.14321356
B3 42.52575761 28.70483645 71.23059406 2.3 0.65217 0.935702627 61.98510818
C1 36.30455335 25.01225585 61.31680921 1.9 0.78947 0.93093228 53.08607118
C2 39.27441309 26.74824124 66.02265433 2.1 0.71429 0.933544612 57.32063672
C3 37.75673549 25.75404552 63.510781 1.9 0.78947 0.93093228 54.9855396
C2 600 4.3 25.30309299
C3 520 3.8 24.95345782
Como se puede ver en la figura las zapatas se traslapan por lo que hay que
proponer una losa de cimentación.
8.2.1. ASENTAMIENTOS DIFERENCIABLES
Los asentamientos diferenciables se presentan en la siguiente en la siguiente
tabla.
Tabla 8.1.4.1 ENTRE LAS ZAPATAS S Diferencial (mm) CUMPLE
A1 A2 0.473135799 OK
B1 1.0428794 OK
A2 A3 1.148250385 OK
B2 0.964712022 OK
A3 B3 0.642795552 OK
B1 C1 0.878519069 OK
B2 0.394968421 OK
B2 C2 0.440898722 OK
B3 0.459257189 OK
B3 C3 0.550520743 OK
C1 C2 0.042651926
OK
C2 C3 0.349635167
OK
Donde los asentamientos permitidos por la norma NRS-10 en su Titulo H se
presentan en la tabla H.4.9-1
Según el tipo de estructura de nuestro proyecto corresponde al inciso (c) de la
tabla anterior.
∆S =
donde es la distancia entre las zapatas.
Tabla 8.1.4.2
DISTANCIA ENTRE ZAPATAS (m) ∆S Permitido (mm)
A1-A2 = B1-B2 = C1-C2 4 13.33333333
A2-A3 = B2-B3 = C2-C3 5 16.66666667
A1-B1 = A2-B2 = A3-C3 4.2 14
B1-C1 = B2-C2 = B2-C3 4.6 15.33333333
De acuerdo a las dimensiones de las zapatas obtenidas para que puedan cumplir
con el asentamiento se tiene que las dimensiones de estas se traslapan por lo que
el área que recubren estas es mayor que el 50%.
Se tiene:
El área del terreno es de A=14 mx15 m = 210 m2
El área que recubren todas las zapatas es de:
El área recubierta por las zapatas corresponde al 83.62% del área total del
terreno, por lo tanto el tipo de cimentación superficial que se debe utilizar es una
losa.
9. PROPUESTA DEL DISEÑO DE LA LOSA DE CIMENTACION
Para diseñar la losa se suman las cargas individuales que llegaban inicialmente a
las zapatas, para así hallar la carga que soportara la losa de cimentación; esto
equivale a P=5680 KN.
La dimensión de la losa será B= 14 m y L=15 m ocupando toda la dimensión del
terreno que se dispone para la construcción.
La carga Q ejercida sobre el terreno es de
Como la losa de cimentación va a tener una profundidad de desplante de 3.8
metros debido a la construcción del sótano, entonces hay que tener en cuenta el
suelo que se retira para hallar los asentamientos totales que sufrirá la estructura;
para eso hay que hallar la carga Neta.
Carga Neta =
La carga neta es negativa por lo que el esfuerzo que va a producir la estructura
(Losa de Cimentación) es menor que el esfuerzo que produce el suelo a esa
profundidad, debido a lo anterior no se producirán asentamientos ya que el suelo
esta compensado en mayor proporción por medio del hinchamiento que sufre el
suelo al asentamiento que sufrirá por causa de la estructura.
10. PROPUESTA DEL DISEÑO DEL TALUD
Debido a que se va a realizar una excavación de 3,8 metros de profundidad hay
que garantizar la estabilidad del suelo para que no se deslice o falle, para así
garantizar la seguridad de la obra. Para eso hay que analizar la estabilidad del
suelo por medio de un talud finito; utilizando el método de Culmann, el cual nos
indica que:
Estableciendo un factor de seguridad de 2 para la condición drenada, se tiene que:
Reemplazando el valor de en la ecuación.
Iterando se halla el valor de
Por lo que:
Para la Condición No Drenada el valor de es 116° para un factor de seguridad
de 2, y para un factor de seguridad de 4.
Para la construcción del talud se utiliza la condición drenada, teniendo en cuenta
que el talud no será permanente solo es para brindar estabilidad mientras se
construye el muro de contención debido a que después se rellenara el vacio como
muestra la siguiente figura.
11. MURO DE CONTENCION
Existen tres tipos de presión de acuerdo a las características de deformación
supuestas en la interacción suelo-estructura.
1.) Presión en Reposo
2.) Presión Activa
3.) Presión Pasiva
La presión en reposo ocurre cuando el suelo no se ha movido detrás del muro y se
le ha prevenido de expandirse o contraerse. Es el caso, por ejemplo de un muro
de concreto armado rígido o un muro rígido de tras del cual se ha colocado un
relleno compactado, por esta razón asumiremos el estado en reposo por lo que se
tiene que realizar un talud mientras se construye el muro rellenando después el
espacio con un material seleccionado el cual será compactado.
Suponiendo que el material que se utilizara para el relleno es extraído de una
cantera donde este posee la mismas características del suelo donde se va a
construir. Ósea
Tabla 11.1
Peso Especifico Seco (KN/m3) 17,63
Peso Especifico Saturado (KN/m3) 21,03
Angulo de Fricción ф 28,21
Cohesión Efectiva 18,75
OCR 6,56
Para la condición de estado en reposo tenemos que:
, , , , ,
Sabemos que es una arcilla pre-consolidada
Por lo tanto:
Para Z=0 →
Para Z=2m →
Para Z=3.8m →
74.87
Ahora se calculara la presión total de la masa de suelo:
Dividiendo el área total en triángulos y cuadrados
Área I: triangulo de H= 2m, y B=47.6 kn/m2.
P1=
= 47.6kn/m3. Y Centroide Z= 2.467m
Área II: cuadrado de H=1.8m, y B=47.6 kn/m2.
P2= 47.6 kn/m2*1.8m = 85.68 kn/m3. Y Centroide Z= 0.9m
Área III: triangulo de H= 1.8m, y B= 74.87 kn/m2 - 47.6 kn/m2= 27.27 kn/m2.
P3=
= 24.543kn/m3. Y Centroide Z= 0.6m.
Y como hay que sumarle la presión que genera el agua tenemos que:
Área IV: triangulo de H= 1.8m, y B=17.658 kn/m2
P4=
= 15.893kn/m3. Y Centroide Z= 0.6m.
Por lo tanto la presión total generada por la masa de suelo será de:
Pt= p1+p2+p3+p4= 47.6 kn/m3 + 85.68 kn/m3 + 24.543 kn/m3 + 15.892 kn/m3
Pt= 173.715 KN/m3.
Ahora se halla la altura donde estará aplicada esta presión de la base del muro.
Z=
Z=
Z=1.26 m.
La presión que ejercerá el suelo sobre el muro es de 173.715 KN/m2 por metro
lineal a una profundidad de 3.8 m – 1.26 m = 2.54 m, por lo que a la hora de
diseñar el muro de concreto reforzado se tiene en cuenta estos resultados.
12. CRITERIO DEL DISEÑADOR
Para la realización del diseño de cimentaciones se tuvo que tomar decisiones
entre las ideas de cada integrante del grupo escogiendo y enriqueciendo la más
conveniente de acuerdo a los parámetros establecidos en la norma NRS-10 y en
conformidad con la facilidad de cálculo se eligió utilizar o diseñar zapatas asiladas
cuadradas, ya que éstas tienen un menor grado de dificultad en comparación con
los otros tipos de elementos de cimentación.
Por otro lado la profundidad de desplante fue tomada de 1.5 metros debido a que
las zapatas aisladas son cimentación superficiales y siempre Df < 4B para que la
cimentación sea superficial y 1.5 m es una profundidad apropiada para las zapatas
aisladas.
Se utilizó la teoría de Meyerhof debido a que este asume que el suelo encima de
la zapata no solo suministra sobrecarga sino que también aporta resistencia, por lo
que es más realista y menos conservativo que la teoría de Terzaghi. Por medio de
esta teoría se hallaron las dimensiones de las zapatas las cuales varían con
relación a las cargas, con estas dimensiones se hallaron los asentamientos
inmediatos y por consolidación a una profundidad donde el incremento de
esfuerzo en el suelo debido a la carga es del 10% y en su defecto los
asentamientos totales con las debidas correcciones por rigidez y profundidad,
estos asentamientos sobrepasaron el limite permitido por la norma NRS-10 por
tanto se tuvo que rediseñar las dimensiones de las zapatas para que cumplieran el
asentamiento permitido pero se llego al punto que las zapatas se traslaparon y
ocupan el 83.62% de todo el terreno.
En consecuencia de lo anterior, se llego a la decisión de presentar una propuesta
de cimentación con losa de cimentación.
13. RECOMENDACIONES
13.1. RECOMENDACIONES PARA EL DISEÑO
Después de haber realizado un exhaustivo análisis a las propiedades físico-
mecánicas del suelo donde se desea realizar la ejecución del proyecto, el cual se
debió tener en cuenta las cargas que la estructura transmite a este por medio de
las columnas y estas a su vez a las zapatas. Se deben tener en cuenta a la hora
de llevar a cabo el proyecto las siguientes recomendaciones con el fin de brindar
mayor seguridad a la construcción de este:
Luego de haber tomado un modelo de cimentación de zapatas aisladas
cuadradas y observar que en su mayoría estas se traslapaban o
superponían unas con otras, se opta por diseñar una losa de cimentación
para poder cumplir con las especificaciones de la norma NRS-10.
El nivel de desplante para el sistema de cimentaciones, se dará a una
profundidad de 1.5 m, medidos desde la superficie del terreno.
Con el fin de proporcionar seguridad a la estructura y basándonos en la
normatividad se asume un factor de seguridad de 3 para el diseño de la
zapata.
A la hora de hacer los cortes para la construcción del sótano se debe
proponer el diseño de un talud para garantizar la estabilidad del suelo, para
este se asume un factor de seguridad de 2. Este solamente será temporal
hasta que se lleve a cabo la construcción de unos muros de contención.
Para garantizar la estabilidad de la estructura se recomienda la
construcción de muros de contención con el fin de que este absorba la
presión que el suelo ejercerá sobre la base de la misma.
13.2. RECOMENDACIONES PARA CONSTRUCCION
Después de haber analizado las propiedades del suelo que servirá como base
para la cimentación se dan las siguientes recomendaciones para tener en cuenta
cuando se inicien los procesos de construcción, los cuales se deben llevar de la
mejor forma sin que sufran alteraciones, las cuales puedan repercutir
negativamente en el sistema estructural de la obra.
se debe hacer un retiro o descapote de la capa vegetal hasta una
profundidad de 0.8 m para así descartar la masa de suelo que contenga
materia orgánica.
El nivel freático se localizo a una profundidad de 2 m sobre el nivel del
terreno, este factor es de vital importancia tenerlo en cuenta debido a que si
este se encuentra por encima de la profundidad de excavación generara
alteraciones de las propiedades del suelo ya que este se clasifico como una
arcilla de baja plasticidad, también se presentaran infiltraciones que podrían
inundar a estas por lo que se debe establecer un mecanismo para prevenir
dichas infiltraciones succionando el agua mediante motobombas y
ayudándose excavaciones en ella que represen el agua.
Las dimensiones de la losa a construir, deberán ser las calculadas
anteriormente, para brindar seguridad a la construcción.
13.3. RECOMENDACIONES PARA LA ESTABILIZACIÓN DEL SUELO
Al establecer la clasifican del suelo donde se realizara la obra es necesario
implementar un riguroso estudio de estabilización para así prevenir problemas a
futuro a causa de la expansión y contracción del suelo arcilloso lo cual puede
producir serios daños a la estructura por el cambio de volumen de este.
14. CONCLUSIONES
En toda obra ingenieril siempre se tiene que tener en cuenta el suelo debido a que
si el suelo falla la estructura colapsa, esta es una de las razones por las que se
hace indispensable conocer las propiedades físico-mecánicas del suelo por lo que
el estudio geotécnico es pre-requisito del diseño y la construcción.
Ahora, del informe geotécnico para el diseño de la propuesta de cimentación del
proyecto centro Comercial Los Palmitos Center se puede concluir que:
El tipo de suelo donde se va a construir es una arcilla blanda de baja
plasticidad y una consistencia de rigidez media deducido mediante los
ensayos de Compresión Inconfinada, Límites de Atterberg y Penetración
Estándar respectivamente.
Los asentamientos producidos en el suelo debido a las cargas transmitidas
mediante las zapatas de cimentación diseñadas mediante la teoría de
Meyerhof excedieron los límites permitidos por la norma por lo que hubo la
necesidad de rediseñar las zapatas obteniendo unas dimensiones en
promedio de 4.4 metros y el área de todas ellas es de aproximadamente
175.61 m2 y el área total del terreno dispuesto para la construcción es de
210 m2 por lo que las zapatas cubren un 83.62 % y debido a esta razón se
llega a la decisión de recomendar una losa de cimentación de 14x15 m.
En la realización del sótano el cual es de 3.8 metros de profundidad se
requiere la realización de un muro de contención; además construir un talud
para así evitar que el suelo se deslice y garantizar de esta manera la
seguridad en obra. Ahora, para un factor de seguridad de 2 en condiciones
drenadas el talud debe ser realizado con un ángulo de 76.83 °.
En fin, se puede afirmar que se cumplieron los objetivos propuestos a cabalidad
siendo esto motivo de satisfacción para el grupo de trabajo ya que fue nuestra
primera experiencia en diseño de cimentaciones para un proyecto.
15. BIBLIOGRAFIA
BOWLES E. JOSEPH, Manual de laboratorio de suelos en ingeniería civil;
McGRAW – HILL, México, 1981.
NORMA SISMO RESISTENTE, 2010. TITULO H.
BRAJA M. DAS. Principios de Ingeniería de Cimentaciones. International
Thompson Editores S.A.
NORMAS TECNICAS COLOMBIANAS, NTC.
DELGADO VARGAS, M. Ingeniería de Cimentaciones. Editorial Alfaomega.
PROYECTO GEOTECNICO, 2012-I; Paternina Mario, Severich Fernan,
Yepes Daniel, Silgado Oscar, Ospina Osar, Ojeda Carmen.
