1 ESTUDIO DE SUELOS Introduccin. Es importante realizar el estudio de mecnica de suelos en el sitio donde se construir el tanque de almacenamiento, puesto que este estudio ser la base para el anlisis y posterior diseo de lacimentacindelaestructuraquesustentareltanqueelevado.Esteestudiodebepermitir determinarlascaractersticasmecnicasdelsubsuelohastaunaprofundidadenlaquelos esfuerzos transmitidos por la estructura dejen de ser significativos. Con este propsito, se realizarn exploraciones de campo, pruebas de campo y de laboratorio, y en base a los resultados, se definir el tipo de cimentacin ms adecuado para as no sobrepasar ninguno de los estados lmite de falla o de servicio del suelo. Estado Lmite de Falla. El estado lmite de falla de la cimentacin est asociado a la falla fsica que genere la reduccin totaloparcialdelacapacidaddecargadelsueloodeloselementosestructuralesdela cimentacin,demodoqueseproduzcandaosirreversiblesqueafectensuresistenciao comportamiento ante acciones futuras.Se puede llegar al estado lmite de falla por resistencia cuando se presenta alguno de los siguientes problemas: a)Falla del suelo por exceder su capacidad portante. b)Falla por erosin del suelo de apoyo de la cimentacin. c)Disminucin del equilibrio por inestabilidad del terreno. d)Falla por deslizamiento horizontal o levantamiento de elementos de la subestructura a lo largo del contacto suelo-estructura, especialmente en presencia de subpresin. e)Amplificacin y o modificacin de las ondas ssmicas que viajan por el suelo produciendo falla de la estructura al entrar en resonancia con ella. f)Falladelaestructuraporelcambiodelaspropiedadesdelsueloalpresentarseel fenmeno de licuefaccin durante un sismo. 2 g)Falla de la estructura de la cimentacin como tal. h)Falla de la estructura por falta de amarres que den integridad estructural. Se debe prestar especial atencin a la revisin de la posibilidad de falla local o generalizada del suelo bajo la combinacin de carga que incluya el sismo.Estado Lmite de Servicio. El estado lmite de servicio est relacionado con la presencia de agrietamientos, deformaciones o daos de cualquier tipo que afecten al mnimo el adecuado comportamiento de la estructura pero no pongan en riesgo su seguridad.Se puede llegar al estado lmite de servicio cuando se presentan los siguientes problemas en el suelo o la cimentacin: a)Asentamientosdiferencialesytotales.Unasentamientodiferencialentredos fundaciones continuas de una misma edificacin puede producir ladeo de la estructura y podra llevarla a un posible vuelco. b)Desplazamientos o levantamientos excesivos causados por suelos expansivos. c)Daoslocalesogeneralescausadosporfenmenosdeerosininterna,lixiviacino dispersin. d)Daoslocalesenpartesdelaestructuraporfaltadejuntasdeexpansinyde contraccin. e)Emersiones aparentes en el caso de cimentaciones profundas desplantadas en un suelo en proceso de consolidacin. f)Deformaciones transitorias y permanentes de la cimentacin en condiciones ssmicas. En estos estados se puede identificar que las condiciones de falla en su mayora se deben al suelo en su interaccin con la estructura. Porconsiguienteunapropiadodiseodebedimensionarlasfundacionesparaqueensu trasmisin de cargas al suelo no hagan fallar al suelo y disear estas fundaciones para que ellas estructuralmente no fallen. Caractersticas del Subsuelo. 3 Eldiseodelacimentacindetanquesdealmacenamientodeaguapotablerequiereel conocimientodelasecuenciaestratigrfica,propiedadesderesistencia,compresibilidady permeabilidaddelossuelosyrocas,paraellodeberealizarseunestudiogeotcnicoque considere exploracin, muestreo, ensayos de laboratorio e interpretacin de resultados, diseo de la cimentacin y la evaluacin del posible comportamiento de la estructura. La exploracin debe constar de dos etapas: la primera, de investigacin preliminar, que permitir ladefinicintentativadelosproblemasgeotcnicosdelsitio;ylasegunda,deinvestigacin detallada,fundamentadaenlaanterior,debeincluirlarealizacindesondeosypruebasde campo y laboratorio necesarios. Una investigacin geotcnica del subsuelo debe incluir las siguientes actividades: Compilaryexaminarlainformacindisponiblesobrelascaractersticasgeolgicasy geomorfolgicas,lascondicionesdelsuelo,delasrocasydelaguasubterrnea,enla zona de proyecto y en sus alrededores. Interpretar mapas topogrficos y fotografas areas, es conveniente examinar imgenes de diferentes pocas con el objeto de conocer y evaluar los antecedentes. Identificar las condiciones geolgicas superficiales, delimitar y describir las formaciones superficiales, los afloramientos de suelos y rocas, y el estudio del comportamiento de las estructuras existentes. Evaluar las propiedadesdel subsuelo mediante excavaciones, perforaciones y sondeos geofsicos. Recolectar muestras, las muestras pueden ser alteradaso inalteradas segn el tipo de ensayos que se consideren pertinentes en la investigacin. Localizarmanantialesyzonasanormalmentehmedas;laposicindelnivel piezomtrico; la identificacin delos diferentesnivelesde agua subterrnea,siexiste msdeuno,yelcarcterlibreoconfinadodelosacuferos.Debeconsiderarsela variabilidad del nivel fretico en el corto y largo plazo. Identificar y evaluar el nivel y el material de cimentacin, sea ste roca o suelo. 4 Identificary caracterizar las rocas y depsitos superficiales, con referencia particular al gradodedescomposicin,alaprofundidaddesuemplazamiento,ylostiposy localizacin de las discontinuidades estructurales. Obtenidalainformacindurantelaexploracinyelreconocimientogeotcnico,sedeben realizarlaspruebasdelaboratoriopertinentesconelfindeconocerelcomportamientodel subsueloantelassolicitaciones.Losensayosdelaboratoriotendrnlossiguientesobjetivos fundamentales: a)Clasificar los suelos encontrados y verificar la identificacin de ellos en campo. b)Obtenerlosparmetrosderesistencia,deformabilidadypermeabilidaddelsuelo, necesarios para el diseo de la cimentacin. Laspropiedadesfsicasymecnicasdelossuelossedeterminarnconpruebasdecampo, ensayos de laboratorio o una combinacin de ambos. Debido a la variabilidad de los suelos, las pruebas de campo deben hacerse cuando menos por duplicado. Laspruebasdecamposerealizanparadeterminarprincipalmentelaresistenciaalcorte,el mdulo de deformabilidad, la plasticidad, la compresibilidad y la permeabilidad del suelo. Cimentaciones. El diseo de cimentaciones en estructuras requiere el conocimiento de factores como la carga quesertransmitidaporlasuperestructuraalacimentacin,elcomportamientoesfuerzo-deformacin de los suelos que soportarn el sistema y las condiciones geolgicas del suelo. De manera general las cimentaciones pueden clasificarse en dos grupos: cimentaciones directas y cimentaciones indirectas. Una cimentacin directa es aquella en la cual los elementos verticales de la superestructura se prolonganhastaelterrenodecimentacin,descansandodirectamentesobrelmedianteel 5 ensanchamientodesuseccintransversalconelfindereducirelesfuerzounitarioquese transmitealsuelo.Deestetiposonlaszapatasaisladas,laszapatasconectadas,laszapatas ligadas, las cimentaciones por trabes y las losas de cimentacin. Figura 3.1 Cimentacin directa (Figura extrada de Mecnica de Suelos y Cimentaciones, Carlos Crespo Villalaz) Una cimentacin indirecta esaquella que selleva a cabo por elementos intermedios como los pilotes, cilindros y cajones de cimentacin ya que el suelo resistente se encuentra relativamente a gran profundidad. 6 Figura 3.1.a Cimentacin por Pilotes (Figura extrada de Mecnica de Suelos y Cimentaciones, Carlos Crespo Villalaz) Figura 3.2.b Cilindros de Cimentacin (Figura extrada de Mecnica de Suelos y Cimentaciones, Carlos Crespo Villalaz) Laadecuadaseleccindeltipodecimentacindebeatenderlossiguientesaspectos:tipode subsuelo,cargasycompatibilidadentreeltipodecargaylascaractersticasdelsubsuelo, capacidad de carga del suelo de cimentacin, probables asentamientos, adaptabilidad, economa y caractersticas de construccin. Asentamientos. Asentamientos inmediatos. Se estimarn los asentamientos inducidos inmediatamente al construir, llenar o vaciar el tanque, recurriendo a la teora de la elasticidad. Si el subsuelo puede considerarse homogneo e istropo se emplearn las frmulas siguientes: 7 Asentamiento en el centro de un rea rectangular cargada: = (1 2)

Iw = factor de influencia E = mdulo de elasticidad del suelo, t/m2 = relacin de Poisson del suelo p = asentamiento, m q = carga uniforme repartida al encontrarse lleno el tanque, t/m2 B = dimensin lateral menor, m. Tomandoencuentaquegeneralmenteelsueloestconstituidoporestratoshorizontalesde caractersticaselsticasdiferentes,confrecuenciasernecesariorecurriralmtodode Steinbrenner para calcular este tipo de movimiento. De acuerdo con este mtodo, el asentamiento pd bajo una esquina de un rea rectangular de carga uniforme q localizada en la superficie de una capa elstica de espesor D se calcula como sigue:

=

[(1 2)1 +(1 22)2] pd = asentamiento en la esquina A del rea cargada, m q = carga uniforme repartida, t/m2 B = ancho del rea cargada, m. D = espesor del estrato,m E = mdulo de elasticidad del estrato, t/m2 = relacin de Poisson del estrato L = largo del rea cargada, m F1, F2 = factores de influencia, en funcin de D, L, B (factores de Steinbrenner) (3.1) (3.2)