Control de Asentamientos de Fundaciones en Suelos Salinos Mediante Refuerzo Con
Asentamientos en Suelos
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Asentamientos en Suelos
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Norma E.050
NORMA E.050
SUELOS Y CIMENTACIONES
CAPITULO 4: CIMENTACIONES SUPERFICIALES
Capacidad de Carga
La capacidad de carga por corte del suelo o presión última o de falla, se determinará
utilizando las fórmulas aceptadas por la mecánica de suelos.
Asentamientos
Los asentamientos se determinarán utilizando los métodos aceptados por la mecánica de
suelos
Profundidad de Cimentación
La profundidad de cimentación de zapatas y cimientos corridos, es la distancia desde el
nivel de la superficie del terreno a la base de la cimentación, excepto en el caso de
edificaciones con sótano, en que la profundidad de cimentación estará referida al nivel del
piso del sótano.
En el caso de plateas o losas de cimentación la profundidad será la distancia del fondo de
la losa a la superficie del terreno natural.
No debe cimentarse sobre turba, suelo orgánico, tierra vegetal, relleno de desmonte o
rellenos sanitario o industrial, ni rellenos No Controlados.
Cimentación sobre Rellenos
Los rellenos son depósitos artificiales que se diferencia por:
Su naturaleza:
a) Materiales Seleccionados
b) Materiales No seleccionados
Las condiciones bajo las que son colocados:
a) Controlados
b) No Controlados
1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.21.
a) Rellenos ControladosSon aquellos que se construyen con Material Seleccionado, tendrán las mismas
condiciones de apoyo que las cimentaciones superficiales.
b) Rellenos no Controlados
Las cimentaciones superficiales no se podrán construir sobre estos rellenos no
controlados, los cuales deberán ser reemplazados en su totalidad por materiales
seleccionados debidamente compactados.
Cimentaciones Superficiales en Taludes
En caso de cimientos ubicados en terrenos próximos a taludes o sobre taludes o en terreno
inclinado, la ecuación de capacidad de carga debe ser calculada teniendo en cuenta la
inclinación de la superficie y la inclinación de la base de la cimentación, si la hubiera.
Cargas Excéntricas
En el caso de cimentaciones superficiales que transmiten al terreno a una carga vertical Q
y dos momentos Mx y My que actúan simultáneamente, según los ejes x e y
respectivamente; el sistema formado por estas tres solicitaciones son estáticamente
equivalente a carga vertical excéntrica de valor Q, ubicada en el punto (ex , ey ) siendo:
Cargas Inclinadas
La carga inclinada modifica la configuración de la superficie de falla, por lo que la ecuación
de capacidad de carga debe ser recalculada tomando en cuenta su efecto.
Cimentaciones Superficiales en Taludes
En el caso de cimientos ubicados en terrenos próximos a taludes o sobre taludes o en
terreno inclinado, la ecuación de capacidad de carga debe ser calculada teniendo en
cuenta la inclinación de la superficie y la inclinación de la base de cimentación, si la
hubiera. Adicionalmente debe verificarse la estabilidad del talud, considerando la presencia
de la estructura. El factor de la seguridad mínimo del talud, en consideraciones estáticas
debe ser 1.5 y en condiciones sísmicas 1.25
CAPITULO 5: CIMENTACIONES PROFUNDAS
Son aquellas en las que la relación profundidad /ancho (Df /B) es mayor a cinco (5), siendo
Df la profundidad de la cimentación y B el ancho o diámetro de la misma. Por ejemplo: los
pilotes y micropilotes, los pilotes para densificación, los pilares y los cajones de
cimentación.
Condiciones que hacen necesaria la utilización de cimentaciones profundas:
a) Cuando el estrato o estratos superiores del suelo son altamente compresibles y
demasiado débiles para soportar la carga transmitida por la estructura.
b) Cuando están sometidas a fuerzas horizontales.
c) Cuando existen suelos expansivos, colapsables, licuables o suelos sujetos a
erosión.
Cimentación por Pilotes
Los pilotes son elementos estructurales hechos de concreto, acero o madera, usados para
construir cimentaciones en los casos en que sea necesario apoyar la cimentación en
estratos ubicados a una mayor profundidad.
1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.
15.16.17.18.19.20.21.22.23.24.25.26.
26.1.Estimación de Longitud y de la capacidad de carga del pilote
Se dividen en dos categorías principales, dependiendo de sus longitudes y del
mecanismo de transferencia de carga al suelo.
a) Si los registros de la perforación establecen la presencia de roca a una
profundidad razonable, los pilotes se extienden hasta la superficie de la roca.
b) Si en vez de roca se encuentra un estrato de suelo bastante compacto y
resistente a una profundidad razonable, los pilotes se prolongan unos
cuantos metros dentro del estrato duro.
Consideraciones en el cálculo de capacidad de carga
Dentro de los cálculos de la capacidad de carga en los pilotes no se deben
considerar los estratos licuables, suelos orgánicos ni turbas.
donde:
Qu : capacidad última del pilote
Qp : capacidad última por punta
Qf : capacidad última por fricción en los estratos que intervienen en el efecto de
fricción
Capacidad de carga del grupo de pilotes
Espaciamiento de pilotes
El espaciamiento mínimo será el indicado en la
donde: B = diámetro o mayor dimensión del pilote. Sin embargo, para el caso
de pilotes espaciamiento no podrá ser menor de 1.20 m.
Asentamientos
a) Se estimará primero el asentamiento tolerable por la estructura y luego se
calculará el asentamiento del pilote aislado o grupo de pilotes para luego
compararlos.
b) En el cálculo del asentamiento del pilote aislado se considerarán: el
asentamiento debido a la deformación axial del pilote, el asentamiento
generado por la acción de punta y el asentamiento generado por la carga
transmitida por fricción.
c) En el caso de pilotes en suelos granulares, el asentamiento del grupo está en
función del asentamiento del pilote aislado.
Consideraciones durante la ejecución de obras
Durante la ejecución de obras deberán efectuares pruebas de carga y la capacidad
de carga deberá ser verificada por una fórmula dinámica confiable.
Cimentación por Pilares
Los pilares son elementos estructurales de concreto vaciados con diámetro mayor a 1,00
m, con o sin refuerzo de acero y con o sin fondo ampliado.
27.
Capacidad de Carga
Deberá ser evaluada de acuerdo a los mismos métodos estáticos utilizados en el
cálculo de pilotes.
Factor de Seguridad
La capacidad admisible se obtendrá dividiendo la capacidad última por el factor de
seguridad.
27.1.27.2.
Asentamientos
a) Una vez comprobada la capacidad de carga del suelo, deberá estimarse el
grado de deformación que se producirá al aplicar las cargas.
b) Se calculará el asentamiento debido a la deformación axial del pilar, el
asentamiento generado por la acción de punta y el asentamiento generado
por la carga transmitida por fricción.
Cajones de Cimentación
Son elementos estructurales de concreto armado que se construyen sobre el terreno y se
introducen en el terreno por su propio peso al ser excavado el suelo ubicado en su interior.
28.Capacidad de Carga
La capacidad de carga de un cajón de cimentación deberá ser evaluada de acuerdo
a los mismos métodos estáticos utilizados en el cálculo de zapatas o pilares y
dependerá de la relación profundidad /ancho (Df /B).
Factor de Seguridad
La capacidad admisible se obtendrá dividiendo la capacidad última por el factor de
seguridad.
Asentamientos
a) Una vez comprobada la capacidad de carga del suelo, se deberá calcular el
asentamiento que se producirá al aplicar las cargas.
b) Se calculará el asentamiento debido a la deformación axial del cajón, el
asentamiento generado por la acción de punta y el asentamiento generado
por la carga transmitida por fricción.
Fricción Negativa
Este efecto incrementa la carga que actúa en el pilote y es generado por el desplazamiento
relativo hacia abajo del suelo con respecto al pilote; deberá tomarse en cuenta cuando se
efectúa pilotaje en suelos compresibles. Para analizar este efecto se utilizarán los métodos
estáticos, considerando únicamente en ellos la fricción lateral suelo-pilote, actuando hacia abajo.
CAPITULO 6: PROBLEMAS ESPECIALES DE CIMENTACIÓN
Suelos Colapsables
Son suelos que cambian violentamente de volumen por la acción combinada o individual de
las siguientes acciones:
a) Al ser sometidos a un incremento de carga.
b) Al humedecerse o saturarse.
29.Obligatoriedad de los Estudios
En los lugares donde se conozca o sea evidente la ocurrencia de hundimientos
debido a la existencia de suelos colapsables, el PR deberá incluir en su EMS un
análisis basado en la determinación de la plasticidad del suelo, del ensayo para
determinar el peso volumétrico y del ensayo de humedad.
Evaluación del Potencial de Colapso
El PR establecerá la severidad del problema de colapsabilidad mediante los
siguientes criterios:
Cimentaciones en áreas de suelos colapsables
La cimentación y los pisos deberán apoyarse sobre suelos no colapsables. Los
pisos no deberán apoyarse directamente sobre suelos colapsables.
Reemplazo de un suelo colapsable
Cuando se encuentren suelos que presentan colapso moderado y a juicio del PR,
éstos serán retirados en su totalidad antes de iniciar las obras de construcción y
serán reemplazados por Rellenos Controlados.
Ataque Químico por Suelos y Aguas Subterráneas
30.30.1.
Obligatoriedad de los Estudios
En los lugares con Napa Freática en la zona activa de la cimentación o donde se
conozca o sea evidente la ocurrencia de ataque químico al concreto de
cimentaciones y superestructuras, el PR deberá incluir en su EMS un análisis
basado en ensayos químicos del agua o del suelo en contacto con ellas, para
descartar o contrarrestar tal evento.
Ataque Químico por suelos y Aguas Subterráneas
a) Ataque ÁcidoEn caso del Ph sea menor a 4,0 el PR, deberá proponer medidas de
protección adecuado, para proteger el concreto del ataque ácido.
b) Ataque por SulfatosLa corrosión de los sulfatos se diferencia de la causada por las aguas
blandas, en que no tiene lugar una lixiviación, sino que la pasta endurecida
de cemento, a consecuencia de un aumento de volumen, se desmorona y
expansiona, formándose grietas y el ablandamiento del concreto.
c) Ataque por ClorurosLos fenómenos corrosivos del ión cloruro a las cimentaciones se restringe al
ataque químico al acero de refuerzo del concreto armado.
Suelos Expansivos
Suelos cohesivos con bajo grado de saturación que aumentan de volumen al humedecerse
o saturarse.
31. Obligatoriedad de los Estudios
En las zonas en las que se encuentren suelos cohesivos con bajo grado de
saturación y plasticidad alta, el PR deberá incluir en su EMS un análisis basado en
la determinación de la plasticidad del suelo y ensayos de granulometría por
sedimentación.
Evaluación del Potencial de Expansión
Cuando el PR encuentre evidencias de la existencia de suelos expansivos deberá
sustentar su evaluación mediante los resultados del ensayo para la Determinación
del Hinchamiento Unidimensional de suelos cohesivos.
Cimentaciones en áreas de suelos expansivos
Por lo tanto no está permitido
cimentar directamente sobre
suelos expansivos. La cimentación debe apoyarse sobre suelos no expansivos o
con potencial de expansión bajo.
Reemplazo de un suelo expansivo
Cuando se encuentren suelos medianamente expansivos y a juicio del PR, poco
profundos, éstos serán retirados en su totalidad antes de iniciar las obras de
construcción y serán reemplazados por Rellenos Controlados.
Licuación de Suelos
En suelos granulares finos ubicados bajo la Napa Freática y algunos suelos cohesivos, las
solicitaciones sísmicas pueden originar el fenómeno denominado licuación, el cual consiste
en la pérdida momentánea de la resistencia al corte del suelo, como consecuencia de la
presión de poros que se genera en el agua contenida en sus vacíos originada por la
vibración que produce el sismo.
Esta pérdida de resistencia al corte genera la ocurrencia de grandes asentamientos en las
obras sobreyacentes.
Calzaduras
Las calzaduras son estructuras provisionales que se diseñan y construyen para sostener
las cimentaciones vecinas y el suelo de la pared expuesta, producto de las excavaciones
efectuadas. Tienen por función prevenir las fallas por inestabilidad o asentamiento excesivo
y mantener la integridad del terreno colindante y de las obras existentes en él, hasta que
entren en funcionamiento las obras de calzaduras y/o definitivas.
32.32.1.
Investigación de Campo
Deberá profundizarse la investigación de campo hasta encontrar un estrato no
licuable de espesor adecuado en el que se pueda apoyar la cimentación.
Sostenimiento de Excavaciones
Las excavaciones verticales de más de 2,00 m de profundidad requeridas para alcanzar los
niveles de los sótanos y sus cimentaciones, no deben permanecer sin sostenimiento, salvo
que el estudio realizado por el PR determine que no es necesario efectuar obras de
sostenimiento.
33.33.1.
Estructura de Sostenimiento
Se presentan las siguientes alternativas para el sostenimiento de las paredes de
excavación:
Proyectar obras y estructuras de sostenimiento temporal y luego, al finalizar
los trabajos de corte, construir las estructuras de sostenimiento definitivas.
Proyectar estructuras de sostenimiento definitivas que se vayan
construyendo o a medida se avance con los trabajos de corte.
Tales como: pantallas ancladas, tablestacas, pilotes continuos, muros
diafragma, calzaduras, nailings, entre otros.
Parámetros a ser proporcionados en el EMS
El informe del EMS deberá incluir los parámetros de suelos requeridos para el
diseño de obras de sostenimiento de las edificaciones, muros perimetrales, pistas y
terrenos vecinos.
Consideraciones para el Diseño y Construcción de Obras de Sostenimiento
Deberá considerar los siguientes aspectos como mínimo:
Los empujes del suelo.
Las cargas de las edificaciones vecinas.
Las variaciones en la carga hidrostática (saturación, humedecimiento y
secado).
Las sobrecargas dinámicas (sismos y vibraciones causadas artificialmente).
La ejecución de accesos para la construcción.
La posibilidad de realizar anclajes en los terrenos adyacentes (de ser
aplicable).
La excavación, socavación o erosión delante de las estructuras de
sostenimiento.
La perturbación del terreno debido a las operaciones de hinca o de sondeos.
La disposición de los apoyos o puntales temporales (de ser requeridos).
La posibilidad de excavación entre puntales.
La capacidad del muro para soportar carga vertical.
El acceso para el mantenimiento del propio muro y cualquier medida de
drenaje.
Estabilidad de los Cortes caso de cortes para sótanos y/o de cimentaciones, el Contratista deberá
encargar el estudio de la estabilidad a un especialista de los cortes. más En
cualquier caso, las excavaciones verticales de de 2.00 m de profundidad,
requeridas para alcanzar los niveles de sótanos y cimentaciones, no deben
permanecer sin calzadura y/o sostenimiento, salvo que un estudio realizado
por un especialista determine que no es necesario.
Efectos de un Sismo
De producirse un sismo con una magnitud mayor o igual a 3,5 grados de la Escala
Richter, el Contratista a cargo de las excavaciones, deberá proceder de inmediato a
sostener cualquier corte de más de 2,00m de profundidad, salvo que un estudio
realizado por un especialista determine que no es necesario.
Cargas Horizontales La ausencia de carga horizontales sobre una calzadura puede ser un fenómeno
temporal, cuya presencia dependerá: - Del tiempo que la excavación permanezca
sin soporte. - Del tipo de suelo involucrado. - De contingencias tales como:
variaciones en la carga hidrostática (humedecimiento y secado), sobrecargas
estáticas durante el proceso constructivo, y por sobrecargas dinámicas (sismos y
vibraciones causadas artificialmente).
Excavaciones sin Soporte
No se permitirán excavaciones sin soporte, si las mismas reducen la capacidad de
carga o producen inestabilidad en las cimentaciones vecinas.
Diseño y Construcción de la Calzadura
La necesidad de: la calzadura, su diseño y construcción son responsabilidad del
Contratista de las Obras respectivas. La estructura de la obra de calzadura, deberá
diseñarse y construirse como una obra de sostenimiento.
TENSIONES EFECTIVAS
TENSIONES EFECTIVAS Principio de las Tensiones Efectivas
-Principios de la Mecánica – Fuerza : En la Física Clásica, fuerza (F) es el único agente del Universo capaz de alterar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo o deformarlo.Segunda ley de Newton o Principio Fundamental de la Mecánica: La resultante* de las fuerzas que actúan en un cuerpo es igual al producto de su masa por la aceleración adquirida. (*) Resultante = suma vectorial de las fuerzas.
-Principios de la Mecánica - Equilibrio : Si la resultante de las fuerzas fuera nula (F=0), el cuerpo estará en reposo (equilibrio estático) o en movimiento rectilíneo uniforme (equilíbrio dinámico).
-Tensión :Sea considerado un cuerpo en equilibrio, sometido a un conjunto de fuerzas:
Estado de Tensiones - Tensiones Principales
Cuando se varía el plano que pasa por el punto P, la tensión ( ) también varia.
Consecuentemente, existen infinitas tensiones actuando en el punto P. Se dice entonces que en el punto P existe un estado de tensión.
El módulo de la tensión normal () varía entre dos extremos:
Cuando el módulo tiende al valor máximo, la tensión normal es llamada de tensión principal mayor (1 ) y la tensión tangencial () será nula. Cuando el módulo tiende al valor mínimo, la tensión normal es llamada de tensión principal menor (2 ) y la tensión tangencial () también será nula.
TENSIONES Y DEFORMACIONES - Estado de tensión en un punto
Convención de señales :
Tensiones y deformaciones:
Material elástico :
Coeficiente de Poisson :
*El Principio de las Tensiones Efectivas se aplica solamente a los suelos totalmente saturados:
-Sr = 100% - Vw = Vv
-Considérese un elemento de suelo totalmente saturado- Por los puntos de contacto entre los granos pasa un “plano” XX. -Dentro de una masa de suelo, el “plano” ondulado XX es muy próximo a un plano real, debido al tamaño muy pequeño de las partículas sólidas.
-La tensión normal efectiva (’ ) es interpretada como la suma de todas las componentes normales N’,
comprendidas por el área A, dividida por el área A:
-La tensión normal total () está dada por:
Asumiendo que el contacto entre las partículas sea realizada a través de puntos infinitesimales, entonces la presión de agua actuará sobre toda el área A.
Se debe tomar en cuenta :El error envuelto, cuando se asume que el contacto entre los granos se da através de puntos infinitesimales, es muy pequeño. En realidad, la suma de las áreas de contacto entre granos está situada entre 1 y 3% del área total A. - Se debe notar que la tensión normal efectiva (’) no representa las tensiones reales de contacto entre partículas sólidas. - Las tensiones reales de contacto (N’/a, donde a representa el área real de contacto) son mucho más elevadas que ’.
-En el caso de arcillas, puede ser que no haya un contacto directo entre las partículas minerales, debido a las capas de agua absorbida que envuelven las mismas. - Se asume que las fuerzas intergranulares sean transmitidas a través del agua absorbida, que presenta una viscosidad extremadamente alta.
Respuesta de la tensión efectiva debido a una alteración en la tensión total:
- Cuando la tensión normal total aumenta, las partículas de suelo se intentan ordenar para una nueva disposición. -Tal ordenamiento solo será posible si parte del agua escapa de los poros.- Por lo tanto, si no hubiera escape de agua, no habrá alteración en los esfuerzos de interacción entre las partículas (tensión efectiva). -Como el agua está resistiendo el ordenamiento de las partículas, ésta deberá soportar todo el aumento de tensión normal total. Por lo tanto, el valor de la presión neutra irá a aumentar del mismo modo que el incremento de la tensión total.-A medida que el agua se fuera escapando, las partículas se comienzan a reordenar, aumentando los esfuerzos de interacción entre ellas (aumento de la tensión efectiva). Y la presión neutra comienza a disminuir. - Ese proceso continúa hasta que todo el incremento de tensión normal sea soportado integralmente por las partículas, o sea, es transformado integralmente en tensión efectiva.
Analogía Mecánica :
ESTABILIDAD DE TALUDES
ESTABILIDAD DE TALUDES
1. ¿A qué se denomina talud?
- El talud o pedrero; acumulación de fragmentos de roca partida en la base de paredes de roca, acantilados de montañas o cuencas de valles.
- El talud o pendiente de un muro; en arquitectura e ingeniería civil, diferencia de grosor en un muro (más grueso en la parte inferior que en la parte superior, de modo que resista la presión de la tierra tras él).
2.¿Qué tipos de taludes existen?
Naturales : Erosión , acumulación (laderas)
Artificiales : Terraplenes , presas , cortes , excavaciones
3.¿A que se llama estabilidad de masas de suelos?
La inestabilidad de un talud, se puede producir por un desnivel, que tiene lugar por diversas razones:
Razones geológicas: laderas posiblemente inestables, orografía acusada, estratificación, meteorización, etc.
Variación del nivel freático: situaciones estacionales, u obras realizadas por el hombre.
4.¿Que es un deslizamiento?
Un deslizamiento es un tipo de corrimiento o movimiento de masa de tierra, provocado por la inestabilidad de un talud.
Se produce cuando una gran masa de terreno se convierte en zona inestable y desliza con respecto a una zona estable, a través de una superficie o franja de terreno pequeño espesor. Los deslizamientos se producen cuando en la franja se alcanza la tensión tangencial máxima en todos sus puntos.
5.¿ Cómo se reconocen deslizamientos de suelos en la naturaleza?
La investigación de una ladera, talud o deslizamiento consiste en obtener toda la información posible sobre las características topográficas, geológicas, geotécnicas y ambientales que permitan realizar un diagnóstico de los problemas lo más preciso posible y un diseño efectivo de su solución o remediación. Para el propósito de la investigación es necesario conocer cuáles son los parámetros básicos que afectan la estabilidad del talud o ladera y caracterizarlos plenamente
6.¿Cuál es la causa principal de que se produzca un movimiento dentro de la
masa de suelo?La remoción de masa puede producirse a un ritmo muy lento, particularmente en las áreas que son muy secas o las zonas que reciben precipitación suficiente para que la vegetación se estabilice en la superficie. También puede ocurrir a una velocidad muy alta, como en deslizamientos de rocas y deslizamiento de tierra, con consecuencias desastrosa tanto inmediatas como diferidas, por ejemplo como resultado de la formación de represas de deslizamientos.
7.¿ Cuáles son las causas que provocan un aumento del esfuerzo cortante?
• Remoción del soporte lateral o de base (erosión, deslizamientos previos, cortes de carreteras y canteras)
• Incremento de carga (peso de la lluvia/nieve, rellenos, vegetación)
• Incremento de presiones laterales (presiones hidraúlicas, raíces, cristalización, expansión de la arcilla)
8.¿ Cuáles son las causas que provocan una disminución de la resistencia al corte del suelo?
• Causas geológicas
• Causas morfológicas
• Causas físicas
• Causas humanas
9.¿ Por qué se produce la falla de un talud natural o artificial?
Razones geológicas: laderas posiblemente inestables, orografía acusada, estratificación, meteorización y Variación del nivel freático.
10.¿Cuáles son los tipos de fallas más comunes?Factores internos y geormofológicos ,desprendimientos , derrumbes , avalanchas , flujo , repteo , erosión , licuación
11.¿ Qué ensayos de corte usaría para la determinación de la resistencia al corte de la masa de suelo de un terraplén artificial?
El ensayo de corte directo consiste en hacer deslizar una porción de suelo, respecto a otra a lo largo de un plano de falla predeterminado mediante la acción de una fuerza de corte horizontal incrementada, mientras se aplica una carga normal al plano del movimiento.
12.¿ Cómo se calcula la estabilidad de taludes en suelos friccionales?
13. Uso de software específico para el cálculo del coeficiente de seguridad de taludes artificiales.
La mayoría de los análisis de estabilidad se realizaban en forma gráfica o utilizando calculadoras manuales. Con la llegada del computador los análisis se pudieron realizar en forma más detallada; inicialmente utilizando tarjetas FORTRAN y recientemente con programas de software, los cuales cada día son más poderosos.
ASENTAMIENTOS EN SUELOS
En la mayoría de construcciones el subsuelo no es homogéneo y la carga soportada por las diferentes cimentaciones superficiales de una estructura puede variar considerablemente.
ST = asentamiento total de un punto dado
ΔST = diferencia en asentamiento total entre dos puntos cualquiera.
α = gradiente entre dos puntos sucesivos
β = distorsión angular (lij = distancia entre los puntos i y j)
Δ = deflexión relativa (movimiento desde una línea recta que une dos puntos de referencia)
ASENTAMIENTOS ADMISIBLES
Norma técnica E-050
ASENTAMIENTOS EN SUELOS
Según Terzaghi; el asentamiento diferencial es el 75% del asentamiento total δ = 0.75 δTot.
El asentamiento total es:
ST = Si + Scp +Scs.
Donde:
ST = Asentamiento Total
Si = Asentamiento Inmediato
Scp = Asentamiento por Consolidación Primaria
Scs = Asentamiento por Consolidación Secundaria
ST = Si + Scp +Scs Asentamiento total
En arenas, gravas, arcillas duras y suelos no saturados en general : ST = Si.
En arcillas saturadas: ST = Scp.
En suelos de gran deformabilidad como turbas y otros : ST = Scp +Scs
ASENTAMIENTOS INMEDIATO
El asentamiento elástico de una cimentación superficial flexible, se puede expresar
como:
Donde:
neta aplicada sobre la cimentación de Poisson del suelo de elasticidad promedio del suelo bajo la ación, medido de z = 0 a z = 4B.
A el centro de la cimentación una esquina de la cimentación de forma (Steinbrenner, 1934)
Donde:
If = factor de profundidad (Fox, 1948) =
α = factor que depende de la posición de la cimentación donde el asentamiento está siendo calculado.
Para calcular el asentamiento en el centro de la cimentación, se usa:
α = 4
Para calcular el asentamiento en la esquina de una cimentación :
α = 1
El asentamiento elástico de una cimentación rígida, se puede estimar como:
Se ( rígida ) ≈ 0.93 Se ( flexible, centro )
Parámetros Elásticos, Braja M. Das, 2006
ASE N TA M I EN TO I NM ED I ATO SIM PLI FI CAD O
Donde:
Si = Asentamiento probable (cm)
μ = Relación de Poisson (-)
Es = Módulo de Elasticidad (Ton/m2)
If = Factor de Forma (cm/m)
q = Presión de Trabajo (Ton/m2)
B = Ancho de la cimentación (m)
ASENTAMIENTO INMEDIATO SIMPLIFICADO
ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACION PRIMARIA
Caso A: Arcillas Normalmente Consolidadas
Caso B: Arcillas pre consolidadas σ + Δ < σ’ σ’
Caso c: Arcillas consolidadas
σ' <σ' < σ' +Δσ'
ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACION PRIMARIA
Donde:
Scp = Asentamiento por consolidación primaria
σo’ = Presión efectiva promedio sobre el estrato de arcilla antes de la construcción de la cimentación
Δσ’prom = Incremento promedio de la presión efectiva sobre el estrato de arcilla causado por la construcción de la cimentación
σc’ = Presión de Preconsolidación
eo CC
CS HC
=
=
HC
relación de vacíos inicial del estrato de arcilla
Indice de compresibilidad Índice de expansibilidad
= Espesor del estrato de arcilla
ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACION PRIMARIA
Δσ’prom Se puede calcular como :
Donde: Δσ' t, Δσm , Δσ b , son los incrementos de presión efectiva arriba, en medio y en el fondo del estrato de arcilla causados por la construcción de la cimentación.
ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACION SECUNDARIA
El índice de compresión secundaria se define de la figura
Donde:
Cα = índice de compresión
Δe = secundaria cambio de la relación de vacíos
t1, t2 = tiempo
La magnitud de la consolidación secundaria se calcula con:
Donde:
ep = relación de vacíos al final de la consolidación primaria
H = espesor de la capa de arcilla
PROPIEDADES DE CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE SUELOS
OBJETIVO:
Este método provee los procedimientos para determinar la magnitud y la velocidad de consolidación de un suelo confinado lateralmente y con drenaje axial, cuando está sujeto a cargas aplicadas incrementalmente bajo esfuerzo controlado.
Los resultados de este ensayo son usados para estimar la magnitud y velocidad de los asentamientos totales y diferenciales de una estructura o terraplén, información que es de suma importancia en el diseño de estructuras y la evaluación de su performance.
EQUIPOS Y ACCESORIOS:
- Consolidómetro
HERRAMIENTAS VARIAS:
PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO
1. Tallado del especimen 2. Montaje de la celda de consolidación
3. Montaje del marco de la carga 4. Lecturas iniciales
5. Inundacion del especimen 6. Control de la expansión
7. Incremento de carga 8. Lecturas de deformación vs tiempo
9. Carga final aplicada
ANÁLISIS DE CONSOLIDACIÓN DE SUELOS
Consolidación Unidimensional de Suelos
Consolidación:
Es un asentamiento producido en suelos compresibles y saturados, esto se da debido a las deformaciones volumétricas a lo largo del tiempo, esto también se da por las presiones transmitidas de una carga aplicada y por la reducción de los poros del suelo.
Hipótesis Fundamentales de la Teoría de la Consolidación:
El flujo es Unidimensional.
La compresión del Suelo es In-Situ es Unidimensional.
El Coeficiente de Consolidación (Cv) y Permeabilidad (K) permanecen constantes a lo largo del proceso.
Se supone al suelo homogéneo, cohesivo y saturado.
La variación del volumen tiene su origen en la relajación del exceso de presión de poros.
Términos Referidos a la Consolidación:
Arcilla normalmente Consolidada: Es aquella que nunca ha tenido una fatiga de consolidación mayor a la existente en el actual.
Arcilla Preconsolidada: Es aquella que ha tenido una fatiga de consolidación mayor a la existente.(por Erosión, descenso del nivel Freático, desecación, etc.)
Fatiga de Consolidación: Es la fatiga máxima de Consolidación que ha actuado alguna vez en el suelo
Razón de Pre consolidación: Es el Cociente entre la σV max de consolidación que ha sufrido el suelo en un tiempo t y la fatiga de consolidación actual. (RPC˂1.5-2.5)
Coeficiente de Pre consolidación o de Compresibilidad (av)
Índice de Compresión o compresibilidad (Cc)
Coeficiente de Consolidación (Cv)
Método de la Raíz cuadrada del tiempo para determinar Cv (método de Taylor)
Este método consiste en trazar una curva con los valores de deformación- tiempo, que medimos en el ensayo de consolidación para cada una de las cargas aplicadas
Cálculo del Coeficiente de Consolidación Cv (Método de Casa Grande)
Representando al factor Tiempo T que es directamente proporcional al tiempo t, con el % de consolidación U que es proporcional al asentamiento S, en el mismo grafico e-Log (t). Vemos que existen algunas diferencias en la forma de la curva Teórica y la Práctica.
Ensayo de Consolidación
Conclusiones:
-.Av disminuye al aumentar la presión de consolidación para arcillas NC.
-.Av en arcillas PC es menor que para arcillas NC en el mismo rango de presión de consolidación.
Conclusiones:
-.Una arcilla NC entrega una recta para σV= 1kg cm2 y la máx. Curvatura se da cerca de σV máx.
-.El Cc es constante para arcillas NC
-.Los índices Cs y Cr son independientes de σV o pueden ser ligeramente incrementados
Relación entre Cc y Parámetros
Limite Liquido y Cc (Skempton)
Módulo Edometrico y módulo de Deformación (E)
Cálculos de Asentamiento Totales
Calculo de Asentamientos Totales:
La capa de arcilla que va a ser sometida a un aumento repentino del esfuerzo vertical total Ds1, distribuye dicho esfuerzo de manera uniforme en toda el área semiinfinita Al aplicar la carga en un t=0,la presión de agua aumentara en µO de manera uniforme en el espesor H.
Distribución del exceso de presión sometida a un aumento uniforme del esfuerzo vertical de poros
A través de expresiones matemáticas se llega a la curva que relaciona U en función de T. Esta curva permite obtener el asentamiento en diversos instantes durante el proceso de consolidación.
Pata U 90% T=0.87
Ejemplo 1:
Datos:
Cc= 0.08
Eo= 1.00
Cv= 5.8 cm2/min.
ˠ sat = 1.8 t/m2
Investigaciones Geotécnicas
Introducción:
El campo de acción de los estudios Geotécnicos está centrado en estudios de suelos y
rocas, caracterización del subsuelo, tanto en laboratorio como en terreno. Las investigaciones geotécnicas nos va a permitir evaluar el área o sitio seleccionado, con los cuales nos permitirá evaluar parámetros de diseño para la cimentación.
También obtenemos información de niveles freáticos que es de utilidad desde el punto de vista hidrogeológico.
Planteamiento del estudio Geotécnico:
Recopilación de información.
Reconocimiento geológico y de sitio.
Planificación de la explotación y muestreo.
Ejecución de ensayos de Laboratorio.
Ejecución de la explotación y muestreo.
Interpretación de la investigación Geotécnica.
Análisis y diseño Geotécnico.
Planificación de la exploración geotécnica:
Exploración directa a través de prospección geofísica.
Exploración directa.
Tipos de ensayo.
Profundidad de exploración.
Números de sondajes.
Ensayos de caracterización física y mecánica de los materiales.
1. Exploración Indirecta
Exploración Geofísica:
-. Gravimétrico.
-. Magnetométrico.
-. Sismológico.
Reflexión sísmica.
Refracción sísmica.
Ondas Superficiales.
-. Eléctrico.
-. Geotérmico.
-. Radioactivo.
-. Georadar.
2. Exploración Directa
Calicatas, trincheras, perforaciones manuales o mecánicas.
Ensayo de penetración estándar (STP)
-. Perforación con Posteadora.
-. Perforación Wash boring.
-. Perforación Diamantina.
Ensayo de Penetración con Cono de Peck
Ensayos de Penetración Ligera (DPL)
Ensayos de Penetración Cono Holandés (CPT)
Exploración directa de campo con calicatas, trincheras y perforaciones:
Exploración directa de campo con calicatas, trincheras y perforaciones:
Exploración Directa con Calicatas:
- Excavación Manual con Pico y Lampa.
- Excavación con Equipo Mecánico.
Ventajas:
Extracción de muestras Disturbadas e inalteradas.
Visualización directa de la estratigrafía.
Desventajas:
Profundidad Limitada.
Paredes inestables ante la presencia de agua.
Exploración directa - ensayo de cono Holandés (Cpt)
Perforaciones Diamantinas:
Programación de los Sondeos
Existen tres variables que son de primera importancia para la elaboración de un programa de sondeos diamantinos para las investigaciones geognósticas de un proyecto de ingeniería: número y ubicación de sondeos, profundidad y orientación.
Profundidad de los Sondeos
La profundidad dependerá de las funciones y tipo de obra proyectada, y de las condiciones geológicas subterráneas del área estudiada.
Si el objetivo es investigar la permeabilidad aparente del macizo rocoso, particularmente en presas, las perforaciones deberán alcanzar profundidades en que el valor Lugeón sea lo suficientemente bajo (1 Lugeón para presas de 30 m), o bien hasta que la perforación haya penetrado por lo menos 5 m en roca fresca y mínimamente fracturada.
Selección de Máquinas Perforadoras:
Otro aspecto que es importante tener en cuenta en el planeamiento de las exploraciones geotécnicas con perforaciones diamantinas, es la elección del tipo de máquina que garantice que se llegue a la profundidad deseada con el diámetro preestablecido. Las profundidades máximas que se pueden perforar con una máquina estarán en relación directa con su potencia.
ENSAYOS PERMEABILIDAD IN SITU
Los ensayos de permeabilidad in situ se realizan de acuerdo al tipo de material encontrado, pudiendo ser suelo o roca según la naturaleza del terreno. Los ensayos de permeabilidad son de dos tipos:
Ensayo tipo Lefranc para suelos y Ensayo tipo lugeon para roca.
Ensayo tipo Lefranc – Carga Constante Es un ensayo aplicado a suelos gruesos o friccionantes (arenas y gravas) permeables.
Ensayo tipo Lefranc – Carga Variable Es un ensayo aplicado a suelos cohesivos o finos (arenas finas, limos y arcillas) de baja permeabilidad.
Ensayo tipo Lugeon Es un ensayo a presión aplicado en roca.
Permeabilidad Relativa de algunos Suelos:
