ESTUDIO GEOTÉCNICO PARA LA CONSTRUCCIÓN DE UNA ESTRUCTURA APORTICADA DE CONCRETO REFORZADO DE TRES PISOS CON SOTANO EN LA UNIVERSIDAD DE SUCRE.

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1 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. UNIVERSIDAD DE SUCRE 2012

2 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

3 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 Geología Y Morfología De La Zona Profundidad De Excavación

4 Nivel Freático Perfil Del Suelo Equipos y herramientas empleadas para la exploración de campo 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 Determinación De Capacidad De Carga Determinación De Asentamientos Inmediatos Determinación De Asentamientos Por Consolidación Determinación de Asentamientos Totales 8.2. REDISEÑO DE ZAPATAS DE CIMENTACION Determinación De Asentamientos Diferenciales

5 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

6 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.

7 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 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.

8 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.

9 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.

10 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:

11 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

12 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 NTC 1917 Suelos. Determinación de la resistencia al corte. Método de corte directo (CD). (ASTM D 3080)

13 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 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.

14 5. INFORMACION DEL PROYECTO 5.1. NOMBRE DEL PROYECTO El proyecto propuesto a construir es CENTRO COMERCIAL LOS PALMITOS CENTER 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.

15 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 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 de la NSR 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.

16 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

17 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 Este lugar se encuentra entre la cancha múltiple y la cancha de futbol con unas coordenadas de N, W 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 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.

18 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 EXPLORACION DEL SUBSUELO 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 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.

19 Tabla N PROFUNDIDAD CARACTERISTICAS TIPO DE ESTRATO (m) 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 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.

20 Perfil Del Suelo EQUIPOS Y HERRAMIENTAS EMPLEADAS PARA LA EXPLORACIÓN DE CAMPO Representación del montaje de equipos para la extracción de muestras en campo:

21 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 PROCEDIMEINTO DE CAMPO APIQUES 1 Y 2: 1. Se seleccionaron tres puntos estratégicos en campo, definiendo el área a excavar.

22 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 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

23 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.

24 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 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.

25 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.

26 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 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 físicasmecánicas se realizaron los siguientes ensayos a las muestras extraídas del terreno: Análisis Granulométrico, Límites de Atterberg, Compresión Inconfinada, Corte Directo, Gravedad Específica y Consolidación.

27 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.

28 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

29 (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 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

30 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. GRAFICA 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

31 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

32 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 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.

33 Datos y Resultados Tabla Determinación del Limite Liquido Capsula (gr) 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 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

34 Grafica 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.

35 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 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%

36 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 % GRAFICA 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) = Y el valor obtenido para el IP por medio del ensayo es de 28,20 y es menor, por lo tanto esta por encima de la línea A.

37 Ecuación de la Línea U: IP=0.9(LL-8) IP= 0.9(47,71-8) = Como < 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 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

38 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.

39 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.

40 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 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

41 Determinación del Gs Tabla DETERMINACION DE LA GRAVEDAD ESPECIFICA Factor de Corrección 0,9983 Gravedad Especifica 2, 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.

42 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 σ 3 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 σ 1. 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.

43 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.

44 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 Muestra Inalterada de Profundidad de m Diámetro de la Muestra (m) 0,0731 Altura de la Muestra (m) 0,1462 Masa de la Muestra (gr) 1298 Área (m 3 ) 0, Volumen (m 3 ) 0, Peso Especifico (KN/m 3 ) 20, Área = Volumen Peso Específico Tabla Deformación (mm) Fuerza (KN) Deformación Área Esfuerzo Normal (KPA) Unitaria Corregida , ,1 0,05 0, , , ,2 0,07 0, , , ,3 0,08 0, , , ,4 0,1 0, , , ,5 0,11 0, , , ,6 0,13 0, , , ,7 0,14 0, , , ,8 0,16 0, , , ,9 0,16 0, , , ,18 0, , , ,1 0,19 0, , ,

45 1,2 0,2 0, , , ,3 0,2 0, , , ,4 0,21 0, , , ,5 0,22 0, , , ,6 0,23 0, , , ,7 0,24 0, , , ,8 0,25 0, , , ,9 0,26 0, , , ,27 0, , , ,1 0,28 0, , , ,2 0,29 0, , , ,3 0,31 0, , , ,4 0,32 0, , , ,5 0,33 0, , , ,6 0,34 0, , , ,7 0,35 0, , , ,8 0,36 0, , , ,9 0,37 0, , , ,38 0, , , ,1 0,39 0, , , ,2 0,4 0, , , ,3 0,41 0, , , ,4 0,41 0, , , ,5 0,42 0, , , ,6 0,42 0, , , ,7 0,43 0, , , ,8 0,44 0, , , ,9 0,45 0, , , ,46 0, , , ,1 0,46 0, , , ,2 0,46 0, , , Es notable que el esfuerzo en el cual se da la falla en la muestra es de 106, KPa = Kpa Para el caso cuando la Deformación es 0.1mm la Deformación Unitaria es igual a: Deformación Unitaria = 0, La corrección de área se realizó de la siguiente manera:

46 Area Corregida= 0, m 2 El calculo del Esfuerzo Normal se hizo mediante la siguiente forma: Esfuerzo Normal= Esfuerzo Normal= 11, 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. GRAFICA El modulo de elasticidad será E =

47 E = KN/m 2 = MN/m 2 = 4.49 Mpa Determinación de la Cohesión no Drenada (Cu) Gráficamente Determinación de la Humedad Tabla 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

48 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

49 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

50 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): KPA. El modulo de elasticidad (E): 4.49 MPA. La cohesión no drenada (Cu): KPA. Contenido de humedad (W%): 15.88%. Peso especifico de la muestra ( Kn/m^3. Peso especifico saturado ( : Kn/m^3. Peso especifico seco ( : 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.

51 Después de analizar la grafica del CIRCULO DE MHOR vemos que la cohesión del estrato de esta muestra de suelo es de 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 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 preconsolidación) en toda su historia (Arcilla Normalmente consolidada) o esfuerzos superiores al mismo (Arcilla Sobre-consolidada).

52 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 Muestra 1 Inalterada de Profundidad de 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

53 Área = Tabla Deformación (mm) Fuerza Cortante (KN) Esfuerzo Cortante (Kpa) 0,1 0,005 2, ,2 0,006 3, ,3 0,008 4, ,4 0,018 9, ,5 0,025 13, ,6 0,03 15, ,7 0,034 17, ,8 0,038 20, ,9 0,042 22, ,046 24, ,1 0,05 26, ,2 0,054 28, ,3 0,057 30, ,4 0,059 31, ,5 0,061 32, ,6 0,062 32, ,7 0,064 33, ,8 0,064 33, ,9 0,065 34, ,066 34, ,1 0,066 34, ,2 0,067 35, ,3 0,067 35, ,4 0,067 35, 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 DETERMINACION DE LA HUMEDAD Capsula 1 (gr) 11,2 Masa Húmeda (gr) 101,1

54 Capsula 1 + Masa Seca (gr) 93 Masa Seca (gr) 81,8 Masa del Agua (gr) 19,3 Contenido de Humedad (%) 23, Muestra 2 Carga Normal de 10 Kg Tabla Muestra 2 Inalterada de Profundidad de 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 Deformación (mm) Fuerza Cortante (KN) Esfuerzo Cortante (Kpa) 0,1 0,007 3, ,2 0,013 6, ,3 0,019 10, ,4 0,025 13, ,5 0,032 16, ,6 0,037 19, ,7 0,042 22, ,8 0,046 24, ,9 0,049 25, ,052 27, ,1 0,054 28, ,2 0,059 31, ,3 0,063 33, ,4 0,067 35, ,5 0,069 36, ,6 0,072 38,

55 1,7 0,075 39, ,8 0,076 40, ,9 0,077 40, ,078 41, ,1 0,079 41, ,2 0,08 42, ,3 0,08 42, ,4 0,08 42, 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 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, Muestra 3 Carga de 20 Kg Tabla Muestra 3 Inalterada de Profundidad de 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 =

56 Tabla Deformación (mm) Fuerza Cortante (KN) Esfuerzo Cortante (Kpa) 0,1 0,004 2, ,2 0,005 2, ,3 0,006 3, ,4 0,007 3, ,5 0,008 4, ,6 0,015 7, ,7 0,018 9, ,8 0,032 16, ,9 0,038 19, ,044 22, ,1 0,048 24, ,2 0,055 28, ,3 0,063 32, ,4 0,07 35, ,5 0,079 40, ,6 0,085 43, ,7 0,092 46, ,8 0,097 49, ,9 0,104 52, ,11 56, ,1 0,116 59, ,2 0,12 61, ,3 0,123 62, ,4 0,126 64, ,5 0,13 66, ,6 0,133 67, ,7 0,136 69, ,8 0,138 70, ,9 0,139 70, ,141 71, ,1 0,142 72, ,2 0,143 72, ,3 0,144 73, ,4 0,145 73, ,5 0,145 73, ,6 0,145 73, El esfuerzo cortante se determino de la siguiente manera; para el caso de la deformación de 0.1 mm.

57 Esfuerzo Cortante (Kpa) 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. 80 Esfuerzo Cortante-Deformacion Kg 10 Kg 20 Kg Deformacion (mm) Las cargas Normales están en Kg, estas en KPa corresponden a: Tabla Carga Normal (Kg) Esfuerzo Normal (Kpa) 5 25, , , 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.

58 Esfuerzo Cortante (Kpa) Tabla Puntos Picos (Kpa) Esfuerzo Normal (Kpa) 35, , , , , , La grafica de la envolvente de falla se grafica con los datos recopilados en la tabla Linea de Resistencia y = 0,5364x + 18, Esfuerzo Normal (Kpa) 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:

59 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.

60 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 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.

61 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:

62 Donde: Es la tensión de pre-consolidación del suelo. C r 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.

63 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).

64 DATOS Y RESULTADOS Tabla 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, ,006 0, /09/12-10:15 0, ,0065 0, /09/12-10: ,0069 0, /09/12-10: ,0074 0, /09/12-10: ,0079 0, /09/12-10: ,0084 0, /09/12-10: ,0088 0, /09/12-10: ,0092 0, /09/12-11: ,0095 0, /09/12-12: ,0097 0, /09/12-02: ,0103 0, /09/12-06: ,0104 0, /09/12-10: ,0106 0, Kg 18/09/12-10:15 0, ,0131 0, , ,0134 0, ,0137 0, ,0142 0, ,0147 0, ,0152 0, ,0157 0, ,0162 0, ,0167 0, ,0172 0, ,0176 0, ,018 0, ,0185 0, Kg 19/09/12-10:15 0, ,0251 0, , ,026 0, ,0269 0, ,028 0, ,0292 0, ,0305 0, ,0318 0, ,033 0, ,0338 0, ,0351 0,89154

65 ,036 0, ,0367 0, ,0374 0, Kg 20/09/12-10:15 0, ,0465 1,1811 0, ,0474 1, ,0485 1, ,0502 1, ,0517 1, ,0538 1, ,056 1, ,0584 1, ,0594 1, ,0611 1, ,0625 1, ,0641 1, ,0645 1, Kg 21/09/12-10:15 0, ,0718 1, , ,0724 1, ,0733 1, ,0743 1, ,0756 1, ,0774 1, ,0795 2, ,0816 2, ,0865 2, ,08 2, ,092 2, ,0952 2, ,096 2,4384 Descarga de 60 Kg 100 Kg 24/09/12-10:15 0, ,0952 2, , ,0951 2, ,0951 2, ,095 2, ,0949 2, ,0948 2, ,0947 2, ,0946 2, ,0944 2, ,0943 2, ,0943 2,39522

66 Descarga 60 KG ,0943 2, ,0944 2, Kg 25/09/12-10:15 0, ,0922 2, , ,092 2, ,0918 2, ,0915 2, ,0911 2, ,5 0, , ,0903 2, ,0889 2, ,0881 2, ,0877 2, ,0871 2, ,0866 2, ,0861 2,18694 Recarga 40 Kg 80 Kg 26/09/12-10:15 0, ,0875 2,2225 0, ,0876 2, ,0877 2, ,088 2, ,0882 2, ,0884 2, ,089 2, ,0893 2, ,0898 2, ,0899 2, ,09 2, ,09 2, ,09 2, Kg 27/09/12-10:15 0, ,0929 2, , ,093 2, ,0932 2, ,0934 2, ,0937 2, ,0942 2, ,0947 2, ,0954 2, ,0961 2, ,0965 2, ,0983 2, ,0992 2,51968

67 ,0994 2, Kg 28/09/12-10:15 0, ,1062 2, , ,107 2, ,1073 2, ,108 2, ,109 2, ,1104 2, ,1122 2, ,1149 2, ,1178 2, ,1216 3, ,1256 3, ,1292 3, ,132 3,3528 Descarga Kg 01/10/12-10:15 0, ,1302 3, , ,1301 3, ,1299 3, ,1298 3, ,1297 3, ,1295 3, ,1293 3, ,129 3, ,1288 3, ,1285 3, ,1283 3, ,1282 3, ,128 3,2512 Descarga 80 Kg 80 Kg 02/10/12-10:15 0, ,1261 3, , ,1261 3, ,1259 3, ,1257 3, ,1254 3, ,125 3, ,1247 3, ,124 3, ,1233 3, ,1225 3, ,1207 3, ,1204 3, ,12 3,048

68 Recarga 80 Kg 160 Kg 03/10/12-10:15 0, ,1221 3, , ,1222 3, ,1223 3, ,1224 3, ,1227 3, ,123 3, ,1238 3, ,1239 3, ,1245 3, ,1248 3, ,1251 3, ,1253 3, ,1253 3, Kg 04/10/12-10:15 0, ,1282 3, , ,1283 3, ,1285 3, ,1288 3, ,1292 3, ,1297 3, ,1304 3, ,1311 3, ,1322 3, ,1336 3, ,1341 3, ,135 3, ,1359 3, Kg 05/10/12-10:15 0, ,1425 3,6195 0, ,1427 3, ,1432 3, ,1439 3, ,1448 3, ,146 3, ,1475 3, ,15 3, ,1533 3, ,1578 4, ,1625 4, ,1665 4, ,1691 4, ,1703 4,32562

69 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 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 Carga (Kg) Deformación Final (mm) , , ,94996

70 80 1, , , , , , , , , , , ,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 Esfuerzo (KN/m^2) Altura Final Relación de Vacios (mm) , e0 51, , , e1 102, ,5301 0, e2 204, , , e3 409, ,3617 0, e4 818, ,5616 0, e5 511, , , e6 204, , , e7 409, ,714 0, e8 818, , , e9 1637, ,6472 0, e10 818, ,7488 0, e11 409, ,952 0, e12 818, , , e , , , e , , , e15 El esfuerzo se cálculo de la siguiente forma: σ Para la carga de 10 Kg se tiene que:

71 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 KN/m 2 De la tabla anterior se grafico Logaritmo del Esfuerzo Vs Relación de Vacios y dicha grafica se presenta a continuación.

72 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 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=

73 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 preconsolidación 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 sobreconsolidado ya que el OCR es mayor que uno 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

74 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 metros Apique Profundidad (cm) N de Golpes N Total de Golpes Ensayo N 2

75 Tabla Profundidad de metros Apique Profundidad (cm) N de Golpes N Total de Golpes De la siguiente tabla se halla la resistencia a la compresión simple. Tabla Consistencia de arcillas y correlación aproximada con el número de penetración estándar N. Número de penetración Consistencia Resistencia a compresión simple, q u. (kn/m 2 ) estándar, N. 0 2 Muy blanda Blanda Rigidez media Firme Muy firme >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.

76 8. DISEÑO DE CIMENTACION SUPERFICIAL 8.1. ANALISIS GEOTECNICO 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. Prandtl (1973) Reissner (1924) Vesic (1973) Factores de Forma Factores de Profundidad Para Para

77 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.

78 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

79 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/m 2 Φu= 0 De tabla 11.1 del Braja M. Das; Fundamentos de Ingeniería Geotécnica se hallan los factores de capacidad de carga.

80 Remplazando los valores de los factores de capacidad de carga, forma, profundidad e inclinación se obtiene. Como Entonces

81 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 COLUMNAS CARGAS (KN) DIMENSION DE LA ZAPATA (m) B=L (m) A , ,1 A , ,2 A , B , ,2 B , ,4 B , ,3 C , ,9 C , ,1 C , ,9

82 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.

83 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/ 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 ZAPATAS CARGAS (KN) B=L (m) PROFUNDIDAD (m) A ,1 4,3 4,3 A ,2 4, ,6

84 A ,257 4,3 B ,2 4, ,6 B ,4 4, B ,3 4, ,8 C ,9 3, C ,1 4,3 4,3 C ,9 3, 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.

85 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.

86 Tabla RESUMEN DE RESULTADOS DE LOS ASENTAMIENTOS INMEDIATOS ZAPATAS CARGAS (KN) B=L (m) ASENTAMIENTO INMEDIATO (mm) A ,1 40, ,59 A ,2 40, ,82 A , ,38 B ,2 42, ,7 B ,4 47, ,15 B ,3 42, ,53 C ,9 36, ,31 C ,1 39, ,28 C ,9 37, , 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 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= Z 1 = 5.3m σ sitio = (2m*17.63Kn/m 3 )+ 3.3m(21.03Kn/m Kn/m 3 ) σ sitio = Kn/m 3 Se determinan los esfuerzos efectivos In-situ para los puntos medios de cada subestrato. Para Z= Z 2 = 6.375m σ sitio =(2m*17.63Kn/m 3 ) m(21.03Kn/m Kn/m 3 )

87 σ sitio = Kn/m 2 Para Z= Z 3 = 8.52m σ sitio =(2m*17.63Kn/m 3 ) m(21.03Kn/m Kn/m 3 ) σ sitio = Kn/m 2 Se determinan los esfuerzos de pre-consolidación para los puntos medios de cada sub-estrato Para Z = Z 4 = 6.375m σ p=(6.68)(84.35kn/m 2 ) σ p= Kn/m 2 Para Z= Z 5 = 8.52m σ p=(6.68)(108.47kn/m 2 ) σ p= Kn/m 2 Ahora, se determinan los incrementos en los diversos puntos de cada sub-estrato ocasionado por la Zapata.

88 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 Z 1 =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= * = Kn/m 2 Para Z 2 =1.075 m Por lo que 2= Para las demás profundidades se tiene:

89 Z 3 =2.15m σ3= = Z 4 =3.225m σ4= = Z 5 =4.3m σ5= = Determinación de los incrementos promedios en los puntos medio de cada subestrato. = = = = Se calculan los esfuerzoz efectivos finales para los puntos medios de cada subestrato. Para Z=6.375m; con σ p= Kn/m 2 2, σ sitio = Kn/m 3 y σ f = σ sitio + σ f = Kn/m =179.97Kn/m Kn/m 2 < σ p Para Z=8.52m; con = 26.13Kn/m 2, σ sitio = Kn/m 2 y σ p= Kn/m 2 σ f = Kn/m Kn/m 2 =134.6Kn/m Kn/m 2 < 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 Sobreconsolidada; por lo que se utiliza la siguiente fórmula para la determinación de los asentamientos.

90 S= S 1 = =0.0213m = 21.3mm S 2 = =0.0061m =6.1mm S T.c = S 1 + S 2 donde; S T.c: Asentamiento total por consolidación S T.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 ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACION ZAPATAS CARGAS (KN) ASENTAMIENTO A A A B B B C C C 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 S total = S I + S T.c donde; S I = Asentamiento inmediato.

91 S total = mm mm = 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 CORRECION POR PROFUNDIDAD Df/B Corrección Df > 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 = este valor se encuentra entre 0.5 y 1; entonces. Por consiguiente:

92 Para las demás zapatas se presentan los resultados obtenidos en la siguiente tabla. Tabla DETERMINACION DE LOS ASENTAMIENTOS TOTALES ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACION (mm) ZAPATA ASENTAMIENTO FACTOR DE CORRECION ASENTAMIENTO ASENTAMIENTO INMEDIATO TOTAL (mm) POR POR PROFUNDIDAD TOTAL CORREGIDO (mm) RIGIDEZ (mm) B (m) Df/B CORRECCION DF A A A B B B C C C 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 ZAPATAS CARGAS (KN) DIMENSION DE LA ZAPATA (m) ASENTAMIENTO TOTAL A A A B B B C

93 C C Como se puede ver en la figura las zapatas se traslapan por lo que hay que proponer una losa de cimentación ASENTAMIENTOS DIFERENCIABLES Los asentamientos diferenciables se presentan en la siguiente en la siguiente tabla. Tabla ENTRE LAS ZAPATAS S Diferencial (mm) CUMPLE A1 A OK B OK A2 A OK B OK A3 B OK

94 B1 B2 C OK B OK C OK B OK B3 C OK C1 C2 C C OK OK Donde los asentamientos permitidos por la norma NRS-10 en su Titulo H se presentan en la tabla H Según el tipo de estructura de nuestro proyecto corresponde al inciso (c) de la tabla anterior. S = donde es la distancia entre las zapatas.