1-Septiembre-2015

Tarea 5a) Resumen Subincisos 20.2 y 20.3 del Cap. 20

del Peck, Hanson & Thornburn: Cimentaciones en suelos colapsables y expansivos.

b) Resumen Subincisos 22.2 a 22.4 del Cap. 22, sin incluir ejemplo ilustrativo, del P. H. & T: cimentaciones en roca.

Tema 3 Construcción de cimentaciones superficiales y profundas

a) Resumen Subincisos 20.2 y 20.3 del Cap. 20 del Peck, Hanson & Thornburn: Cimentaciones en suelos colapsables y expansivos.

Cimentaciones en suelos susceptibles de colapso

Identificación de Suelos Colapsables

• Suelos que contienen una proporción apreciable de aire en los vacíos.

• Sueles que se comprimen mucho con muestreadores de paredes delgadas.

• Las arcillas saturadas muy sensibles.

• El loes, su grado disminuye al aumentar el peso volumétrico seco.

• Los abanicos aluviales cohesivos, o las arenas y los limos eólicos de las regiones áridas y semiáridas.

Se determinan mediante pruebas de consolidación o en pruebas de fosos en las que se introduce agua cuando se está aplicando carga a la placa de prueba.

Comportamiento de estructuras en suelos colapsables

• Asentamientos excesivos y desiguales, al humedecimiento del suelo.

• Agrietamiento de las estructuras (por humedecimiento del suelo).

Cimentaciones en suelos colapsables secos

• No debe permitirse que la presión en el suelo exceda de Pcr/F.

• El valor de seguridad F debe elegirse entre 2 y 3.

• Los asentamientos diferenciales y los totales de las cimentaciones bajo estas circunstancias, no excederán de los obtenidos en zapatas y losas proyectadas en arena.

• Cuando las estructuras son muy cargadas se permiten asentamientos hasta de 30 cm.

• En depósitos de loes se tiene que evitar cargas excéntricas para mantener asentamientos verticales.

• Deben tomarse y manejarse con especial cuidado las muestras pues las uniones entre las partículas del suelo se dañan fácilmente.

• Es innecesario considerar separadamente la falla por capacidad de carga, debido a la naturaleza de la deformación bajo la carga.

• Se utilizará una cimentación profunda cuando los asentamientos sean muy grandes.

• Al utilizarse pilas pueden perforarse y acampanarse fácilmente.

• Para su diseño se debe asegurar que se mantenga seco el estrato que soporte la carga de la estructura.

Cimentaciones sobre suelos colapsables sujetos a humedecimiento

• Debe considerarse la inducción de fricción negativa en los elementos de cimentación debido al humedecimiento del suelo y el colapso.

• Puede resultar ventajoso y económico hincar los pilotes en excavaciones previamente efectuadas de un diámetro un par de cm inferior, al diámetro de los pilotes.

• Los pilotes deberán hincarse contra la resistencia del suelo seco, hasta que tengan la capacidad adecuada en el estrato resistente.

• El humedecimiento posterior a la construcción en cimentaciones profundas puede producir asentamientos del terreno alrededor de la estructura, banquetas y drenes quedarían a distorsiones correspondientes.

Cimentaciones en suelos expansivos

Identificación de los suelos expansivos

• Suelos con tendencia a aumentar de volumen cuando aumenta el contenido de agua, y a disminuirlo al perderse el agua.

• El potencial expansivo de un suelo se relaciona con su índice de plasticidad.

• El factor de mayor importancia, el cual depende su grado de expansión, es la humedad de campo en el momento de la construcción y la humedad de equilibrio que se alcanzará con la estructura terminada.

• Si la humedad de equilibrio es considerablemente mayor que la humedad de campo, y si el suelo tiene una elevada capacidad de

expansión, puede ocurrir esta en alto grado (levantamiento del suelo o estructura).

• Otro factor de gran importancia es el grado de compactación del suelo, así como si se encuentra en terraplén o grado de preconsolidación, si es un material inalterado.

• Otro factor sería el esfuerzo a que el material quedará sujeto al construirse sobre él.

• Lo más recomendable es la consideración de la experiencia local y pruebas realizadas en condiciones previstas.

Pruebas de expansión

• La de mayor seguridad es la prueba doble en consolidómetro. (A mayor seguridad cuando se logran 2 muestras inalteradas idénticas).

• La seguridad de la prueba depende de:

El grado de aproximación en la humedad inicial de la muestra con la real al principio de la construcción.

El grado de aproximación en la humedad de equilibrio en el campo con la alcanzada por el espécimen.

• Al ser tan complicado el procedimiento de obtención de 2 muestras idénticas, se han optado por pruebas alternativas más simples:

Prueba de expansión libre

Se coloca una muestra en el anillo de consolidación lo más ajustada posible

Con el contenido de agua que se prevé para el suelo en el momento de la construcción, se sujeta a una presión del orden de 70 gr/cm2

Las piedras porosas que se colocan arriba y debajo de la muestra se secan al aire previamente

Después se permite el paso del agua a la muestra a través de esas piedras

Se mide su expansión vertical en función del tiempo, hasta que cese

El aumento de espesor (%) se designa como expansión y es la medida del máximo porcentaje de aumento de volumen.

Cambio de volumen ∆V < 1.5 (Bajo)

1.5 < ∆V < 5 (Medio)

5 < ∆V < 25 (Alto)

∆V > 25 (Muy Alto)

Prueba de presión de expansión

Procedimiento similar al anterior

Se impide la expansión vertical al humedecerse la prueba

La fuerza necesaria para el impedimento se determina en función del tiempo

La presión de expansión que se obtiene es la medida de la fuerza máxima por unidad de área que pueda producir el suelo en las condiciones de expansión extrema

Las presiones de expansión σ < 2 ton/m2 (Bajas)

σ > 200 ton/m2 (se encuentran ocasionalmente).

Su interpretación es más cualitativa que cuantitativa.

Los dos tipos de pruebas proporcionan indicaciones útiles sobre el comportamiento extremo.

Las magnitudes obtenidas, en la mayoría de los casos, son intermedias entre las determinadas con las dos pruebas.

Los resultados no siempre son consistentes.

Si las dos muestras muestran alto grado de expansión se considera “sospechoso” el suelo. (Se deben considerar precauciones extremas).

Los resultados de TODAS las pruebas de expansión son “toscas” aproximaciones debido a:

Cambios inevitables en la humedad

Cambios en la estructura de los suelos durante los sondeos, muestreo y manejo en el laboratorio.

Cimentaciones en suelos expansivos

• Se emplean 3 métodos para reducir o evitar los efectos de la expansión:

Aislar la estructura de los materiales expansivos (más usado)

Proyectar una estructura que soporte sin daño la expansión

Eliminación de la expansión

• Generalmente se construyen pilas como método de cimentación con terminación en campanas y funcionan como anclas.

• La pila, incluyendo la campana, se refuerza por la subpresión que se pueda ocasionar.

• Las pilas se conectan con contratrabes que soportan toda la estructura, incluyendo el piso.

• Las contratrabes o pisos en contacto con el suelo expansivo se protegen, al construirse, para evitar la transmisión de fuerzas que se produzcan (generalmente con moldes de cartón).

• El suelo expansivo puede levantar los fustes de las pilas, la fuerza de unión del fuste y la campana puede alcanzar un valor de:

Qsubpresión=πdLCa

d: diámetroL: longitud del fusteca: Adherencia entre el suelo y el fuste

• El diámetro de la campana se calcula mediante la expresión:

Qsubpresión−Qmuerta=qdFxπ4

(db2−d2)

qd: capacidad de carga netadb: diámetro de la campana (no mayor a 3 diámetros de la pila)F: Factor de seguridad deseado

• La cimentación se distribuye para que cada pila soporte la carga muerta máxima

• Las presiones en el suelo deberán aplicarse sólo con el factor de seguridad mínimo aceptable, cuando menos 1.0 cuándo hay riesgo de que ocurra expansión antes de aplicar la carga muerta.

• La adherencia puede reducirse haciendo perforaciones de un diámetro de 10 cm mayor que el del cuerpo, excavando y colando la campana ademándola con molde de cartón.

• El espacio restante se rellena con vermiculita o con materiales que no tengan resistencia al esfuerzo cortante.

• Formas de reducción o eliminación del efecto perjudicial:

Rodeando la estructura con una banqueta impermeable de ancho hasta de 4 o 5 m.

Humedeciendo el suelo con valor igual al de equilibrio

Impedimento de expansión químicamente (Cal).

Tema 3 Construcción de cimentaciones superficiales y profundas

b) Resumen Subincisos 22.2 a 22.4 del Cap. 22, sin incluir ejemplo ilustrativo, del P. H. & T: cimentaciones en roca.

Cimentaciones sobre roca no meteorizada

La presión de contacto admisible en estas rocas se basa en la resistencia inherente de la roca intacta y la influencia que en ella pudieran tener efectos como juntas, zonas de corte y formas geológicas de disolución.

(Rocas sin defectos de importancia) La presión de contacto admisible se considera como la resistencia a la compresión simple de la roca intacta.

La mayoría de las rocas contienen defectos.

En general, la presión de contacto admisible debajo de la cimentación está gobernada exclusivamente por el asentamiento debido a los defectos de la roca, y no por su resistencia.

(Si las juntas están cerradas o una fracción de cm) El asentamiento de la cimentación no excederá 1.5 cm.

Si la parte superior de la roca, a profundidad de B/4, es de menos calidad, se usará el valor de esa sección, o se removerá.

Al hincar una subestructura de manera inclinada se dificulta el procedimiento.

(Roca muy dura e irregular) Los pilotes pueden deslizarse a lo largo de la superficie, doblarse y no poder desarrollar la capacidad de carga adecuada.

Utilizando pilotes se evita la necesidad de hacer excavaciones hasta la superficie de la roca.

Tratamiento de los defectos de la roca

En las rocas frecuentemente se encuentran juntas más o menos verticales, de uno o varios cm, abiertas o rellenas de arcillas que se tienen que tratar.

(Rocas debajo de la cimentación) Se limpian a una profundidad de 4-5 veces el ancho de la cimentación y se rellenan con mortero. Y en intercepciones de juntas, donde el ancho de la grieta es mayor se rellenan con concreto simple.

(Rocas con grietas de ancho fracción del área de la base de una pila) Se profundiza la excavación hasta la reducción, a un ancho aceptable, o desaparición de la junta.

(Juntas superficiales casi verticales) Se deberá hacer sondeos para asegurarse en qué grado y a qué profundidad están abiertas.

o Sondeos y extracción de corazoneso Exploración de auscultación (mediante herramientas neumánicas)

Se puede retirar la roca afectada, y desplantarse sobre el nivel inferior.Generalmente, lo mejor es cimentar con elementos profundos, bajo los niveles de la roca afectada.