ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS

CONSTRUCCION II

INTRODUCCION La mecánica de suelos es una parte de

la ingeniería que está dedicada a estudiar las fuerzas o cargas que son establecidas en la superficie terrestre.

Antes de realizar cualquier tipo de construcción uno de los pasos fundamentales es realizar un estudio característico del suelo, con el objetivo de conocer las propiedades del mismo, para evitar realizar construcciones que se rajen o se deformen.

ETAPAS DEL ESTUDIO1.-Fase de campo: • Estudio de las unidades paisajísticas.• Estudio morfológico y descriptivo del perfil.2.- Fase de laboratorio:• Estudio de las propiedades físicas, químicas,físico químicas y eventualmente estudios mineralógicos y micro morfológicos.3.- Fase de gabinete:• Clasificación taxonómica.• Determinación de la aptitud.Síntesis final que permitirá emitir el diagnóstico buscado y las correspondientes recomendaciones.

ESTUDIO ANALÍTICO

FASE DE CAMPO (ESTUDIO DE LAS UNIDADES PAISAJISTAS) FORMA DEL TERRENO: EXPLORACIÓN INICIAL RÁPIDA

(CONSTATACIÓN Y/O DIFERENCIACIÓN DE ÁREAS UNIFORMES)

*RELIEVE*PENDIENTE*GRADIENTE*DRENAJE DEL SUELO*PERMEABILIDAD

ESTUDIO MORFOLÓGICO Y DESCRIPTIVO DEL PERFIL

CALICATAS

-LOS PERFILES DEL SUELO SE OBSERVAN NORMALMENTE EN EXCAVACIONES HECHAS AL EFECTO DENOMINADAS CALICATAS.

-LAS PROFUNDIDADES MAS COMUNES SON ENTRE 1.50 Y 2m.

-DEBEN ESTAR ORIENTADAS TAL QUE AL MOMENTO DE LA OBSERVACION SE ENCUENTRE ILUMINADAS DIRECTAMENTE.

COLOR DEL SUELO

SE DEFINE CON COMPARACIÓN CON LA CARTA DE COLORES DE MUNSELL.

*HUE (MATIZ)*VALUE (LUMINOSIDAD)*CHROMA (INTENSIDAD)

CONSISTENCIA DEL SUELO

ADHERENCIA: CUALIDAD DE PEGARSE*NO ADHESIVA*LIGERAMENTE ADHESIVA*ADHESIVA*MUY ADHESIVAPLASTICIDAD: CAPACIDAD DE CAMBIAR DE

FORMA Y CONSERVAR DEFORMACIÓN*NO PLASTICO*LIGERAMENTE PLASTICO*PLASTICO*MUY PLASTICO

CONSISTENCIA EN HUMEDOCONTENIDO DE HUMEDAD

*SUELTO*MUY FRIABLE*FRIABLE

*FIRME*MUY FIRME*EXTRA FIRME

CONSISTENCIA EN SECOSE DETERMINA EN UNA MASA DE SUELO SECA AL

AIRE:*SUELTA*BLANDA*LIGERAMENTE DURA

*DURA*MUY DURA*EXTRA DURA

TIPOS DE SUELOS

Para un control adecuado de los suelos se necesita su perfecta identificación, esto se logra gracias a un proceso que se lleva a cabo en laboratorio, donde podemos agrupar en 5 tipos básicos:

LA GRAVA

ESTA FORMADA POR GRANDES GRANOS MINERALES CON DIÁMETROS MAYORES DE ¼ DE PULGADA. LAS PIEZAS GRANDES SE LLAMAN PIEDRAS, CUANDO SON MAYORES A 10 PULGADAS SE LLAMAN MORRILLOS.

LIMOSO

CONSISTE EN PARTÍCULAS MINERALES NATURALES, MAS PEQUEÑAS DE 0.02 PULGADAS DE DIÁMETRO, LAS CUALES CARECEN DE PLASTICIDAD Y TIENEN POCA O NINGUNA RESISTENCIA EN SECO.

LA ARENA

ESTA FORMADA POR PEQUEÑOS GRANOS MINERALES. PASA LA MALLA DE 2mm Y SE RETIENE EN LA DE 0.74mm.

ARCILLOSO

Contienen partículas de tamaño coloidal que producen su plasticidad. La plasticidad y resistencia en seco están afectadas por la forma y la composición mineral de las partículas

MATERIAL ORGÁNICO

Consiste en vegetales parcialmente descompuesto como sucede en la turba o en materia vegetal finalmente dividida, como sucede en los limos orgánicos y en las arcillas orgánicas.

POR SU COMPOSICION

:

*G: Grava *C: Arcilla *S: Arena *O: Orgánico *M: Limo *Pt: Turva o tierra de hoja

POR SU GRANULOMETRÍ

A: *ARCILLA= 0.002 mm.*LIMO= 0.002 a 0.02 mm.*ARENA FINA= 0.02 a 0.2 mm.*ARENA GRUESA= 0.2 a 2.0 mm.*GRAVILLA= 2.0 a 20 mm.*GRAVA= 20 a 70 mm.

SÍMBOLO CARACTERÍSTICAS GENERALES

GWGPGMGC

GRAVAS LIMPIASBIEN GRADUADAS

POBREMENTE GRADUADAS

CON FINOSCOMPONENTE LIMOSO

COMPONENTE ARCILLOSO

SWSPSMSC

ARENAS LIMPIASBIEN GRADUADAS

POBREMENTE GRADUADAS

CON FINOSCOMPONENTE LIMOSO

COMPONENTE ARCILLOSO

MLMH LIMOS

BAJA PLASTICIDAD

ALTA PLASTICIDAD

CLCH ARCILLAS

BAJA PLASTICIDAD

ALTA PLASTICIDAD

OLOH

SUELOS ORGANICO

S

BAJA PLASTICIDAD

ALTA PLASTICIDAD

PT TURBA SUELOS ALTAMENTE ORGÁNICOS

CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL DE LAS PRINCIPALES CANTERAS:

CHULUCANAS: -Material: arena, grava y afirmado - Calidad : muy buena.

• Cantera SOL SOL:- Arena de rio buena para agregado del concreto.- Es mas rendidora que otras arenas- Su coeficiente de fineza es de 2.6 según su

granulometría.• Cantera VIÑA:- El principal material es la grava que es un agregado

grueso.- Material redondeado que se somete a varias etapas

de granulometría a través de una chancadora.

VICE:- Material de regular calidad ya que la arena es muy

fina.- Mejora su calidad a través del chancado de arena y

grava.SOJO:- Material: arena, grava y afirmado(utilizado para

bases).- Calidad mediaCERRO MOCHO:- Cantera IGNACIO ESCUDERO a 20 Km se Sullana.- Material: arena y grava- Calidad: media

Fuente: Ing. Dante Allanos Caucho.

ENSAYOS DE LOS ESTUDIOS:

VIVIENDA MULTIFAMILIAR - PUENTE VIEJO

Capacidad portante y presión de trabajo

La capacidad portante es la carga que un suelo puede soportar sin que su estabilidad sea amenazada.

Presión de trabajo es la capacidad admisible del terreno que se deberá usar como parámetro de diseño de la estructura.

REGISTRO DE EXPLORACION

ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR (SPT)

IMÁGENES EXTRAIDAS DEL ESTUDIO GEOTÉCNICO CONSTRUCTIVO DEL PUENTE VIEJO

ENSAYO SPT - MARGEN IZQUIERDA - CASTILLA

PUNTOPROFUNDID

AD MTS.UNIDAD

LITOLÓGICANº DE

GOLPES DESCRIPCIÓN

1 6 A 6.45

SUELO NATURAL

 ARENA LIMOSA1

6

2 7 A 7.45 4 NAPA FREÁTICA - MAT.

LIMO OSCURO89

3 8 A 8.45 8 ARCILLA - BAJA

PLASTICIDAD1520

4 9 A 9.45 10 ARCILLA CON ARENA

GRUESA1520

5 10 A 10.45

FORMACIÓN ZAPALLAL

15LIMO20

30

6 11 A 11.45 10

LIMO2228

7 12 A 12.45 4

LIMO2850 - 2 CM.

8 13 A 13.45 14 LIMO ALTA

PLASTICIDAD35

50 - 6 CM.

9 14 A 14.45   LIMO ALTA

PLASTICIDAD22

50 - 5 CM.

10 15 A 15.45 15 LIMO ALTA

PLASTICIDAD2050

LIMITES DE ATTERBERG Algunos suelos cambian de

consistencia en función al contenido de humedad.

En el suelo se definen cuatro estados: solido, semisólido, plástico y líquido.

El límite entre esos estados se denominan límites de Atterberg y son:

-Limite de Contracción (LC) -Limite Plástico (LP) -Limite Liquido (LL).

Uente:

Los Limites de Atterberg nos permiten comprobar la calidad del suelo.

Fuente: Universidad del Pacifico - Tavera Mendoza Hugo Cesar

Equipo de casagrande

Se humedece la muestra y se procede a homogenizar con el agua que se desee formando una pasta y luego se deposita en la cazuela de bronce del equipo de Casagrande.

Se hace un surco en la mitad de la muestra y con la manivela se comienza a golpear la muestra hasta que el surco se junte en el fondo.

Una vez terminado el proceso de los golpes se toma una pequena porcion de la muestra para ver su humedad y asi poder encontrar los limite tanto plastico como el limite liquido.

Este es el cuadro de datos donde observamos los datos obtenidos del proceso antes mencionado donde nos aroja un indice de plasticidad de 3.22, esto indica que es un suelo que esta en los limites normales si este IP es mayor de 6 este suelo va a tender a absorver mucha agua, siendo de mala calidad.

Análisis de plasticidad del puente viejo

ANALISIS MECANICO POR TAMIZADO

Consiste en sacudir la muestra de suelos a través de un conjunto de mallas o tamices que tienen aberturas progresivamente más pequeñas (De 3’’ a ¼’’ y N° 4 a N° 200). Siendo las pulgadas agregados y los números, arenas.

Tamices de laboratorio

Para realizar este proceso, se sigue de la siguiente forma:

1. El suelo se seca al horno y todos los grumos se disgregan en partículas pequeñas antes de ser pasados por las mallas con el fin de minimizar errores.

2. Se toma la muestra y se hace pasar por los tamices con ayuda de un vibrador

3. Se desmonta el equipo de tamices y se pasa a determinar la masa del suelo retenido en cada malla y sus pesos.

Proceso de disgregación de las sustancias

3.- Se desmonta el equipo de tamices y se pasa a determinar la masa del suelo retenido en cada malla y sus pesos.

retenido (g): (Wsuelo + tara) – (Wtara)

Descripción de la muestra: Proyecto de vivienda.

Grafica: Curva granulométrica -%QUE PASA vs Abertura del tamiz-

Arenas limosas

Arcillas

Análisis granulométrico por tamizado- puente viejo

Límite

Arcillas

Diferentes números de Malla de tamizado. Laboratorio minas UNP

ENSAYO DE COMPRESIÓN NO CONFINADA

Es un ensayo donde la muestra de arcilla se somete a cargas

Esta muestra tiene 11cm de largo por 2’’ de diámetro.

Este ensayo tiene por finalidad determinar la resistencia a la compresión no confinada de una probeta cilíndrica de suelo, de manera de poder obtener de forma indirecta la resistencia al corte de la muestra.

Para lo anterior se somete una muestra de suelo a un esfuerzo vertical con la deformación controlada, y se mide la máxima carga que resiste.

Gráfica 1: Vivienda Multifamiliar – Ensayo de compresión no confinada (Tabla deformación vs esfuerzo)

Límite máximo

Aquí podemos ver la deformación de tres sondajes diferentes.

ENSAYO DE CORTE DIRECTO ESPECIMEN REMOLDEADO

El objetivo es determinar capacidad portante, la cohesión y el ángulo de fricción interna o ángulo de talud.

Para realizar este estudio se emplea la máquina de corte directo.

Gráfica 1 y cuadro 1: Vivienda Multifamiliar – Ensayo de corte directo

30.01°

Ensayo de compresión triaxial

Su objetivo principal es determinar la resistencia al esfuerzo cortante y la relación esfuerzo-deformación de una muestra cilíndrica de suelo inalterada o remodelada.

Consiste en colocar una muestra cilíndrica de suelo dentro de una membrana de caucho o goma, que se introduce en una cámara especial y se le aplica una presión igual en todo sentido y dirección. Alcanzado ese estado de equilibrio, se aumenta la presión normal ó axial (σ1), sin modificar la presión lateral aplicada (σ3), hasta que se produzca la falla.

CÁMARA DE COMPRESIÓN TRIAXIAL

Muestra a una profundidad de 22-23 metros

Ensayo de Proctor

Es uno de los más importantes procedimientos de estudio y control de calidad de la compactación de un terreno, a traves de su grado de humedad.

El ensayo consiste en compactar una porción de suelo en un cilindro con volumen conocido.

El ensayo de Proctor se inicia con 1% de agua del peso total de la muestra y se da a partir de capas. En cada capa se dan 56 golpes y se hacen 5 capas por molde.Peso de la muestra 7 Kg

Grafico 2: Limites de máxima densidad menores a 1,9 se considera arcilla mayores a este se considera afirmado

Máxima compactación a la que puede llegar el suelo en la construcción.

Humedad natural La humedad natural es una relación gravimétrica definida

como la relación existente entre el peso del agua y el peso de los sólidos en un volumen dado de suelo.

En la mayoría de los casos, la humedad natural es expresada en porcentaje.

es una propiedad física del suelo es de gran utilidad en la construcción civil y se obtiene de una manera sencilla, pues el comportamiento y la resistencia de los suelos en la construcción están regidos, por la cantidad de agua que contienen.

 

Cuadro 2: Porcentaje de humedad por cada calicata en el terreno con sus respectivas profundidad y características.

CUADRO COMPARATIVOPROYECTO1: MULTIFAMILIAR Y PROYECTO 2: PUENTE VIEJO

PROYECTO UNIFAMILIAR REALIZADO POR UNP

PROYECTO PUENTE VIEJO- CASTILLA REALIZADO POR UDEP

REGISTRO DE EXPLORACIÓN

DIVERSAS VARIEDADES DE SUELOS PERO EN ESPECIAL SUELOS ARCILLOSOS

ensayo de SPT

ANALISIS MECÁNICO PORTAMIZADO

60 – 30 arcilla 100 – 2” arena limosa

100- 50 limite80-300 arcilla

LÍMITES DE ATTERBERG Plasticidad Media. Plasticidad Media.

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN NO

CONFINADA

Limite máximo de esfuerzo: 0.70-0.80 Kg/cm²

Limite máximo desde 200 a 700 Kpa de tres sondajes

ENSAYO DE CORTE DIRECTO ESPECIMEN

REMOLDEADO

Ángulo de talud: 30.01°C: 0.00

No se realizó

ENSAYO DE COMPRESIÓN TRIAXIAL

No se realizó. CU=42 KPa

ENSAYO DE PROCTOR Máxima densidad: 1.734gr/cm³Contenido optimo: 18.00%

No se realizo

HUMEDAD NATURAL Prom. 12.63 % Prom. 28%

Cuadro de precios de cada uno de los ensayosen la UNP.

GLOSARIO DE TERMINOS CEMENTO PORTLAND TIPO MS: Cemento resistente

moderadamente a la acción de sulfatos alcalinos.

CEMENTO TIPO V: Cemento resistente a la reacción álcali/ agregado.

HORMIGÓN: Material de construcción formado por una mezcla de Cemento, Áridos (Arena y Grava), Agua y algunos Aditivo en unas determinadas proporciones.

Fuente: http://www.construmatica.com/http://www.cementoslima.com.pe

GLOSARIO DE TERMINOS

Cohesión: cualidad por la cual las partículas del terreno se mantienen unidas en virtud de fuerzas internas.

Ángulo de talud: es la inclinación de un terreno o pared que garantiza su estabilidad.

GLOSARIO DE TERMINOS Granulometría: es la medición de los granos de una formación

sedimentaria y el cálculo de la abundancia de los correspondientes a cada uno de los tamaños previstos por una escala granulométrica. 

Escala granulométrica: Arcilla menor a 0,002 mm / Limo 0,002 mm-0,06 mm / Arena 0,06 mm-2 mm / Grava2 mm-6 cm / Canto rodado 6 cm-25 cm /Bloques mayor a 25 cm 

Curva granulométrica: es una representación gráfica de los resultados obtenidos en un laboratorio cuando se analiza la estructura del suelo desde el punto de vista del tamaño de las partículas que lo forman; abertura escala logarítmica, % pasa escala natural. 

Caissons: El pozo de cimentación, también conocido por su nombre en francés caisson, es un tipo de cimentación semiprofunda, utilizada cuando los suelos no son adecuados para cimentaciones superficiales por ser blandos. 

CONCLUSIONES Y RECOMENDACION

ES DE LOS ESTUDIOS

1. Proyecto: vivienda multifamiliar.Conclusiones generales:- Los tipos de suelos detectados durante la excavación de las calicatas 1 y 2 son:

Calicata 2:

Los elementos deben ser diseñados de modo que la presión de contacto sea menor o hasta igual a la presion de diseño o de trabajo.

Recomendación general

Recomendaciones específicas

Debido a nuestro suelo es conveniente mejorar los fondos de cimentación con una capa de PIEDRA OVER ø 3’’ para usarlo como filtro ante una posible filtración del nivel freático a la superficie.

Se recomienda también colocar hormigón en la capa siguiente de 0.20m luego un solado de 0.05m de concreto pobre para uniformizar el fondo de cimentación, donde colocaríamos las zapatas.

Sólo se podrá cimentar a partir de 2.00m de profundidad debido a la capacidad portante:

-Zapatas: De 0.90 kg/-Cimientos corridos: A la profundidad de 1.00m y de capacidad 0.60 kg/ Se deberá mejorar el suelo con una

capa de 0.30m de hormigón.

Es importante contar con un drenaje apropiado para mantener la humedad y no variar las condiciones de suelo.

El material superficial se eliminará hasta un espesor de 0.30m –retirar previamente partículas mayores de ø2’’- y compactar el material a 95% de máxima densidad seca del ensayo proctor standard.

Prontamente se colocará una base de hormigón compactado al 90% y para losas interiores hormigon de 0.15m

Del resultado de los análisis químicos se deduce que el suelo está dentro del rango MODERADO, por lo que se podrá utilizar cemento PORTLAND TIPO MS para la elaboración de los concretos que se encuentran en contacto con el suelo; pero se recomienda el uso de cemento TIPO V ya que los muros del previo presentan ataque se sulfatos para contrarrestar la humedad posible del suelo en época de avenida.

Recomendación gráfica

Conclusiones de proyecto 2- Puente viejo

Geológicamente el área de estudio corresponde a la Cuenca Sechura, constituido por depósitos de arenas limosas con intercalaciones de arenas de grano medio a fino en superficie y con presencia de horizontes delgados de arcillas arenosas en profundidad.

De acuerdo a la Clasificación SUCS de suelos, se han determinado los siguientes tipos de suelos: CL, SP, SM-SP, SC, SM, etc. siendo del tipo cohesivo a medianamente denso (arcillas arenosas CL).

Los suelos predominantes en la zona de estudio se comportan como suelos permeables y que en épocas de grandes precipitaciones pluviales se producen infiltraciones.

Desde el punto de vista de la Geodinámica Externa, los principales fenómenos que predominan en el área de estudio son las inundaciones en las áreas depresivas, las precipitaciones pluviales e infiltraciones en el subsuelo, los procesos erosivos por acción fluvial (formación de cangrejeras), procesos de hinchamiento y contracción de suelos, licuefacción de arenas, etc. y desde el punto de vista de la Geodinámica Interna, el principal fenómeno está relacionado a la amplificación de las ondas sísmicas, etc.

Actualmente, todos los materiales no presentan condiciones para un fenómeno de licuefacción de arenas relacionados directamente con la presencia de la napa freática y eventos sísmicos importantes.

La napa freática, se ubica en la margen derecha a 12.1 metros y en la margen izquierda a 7.5 metros de profundidad respectivamente.

Recomendaciones – Puente viejo

Recomendación general: Proyecto 2

Riesgo de licuación muy alto hasta 10.00m de profundidad, es necesario emplear cimentación profunda mayor a 10.00m.

Se recomienda cimentar con estribos del puente sobre caissons de una profundidad mayor a 10.00m

Conclusiones y recomendaciones generales

Los tipos de ensayos y análisis del suelo en la fase de laboratorio se realizan respecto al tipo de edificación proyectada, así tenemos distintos análisis en nuestros proyectos tomados.

Es importante confiar los análisis de suelos a instituciones especializadas y que cuenten con el equipo necesario, para tener resultados precisos para cada tipo de proyecto.

Lo más importante en un estudio de suelos es hallar el grado de plasticidad en las diferentes profundidades, a través e calicatas y análisis de laboratorio.

Se debe seguir los pasos anexados en la recomendación dada por el Ing. Que desarrollo el proyecto, ya que son en base al material del suelo. Estas recomendaciones pueden ser en base a la mejora del suelo o a las profundidades de la cimentación

La realización de un estudio de suelos es indispensable en toda construcción. Se recomienda gestionarlo en laboratorios autorizados y de calidad.

Según el tipo de construcción será diferente el número de pruebas a realizar. Se recomienda tenerlo en cuenta para evitar la ausencia de información o los gastos excesivos.

El estudio de suelos brinda recomendaciones sobre el tipo de cimentación que se podría realizar en el suelo. Se sugiere realizarlo para garantizar la estabilidad del edificio, además de economizar el gasto de materiales.

La profundidad del sondeo variará de acuerdo a la profundidad que tendrán las cimentaciones, así se usará la calicata o el SPT. Se recomienda realizar las excavaciones con los instrumento indicados y supervisar la correcta toma de muestras.

FUENTES:

http://apuntesingenierocivil.blogspot.com/2011/01/estudio-del-suelo-en-la-construccion-de.html

http://sirio.ua.es/proyectos/manual_%20carreteras/02010103.pdf

http://www.slideshare.net/wilfredorivera/suelos-y-cimientos