CIMENTACIONES PARA ESTRUCTURAS
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CIMENTACIONES PARA ESTRUCTURAS [Subtítulo del documento] III MODULO CONSTRUCCION CIVIL [Título del curso]
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CIMENTACIONES PARA ESTRUCTURAS
[Subtítulo del documento]
III MODULO CONSTRUCCION CIVIL [Título del curso]
ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS
En toda obra de arquitectura o ingeniería moderna, ya sea viviendas o edificios,
es necesaria e imprescindible la realización de un estudio de suelos. El Estudio
de Mecánica de Suelos, es un documento suscrito por un especialista reconocido
y acreditado en mecánica de suelos, a través del cual determina la resistencia
del terreno sobre el que se desplantan las edificaciones, mismo que sirve de
base para determinar el tipo de cimentación a usar.
La falta de un estudio de suelos podría hacer colapsar a un edificio o vivienda
El estudio de suelos permite En toda obra de arquitectura o ingeniería moderna,
ya sea viviendas o edificios, es necesaria e imprescindible la realización de un
estudio de suelos. El Estudio de Mecánica de Suelos, es un documento suscrito
por un especialista reconocido y acreditado en mecánica de suelos, a través del
cual determina la resistencia del terreno sobre el que se desplantan las
edificaciones, mismo que sirve de base para determinar el tipo de cimentación a
usar.
La falta de un estudio de suelos podría hacer colapsar a un edificio o vivienda.
El estudio de suelos permite conocer las propiedades físicas y mecánicas del
suelo, y su composición estratigráfica, es decir las capas o estratos de diferentes
características que lo componen en profundidad, y por cierta ubicación de napas
de agua (freáticas), si las hubiere.
El estudio de mecánica de suelo consta en general de tres etapas:
Exploración y ensayos de terreno
Ensayos de laboratorio
Elaboración de informe
Desde el momento en que construimos un edificio de más de tres niveles la
Secretaría de Obras Públicas nos exige un estudio previo del sueño donde se
construye, para ver si es seguro o si realmente garantiza la estabilidad de la obra.
Anteriormente en nuestro país se construía sin tener en cuenta estos detalles,
era por eso que veíamos tantos edificios en proceso de decline. La seguridad,
ante todo.
Importancia del Estudio de Suelos.
La importancia del estudio de suelos depende del tipo de proyecto que vas a
realizar y de la magnitud de este; con los resultados que te arroje el estudio de
suelos puedes tomar decisiones del tipo de cimentación a utilizar y hasta que
profundidad debes de cimentar; dependiendo del tipo de suelo es la capacidad
de soporte del suelo (resistencia del suelo) y eso se puede determinar
únicamente con el estudio de suelos.
Depende del estudio de suelos, determinarás cuánto vas a gastar o cuánto vas
a ahorrar en cimentación; ya que muchos proyectos en los que no se hace,
resulta que cuando están ya construidos se dan cuenta que tienen hundimientos
y eso carrea más costos, ya que se debe de gastar mucho en reparar o tratar de
estabilizar el terreno. todo por “ahorrarse unos centavos” y no hacer el estudio.
Con el estudio de mecánica de suelos determinan la capacidad máxima de carga
que acepta el terreno y si es suficiente por la sobrecarga.
Por otra parte el uso de la tecnología moderna y actualizada ha fijado como
primera exigencia en las normas que rigen la construcción en las distintas
municipalidades, la realización de estudios de suelos. El argumento de que mi
vecino construyó de esta o aquella manera ya no es válido y diría peligroso y
antieconómico. La incidencia del estudio de suelos en el costo total de una obra
es insignificante por lo que no existen motivos para no realizarlo.
La importancia del estudio de suelos radica en que se puede lograr diseñar
fundaciones técnicamente adecuadas y económicas. Por ejemplo al definir la
profundidad de fundación, se logra el mínimo de volumen de excavación y de
hormigón que en el caso que no exista estudio de mecánica de suelo, el ingeniero
decida fundar a mayor profundidad debido a incertidumbre sobre el suelo. El
caso contrario (fundar a menor profundidad que la requerida) puede resultar en
asentamientos excesivos que dañen la estructura. conocer las propiedades
físicas y mecánicas del suelo, y su composición estratigráfica, es decir las capas
o estratos de diferentes características que lo componen en profundidad, y por
cierta ubicación de napas de agua (freáticas), si las hubiere.
CLASIFICACION DE SUELOS
La geología, su amplio conocimiento y entendimiento sobre la naturaleza y
comportamiento de los suelos, aporta valiosos datos que sirven de base y punto
de partida a la ingeniería civil. Conocer sobre que suelo se realizará una
edificación o construcción es vital.
La necesidad de agrupar, entender y dar solución a problemas, generó la
clasificación de suelos como un medio para resolver dichos inconvenientes.
En Ingeniería, hay dos sistemas de clasificación de suelos:
► AASHTO, usado en construcción de carreteras.
► SUCS, usado en ingeniería geotécnica.
Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS)
El Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (Unified Soil Classification
System (USCS), fue presentado por Arthur Casagrande, usado para describir la
textura y el tamaño de las partículas de un suelo. Este sistema de clasificación
puede ser aplicado a la mayoría de los materiales sin consolidar y se puede
clasificar suelos con tamaños menores de tres (3) pulgadas; se representa
mediante un símbolo con dos letras, B. Das (2001).
Los suelos de granos grueso y fino se distinguen mediante el tamizado del
material por el tamiz N°. 200. Los suelos gruesos corresponden a los retenidos
en dicho tamiz y los finos a los que lo pasan, de esta forma se considera que un
suelo es grueso si más del 50% de las partículas del mismo son retenidas en el
tamiz N°. 200 y fino si más del 50% de sus partículas son menores que dicho
tamiz.
Los suelos se designan por símbolos de grupo. El símbolo de cada grupo consta
de un prefijo y un sufijo. Los prefijos son las iníciales de los nombres en ingles
de los seis principales tipos de suelos (grava, arena, limo, arcilla, suelos
orgánicos de grano fino y turbas), mientras que los sufijos indican subdivisiones
en dichos grupos.
Esta clasificación divide los suelos en:
• Suelos gruesos. Se dividen en gravas y arena, y se separan con el tamiz N° 4,
de manera que un suelo pertenece al grupo de grava si más del 50% retiene el
tamiz No 4 y pertenecerá al grupo arena en caso contrario.
• Suelos finos. El sistema unificado considera los suelos finos divididos entre
grupos: limos inorgánicos (M), arcillas inorgánicas (C) y limos y arcillas orgánicas
(0). Cada uno de estos suelos se subdivide a su vez según su límite líquido, en
dos grupos cuya frontera es Ll = 50%. Si el límite líquido del suelo es menor de
50 se añade al símbolo general la letra L (low compresibility). Si es mayor de 50
se añade la letra H (hight compresibility). Obteniéndose de este modo los
siguientes tipos de suelos:
ML: Limos Inorgánicos de baja compresibilidad.
OL: Limos y arcillas orgánicas.
CL: Arcillas inorgánicas de baja compresibilidad.
CH. Arcillas inorgánicas de alta compresibilidad.
MH: Limos inorgánicos de alta compresibilidad.
OH: arcillas y limos orgánicas de alta compresibilidad.
• Suelos orgánicos. Constituidos fundamentalmente por materia orgánica. Son
inservibles como terreno para cimentación.
Suelos gruesos.
Para que el suelo sea una grava debe cumplirse lo siguiente: retiene el tamiz N°
4 > 1/2 FG, retiene el tamiz N° 4: 100 menos lo que pasa el tamiz N°. 4
Para que el suelo sea una arena debe cumplirse lo siguiente: retiene el tamiz N°
4 < 1/2 FG
Las gravas con 5 a 12% de finos requieren el uso de símbolos dobles:
GW -GM grava bien gradada con limo;
GW-GC grava bien gradada con arcilla;
GP-GM grava mal gradada con limo;
GP-GC grava mal gradada con arcilla.
Las arenas con 5 a 12% de finos requieren el uso de símbolos dobles:
SW -SM arenas bien gradada con limo;
SW -SC arenas bien gradada con arcilla;
SP-SM arena mal gradada con limo;
SP-SC arena mal gradada con arcilla.
CRITERIOS PARA CLASIFICAR SUELOS
Trabajo de Terreno.
En esta primera etapa es donde se inspecciona y toman las muestras de terreno,
las que luego irán al laboratorio.
En esta etapa se utilizar, por lo general, las siguientes técnicas:
1.1. Calicata.
Consiste en realizar excavaciones de una profundidad pequeña o mediana en
puntos elegidos del terreno.
La idea de una calicata es tener una visión directa del terreno, que generalmente
nunca vemos, para su caracterización y análisis.
Usualmente para hacer una calicata se utiliza una pala o una retroexcavadora.
1.2. Penetrómetro.
Es un tipo de ensayo de penetración en el suelo.
Consisten en la introducción en el terreno de un elemento de penetración,
generalmente de forma cónica, unido solidariamente a un varillaje.
La hinca se realiza por golpeo de una maza con un peso definido,
Contando el número de golpes que hay que darle a la varilla para que penetre
20 cm en el terreno, se obtiene lo que denomina la columna de golpeos, que no
es más que cuántos golpes hace falta emplear para perforar 20 cm a medida que
se desciende de nivel.
Esta técnica solo nos permite saber la resistencia del terreno a
distintas profundidades, pero no nos da información acerca de su naturaleza.
1.3. Sondeos.
Eta técnica consisten en perforar el terreno con una sonda cilíndrica que va
extrayendo la parte atrapada dentro del cilindro.
A medida que se sacan las muestras se van colocando por orden de profundidad
en cajas de muestras.
El objetivo de este ensayo es determinar que tipo de suelo haya a distintas
profundidades y también detectar la presencia de agua (si la hay) y determinar
el Nivel Freático.
2. Trabajo de Laboratorio.
Una vez hecho el trabajo en terrenos, las muestras son llevadas al laboratorio
para realizar los ensayos correspondientes.
Algunos tipos de ensayos básicos son:
2.1. Análisis químico
El objetivo de este ensayo es detectar a presencia de componentes químicos en
el suelo.
Lo que se busca es la presencia de sulfatos, de cloro y el grado de acidez del
suelo analizado, ya que estos elementos van a condicionar
las características de los hormigones a emplear en las cimentaciones.
2.2. Caracterización
Este ensayo busca determinar la granulometría del terreno.
Es decir el porcentaje de distintos tamaños de árido del terreno, la plasticidad, la
densidad aparente y real y otras propiedades básicas de la composición del
suelo.
2.3. Ensayos Mecánicos
Su objetivo es saber cuál es la capacidad resistente y la rigidez del material
del suelo.
Se trata del ensayo de compresión simple, el de corte directo y otros que nos
indicarán cuáles son las propiedades mecánicas del suelo.
Suelen hacerse estos ensayos para materiales cohesivos -arcillas- y raramente
para Suelos Granulares (Suelos Buenos).
TIPOS DE ENSAYO DE SUELOS
CONTENIDO DE HUMEDAD
NORMAS: ASTM D653-90
NTP 339.127
Conocer la dependencia de las propiedades físicas y mecánicas de un suelo ante el
porcentaje de humedad en su estructura.
Determinación porcentual del contenido de agua en una muestra de suelo.
2. EQUIPO
Cápsulas (taras) con sus respectiva tapa.
Horno a temperatura constante de 105 +-5 grados centígrados.
Balanza de precisión 3escalas o electrónica con precisión de 0.1g.
Guantes.
Otros ( espátulas, lona para cuarteo, badilejo)
3. INFORMACIÓN PRELIMINAR
Un suelo natural se considera como un sistema de fases:
Gaseoso
Líquido
Sólido
La fase líquida no es característica permanente de un suelo, es solo transitorio según las
condiciones del lugar donde se encuentre; pudiendo llegar a saturar el suelo y disminuyendo sus
características de resistencia, o por el contrario si el suelo contiene un porcentaje bajo de
humedad sus características de resistencia subirán.
El contenido de humedad de un suelo, es la suma del agua capilar, libre e higroscópica
presente en la masa del suelo con respecto al peso de los sólidos del mismo.
w% Ww
*100
Ws
Relación expresada como porcentaje del peso de agua en una masa de suelo, al peso de las
partículas sólidas.
Se determina el peso del agua, secando el suelo húmedo hasta obtener un peso constante del
suelo seco.
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Como mínimo se extraen tres muestras para realizar el ensayo, dependiendo de la
cantidad de la muestra.
La cantidad de muestra dependerá del tipo de suelo, tal como se muestra en la
siguiente tabla.
Máximo tamaño de partícula (pasa el 100%)
Tamaño de malla Standard Masa mínima recomendada de espécimen de ensayo húmedo para contenidos de humedad reportados a +/- 0.1%
Masa mínima recomendada de espécimen de ensayo húmedo para contenidos de humedad reportados a +/- 1%
2mm. o menos ITINTEC 2.00mm.
(Nro. 10) 20gr 20gr.
4.75mm. ITINTEC 4.75mm.
(Nro. 4) 100gr 20gr
9.5mm. ITINTEC 9.51mm.
( 3/8”) 500gr 50gr
19.0mm. ITINTEC 19.00mm.
( ¾”) 2.5Kg. 250gr
37.5mm. ITINTEC 38.1mm.
( ½”) 10Kg. 1 Kg.
75.0mm. ITINTEC 76.1mm.
(3”) 50Kg. 5 Kg.
Pesar los recipientes vacíos para el contenido de humedad anotando su identificación..
Colocar la muestra de suelo natural en las cápsulas y determinar su peso húmedo.
Colocar las muestras de suelo en el horno por un tiempo de 18 a 24 horas.
Sacar la muestra y dejar enfriar como mínimo 15 minutos antes de pesar.
Cuando la muestra al pesarlo demuestra un peso constante se determina el peso seco.
Se realiza los cálculos de contenido de humedad.
Observación: Cuando se trabaje con una muestra pequeña (menos de 200gr) que
contiene partículas de grava mayores a 3/4”, no es apropiado incluirlas en las muestras
de ensayo. Sin embargo en el reporte de resultados se mencionará y anotará el material
descartado.
5. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS
profundidad
Ubicación
Material que presenta de partículas (fina y gruesas)
Color de la muestra y descripción
A continuación, los cálculos correspondientes:
Por último se saca un promedio de los tres resultados no pudiendo variar estos 3 por mas
de 2% en este caso se elimina el mas lejano de los resultados y se promedia entre los dos
restantes.
Ejemplo Nro. 01
CALICATA N° 1
Nro De Tara * 11 8 18
Peso de Tara 72.8 69.32 78.4
Peso de Tara+ M. Humeda 155.17 167.72 159.63
Peso de Tara + M. Seca 146.19 157.19 151.2
Peso de Agua 8.98 10.53 8.43
Peso Muestra Seca 73.39 87.87 72.8
Contenido de humedad W% 12.24 11.98 11.58
Promedio cont. Humedad W% 11.93
*Tara se llama al envase metálico que se utiliza para realizar el ensayo.
W%= (8.98/73.39) * 100 = 12.24 (Número de tara 11)
W% = (P. De cápsula + Muestra Húmeda)-(P. De cápsula + Muestra Seca) x 100 (P. de cápsula + muestra seca) – (P. De cápsula)
Ejemplo Nro 02.
Nro De Tara L - 2 D – 3 D – 4
Peso de Tara gr. 14.52 14.85 14.48
Peso de Tara + M. Humeda gr. 94.28 93.21 97.58
Peso de Tara + M. Seca gr. 87.55 84.11 90.61
Peso de Agua gr. 6.73 9.1 6.97
Peso Muestra Seca gr. 73.03 69.26 76.13
Contenido de humedad W% W% 9.22% 13.14% 9.16%
Promedio cont. Humedad W% W% 9.19%
En este caso por ejemplo vemos que la muestra 2, presenta un resultado de contenido de
humedad, alejada en mas de 2% de las otras muestras, por lo tanto se hallará el promedio solo de los
resultados mas cercanos:
W% = (9.22% + 9.16%) 2
6. RECOMENDACIONES DEL ENSAYO.
Se recomienda tener mucho cuidado al realizar el pesado de las muestras, ya que un
error en décimas varía los resultados.
La cantidad de muestra también es muy importante tener en cuenta ya que ésta debe ser
representativa del estrato a examinar.
Al extraer la muestra de la calicata se debe tener mucho cuidado de no alterar su
humedad mediante el uso de guantes, y colocar en bolsas de plástico bien cerradas con
su respectiva tarjeta.
DENSIDAD DE LA MASA
1. OBJETIVOS
Conocer y entender la relación de los tres elementos que componen una muestra de
suelo con el volumen que ocupan.
Determinación en gr/cm3 de la masa de suelo.
2. EQUIPO
Horno a temperatura constante de 105 +-5 grados centígrados.
Balanza de precisión 3escalas o electrónica con precisión de 0.1g.
Vaso para sumergir la muestra.
Guantes y parafina.
Cocina.
Otros ( espátulas, cuchillos).
3. INFORMACIÓN PRELIMINAR
Cuando hablamos de la densidad de la masa estamos hablando de la relación que existe
entre el peso de la muestra de suelo y su volumen total, lo cual incluye las 3 fases del suelo:
VOLUMEN
DE LA MASA
PESO DE LA
MASA.
La densidad o el peso específico del suelo, no es igual al de sus partículas sólidas, sino
que varía en función a la cantidad de vacíos que posea la masa del suelo; y siempre será menor
que el peso específico de las partículas sólidas, los valores oscilan entre 1.6 a 2 gr/cm3.
Gaseoso
Líquido
Sólido
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Podemos encontrar la densidad de la masa por dos métodos :
Si el suelo es uniforme y de consistencia plástica, semi-sólida o sólida, se puede tallar
una muestra dándole una forma geométrica conocida, hallamos su peso y lo dividimos
entre el volumen.
H
m
L A
masa
Vmasa
En caso de ser una muestra irregular por tener partículas de diversos tamaños entonces
se deberá extraer una muestra inalterada obteniendo su peso.
Una vez que se a pesado se cubre la muestra con parafina para poder proteger la
estructura de la masa de suelo. Volvemos a pesar muestra + parafina.
Sumergimos la muestra y obtenemos su peso en estado sumergido.
5. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS
PESO ESPECIFICO DE LA MASA
ó DENSIDAD DE LA MASA
I.- DATOS M1 M2
1 PESO DE LA MUESTRA AL AIRE GR. 318.4 615
2 PESO DE LA MUESTRA + PARAFINA GR. 335.5 649
3 PESO DE LA MUESTRA SUMERGIDA + PARAFINA GR. 119.5 232
4 PESO DE LA PARAFINA GR.(2-1) 17.1 34
5 VOLUMEN TOTAL DE MUESTRA DE SUELO Y PARAFINA CM3.(2-3) 216 417
6 PESO ESPECÍFICO DE LA PARAFINA GR/CM3 0.92 0.92
7 VOLUMEN DE LA PARAFINA CC (4/6) 18.59 36.96
8 VOLUMEN DE LA MUESTRA CM3.(5-7) 197.41 380.04
II.- RESULTADOS
1 PESO ESPECIFICO DE MASA: P.E.M.GR/CM3 (1/8) 1.61 1.62
2 PROMEDIO GR/CM3 1.62
PESO ESPECÍFICO DE LOS SÓLIDOS
1. OBJETIVOS
Obtener la relación entre el peso de los sólidos sobre el volumen que ocupan.
Determinación en gr/cm3 de los sólidos de una masa de suelo.
2. EQUIPO
Picnómetro de 100 a 500cc. de capacidad.
Probeta de 500 a 1000ml.
Horno a temperatura constante de 105 +-5 grados centígrados.
Balanza de precisión 3escalas o electrónica con precisión de 0.1g.
Termómetro graduado de –5 a 150grados centígrados.
Pipeta.
Baño de agua María.
Otros (bandejas, taras, franela, guantes de asbesto).
3. INFORMACIÓN PRELIMINAR
El peso específico de los sólidos es la relación que existe entre el peso de las partículas
sólidas y su volumen que ocupan, que es fundamental para cálculos posteriores de los
asentamientos, y otras relaciones volumétricas de la masa de suelo.
Los valores se sitúan entre 2.6 a 2.8 gr/cm3.
Es expresado por el símbolo = s
VOLUMEN DE LOS SÓLIDOS
PESO DE LOS SÓLIDOS.
Wsólidos
S
sólidos
Sólido
V
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Podemos tener muestras con partículas finas y también mayores al tamiza Nro. 8, en este
caso se debe tamizar la muestra de suelo por dicho tamiz, y realizar por separado los
ensayos de peso específico de los sólidos tal como se detalla a continuación:
PARA PARTÍCULAS MAYORES AL TAMIZ NRO. 8 – ASTM C 127
Cantidad de la muestra depende del tamaño máximo que ésta posea, tal como se muestra
en la siguiente tabla:
Una vez que se obtiene la cantidad de la muestra, para evitar la adherencia del material
fino, se lavará la muestra a través del tamiz Nro. 8, y dejarlo en una cubeta por espacio
de 24 horas para saturar los poros del material grueso.
Una vez saturado se seca la superficie de la muestra con un paño de franela, para dejarlo
en estado saturado superficialmente seco.
Colocar agua destilada en la probeta hasta un volumen exacto (anotar la lectura de la
probeta)
Lecturar el volumen.
Agua destilada
Introducir la muestra con mucho cuidado y colocar la probeta en una superficie plana,
para leer el volumen total.
Lecturar el volumen final
Partículas sólidas
Una vez lecturado el volumen colocar la muestra en una bandeja y dejarlo secar al
horno por 24 horas.
Por último se obtiene el peso de la muestra seca.
REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS
o
PARA PARTÍCULAS MENORES AL TAMIZ NRO. 8 – ASTM D 854.
Se debe obtener una cantidad mínima de muestra dependiendo de la capacidad del
picnómetro tal como se muestra en la tabla:
PESO ESPECIFICO DE LOS SÓLIDOS RET. NRO. 8 I.- DATOS
1 PESO DE LA MUESTRA SECADA AL HORNO GR. 814.4
2 PESO DE LA MUESTRA SATURADA SUPERFICIALMENTE SECA GR. 819.8
3 VOLUMEN EN LA INICIAL EN LA PROBETA CC 300
4 VOLUMEN EN LA FINAL EN LA PROBETA CC. 610
5 VOLUMEN DE LA MUESTRA CC. (4-3) 310
II.- RESULTADOS
6 PESO ESPECIFICO DE LOS SÓLIDOS: P.E.S. 1/(3) GR/CM3 2.63
7 TEMPERATURA DEL AGUA ºC. 23ºC
8 FACTOR DE CORRECCIÓN K (TABLA 1) AL FINAL 0.9993
9 PESO ESPECIFICO DE LOS SÓLIDOS CORREGIDO: P.E.S. 6*8 GR/CM3 2.6253
10 GRAVEDAD ESPECÍFICA RELATIVA DE LOS SÓLIDOS:9/ (peso específico del agua=1gr/cm3) 2.6253
Una vez obtenida la cantidad de muestra, se coloca en una bandeja o tara, y se deja
secar en el horno por 24 horas, hasta obtener un peso constante.
Colocar la muestra en el picnómetro y llenar con agua destilada hasta la tercera parte del
volumen del picnómetro.
Extraer el aire atrapado entre las partículas sólidas, pudiendo realizar esta operación con
una bomba de vacíos, o colocando el picnómetro en baño maría o sobre un mechero o
removiendo constantemente.
Una vez que se han eliminado los vacíos, llenar con una pipeta hasta el volumen indicado
en el picnómetro, y obtener su peso.
REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS
1.- Peso de la muestra seca + peso del picnómetro (gr) 127.97 2.- Peso de la muestra + peso del picnómetro + agua (gr) 314.2 3.- Peso del agua =(2-1) (gr) 186.23 4.- Peso del Picnómetro (gr) 94.46 5.- Peso de la muestra secada al horno (gr)(1-4) 33.51 6.- Volumen del picnómetro (cc) 200 7.- Volumen de los sólidos = (6-3) (cc) 13.77 8.- Peso específico de los sólidos =5 /7 2.433551198 9.- Temperatura del agua °C 16 10.- Valor de K (*1) (tabla1) 1.0007 11.- Peso específico corregido por Temperatura =8*10 2.435254684
12.- Gravedad específica relativa de los sólidos Gs = 11/ (pO
eso específico del agua=1gr/cm3)
2.435254684
*El volumen del picnómetro puede variar de 200cc, 250cc, 500cc. *1Factor de corrección k para diferentes temperaturas
PASO 1 PASO 2
Volumen del Picnómetro=200cc Peso de sólidos+picnómetro=127.97gr.
PASO 3
Peso de agua + sólidos + picnómetro= 314.20gr.
Para obtener el volumen de los sólidos: el paso 2 – el paso 1 nos dará el peso del agua que
será igual a su volumen, considerando que el peso específico del agua es 1gr/cm3
Entonces si resto el volumen del picnómetro – el volumen ocupado por el agua; entonces nos
dará el volumen de los sólidos.
OBSERVACIÓN:
1. En caso de contar con un suelo con partículas mayores y menores al tamiz Nro. 8 entonces se deberá hallar la gravedad específica de los sólidos de la muestra con la siguiente expresión:
G 100
%PasantedelNro.8
% Retenidoenel Nro.8
Gs Gs
ENSAYO DE ANÁLISIS GRANULOMETRICO DE UN SUELO POR TAMIZADO
(ASTM D422)
1. OBJETIVOS
Adquirir criterio para poder tener una clasificación de tipo cualitativo y cuantitativo del tipo
de suelo según sus características volumétricas por tamaños.
Poder clasificar un suelo según los tamaños de sus partículas, determinar que grupos
comprenden a los suelos gruesos y que grupos a los suelos finos, poder estimar si el
suelo esta mal o bien graduado.
2. EQUIPO Y MATERIALES
Mallas estándar de: 3” ,21/2”,2”,11/2”, 1”, ¾”,1/2”,3/8”, Nro.4, Nro.8, Nro.10, Nro.20,
Nro.40, Nro.60, Nro.80, Nro.100, Nro.200 y cazolete.
Balanza de precisión a 0.001gr.
Horno (de 105 a 110 grados centígrados)
Bandejas.
Cepillo y brocha
3. INFORMACIÓN PRELIMINAR.
La clasificación de los suelos siempre era basado en conceptos muy subjetivos tales
como por el color, forma, etc, hasta que se acudió al método granulométrico, es decir obtener una
clasificación por el tamaño de sus partículas tamizadas por una serie de mallas que nos permitía
ver la graduación del suelo.
Este análisis mecánico nos permite determinar los porcentajes de piedra, grava, arena, limo y arcilla
que presenta un suelo. Se aclara que si el suelo tiene un alto porcentaje que pasa la malla Nro. 200 entonces
se deberá recurrir a otros métodos de análisis para poder separar sus partículas como por ejemplo los
métodos de sedimentación.
Con la distribución de partículas obtenidas por el empleo de tamices, se puede elaborar una
curva granulométrica, representados sobre un papel semilogarítmico, cuyos porcentajes graficados son
acumulativos del material que pasa cada malla.
Con los datos obtenidos mediante cálculos y en gráfico se puede también obtener 2 coeficientes
de importancia como son el coeficiente de uniformidad y el coeficiente de curvatura.
Coeficiente de uniformidad. - Es la relación de D60/D10 donde D60 es el diámetro
correspondiente donde el material a pasado el 60% y igual para el D10 aún mas fino. Teniendo como
datos que este coeficiente es mayor de 4 en las gravas y mezclas gravosas y es mayor de 6 en los suelos
arenosos o mezclas areno-gravosas.
Coeficiente de Curvatura. - Es la relación (D30)2/(D10*D60); el coeficiente de curvatura nos
permite ver la graduación de un suelo, es así que si este coeficiente esta entre 1 y 3 es un suelo bien
graduado.
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Secar el material a temperatura constante como mínimo a 105grados y máximo a
110grados centígrados, la cantidad de muestra depende del tipo de suelo, considerando
los siguientes parámetros:
Diámetro nominal de las partículas más Peso mínimo
aproximado de la porción Grandes mm (pulg) Gramos, g
9,5 (3/8") 500 19,6 (¾") 1000 25,7 (1") 2000 37,5 (1 ½") 3000 50,0 (2") 4000 75,0 (3") 5000
Una vez que tenga un valor constante en su peso se registra este dato como peso del suelo seco antes
de lavar.
Luego se lava el material pasándolo a través del tamiz Nro. 200, hasta que el agua este totalmente clara.
Una vez concluida esta operación se lleva al horno por un tiempo mínimo de 24 horas y a una
temperatura min. De 105 y un máximo de 110 grados centígrados, procediendo luego a anotar el
peso seco después de lavar.
Por último se tamiza por todo el juego de tamices; pesando el material retenido en cada uno de
ellos teniendo cuidado de sacar el material que quedan incrustados en el tamiz.
Por último se realizan los cálculos correspondientes, para hallar la curva granulométrica.
5. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS
EJEMPLO1
PESOS INICIALES:
1.- PESO DE BANDEJA… ................................................................................. 500gr.
2.- PESO DE BANDEJA + MUESTRA SECA ANTES DE LAVAR ................... 6655gr.
4.- PESO DEMUESTRA SECA ANTES DE LAVAR.(2-1)… ........................... 6155gr.
5.- PESO DE BANDEJA + MUESTRA SECA DESPUES DE LAVAR .............. 6195gr.
6.- PESO DE MUESTRA SECA DESPUES DE LAVAR(5-4)… ...................... 5695gr.
7.- PESO DE MATERIAL QUE HA PASADO LA MALLA NRO. 200 (4-6) = 460GR
TAMICES ABERTURA PESO PESO RET. %RETENIDO %RETENIDO % QUE
ASTM mm RETENIDO CORREGIDO PARCIAL ACUMULADO PASA
3" 76.200
2 1/2" 63.500
2" 50.600 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00
1 1/2" 38.100 197.00 197.00 3.46 3.46 96.54
1" 25.400 594.00 594.00 10.44 13.90 86.10
3/4" 19.050 787.00 787.00 13.83 27.73 72.27
1/2" 12.700 0.00
3/8" 9.525 1006.70 1006.70 17.69 45.42 54.58
1/4" 6.350 569.00 569.00 10.00 55.42 44.58
No4 4.760 389.00 389.00 6.84 62.26 37.74
No8 2.380
No10 2.000 1398.00 1402.5 24.57 86.82 13.18
No16 1.190
No20 0.840 454.00 454.00 7.98 94.80 5.20
No30 0.590
No40 0.420 110.00 110.00 1.93 96.73 3.27
No 50 0.300
No60 0.250
No80 0.180 66.00 66.00 1.16 97.89 2.11
No100 0.149 47.50 47.50 0.83 98.73 1.27
No200 0.074 71.00 71.00 1.25 99.98 0.02
BASE 1.30 461.30 0.02 100.00 0.00
TOTAL 5690.50 6155.00 100.00
% PERDIDA 0.08%
.a b c d e
.a Cálculo de % Pérdida
Sumamos los pesos retenidos en los tamices =5690.5gr. Pero este peso debe ser igual el Peso
de la muestra seca después de lavar(5695gr.) por lo que existe una cantidad de material que se
ha perdido en el proceso de tamizado; este error es igual a :
.error = 5695-5690.5=4.5gr. Por lo tanto es un error por defecto.
%Pérdida= 4.5gr x 100 = 0.08%
5695gr
Esto quiere decir que se debe compensar este peso sumando en los tamices finos a partir del
tamiz Nro. 4, de mayor retenido.
Por lo tanto por ser una cantidad pequeña se sumará al tamiz Nro.10.(Ver columna de peso
retenido corregido)
*Puede existir error por exceso en caso que los tamices no estén muy limpios, en este caso se
deberá corregir restando el error.
6. Compensación del material que paso por el tamiz Nro.200 en el proceso de lavado
Se debe de compensar la cantidad de material que ha pasado el tamiz Nro. 200 en el proceso
de lavado, ya que esta cantidad es parte de mi muestra total; por lo tanto la suma de mi muestra
total debe ser igual a = 6155 gr.
Entonces sumaremos a la base: 1.30gr + 460gr = 461.30gr.
7. Porcentaje retenido parcial Una vez corregido los pesos retenidos, se procede a hallar el porcentaje retenido por cada
tamiz :
Ejm. Tamiz 1 ½”
Si 6155gr -------------- 100% 197gr ---------------X
X = 3.46%
8. Porcentaje retenido
acumulado Se procede a sumar los porcentajes retenidos en cada tamiz de la siguiente manera:
Ejm. Tamiz 1 ½” = 0+3.46=3.46%
Tamiz 1” = 0+3.46+10.44= 13.90%
Tamiz 3/4” = 0+3.46+10.44 + 13.83= 27.73% hasta la base.
9. Porcentaje que pasa
Por último se halla el porcentaje que pasa: este valor es muy importante para poder graficar la
curva granulométrica.
Para este paso se resta 100% - los Porcentajes retenidos acumulados.
Ejm. Tamiz 2” : Si ha retenido 0% Entonces ha pasado el 100%
Tamiz 1 ½”: Si ha retenido 3.46% Entonces ha pasado 100 – 3.46%= 96.54%
Tamiz 1” : Si ha retenido 13.90% hasta este tamiz. Entonces ha pasado
100% – 13.90%= 86.10%
Realizar esta operación hasta la base.
Una vez realizado este procedimiento, continuamos con graficar la curva granulométrica.
En el eje de las abscisas en escala Semilogarítmica se grafican los tamices (sus diámetros). Se utiliza esta
escala por la diversidad de tamaños de las partículas, para poder observar de manera mas clara la curva
granulométrica.
En el eje de las ordenadas en escala natural se grafican los porcentajes que pasa
. ENSAYOS PARA DETERMINAR LOS LIMITES DE CONSISTENCIA
1. OBJETIVOS
Determinar los límites de consistencia de los suelos finos y entender el grado de
cohesión de las partículas y su resistencia a aquellas fuerzas exteriores que
tienden a deformar o destruir su compacidad.
Poder observar los diferentes estados del suelo al pasar por distintos contenidos
de humedad.
2. INFORMACIÓN PRELIMINAR
En la mecánica de suelos se tiene la necesidad de poder darle una clasificación
mas acertada a un suelo según sus características, esto no se podía obtener solo con el
ensayo granulométrico, ya que se observaba un comportamiento particular en los suelos
finos, éstos variaban su consistencia en función al contenido de humedad que poseían.
Es por lo que mediante el trabajo de Atterberg y Casagrande se pudo definir los
estados de consistencia de un suelo y los límites de consistencia de los mismos. A
continuación se muestra un diagrama:
ESTADO LÍQUIDO
ESTADO PLÁSTICO
ESTADO SEMISÓLIDO
ESTADO SÓLIDO
Se debe tener en cuenta que el comportamiento de los suelos finos depende de su
estructura, por ejemplo en el caso de arcillas estas presentan un comportamiento particular
como es la plasticidad debido a su estructura laminar y sus propiedades físico-
LÍMITE DE
CONTRACCIÓN( LC)
HUMEDAD
CRECIENTE
LÍMITE
PLÁSTICO (LP)
LÍMITE
LÍQUIDO (LL)
químicas más no así en los limos que al aumentar el porcentaje de humedad rompe la
adherencia entre sus partículas. Según Atterberg un suelo fino puede pasar por los
siguientes estados de consistencia cuando el agua es decreciente entre sus partículas:
Estado Líquido: Que presenta propiedades y apariencia de una suspensión
Estado Semilíquido: Presenta propiedades de un fluido viscoso, como lodo.
Estado Plástico: El suelo es capaz de soportar deformaciones rápidas, sin
desmoronarse ni agrietarse.
Estado Semisólido: El suelo aun puede disminuir su volumen, aun cuenta con
porcentaje de humedad bajo.
Estado Sólido: El volumen del suelo ya no varía, no presenta porcentaje de
humedad.
Y los límites de consistencia que vienen a ser la frontera de humedad entre dos estados
de consistencia
LIMITE LIQUIDO: NORMA : NTP 339.130; ASTM D 423
1. OBJETIVO
Obtener el contenido de humedad expresado en porcentaje %, cuando éste se
halle en el límite entre el estado plástico y el estado semilíquido.
2. INFORMACIÓN PRELIMINAR
La frontera entre el estado semilíquido y plástico se denomina LIMITE LIQUIDO
que se calcula o se obtiene utilizando una copa de casagrande de bronce con dimensiones
especificadas, con un tacón adherido, unidos por un eje el cual al girar hace que la copa
caiga periódicamente golpeando contra la base del dispositivo que es de hule cuya altura
de caída es de 1cm, también especificado. Se coloca el suelo y se procede a hacerle una
ranura trapezoidal. El contenido de humedad con el que se produce el cierre de la ranura
exactamente a los 25 golpes será el límite líquido del suelo. Este contenido de humedad
indica que el suelo presenta una resistencia al corte de 25gr/cm2.
2mm.
3. EQUIPO Y MATERIALES
Tamiz Nro. 40
Cuchara de Casagrande
Ranurador ASTM
Balanza de precisión a 0.001gr.
Comba de goma
Bandejas y vasija de porcelana.
Cápsulas para hallar el contenido de humedad
Horno a temperatura constante (105 a 110grados centígrados)
Envase de porcelana
Espátula
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Tamizar nuestra muestra de suelo sobre la bandeja; por el tamiz Nro. 40, previo
secado de este material al aire libre, se usa el material que pasa el tamiz, si existe
presencia de grumos estos se deberán desmenuzar con la comba de goma, hasta
obtener una muestra de 300 gr.
Se coloca aproximadamente 100gr. De muestra en el envase de porcelana y
huemedecerlo con agua destilada por 24 hrs. Debido a la dificultad de las arcillas
de absorber humedad.
11mm
10mm
Se debe realizar la respectiva calibración a la cuchara de Casagrande en su altura
de caída para no incurrir en errores, este ajuste se realiza con la parte posterior del
ranurador. En el ranurador evitar que la ranura sea mayor de 13mm.
Luego colocar una porción de esta pasta en la cuchara de Casagrande con un
espesor máximo de 1cm, evitando la formación de burbujas en el interior de la
masa.
Hacer la ranura correspondiente, con velocidad constante; cabe mencionar que el
ranurador se debe mantener en todo el recorrido normal a la superficie interior de
la cuchara.
Acciónese la copa a razón de 2 golpes por segundo contando el número de golpes
necesario para que la parte inferior del talud de la ranura se una al otro lado en un
ancho de 1/2” pulg. con un número mínimo de 15 golpes y un máximo de 35.
Luego coger una muestra de esa unión y colocar en una cápsula para poder
calcular su contenido de humedad, se debe realizar 4 pruebas 2 antes de 25 golpes
y 2 después de 25 golpes.
OBSERVACIÓN.- El ensayo se puede alterar por las siguientes razones :
Excesivo tiempo para realizar el ensayo por punto.
Contenido de humedad al iniciar la prueba.
Adicionar suelo seco a la muestra preparada.
No humedecer la muestra 24hrs. Antes.
5. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS
LÍMITE LÍQUIDO
ENSAYO No 1 2 3 4
CAPSULA No F 1-R L-7 F CAPSULA + SUELO HUMEDO gr. 28.05 25.57 24.82 29.76
CAPSULA + SUELO SECO gr. 25.7 23.49 22.56 26.4
AGUA gr. 2.35 2.08 2.26 3.36
PESO DE LA CAPSULA gr. 10.85 10.88 10.92 11.1
PESO DEL SUELO SECO gr. 14.85 12.61 11.64 15.3
CONTENIDO DE HUMEDAD % 15.82% 16.49% 19.42% 21.96%
NÚMERO DE GOLPES N 31 27 22 18
1. Graficamos; en el eje de las abscisas en escala semilogarítmica el número de Golpes; y
en el eje de las ordenadas el contenido de humedad a escala natural. Es necesario
recalcar que la escala del contenido de humedad variará en función a los datos obtenidos,
no siempre empezará de 0.
2. Ubicamos los 4 puntos en la gráfica y procedemos a unir los dos puntos antes de los 25
golpes hallando su punto medio de esta recta. Unimos también los dos puntos después
de 25 golpes hallando también su punto medio.
Por último unimos los dos puntos medios.
3. Para obtener el límite líquido, ubicamos N=25 golpes e intersecamos la recta; a partir de
este punto nos vamos hasta el eje de las ordenadas obteniendo así el contenido de
humedad correspondiente a los 25 golpes, tal como se muestra en la gráfica
Por lo tanto el LÍMITE LÍQUIDO ES: 17.9%
LIMITE PLASTICO; NORMA : ASTM D 424
El límite plástico viene a ser el contenido de humedad más bajo, con el cual el suelo
pasa de un estado plástico a un estado semisólido, sin más posibilidad de poder deformarse.
1. OBJETIVO
Hallar el contenido de humedad expresado en porcentaje cuando éste se halle en el
límite entre el estado plástico y el estado semisólido del suelo.
2. EQUIPO Y MATERIALES
Tamiz Nro. 40
Vidrio esmerilado
Balanza de precisión a 0.001gr.
Comba de goma
Bandeja
Cápsulas para hallar el contenido de humedad
Horno a temperatura constante(105 a 110grados centígrados)
Envase de porcelana
Espátula
3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Se toma una pequeña cantidad de muestra para formar cilindros de 3mm de
espesor, de preferencia utilizar el mismo material ya preparado para el limite líquido
Se forma una esfera presionándola contra el vidrio esmerilado haciéndola rotar con
la palma de la mano formando cilindros hasta llegar a un espesor de 3mm. hasta
que falle a una velocidad constante y se note la presencia de fisuras en su
superficie.
Una vez que llega a este estado se halla el contenido de humedad.
Esta operación debe repetirse como mínimo por 3 muestras, para poder obtener
un resultado satisfactorio, promediando los resultados más cercanos.
OBSERVACIÓN.-
Si se ha llegado a obtener los 3mm, y la muestra no ha presentado fisuras ni se ha
desmoronado, se vuelve a juntar la muestra y repetir el proceso.
4. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS
ENSAYO No 1 2 3
CAPSULA No 3 2 6
CAPSULA + SUELO HUMEDO gr. 19.48 23.64 27.56
CAPSULA + SUELO SECO gr. 19.33 23.45 26.9
AGUA gr. 0.15 0.19 0.66
PESO DE LA CAPSULA gr. 18.23 21.94 21.95
PESO DEL SUELO SECO gr. 1.1 1.51 4.95 LIMITE PLASTICO
% 13.64% 12.58% 13.33%
Obtenemos el contenido de humedad de cada muestra y en este ensayo debe existir
entre muestras máximo 1% de diferencia, ya que es un dato importante para hallar el
INDICE DE PLASTICIDAD.
En este caso promediamos LL=13.64+12.58+13.33
3
Por lo tanto el límite plástico de la muestra es13.18%.
APLICACIONES DE LOS LÍMITES DE CONSISTENCIA
1.- INDICE DE PLASTICIDAD. = L.L. –L.P.
PLASTICIDAD INDICE PLASTICO RESISTENCIA AL ESTADO
SECO
No 0-3 Muy Baja
Ligeramente 4-15 Ligera
Mediana 15-30 Mediana
Alta > 30 Alta
2.- ACTIVIDAD = I.P/(%<0.002MM)
SUELO FINO ACTIVIDAD
Montmorillonita 1-7
Illita 0.5-1
Caolinita 0.5
3.- INDICE DE LIQUIDEZ= (W% - L.P.)/(L.L. – L.P.)
INDICE DE LIQUIDEZ INTERPRETACIÓN
<<1 NO EXISTE PELIGRO DE
INESTABILIDAD
>1 PELIGRO POTENCIAL DE
INESTABILIDAD
ENSAYO DE PROCTOR
MODIFICADO NORMA ASTM D
1557
1. OBJETIVOS
Entender el mejoramiento de las propiedades de resistencia, permeabilidad y
estabilidad del suelo al aumentar la compacidad de sus partículas por procesos
mecánicos.
Determinar la máxima densidad seca de un suelo; comprender el término de
humedad óptima y la dependencia de ambos factores.
2. INFORMACION PRELIMINAR
En toda obra civil se ha buscado mejorar las propiedades de un suelo, llegando a idear una
serie de métodos, tanto mecánicos, químicos y físicos par poder mejorar sus propiedades
tal como se muestra en el siguiente esquema
MÉTODOS DE MEJORAMIENTO DE SUELOS
FISICOS
Confinamiento (Suelos Friccionantes)
Consolidación (Suelos finos)
ESTABILIZACIÓN QUÍMICA
Uso de cal
Uso de cemento
Asfalto
Aditivos químicos
MECÁNICOS
Compactación estándar y modificado - Mezcla de suelos(Arcillas con suelos
friccionantes)
En este caso optamos por la compactación. Lo cual detallamos a continuación:
COMPACTACIÓN.-
Se denomina compactación de un suelo, al proceso por el cual mediante una
determinada energía de compactación se puede lograr reducir los vacíos que existen entre
las partículas de un suelo, su importancia estriba en su aumento de resistencia, disminución
de capacidad de deformación y permeabilidad, características que debe mantener durante
toda la vida útil de la obra.
METODOS DE COMPACTACIÓN MECÁNICOS EN LABORATORIO
PROCTOR ESTÁNDAR:
La prueba consiste en compactar el suelo en tres capas de un molde de
dimensiones (diámetro 4” o 6” dependiendo del tipo de suelo)y forma especificadas, por
medio de golpes de un pisón tubular cuya altura de caída es de 12”,peso 2.5kg. y area de
contacto de 19.635cm2, el número de golpes por capa es de 25. La energía de
compactación que se genera es de 6Kg/cm/cm3.
PROCTOR MODIFICADO:
La prueba consiste en compactar el suelo en 5 capas y a 56 golpes por capa,
aumenta la energía de compactación a 27Kg/cm/cm3, el molde también dependerá del tipo
de suelo a compactar.
La energía específica de compactación se basa en la siguiente fórmula es:
Ee N * n *W * h
V
Donde:
Ee= Energía específica
N= Número de golpes por capa
-n =Número de capas del suelo
W= Peso del pisón
-h= Altura de caída libre del pisón.
Los tipos de molde, energía específica, numero de golpes por capa dependerá fundamentalmente
del tipo de suelo a compactar asi tenemos 3 categorías:
Método A. Un molde de diámetro 4” material de suelo que pasa la malla Nro. 4 a
25 golpes/capa
Método B. Un molde de diámetro 6” material de suelo que pasa la malla Nro. 4 a
56golpes /capa
Método C. Un molde de diámetro 4” material de suelo que pasa la malla Nro. ¾ a
25 golpes/capa
Método D. Un molde de diámetro 6” material de suelo que pasa la malla Nro. ¾ a
56 golpes/capa
Factores que mas influyen en la compactación de un suelo
Naturaleza del suelo.-Se produce siempre una diferencia de comportamiento entre
suelos gruesos y finos o entre suelos arcillosos y friccionantes, para lo cual también
las dimensiones del molde y la energía de compactación varían según el método.
Contenido de agua del suelo.- su comportamiento en la compactación del suelo es
muy importante ya que influirá en la estabilidad del mismo. Se observó que al
incrementar agua a un suelo seco y compactarlo este aumentaba su peso
específico seco, pero a su vez se observó que si el contenido de agua subía
demasiado el peso específico volvía a disminuir, esto se explica de la siguiente
manera : el agua ayuda al suelo a reacomodar sus partículas, es decir actúa como
lubricante, en un principio si el agua esta en un porcentaje bajo, este solo apoya
en poca medida al reacomodo, al aumentar en forma progresiva, esta hará
aumentar la lubricación de las partículas, hasta llegar a una humedad óptima y una
densidad máxima del suelo, pero si este porcentaje de humedad se sigue
incrementando entonces el agua llegará a ocupar un espacio entre las partículas,
que al ser compactadas, confinan el agua que existe entre ellas, por lo tanto baja
el peso específico de los sólidos, y se genera el fenómeno de acolchonamiento es
decir existe presión de empuje del agua que reduce la energía de compactación.
La densidad del suelo seco se hallara con la siguiente fórmula:
Donde:
s densidad sec a
h densidad húmeda
w% porcentaje de humedad
3. EQUIPO.
1 molde de diámetro de 6”
Pisón especificado de peso 5kg.
regla recta metálica
Balanza de precisión 0.1gr.
Balanza de precisión de 0.001gr.
Malla Nro. 4
Horno (105 a 110grados centígrados)
Bandejas
Guantes
Badilejo
Cápsulas para contenido de humedad
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Secar al aire una muestra de suelo de por lo menos 50 kg, y tamizar por las
mallas: 2”, ¾”, 3/8” y Nro. 4
Proceder a hallar los porcentajes retenidos en cada malla, e identificar a que
método pertenece. Siempre evaluando desde el método C hasta el método A.
Preparamos el material para 6000 gr. De peso por muestra; es necesario prepara
4 muestras para este ensayo.
Registrar el peso del molde y su placa base y determinar para cada molde su altura,
su diámetro y su respectivo volumen.
Mezclar la muestra con el agua suficiente para el primer punto. De preferencia con
el 2% del peso del material, esta mezcla se deberá hacer con guantes, para evitar
la perdida de humedad.
Dividir la muestra en 5 partes iguales y colocar en el molde compactando cada
capa al número de golpes de acuerdo al tipo de ensayo y método empleado,
realizar este procedimiento en forma de espiral.
Una vez compactado, se retira el anillo superior , enrasando con la regla metálica
Se procede a hallar el peso del molde +muestra.
Luego se procede a sacar muestras de humedad del molde tanto de la parte
superior como inferior y llevar al horno por 24 horas.
Se repite esta operación hasta obtener puntos donde el suelo vuelva a bajar su
peso como mínimo 4 puntos. Aumentando la cantidad de agua a razón de 2% por
muestra.
Dibujar los resultados en un gráfico que tenga como abcisas los contenidos de humedad
y como ordenadas lo pesos específicos secos de la masa.
ENSAYO DE PROCTOR:
ESTANDAR
METODO A B C
Condiciones del material
Nro.4 <=20% 3/8” <=20% Nro.4 > 20%
¾” <=30% 3/8” > 20%
Cantidad de Suelo 3kg 3kg 6Kg.
Número de capas 3 3 3
Nro. De golpes 25 25 56
Diámetro del molde 10.16+-0.04 10.16+-0.04 15.25+-0.07
Altura de molde 11.64+-0.05 11.64+-0.05 11.64+-0.05
Altura de caída del pisón
30.48+-0.13 30.48+-0.13 30.48+-0.13
Energía específica 6.054Kg/cm/cm3 6.054Kg/cm/cm3 6.054Kg/cm/cm3
MODIFICADO
METODO A B C
Condiciones del material.
Nro.4 <=20% 3/8” <=20% Nro.4 > 20%
¾” <=30% 3/8” > 20%
Cantidad de Suelo
3kg 3kg 6kg
Número de capas
5 5 5
Nro. De golpes 25 25 56
Diámetro del molde
10.16+-0.04 10.16+-0.04 15.25+-0.07
Altura de molde
11.64+-0.05 11.64+-0.05 11.64+-0.05
Altura de caída del pisón
45.72+-0.16 45.72+-0.16 45.72+-0.16
Energía específica
27.485Kg.cm/cm3 27.485Kg.cm/cm3 27.485Kg.cm/cm3
1. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS
CÁLCULO DE LA DENSIDAD HUMEDA
Diámetro del Molde: 15.2cm Area : 181.46cm2
H de molde: 11.6cm
MOLDE No 2 VOLUMEN DEL MOLDE 2100 cc
No DE CAPAS
5 GOLPES POR CAPA
56
Peso Suelo Húmedo + Molde Gr. 10500 10779 10785 10806 Peso del Molde Gr. 5902 5902 5902 5902
Peso del Suelo Húmedo gr/cc 4598 4877 4883 4904 Densidad del Suelo Húmedo gr/cc 2.190 2.322 2.325 2.335
Ejemplo:
Peso de suelo húmedo: 10500gr – 5902=4598 Densidad de suelo Húmedo: Peso/Volumen: 4598gr/2100cc=2.19gr/cm3.
CÁLCULO DEL CONTENIDO DE HUMEDAD
Capsula No No T61 B 2 8 1 3 T - 16 T - 10
Suelo Humedo + Capsula gr. 110.11 61.29 88.67 48.41 67.34 79.93 160.85 147.86
Peso del Suelo Seco + Capsula gr. 107.47 59.89 85.12 46.75 63.64 75.30 150.99 139.28
Peso del Agua gr. 2.64 1.40 3.55 1.66 3.70 4.63 9.86 8.58
Peso de la Capsula gr. 17.88 13.12 15.50 14.04 12.49 10.56 51.78 51.31
Peso del Suelo Seco gr. 89.59 46.77 69.62 32.71 51.15 64.74 99.21 87.97
% de Humedad % 2.95% 2.99% 5.10% 5.07% 7.23% 7.15% 9.94% 9.75%
Promedio de Humedad % 2.97% 5.09% 7.19% 9.85%
CÁLCULO DE LA DENSIDAD SECA
s h
1 w%
Densidad del Suelo Seco % 2.126 2.210 2.169 2.126
s 2.19gr / cm3
1 (1.97%/100)
CÁLCULO DE LA MÁXIMA DENSIDAD SECA Y DEL ÓPTIMO CONTENIDO DE HUMEDAD
Graficamos a escala natural en el eje de las abscisas el contenido de humedad y
en el eje de las ordenadas la densidad seca; La escala dependerá de los datos
hallados.
Ubicamos los puntos que corresponden a cada muestra y procedemos a unir los
puntos con pistolete, para darle la forma de una curva y poder hallar la máxima
densidad seca.
Ubicamos gráficamente el óptimo contenido de humedad y la
máxima densidad seca.
o Por lo tanto Máxima densidad seca= 2.21gr/cm3
o Óptimo Contenido de Humedad= 5.15%
DE
NS
IDA
D S
EC
A g
r/cc
.
ENSAYO DE CBR
ASTM D1883
1. OBJETIVOS
Determinar el índice relativo de soporte de un suelo en condiciones de densidad
controlada (compactado) ó un suelo inalterado.
Conocer el comportamiento de los suelos saturados, y sus propiedades
expansivas.
2. INFORMACIÓN PRELIMINAR
Teniendo conocimiento que los pavimentos flexibles sufren generalmente fallas por corte,
generando deformaciones en la superficie y considerando también que el pavimento esta
sometido a cargas móviles que están en contacto con el suelo un corto tiempo, es que se
desarrolló el método California propuesto por el Ing. Porter en 1929 y adoptado luego por
el departamento de carreteras del estado de California, que considera relacionar la
resistencia del suelo a la penetración de un pistón de carga a determinadas profundidades
con respecto a una muestra patrón de material triturado.
El ensayo de C.B.R. (llamado también Valor Relativo de Soporte), nos permite
hallar un índice relativo de soporte que viene a ser el grado de resistencia que tendrá
nuestro suelo en base a un suelo patrón que es muestra triturada de piedra.
El valor de C.B.R. hallado será = Carga unitaria del ensayo X 100
Carga unitaria patrón
Este ensayo es muy aplicado para evaluar los materiales a usar en las capas de
Base, Sub base, y la subrasante, de un pavimento, o de una aeropista, u otra estructura
que este sometido a cargas móviles.
TABLAS PARA CLASIFICAR LOS SUELOS SEGÚN LOS VALORES DE C.B.R.
C.B.R. Clasificación general
Usos Sistema de clasificación
Unificado AASHTO
0 – 3 Muy pobre Subrasante OH,CH,MH,OL A5,A6,A7
3 – 7 Pobre a regular Subrasante OH,CH,MH,OL A4,A5,A6,A7
7 – 20 Regular Sub-base OL,CL,ML,SC,SP,SM A2.A4,A6.A7
20 – 50 Bueno Base, sub_base
GM,GC,SM,SP,GP A1b,A2- 5,A3,A2-6
> 50 excelente Base GW, GM. A1-a,A2-4,A3
C.B.R. CLASIFICACION 0 – 5 Subrasante muy mala
5 – 10 Subrasante mala
10 – 20 Subrasante regular a buena
20 – 30 Subrasante muy buena
30 – 50 Sub base buena 50 – 80 Base buena
80 – 100 Base muy buena
C.B.R. Clasificación cualitativa del suelo Uso
2 – 5 Muy mala Sub-rasante 5 – 8 Mala Sub-rasante
8 – 20 Regular a buena Sub-rasante
20 – 30 Excelente Sub-rasante
30 – 60 Buena Sub-base 60 – 80 Buena Base
80 – 100 Excelente Base
1. EQUIPO Y MATERIALES
Máquina de prueba.- Gato de tornillo con velocidad vertical del pistón
controlada de 1.27cm/min.
Disco espaciador de 6.14 cm de altura
Moldes de 6” con un collar de extensión de 2” y una placa de base perforada de
diámetro menor a 1/16”.
Un pisón de compactar especificado de acuerdo al tipo de ensayo proctor que se
realizó.
Un vástago ajustable y placa perforada, 1 trípode y micrómetro con aproximación
de 0.001 para medir la expansión del suelo.
Anillos de 5 o 10 Libras de peso, cuya función es simular la carga de pavimento
que existe sobre el suelo.
Un pistón de penetración de 1.95” de diámetro y 19.35cm2 de área con 4” de
longitud.
Bandejas para la preparación de la muestra.
Cápsulas para hallar el contenido de humedad.
Balanza de tres escalas, balanza de 20 kg.
Horno de (105 a 110 grados centígrados)
Combo de goma
Tamices ¾”,3/8”, Nro. 4. se utilizan también según el tipo de proctor utilizado.
Guantes
Papel filtro.
2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
El material tiene que ser secado previamente ya sea al aire libre o en horno a una
temperatura máxima de 60 grados centígrados, luego se tendrá que tamizar por
las mallas que se ha usado en el proctor de acuerdo al método utilizado, pesando
el material en una cantidad de 6 kg. Aproximadamente para un punto.
A continuación ensamblamos los moldes que vamos a utilizar obteniendo sus
números, sus pesos, su diámetro, su altura y es importante hallar la altura del disco
espaciador.
Se introduce el disco espaciador y se coloca un papel filtro grueso de 6” de
diámetro.
Se prepara la muestra con la humedad que indica los resultados del ensayo de
proctor, una vez que se mezcla bien el material se coloca en el molde la quinta
parte del material y se compacta haciendo caer el pisón 56 veces sobre cada capa,
esta compactación es análoga al realizado en el ensayo de proctor.
Una vez compactada la muestra se coloca el collarín metálico enrasando la parte
superior; se voltea el molde y se quita la base metálica perforada y el disco
espaciador.
Pesamos el molde con la muestra determinando la densidad y humedad de la
muestra; luego se coloca el papel filtro sobre la superficie enrasada, se coloca
encima de esta superficie el plato metálico perforado y se voltea el molde.
Sobre la superficie libre de la muestra se coloca el otro papel filtro y encima el
vástago graduable para poder lecturar la expansión, encima de este vástago se
colocan los anillos de 5 o 10 libras de acuerdo al espesor de pavimento que se
presuman irán sobre esa muestra, teniendo en cuenta que 5 libras representan
15cm de espesor de pavimento.
Luego se coloca el molde en un tanque de agua para que se sature, y se monta el
trípode con un extensómetro, se marcan las zonas para volver a colocar el trípode
en el mismo sitio y se realiza la lectura inicial, esta lectura se toma cada 24 horas
durante los 3 días.
Después de saturar por tres días se drena la muestra por 15 minutos.
Luego el molde con la muestra y la sobrecarga se colocan debajo de la prensa y
se asienta el pistón sobre la muestra.
Luego se coloca en cero el extensómetro que mide la deformación igual que el
extensómetro del anillo de carga.
Se inca el pistón controlando la velocidad a 0.05”/minuto, lecturando las cargas en
incrementos de 0.025” hasta llegar a ½” por último se suelta la carga lentamente.
Las lecturas tomadas se grafican en un sistema de coordenadas mediante la curva
esfuerzo penetración.
Para determinar el CBR se toma el material de comparación que es la piedra
triturada, esta muestra patrón tiene una resistencia al punzonamiento de:
Para 0.1” de penetración – 1.000lb/pulg (70kg/cm2)
Para 0.2” de penetración – 1.500lb/pulg. (105kg/cm2)
Para 0.3” de penetración – 1.900lb/pulg. (133kg/cm2)
Para 0.4” de penetración – 2.300lb/pulg. (161kg/cm2)
Para 0.5” de penetración – 2.600lb/pulg. (182kg/cm2)
3. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS
CÁLCULO DE LA DENSIDAD HUMEDA
Diámetro del Molde 1: 15.2cm Area : 181.46cm2 H de molde 1: 17.97cm
H del disco espaciador: 5.5cm.
MOLDE No 1 2 3 No DE CAPAS 5 5 5 NUMERO DE GOLPES POR CAPA
12 25 56
CONDICIONES DE LA MUESTRA
SATURADO SATURADO SATURADO
Peso Suelo Humedo + Molde gr. 11880 12660 13250 Peso del Molde gr. 7130 7710 7990
Peso del Suelo Humedo gr. 4750 4950 5260
Volumen del Suelo cc. 2263.00 2296.04 2271.86
Densidad del Suelo Humedo gr/cc. 2.099 2.156 2.315
Peso de suelo húmedo: 11880gr – 7130=4750
Densidad de suelo Húmedo: Peso/Volumen: 4750gr/2263cc=2.099gr/cm3.
CÁLCULO DE LA DENSIDAD SECA
Capsula No
No T - 05 B - 02 116 132 56 5
Suelo Humedo + Capsula
gr. 64.37 75.19 96.26 84.90 50.84 46.05
Peso del Suelo Seco + Capsula
gr. 61.80 72.20 93.80 81.50 49.00 44.55
Peso del Agua gr. 2.57 2.99 2.46 3.40 1.84 1.50
Peso de la Capsula gr. 12.46 14.01 10.54 13.03 13.50 14.96
Peso del Suelo Seco gr. 49.34 58.19 47.87 68.47 35.50 29.59
% de Humedad
% 5.21% 5.14% 5.14% 4.97% 5.18% 5.07%
Promedio de Humedad % 5.17% 5.05% 5.13%
Densidad del Suelo Seco
gr/cc. 1.996 2.052 2.202
CÁLCULO DE LOS ESFUERZOS.
Penetración mm
Tiempo
Esfuerzo patrón.
MOLDE No 1
MOLDE No 2
MOLDE No 3
Dial Kg Kg/cm2 Correc. Dial Kg Kg/cm2 Correc. Dial Kg Kg/cm2 Correc.
0.63 00:30 19 79.5 4.1 35 154.6 8.0 75 342.3 17.6
1.27 01:00 41 182.8 9.4 95 436.1 22.5 155 716.9 37.0
1.91 01:30 55 248.5 12.8 117 539.1 27.8 230 1067.1 55.0
2.54 02:00 70.31 61 276.7 14.3 136 628.0 32.4 295 1369.8 70.6
3.81 03:00 72 328.2 16.9 153 707.5 36.5 360 1671.9 86.2
5.09 04:00 105.00 82 375.1 19.3 181 838.4 43.2 421 1954.7 100.8
6.35 05:00 94 431.4 22.2 209 969.1 50.0 471 2186.0 112.7
7.62 06:00 113 520.4 26.8 247 1146.3 59.1 557 2583.0 133.1
8.89 07:00 125 576.5 29.7 282 1309.3 67.5 629 2914.4 150.2
10.16 08:00
Lecturamos el dial del esfuerzo las profundidades normadas tal como muestra la tabla.
Obtenemos su equivalente en Kg. Con la siguiente fórmula:
o -9.801640969+4.701071057*Dial-0.000082763*(Dial) 2 (Se debe aclarar que esta
fórmula dependerá de la calibración del anillo, de cada equipo)
o EJM:-9.801640969+4.701071057*19-0.000082763*(19) 2 = 79.5KG.
Por último obtenemos el esfuerzo que será la división entre la FUERZA(KG)/ÁREA DEL
PISTÓN. El área del pistón es 19.4cm2
o EJM: ESFUERZO Kg/cm2= 79.5Kg/19.4cm2 = 4.1 Kg/cm2
o EJM: ESFUERZO Kg/cm2= 79.5Kg/19.4cm2 = 4.1 Kg/cm2.
Por último graficamos penetración en mm VS esfuerzo.
CÁLCULO DEL C.B.R.
Hallamos los valores de CBR, tanto para una penetración del pistón de 2.5mm, como para
una penetración del pistón de 5.0mm. relacionando los esfuerzos obtenidos de cada
muestra con los esfuerzos de la muestra patrón.
EJM.
El valor de C.B.R. hallado será = 14.3 X 100=20% 70.31
El valor de C.B.R. hallado será = 19.3 X 100=18%
105 Escogiendo de preferencia el valor hallado a 5mm de penetración del pistón.
RELAC IO N CBR - DENSIDAD SEC A
16 26 36 46 56 66 76 86 96
C.B.R. (%)
DE
NS
IDA
D S
EC
A g
r/cc.
SUELOS Y CIMENTACIONES
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.
Principios Generales
Al comenzar con los trabajos en una obra se inician los movimientos de
tierra para dar lugar a la construcción de los cimientos que sostendrán el
edificio.
Para ello se realiza el replanteo y se ejecutan los cimientos de acuerdo al
cálculo estructural y al proyecto elaborado, considerando todas las variables
que inciden, como por ejemplo las cargas propias de la construcción, el tipo de
terreno, etc.
Por lo general, las tensiones admisibles del terreno son inferiores a las de los
materiales de la estructura, de manera que los cimientos deben transmitir las
acciones del edificio dentro de ciertos límites para que la estructura
permanezca estable sin alteraciones.
La construcción de los cimientos debe contemplar los siguientes principios
generales:
Tener conocimiento a fondo del terreno.
Efectuar el cálculo de cimientos por exceso, aplicando los coeficientes
de seguridad necesarios.
Ubicar la base de cimentación protegida de las heladas.
Poner atención en las capas freáticas.
Tomar todos los recaudos ante terrenos sin consolidar.
Para saber qué tipo de cimentación conviene en el proyecto que se esté
elaborando, deberá considerar dos puntos importantes:
Características del Terreno Chupas
Profundidad del estrato resistente.
Nivel freático y sus variaciones.
Capacidad de asentamiento del estrato de apoyo.
Cota de socavaciones debidas a corrientes subterráneas.
Humedad y heladicidad en capas superficiales.
Características de la Estructura
Cargas transmitidas, su valor y características.
Capacidad de asiento diferencial y total.
(Capacidad de asiento diferencial: capacidad de desplazamiento vertical
relativo de un pilar antes de provocar la rotura por flexión de los dinteles).
Influencia de las estructuras próximas.
Materiales
Mampostería
Los cimientos construidos con mampostería, por lo general, se encuentran en
edificaciones antiguas.
Se ejecutan con piedras colocadas en seco o con hormigón.
La piedra que se elige en estos casos y que mejor responde es la que carece
de grietas y agujeros, poniendo en contacto la superficie rugosa para
mejor adherencia del material.
Se reconoce la piedra dura a través de golpe seco con una maceta.
Si el sonido es hueco, sordo o grave, se deshecha porque es una piedra
blanda; si el sonido es agudo o metálico, se trata de una piedra dura apta para
el cimiento.
Otro método de reconocerlas es rompiéndolas.
Si los fragmentos de roca tienen aristas vivas, estamos frente a una roca dura;
si los fragmentos tienen aristas redondeadas, es una piedra blanda.
Por lo general, este tipo de cimientos suelen tener en el fondo un manto de
arena de un espesor de 10 cm.
Aunque estén ejecutados con morteros de cemento Portland, en obras antiguas
suelen ser de Cal hidráulica.
Ladrillo de Fábrica Cerámica
Como en el caso de cimentación con mampostería, la utilización de ladrillo
cerámico se observa en edificaciones antiguas.
Actualmente se ha dejado de lado su utilización por el coste elevado de la
mano de obra y porque el hormigón armado es una solución mas práctica y
responde en forma óptima a las necesidades del sistema constructivo.
Hormigón Ciclópeo
Este es un sistema que ha quedado prácticamente en desuso, se usaba en
construcciones con cargas poco importantes; exceptuando las construcciones
auxiliares como vallas de cerramiento en terrenos suficientemente resistentes.
El hormigón ciclópeo se realiza añadiendo piedras más o menos grandes a
medida que se va hormigonando para economizar material.
Utilizando este sistema, se puede emplear piedra más pequeña que en los
cimientos de mampostería hormigonada.
La técnica del hormigón ciclópeo consiste en lanzar las piedras desde el punto
más alto de la zanja sobre el hormigón en masa, que se depositará en el
cimiento.
Precauciones:
Tratar que las piedras no estén en contacto con la pared de la zanja.
Que las piedras no queden amontonadas.
Alternar en capas el hormigón y las piedras.
Cada piedra debe quedar totalmente envuelta por el hormigón.
Hormigón en Masa
Los cimientos de hormigón en masa actualmente se realizan únicamente en
construcciones con poca carga y en terrenos bastante resistentes y muy
homogéneos.
Hormigón Armado
Este sistema es el más utilizado en la actualidad en los cimientos de las
construcciones en general.
El hormigón armado, además de los esfuerzos de compresión, puede
absorber esfuerzos de tracción evitando probables asientos.
Tipologías de Terrenos
De acuerdo a la Norma Básica MV-101-1962, los terrenos de cimentación se
clasifican del siguiente modo:
Rocas
Son formaciones geológicas sólidas, con una gran resistencia a los esfuerzos
de compresión.
Se dividen en:
Rocas Isótropas: No se divisa en su composición ninguna
estratificación, p. ejemplo: granito, diorita, etc.
Rocas Estratificadas: Se observa a simple vista su estratificación
laminar, p. ejemplo:pizarras, esquistos, etc.
Terrenos sin Cohesión
Son terrenos formados en gran medida por áridos: arena, grava y limo
inorgánico, pueden contener arcillas en cantidad moderada. Predomina la
resistencia al rozamiento interno.
Se clasifican en:
Terrenos de graveras: Predominancia de gravas y gravillas,
conteniendo por lo menos un 30% de estos áridos.
Terrenos arenosos gruesos: Predominancia de arenas medias y
gruesas, conteniendo por lo menos un 30% de estos áridos y menos del
50% de arenas finas y limo inorgánico.
Terrenos arenosos finos: Predominancia de arenas finas, con un
porcentaje de grava y gravilla que no supera el 30%, y más del 50% de
arenas finas y limo inorgánico.
Áridos:
La denominación de áridos varía de acuerdo al tamaño de sus granos, a saber:
Gravas y gravillas: mayor de 2 mm.
Arenas gruesas y medias: entre 2 y 0,2 mm.
Arenas finas: entre 0,2 y 0,06 mm.
Limos inorgánicos: menor de 0,06 mm.
Terrenos Coherentes
Son terrenos compuestos fundamentalmente por arcillas, que pueden contener
áridos en cantidad moderada.
Cuando pierden humedad hasta secarse, forman terrones que no pueden
pulverizarse con las manos. Tienen buena resistencia a la cohesión.
Según su consistencia y su resistencia a la compresión en estado natural, se
clasifican en:
Terrenos arcillosos duros: Los terrones con su humedad natural, tiene
la suficiente resistencia como para que cueste romperlos con la mano.
De tonalidad clara. La resistencia a la compresión supera a 4 kg/cm2.
Terrenos arcillosos semiduros: Los terrones con su humedad natural
se amasan con dificultad con la mano. De tonalidad oscura. La
resistencia a la compresión está entre 2 y 4 kg/cm2.
Terrenos arcillosos blandos: Los terrones con su humedad natural se
amasan con facilidad, permitiendo obtener con las manos cilindros de 3
mm. de diámetro. Por lo general, de tonalidad oscura. La resistencia a la
compresión está entre 1 y 2 kg/cm2.
Terrenos arcillosos fluidos: Los terrones con su humedad natural
presionados con mano cerrada, fluyen entre los dedos. Por lo general de
tonalidad oscura. La resistencia a la compresión es inferior a 1 kg/cm2.
Terrenos Deficientes
Por lo general son terrenos no aptos para la cimentación.
Se clasifican en:
Fangos inorgánicos: Compuestos por arcillas y limos inorgánicos con
una considerable cantidad de agua; no permiten la formación de
cilindros que resistan su propio peso.
Terrenos orgánicos: Poseen en su composición una notable proporción
de materia orgánica.
Terrenos de echadizos o relleno: Son de naturaleza artificial, como por
ejemplo vertederos sin consolidar.
Tipologías de Cimentaciones
Cimentaciones Superficiales
Cimentaciones Profundas
Cimentaciones Superficiales
Cimentación Superficial
Las Cimentaciones Superficiales reparten la fuerza que le transmite
la estructura a través de sus elementos de apoyo sobre una superficie
de terreno bastante grande que admite esas cargas.
Se considera cimentación superficial cuando tienen entre 0,50 m. y 4 m. de
profundidad, y cuando las tensiones admisibles de las diferentes capas del
terreno que se hallan hasta esa cota permiten apoyar el edificio en forma
directa sin provocar asientos excesivos de la estructura que puedan afectar la
funcionalidad de la estructura; de no ser así, se harán Cimentaciones
Profundas.
Debe considerarse como posible que en un mismo solar se encuentren
distintos tipos de terreno para una misma edificación; ésto puede provocar
asientos diferenciales peligrosos aunque los valores de los asientos totales den
como admisibles.
Existen varios tipos de Cimentaciones Superficiales, los cuales se detallan a
continuación:
- Zapatas aisladas
- Zapatas corridas
- Zapatas combinadas
- Losas de cimentación
Cimentaciones Profundas
Las Cimentaciones Profundas son un tipo de Cimentaciones que solucionan la
trasmisión de cargas a los sustratos aptos y resistentes del suelo.
Entre estas cimentaciones se destacan:
Muros Pantalla son muros verticales profundos de hormigón.
Pilotes son elementos similares a los pilares, hincados a profundidad en
el suelo.
Micropilotes
¿En qué casos se utilizan las Cimentaciones Profundas?
a.-Se opta por cimentaciones profundas cuando los esfuerzos transmitidos por
el edificio no pueden ser distribuidos suficientemente a través de
una cimentación superficial, y en la solución probable se sobrepasa la
capacidad portante del suelo.
b.- Cuando el terreno tiende a sufrir grandes variaciones estacionales: por
hinchamientos y retracciones.
c.- Cuando los estratos próximos al cimiento pueden provocar asientos
imprevisibles y a cierta profundidad, caso que ocurre en terrenos de relleno o
de baja calidad.
d.- En edificios sobre el agua.
e.- Cuando los cimientos están solicitados a tracción; tal como ocurre en
edificios altos sometidos a esfuerzos por vientos, o en estructuras que
necesitan elementos sometidos a tracción para lograr estabilidad, como
estructuras de cables o cualquier estructura anclada al suelo.
f.- Para resistir cargas inclinadas, como aquellos pilotes que se colocan en los
muelles para resistir el impacto de los cascos de barcos durante el
atraque.(tablestacado)
g.- Para el recalce de cimientos existentes.
Tipos de Cimentaciones Profundas
Las cimentaciones profundas son las siguientes:
Muros Pantalla
Sustitución
Flotación
Pilotes
CAPACIDAD PORTANTE DE SUELOS
Resistencia del Terreno
La Resistencia del Terreno es de fundamental importancia en un estudio
geotécnico, por ello, la capacidad mecánica del subsuelo se analiza en forma
empírica o por formulación analítica. El CTE establece en su Tabla D.25 una
gama de valores para orientación de presiones admisibles según el tipo
de terreno.
Este es un descriptor del terreno que siempre debe ser determinado y/o
justificado por medio de ensayos e investigaciones a través de
diferentes estudios geotécnicos.
Carga de Hundimiento
La Resistencia del Terreno frente al fenómeno de hundimiento contempla el
análisis de la generación de superficies de rotura cuando la componente
vertical de la tensión media entre cimiento y terreno, es mayor a un valor crítico
llamado carga de hundimiento. En líneas generales se trata del establecimiento
de las condiciones límites de equilibrio entre las fuerzas exteriores aplicadas y
la resistencia ejercida por el terreno frente a ellas.
El valor de la carga de hundimiento ( y el de la estabilidad frente al
deslizamiento en excavaciones) además, depende de los parámetros
resistentes del terreno, tipo de carga, y del tipo, geometría de la cimentación,
disposición o vaciado proyectado.
Criterio de Rotura
El criterio de rotura más usado para la caracterización resistente de los suelos
es el llamado de Mohr-Coulomb o lineal, donde se define:
Resistencia al Corte: Tensión tangencial máxima que un suelo puede
soportar sin llegar a la rotura.
El CTE, para definirla, establece dos situaciones, a saber:
Con Drenaje: se refiere a las situaciones en que, ya sea por
buena permeabilidad, o por largo tiempo transcurrido desde la aplicación
de la carga, el terreno ha disipado los excesos de presión intersticial que
se podrían haber producido durante el proceso de carga.
Sin Drenaje: se refiere a las situaciones en que, ya sea por falta de
drenaje o por corto tiempo transcurrido desde la aplicación de la carga,
en el terreno existen las mismas cargas intersticiales que se han
producido durante el proceso de carga.
Resistencia en Medios Rocosos
Por lo general la resistencia en medio rocoso es muy superior a la necesaria
para las cargas de cimentaciones, por ello no suele hacerse un cálculo en
detalle de la carga de hundimiento, a menos que sean cargas importantes,
o rocas blandas o un terreno fracturado.
Los interiores de los macizos rocosos suelen contener singularidades que
pueden modificar la estabilidad en caso de excavaciones. Por eso es preciso
evaluar la resistencia al corte de dichas irregularidades; ello requiere del
análisis geomorfológico y cinemático de las posibles inestabilidades.
Lo habitual es efectuar un estudio cualitativo de la matriz rocosa, a
la resistencia a la compresión simple, el valor del índice RQD, estado de las
dicontinuidades, grado de alteración, etc.
Formas para Determinar la Resistencia de un Terreno
Fórmulas Teóricas o Semiempíricas
Se puede partir de estas fórmulas para lo cual ha de obtenerse con la mayor
exactitud las características resistentes del terreno, en general, el ángulo de
rozamiento interno y cohesión del terreno.
Los ensayos mas corrientes realizados en laboratorio para obtener los
parámetros resistentes, son
Ensayos Triaxiales.
Ensayos de Corte Directo.ccx
Ensayos cuatriaxiales y pentaaxiales
Ejecución de Ensayos de Campo
Partiendo de correlaciones entre los siguientes ensayos:
Ensayos Presiométricos
Ensayos de Cargas con Placa
Ensayos SPT (en arenas, realizadas mediante sondeo)
Ensayos de Penetración Estática (CPT)
Ensayos de Penetración Dinámica Continua.
Por Experiencias Similares en la Zona
Se pueden tomar las experiencias locales similares en casos en que se tenga
información contrastada; en estos casos se establece una carga de trabajo no
mayor a la obtenida por la experiencia
MÉTODOS EMPÍRICOS PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA
DEL TERRENO:
A medida que se va excavando, se comprueba la resistencia del terreno
mediante los siguientes métodos que no se fundamentan en un estudio de
laboratorio de suelos, sino más bien han ganado cierto grado de credibilidad al
venir siendo utilizados durante un tiempo considerable, en el mismo que ha
dado resultados técnicamente aceptables, algunos de estos métodos los
describiremos a continuación:
MEDIANTE LA UTILIZACIÓN DE LAS PROPIAS HERRAMIENTAS DE
EXCAVACIÓN:
HERRAMIENTA
EMPLEADA ACCIÓN
CAPACIDAD
APARENTE DE
CARGA
Pala de manilla
Si la pala penetra en la tierra con
gran facilidad, se considera un
terreno de cimentación de baja
capacidad
0 a 1.5 kg/cm2
Pico
Cuando el pico penetra
ligeramente en la tierra al
golpearlo contra el suelo en
forma normal, se considera un
terreno de cimentación mediano
1.5 a 3.0 kg/cm2
Si hay que golpear el pico muy
fuerte para que penetre en el
terreno, lo consideramos como
un terreno de cimentación bueno
≥ 3.0 kg/cm2
La capacidad portante del suelo para la cual se diseña la cimentación no
debe ser superior a 0.05 Mpa (5 tonf/m2), a menos que por experiencia
anterior se haya demostrado como aceptable el utilizar capacidades
portantes mayores, en cuyo caso para obtener la licencia de construcción
se debe relacionar esta experiencia ante la dependencia gubernamental
encargada de expedirla.
DETERMINACION EMPIRICA DEL “qa” EN SITIO METODO DE LA BARRA:
Esta forma empírica de determinar el “qa” del suelo en ningún momento
reemplazará a un ensayo de penetrómetro ni mucho menos a un ensayo SPT;
lo único que hace es coadyuvar a obtener información en sitio. De una manera
empírica se sugiere optar por una revisión en campo aplicando el método de la
barra; para lo cual se adjunta la fórmula de cálculo:
MÉTODO DEL BALDE:
Si un cuerpo pesado cae en tierra con alguna violencia, la zona inmediata al
choque percibirá una sacudida cuya será mayor cuanto menor sea la
capacidad de resistencia del terreno a ensayar.
Basándonos en este principio, se propone otro método de inspección el cual
consiste en: colocar un balde lleno de agua en la zanja que está excavando, y
con un pisón golpear bruscamente el terreno, alrededor del balde. Si el terreno
es compacto y duro, el agua permanecerá inmóvil, si el terreno es poco
consistente el agua se agitará por la vibración que le comunica el terreno
Acción Resultado Análisis del suelo
Golpear bruscamente
el terreno con un pisón.
El agua del balde
permanece inmóvil
El terreno es
compacto y duro
El agua se agitará por la
vibración que le
comunica el terreno
El terreno es poco
consistente
MÉTODO DE LA MESA
Este método se utilizará cuando el terreno que es cuestión de análisis presenta
a simple vista una buena calidad. Dicho procedimiento se describe a
continuación:
Se cava un pozo de 1.80 m. Por 1.80 m y de profundidad igual a
la cota de fundación. Se aplana el piso del pozo, sin En el fondo
del mismo se cola una mesa robusta de 1.40 por 1 m. Y de 60 cm
de altura, de cuatro patas de 71 por 71 mm por lado a fin de tener
una superficie de contacto de 200 cm2. con el suelo.
La mesa se nivela prolijamente, teniendo a mano retazos de
hierro de 71 x 71 mm x 1 mm de espesor que se colocan debajo
de las patas para así conseguir la perfecta horizontalidad de la Al
costado de la misma se clava una regla sobre al cual se marca
con un lápiz la altura de la mesa.
Ya instalada la mesa, se empieza a cargarla, con todo cuidado,
con bolsas de cemento o bolsas de arena, previamente pesadas,
distribuidas uniformemente sobre toda la mesa
Se carga con 200 Kg (4 sacos de cemento). Y se deja así durante
media hora. Si no se nota ningún hundimiento se agregan otros
200 Kg. Y se vuelve a esperar media hora. No presentando la
mesa ningún hundimiento, se vuelve a cargarla con otros 200 Y
así sucesivamente hasta producir un hundimiento de 2 a 3 mm.
(que se observa con la ayuda de una regla).
Se divide la carga total por la superficie de las patas, o sea 200
cm2. y este resultado se vuelve a dividir por 8 a 10 coeficiente de
seguridad.
Si el terreno que ha de ocupar el edificio, es grande este ensayo se hará
en 3 o 4 puntos diferentes. Para terrenos chicos sería conveniente hacer
dos ensayos, en lugares diferentes.
Determinada la carga de trabajo del terreno se procede a investigar el espesor
(potencia) de la carga ensayada.
Esta no debe tener un espesor menor de lo indicado en la tabla para la
resistencia y clase de terrenos encontrados
CLASIFICACION DE SUELOS – PROCEDIMIENTO MANUAL VISUAL:
Este método consiste en clasificar al suelo en función del tamaño de las
partículas, plasticidad, y contenido orgánico.
A continuación, se presenta una tabla índice de la resistencia que presentara el
suelo según la clasificación manual-visual.
CONCLUSIONES:
La inspección y análisis del terreno donde va a ser cimentada una
edificación es crucial para que dicha edificación cumpla con las
normativas técnicas, estructurales, y de seguridad que están en
vigencia, es por esta razón que a pesar de disponer de métodos
científicamente comprobados para el estudio de un suelo y extraer
de dicho terreno sus propiedades físicas, químicas y mecánicas,
siempre será necesario disponer de métodos rápidos y sencillos
que se adapten a cualquier lugar y momento
Entre dichos métodos se pudo mencionar el de la barra, el balde
lleno de agua, y la mesa de trabajo, como se observó todos son
muy fácil de realizar, y si se les aplica un mínimo de cuidado,
pueden brindar una noción bastante acertada de la resistencia
de los suelos
Estos métodos por ninguna circunstancia deberán reemplazar a
los de laboratorio, puesto que ningún método empírico
reemplaza a uno científico.
