MECÁNICA DE SUELOS APLICADA A LA CIMENTACION

DOCENTE: ING. DANIEL CHAVARRY

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ENSAYOS DE EXPANSION LIBRE Y EXPANSION CONTROLADA Y SOLUCIONES APLICADAS A LAS CIMENTACIONES

Alumna: FIORELLA JULIA ECHARRI CARRASCO

ENSAYOS DE EXPANSION LIBRE Y EXPANSION CONTROLADA

SUELOS EXPANSIVOS Se considera expansivo un suelo que manifiesta, ante una modificación de su estado (de tensiones, de humedad, o ambos conjuntamente), un incremento de volumen (caso de que el estado de tensiones así lo permita) como consecuencia de la generación de una tensión vertical en el seno de su estructura interna (tensión llamada de hinchamiento).

El agente causante que da lugar a este proceso es el agua. Los componentes del suelo que son susceptibles de manifestar procesos de expansividad son determinados tipos de minerales del grupo de las arcillas.

SEGÚN NORMA E 050

ENSAYOS IN SITU

Ensayos de laboratorio sobre suelos expansivos

La valoración del grado de peligrosidad de un suelo expansivos y de los efectos que el mismo puede causar sobre una construcción requiere, si se pretende un acercamiento riguroso a las variables más significativas que influyen en el caso, de la realización de ensayos que permitan la simulación en condiciones controladas de los procesos que se dan en la realidad, y especialmente de aquellos relacionados con las variaciones de la humedad del terreno.

Solo para el caso de suelos granulares colapsables, y especialmente suelos licuables, la realización de ensayos “in situ” puede aportar información suficiente y adecuada para sancionar la peligrosidad del terreno, y cuantificar sus propiedades a efecto de valorar los parámetros de diseño del edificio. En este sentido cabe mencionar la realización de ensayos de penetración estática (CPT) o en su defecto y en términos más cualitativos, la de ensayos de penetración estándar (SPT), en base a los cuales existen clasificaciones empíricas que relacionan sus resultados con el potencial de licuación del terreno.

EL ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁTICA (CPT)

Las pruebas in situ han atraído, desde hace algunos años, considerable atención como un medio para determinar las propiedades del suelo durante la investigación geotécnica de un emplazamiento. La economía en tiempo y en esfuerzo, así como las alteraciones inevitables de las muestras ensayadas en el laboratorio, justifican la tendencia actual hacia pruebas de campo simples, consistentes y fiables. La prueba de penetración estática con cono permite registrar la resistencia por punta (qc) y por fricción lateral (fs) con la profundidad. Su uso para la predicción del potencial de licuación se inició en la década de los 80. Los primeros métodos se fundamentaban en la conversión de los métodos basados en el SPT a CPT, mediante el uso de correlaciones empíricas entre ambos ensayos, para lo cual se requería el conocimiento del diámetro medio de partícula del suelo (D50) y/o en el contenido de finos (CF). Ambos parámetros no resultan disponibles de manera directa de los registros del CPT.

ENSAYOS EN LABORATORIO

GRANULOMETRIA POR SEDIMENTACION METODOS DE ENSAYOS

METODO A: Se usa si más del 80% del material pasa por la malla Nº 200. Este método se explicará en detalle y más adelante se hará alguna explicación del otro método.

METODO B: Si menos del 80% de material es retenido por la malla Nº 200 y/o se encuentre material superior en tamaño a la malla Nº 10.

FASES DEL ENSAYO: 1. Preparar la muestra.

2. Preparar solución agua mas defloculante.

3. Mezclar solución con la muestra. Dejar reposar.

4. Batir la mezcla. Colocar en el cilindro de sedimentación.

5. Colocar el hidrómetro e iniciar la toma de datos.

6. Calcular Gs de la muestra.

7. Realizar la lectura hidrómetro en agua + defloculante.

8. Realizar la lectura hidrómetro en agua.

9. Correcciones y cálculos.

OBJETIVO DEL ENSAYO: El principal objetivo del análisis de hidrómetro o también llamado granulometria por sedimentacion es obtener el porcentaje de arcilla (porcentaje más fino que 0.002 mm) ya que la curva de distribución granulométrica cuando más del 12% del material pasa a través del tamiz No. 200 no es utilizada como criterio dentro de ningún sistema de clasificación de suelos y no existe ningún tipo de conducta particular del material que dependa intrínsecamente de la forma de dicha curva. La conducta de la fracción de suelo cohesivo del suelo dado depende principalmente del tipo y porcentaje de arcilla de suelo presente, de su historia geológica y del contenido de humedad más que de la distribución misma de los tamaños de partícula.

ENSAYO PROCTOR MODIFICADO. El ensayo Proctor modificado se emplea en aquellos casos en que el tamaño del terreno no pase por el tamiz UNE 20 mm.

El ensayo consiste en apisonar una muestra de suelo en tres capas sucesivas en un molde cilíndrico de 2.318 litros de capacidad. Cada capa se apisona por medio de 60 golpes, distribuidos por toda su superficie, con un pistón de 4.535 kg de peso y 5 cm, aproximadamente, de diámetro, con una altura de caída de 45.7 cm. La energía de compactación por unidad de volumen es de 2.632 J/cm3.

ENSAYO DE INUNDACIÓN BAJO CARGA

El ensayo se realiza con la ayuda de un edómetro y varias muestras. La primera muestra se introduce en el edómetro conservando su humedad natural y no se inunda. Se le realiza un ensayo de humedad natural aplicándole una serie de cargas y midiendo las deformaciones a medida que el suelo va asentando.

ENSAYO DE HINCHAMIENTO LIBRE

El ensayo consiste en colocar una muestra en el edómetro, se coloca a cero el cuadrante y se inunda el edómetro hasta un nivel en que el agua sólo penetre en la pastilla por la piedra porosa inferior, para evitar que quede aire aprisionado en el interior de la muestra, y se mide el hinchamiento, que se expresa en tanto por ciento del espesor de la muestra, y se designa con el nombre de hinchamiento libre.

ENSAYO DE PRESIÓN DE HINCHAMIENTO

El ensayo es similar al ensayo de hinchamiento libre con la diferencia de que en lugar de medir el hinchamiento de la muestra lo que se hace es aplicar cargas para no permitirlo. La presión máxima que hay que añadir para que no haya hinchamiento se conoce como presión de hinchamiento.

ENSAYO LAMBE. El aparato de Lambe tiene por objeto descubrir mediante un ensayo rápido (que se pueda determinar en dos horas) la peligrosidad de un suelo desde el punto de vista del hinchamiento o la retracción.

Tallado de la Muestra para el Ensayo de Expansión

Montaje de la Muestra en la Celda de Consolidación

Montaje y Saturación de la Muestra en el Consolidómetro

Toma de Datos Durante el Ensayo de Expansión

Etapa de Carga para el Ensayo de Consolidación

1 1000.1 100001000010 1000

4.26

10.65

2.13

6.39

8.52EX

PAN

SIO

N (%

)

TIEMPO (MIN)

CARGA= 1 (Kg/cm2)

CALICATA : --MUESTRA : V-1PROFUNDIDAD: --

PROYECTO : SUELOS EXPANSIVOS TALARAUBICACIÓN : UBB. LOS VENCEDORESFECHA : 04-03-91

ENSAYO DE EXPANSION

Lado : Izquierdo Clasific. (S.U.C.S.) : CHMuestra : M - 1 Estado : InalteradoProgresiva (Km) : 7 + 842.4 Carga de asiento (Kg/cm²) : 0.01

coordenadas para calcular"a" 0.20 6.77 eje X L cero exp.0.20 6.82 0.10 6.770.80 6.87 38515.00 6.77

Tangente de expansiónprimaria 3311.31 9.91 a = 0.07 K = 4.0444668.36 9.99 b = 9.67 x = 11046.85

Tangente de expansiónsecundaria 0.62 6.77 c = 0.75 y = 9.9512589.25 9.99 d = 6.93 Expansión = 3.18 mm 16.83

Linea de expansión 11046.85 9.95 10.00 3.1811046.85 6.77 10.05

T1=0.8 min0.10 6.870.80 6.87

T¼=0.2 min0.10 6.820.20 6.82

Expansión = 16.83 %

CURVA DE EXPANSION

T1 = 0.8 min

T¼ = 0.2 min a a Inicio de expansión

6.0

6.5

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

9.5

10.0

10.5

11.0

0.1 1.0 10.0 100.0 1000.0 10000.0 100000.0Tiempo (min)

Lect

ura

del d

ial (

mm

)

Expa

nsió

n =

3.18

mm

ResultadoExpansión = 16.83 %

ExpansiónSecundaria

Expansión Primaria

INFORME : LG01-018 Lado : IzquierdoSOLICITANTE : Colegio de Ingenieros del Perú - Consejo Departamental Moquegua Muestra : M - 1PROYECTO : Canal Pasto Grande / Tramo: Chen Chen - San Antonio Progresiva (Km) : 7 + 842.4UBICACION : Moquegua Clasificación (S.U.C.S.) : CHFECHA : Marzo, 2001 Estado : Inalterado

e0 0.43 0.01

12.08 Kg/cm²0.01 0.4318.23896 0.43 12.08 0.43

12.08

CURVA DE CONSOLIDACION

eSP =0.668

0.43e0 =

SP

0.40

0.45

0.50

0.55

0.60

0.65

0.70

0.01 0.10 1.00 10.00 100.00Carga Aplicada (Kg/cm²)

Rel

ació

n de

Vac

íos

Resultado12.08 Kg/cm²SP =

Reemplazo de suelo. Cimentación flotante. Pilotes excavados. Prehumedecimiento. Barreras de humedad verticales.

Cortinas de inyección de una mezcla de limos y cenizas volátiles.

ALTERNATIVAS DE SOLUCION

Geomenbranas.

Estabilización Química.◦ Con cemento. ◦ Con cal.◦ Con cenizas volátiles◦ Componentes orgánicos (resinas).

ALTERNATIVAS DE SOLUCION

(a)

(b)

(b)

(a)

Soleras sobre terreno expansivo.a) Solución de bovedillas encontradas en varias demoliciones.b) Versión moderna del mismo principio.(Jiménez Salas y Marsal, 1964).

Distribución irregular de las presiones bajo el cimiento, debido a las arcillas arcillas expansivas.a) Exterior seco. El interior conserva o aumenta la humedad.b) Exterior más húmedo que el área protegida por el edificio.

(2)(1)

Espacio librepara expansión

Movimientodel suelo

CorrectoIncorrectoEstable

1. Cimentación tipo palafito.2. Solución de cierre del espacio

de expansión, para mejor suaspecto y limpieza

Aquí Vemos un ejemplo de una forma errónea y correcta para el diseño de una estructura adaptable a suelos expansivos.

Vigasde

Plataforma

Losa

Planta

Losa

Vigas de concretoreforzado

Puntos desuspensión

Elevación

Esta es otra forma para diseñar una estructura adecuándola a suelos expansivos. Esta casa es construida sobre una plataforma rígida que se inclina cuando el suelo se expande.