“Año de la Diversificación Productiva y del Fortalecimiento de la Educación”

FACULTAD:

INGENIERIA CIVIL

TEMA:

TRABAJO DE INVESTIGACION

“CIMENTACIONES SUPEFICIALES Y DENSIDAD DE CAMPO´

DOCENTE:

ING. FERNANDO UCHUYPOMA

CURSO:

MECANICA DE SUELOS I

ALUMNOS:

GISELLA VARGAS TUESTA JUAN PALACIOS GODOY KATHERINE NAVARRO ANTONY FALCON EGOCHEAGA

CICLO:

V

2015

CIMENTACIONES

SUPEFICIALES

Y

DENSIDAD DE CAMPO

INDICE

Introducción

Formulación del Definición y descripción del Problema

Justificación de la Investigación

Objetivos

Marco teórico

Concepto de Cimentación

Tipos de Cimentaciones

Cimentaciones Superficiales

Zapatas

Cimentación Ciclopeo

Losas (Tipos)

Criterios de diseño de Cimentaciones

Aplicación de Cimentación Superficial

Densidad de Campo

Conclusión

Recomendaciones

Bibliografía

Anexos

INTRODUCCION

La ingeniería de cimentaciones puede definirse como el arte de transmitir de manera económica cargas estructurales al terreno, de forma que no se produzcan asentamientos excesivos. Cuando se diseñan cimentaciones ya sean estas superficiales o profundas hay que tener en cuenta lo siguiente: tipo de suelo (cohesivo, granular, granular con finos, de alta o baja plasticidad), variación de estratos, consistencia (blanda, media, dura), las propiedades físicas y mecánicas (cohesión, ángulo de fricción interna, índice de compresión, módulo de elasticidad, coeficiente de balasto), ubicación del nivel freático, supresión de agua, empuje de agua sobre la subestructura y súper estructura, socavación, erosión eólica e hidráulica,empuje, expansión y licuación del suelo, profundidad de cimentación, capacidad portante por resistencia, capacidad portante por asentamiento máximo permisible, esfuerzo neto, asentamientos diferenciales, totales y rotaciones, agentes agresivos (sales, cloruros, sulfatos), fuerza expansiva del suelo, estabilidad del talud de la excavación, procedimiento deconstrucción, especificaciones del Reglamento Nacional de Edificaciones, efecto de fenómenos naturales como inundaciones, sismos, Peligro de derrumbes y daños, que va a representar la excavación de la cimentación propuesta. Sólo si conocemos esto procedemos a diseñar la cimentación y determinar si esta será superficial o profunda., en caso contrario el diseñador se convierte en un peligro público. Queda claro que las condiciones del suelo sobre el que se apoya la estructura, y los parámetros geotécnicos del mismo, afectan el diseño de las cimentaciones. Así mismo se debe de tener muy encueta el estudio y conocimiento de las normas y sus aplicaciones en el ejercicio profesional. El docente del curso con el presente estudio nos permite investigar sobre las cimentaciones superficiales teniendo en cuenta el estudio de las Normativas E_050, sus aplicaciones asi mismo los conceptos de las cimentaciones superficiales. Que desarrollaremos más adelante en el presente trabajo.

INTRODUCTION

Foundation engineering may be defined as the art of economically transmit structural loads to ground, so that no excessive settlements occur. When foundations are designed whether these surface or deep must be taken into account: soil type (cohesive, granular, granular to fine, high or low plasticity), variation of strata, consistency (soft, medium, hard) the physical and mechanical properties (cohesion, angle of internal friction, compression ratio, modulus of elasticity, coefficient of ballast), location of the water table, water suppression, pushing water over the substructure and superstructure, scour, erosion and wind Hydraulic push, expansion and liquefaction of soil, depth of foundation, bearing capacity for resistance, maximum permissible load capacity of each settlement, net stress, spreads, totals and rotations settlements, aggressive agents (salts, chlorides, sulfates), expansive soil strength , stability of the slope of the excavation, deconstruction process, specifications of the National Building Regulations, effect of natural phenomena such as floods, earthquakes, landslides and damage hazard that will represent the excavation of the foundation proposal. Only if we know that we proceed to design the foundation and whether this will be shallow or deep., Otherwise the designer becomes a public danger. Clearly, soil conditions on which the structure rests, and the geotechnical parameters thereof, affect the design of foundations. Also you must have very encueta the study and knowledge of the rules and their application in practice. The teacher of the course with this study allows us to investigate the shallow foundations considering studying E_050 regulations, applications same concepts so shallow foundations. We will develop later in this paper.

DEFINICION Y DESCRIPCION DEL PROBLEMA

En el sector Construcción, vemos a diario construcción de edificios de diferentes índoles, mega infraestructuras, puentes, carreteras; que nos hace pensar como está constituido ese cimiento para que el suelo pueda resistir la capacidad portante del peso de la nueva edificación. Nos preguntamos qué tipos de cimentaciones es para cada caso, ¿Quizás son las mismas para todas las construcciones mencionadas anteriormente?

Por lo tanto nos vemos en la necesidad de empezar investigar este tema, por el simple hecho de que somos estudiantes en formación y necesitamos saber las diferencias de cimentaciones y en la Norma la cual se rigen los Ingenieros para poder realizar este tipo de construcciones.

FORMULACION DEL PROBLEMA

¿Cuáles son los tipos de Cimentaciones que se realizan en cada una de las obras?, según su dimensión, peso envergadura, etc.

¿Qué son cimentaciones superficiales y cuál es su aplicación?

JUSTIFICACION DEL PROBLEMA

Queremos reforzar nuestros conocimientos, en el tema de la construcción y así poder aplicarlos cuando estemos realizando nuestras laborales profesionales.

DEFINICION DE OBJETIVOS

Objetivo general:

El objetivo del presente trabajo tiene como finalidad definir que la cimentación constituye el elemento intermedio que permite transmitir las cargas que soporte una estructura al suelo subyacente, de modo que no rebase la capacidad portante del suelo, y que las deformaciones producidas en éste sean admisibles para la estructura. Por tanto, para realizar una correcta cimentación habrá que tener en cuenta las características geotécnicas del suelo y además dimensionar el propio cimiento como elemento de hormigón, de modo que sea suficientemente resistente. El objetivo de la cimentación es sustentar la estructura del edificio dando garantía a la estabilidad e intentando evitar daños a los materiales estructurales y no estructurales. Para el cual tenemos cimentaciones superficiales y profundas.

Tener conocimiento más exacto de las Cimentaciones Superficiales como su propósito y sus aplicaciones

Objetivos específicos:

Definir cada uno de las cimentaciones superficiales. Tener conocimiento de los criterios de diseño de cimentación. Conocer las Norma E050- Suelos Y Cimentaciones. Conocer sobre Densidad de Campo.

CIMENTACION

La cimentación es el conjunto de elementos estructurales cuya misión es transmitir las cargas de la edificación o elementos apoyados a este al suelo distribuyéndolas de forma que no superen su presión admisible ni produzcan cargas zonales. Debido a que la resistencia del suelo es, generalmente, menor que la de los pilares o muros que soportará, el área decontacto entre el suelo y la cimentación será proporcionalmente más grande que los elementos soportados.

La cimentación es importante porque es el grupo de elementos que soportan a la superestructura. 

TIPOS DE CIMENTACION:

La elección del tipo de cimentación depende especialmente de las características mecánicas del terreno, como su cohesión, su ángulo de rozamiento interno, posición del nivel freático y también de la magnitud de las cargas existentes. A partir de todos esos datos se calcula la capacidad portante, que junto con la homogeneidad del terreno aconsejan usar un tipo u otro diferente de cimentación. Siempre que es posible se emplean cimentaciones superficiales, ya que son el tipo de cimentación menos costoso y más simple de ejecutar. Cuando por problemas con la capacidad portante o la homogeneidad del mismo no es posible usar cimentación superficial se valoran otros tipos de cimentaciones.

Hay dos tipos fundamentales de cimentación: SUPERFICIALES  y PROFUNDAS.

CI MENTACION SUPERFICIAL

Son aquellas que se apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo, por tener éste suficiente capacidad portante o por tratarse de construcciones de importancia secundaria y relativamente livianas. En este tipo de cimentación, la carga se reparte en un plano de apoyo horizontal.

Las cimentaciones superficiales se clasifican en:

Cimentaciones ciclópeas.

En terrenos cohesivos donde la zanja pueda hacerse con paramentos verticales y sin desprendimientos de tierra, el cimiento de concreto ciclópeo (hormigón) es sencillo y económico. El procedimiento para su construcción consiste en ir vaciando dentro de la zanja piedras de diferentes tamaños al tiempo que se vierte la mezcla de concreto en proporción 1:3:5. El hormigón ciclópeo se realiza añadiendo piedras más o menos grandes a medida que se va hormigonado para economizar material.

Zapatas.

§  Zapatas aisladas.

Las zapatas aisladas son un tipo de cimentación superficial que sirve de base de elementos estructurales puntuales como son los pilares; de modo que esta zapata amplía la superficie de apoyo hasta lograr que el suelo soporte sin problemas la carga que le transmite. El término zapata aislada se debe a que se usa para asentar un único pilar, de ahí el nombre de aislada. Es el tipo de zapata más simple, aunque cuando el momento flector en la base del pilar es excesivo no son adecuadas y en su lugar deben emplearse zapatas combinadas o zapatas corridas en las que se asienten más de un pilar. La zapata aislada no necesita estar junta pues al estar empotrada en el terreno no se ve afectada por los cambios térmicos, aunque en las estructuras sí que es normal además de aconsejable poner una junta cada 30 m aproximadamente, en estos casos la zapata se calcula como si sobre ella solo recayese un único pilar. Una variante de la zapata aislada aparece en edificios con junta de dilatación y en este caso se denomina "zapata bajo pilar en junta de diapasón".

En el cálculo de las presiones ejercidas por la zapata debe tenerse en cuenta además del peso del edificio y las sobrecargas, el peso de la propia zapata y de las tierras que descansan sobre sus vuelos, estas dos últimas cargas tienen un efecto desfavorable respecto al hundimiento. Por otra parte en el cálculo de vuelco, donde el peso propio de la zapata y las tierras sobre ellas tienen un efecto favorable. El cálculo de la presión de hundimiento, para excentricidades pequeñas (e = Mmax/Nx,

donde Nx es la carga vertical sobre el terreno y Mmax es el momento flector máximo) pueden usarse las siguientes fórmulas:

Donde A es el área de la zapata aislada y P su peso. Para construir una zapata aislada deben independizarse los cimientos y las estructuras de los edificios ubicados en terrenos de naturaleza heterogénea, o con discontinuidades, para que las diferentes partes del edificio tengan cimentaciones estables. Conviene que las instalaciones del edificio estén sobre el plano de los cimientos, sin cortar zapatas ni riostras. Para todo tipo de zapata, el plano de apoyo de la misma debe quedar empotrado 1 dm en el estrato del terreno.

La profundidad del plano de apoyo se fija basándose en el informe geotécnico, sin alterar el comportamiento del terreno bajo el cimiento, a causa de las variaciones del nivel freático o por posibles riesgos debidos a las heladas. Es conveniente llegar a una profundidad mínima por debajo de la cota superficial de 50 u 80 cm en aquellas zonas afectadas por estas variables. En el caso en que el edificio tenga una junta estructural con soporte duplicado (dos pilares), se efectúa una sola zapata para los dos soportes. Conviene utilizar hormigón de consistencia plástica, con áridos de tamaño alrededor de 40 mm. En la ejecución, y antes de echar el hormigón, disponer en el fondo una capa de hormigón pobre de aproximadamente 10 cm de espesor (hormigón de limpieza), antes de colocar las armaduras.

Zapatas   corridas.

Las zapatas corridas se emplean para cimentar muros portantes, o hileras de pilares Estructuralmente funcionan como viga flotante que recibe cargas lineales o puntuales separadas.

Son cimentaciones de gran longitud en comparación con su sección transversal. Las zapatas corridas están indicadas como cimentación de un elemento estructural longitudinalmente continuo, como un muro, en el que pretendemos los asientos en el terreno.

 Zapatas combinadas.

Una zapata combinada es un elemento que sirve de cimentación para dos o más

pilares. En principio las zapatas aisladas sacan provecho de que diferentes pilares

tienen diferentes momentos flectores. Si estos se combinan en un único elemento

de cimentación, el resultado puede ser un elemento más estabilizado y sometido a

un menor momento resultante.

 Losas de Cimentación.

Una losa de cimentación es una placa flotante apoyada directamente sobre el terreno. La cimentación por losa se emplea como un caso extremo de los anteriores cuando la superficie ocupada por las zapatas o por el emparrillado represente un porcentaje elevado de la superficie total. La losa puede ser maciza, aligerada o disponer de refuerzos especiales para mejorar la resistencia a punzonamiento bajo los soportes individualmente (denominados pedestales si están sobre la losa y refuerzos si están bajo ella) o por líneas (nervaduras).En particular, también cabe emplear este tipo de cimentaciones cuando se diseñan cimentaciones “compensadas”. En ellas el diseño de la edificación incluye la existencia de sótanos de forma que el peso de las tierras excavadas equivale aproximadamente al peso total del edificio; la losa distribuye uniformemente las tensiones en toda la superficie y en este caso los asientos que se esperan son reducidos. Si el edificio se distribuye en varias zonas de distinta altura deberá preverse la distribución proporcional de los sótanos así como juntas estructurales.

APLICACIONES EN TERRENOS:

TERRENO FIRME A PROFUNDIDAD ASEQUIBLE

Cimentación Continua de Mampostería u Hormigón en Masa

Cimentación Continua de Hormigón Armado. Macizos Aislados de Hormigón en Masa. Zapatas Aisladas de Hormigón Armado (rígidas y flexibles).

TERRENO FIRME A PROFUNDIDAD MEDA

A esta profundidad pero no justifican la cimentación profunda:

Cimentación por pilares y arcos. Cimentación por pilares y vigas.

TERRENO FIRME A GRAN PROFUNDIDAD

(Pero con posibilidad de cimentación superficial con tensiones bajas)

Cimentación por vigas flotantes de hormigón armado. Cimentación por losa de hormigón armado

CIMENTACIONES PROFUNDAS 

Las Cimentaciones Profundas son un tipo de Cimentaciones que solucionan la trasmisión de cargas a los sustratos aptos y resistentes del suelo.

¿En qué casos se utilizan las Cimentaciones Profundas?

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.

Cuando el terreno tiende a sufrir grandes variaciones estacionales: por hinchamientos y retracciones.

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.

En edificios sobre el agua.

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.

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)

Para el recalce de cimientos existentes

Tipos de cimentación profunda:

Muros Pantalla Sustitución Flotación Pilotes

Muros Pantalla 

Los Muros Pantalla constituyen un tipo de Cimentación Profunda muy usada en edificios de altura, que actúa como un muro de contención y brinda muchas ventajas por ahorro de costes y mayor desarrollo en superficies.

Anclajes

Los anclajes son elementos constructivos que ayudan a mantener la estabilidad, ya que estos muros de contención de tan delgado espesor en relación a la

profundidad excavada, reciben importantes empujes de la tierra y también los efectos producidos por el agua, de modo que este recurso les permite reforzar y asegurar su estabilidad.

CRITERIOS DE DISEÑO DE CIMENTACIONES

TIPOS DE CRITERIOS

Esfuerzo Permisible Transmitido

Se obtiene empíricamente al observar que la presión máxima no causa daño estructural en diferentes condiciones de suelos. Lo anterior no significa que no ocurrirán asentamientos. Esta presión admisible es válida para tamaños de cimentación y tipos de estructuras para las cuales las reglas prácticas se han establecido. Los valores son conservadores y es difícil averiguar en qué datos han sido basados. Las fallas registradas se atribuyen a mala clasificación de suelos,en vez de mala regla empírica. En muchos casos se verifica con ensayos de carga, que pueden no ser significativos.

Factor de Seguridad contra Falla por Capacidad Portante

Es un método más racional que el anterior. Debe evitarse este tipo de falla. El factor de seguridad (2 a 4) debe reflejar no sólo la incertidumbre en el análisis de capacidad portante, sino la observación teórica y práctica que el asentamiento no es excesivo. No debe usarse sin estimar el asentamiento. Se presenta la forma de determinar q

Movimientos Permisibles

Es el verdadero criterio de diseño para la mayoría de estructuras. Existen dos problemas al aplicar el criterio: (a). Qué movimiento puede ser tolerado por la estructura y (b). Cómo se pueden predecir tales movimientos.

MOVIMIENTOS PERMISIBLES

Existe una gran cantidad de información disponible sobre métodos de predicción deasentamientos en edificaciones, más poca información sobre la cantidad y tipo de movimiento que la edificación puede tolerar sin causar daño. Es necesario determinar el asentamiento permisible.

Criterios de Diseño

El asentamiento tiene importancia por tres razones: aspecto, condiciones de servicio y daños a la estructura. Los tipos de asentamiento son:

a. Asentamiento Uniformeb. Inclinaciónc. Asentamiento No-Uniforme

Existen asentamientos máximos y asentamientos diferenciales. El asentamiento diferencial se caracteriza por la distorsión angular. El asentamiento admisible depende de muchos factores, tal como se ilustra en la Tabla 14.1 y la Fig.14.8 de Lambe y Whitman.

Relación entre Asentamiento y Daño

Tiene mayor importancia el asentamiento diferencial que el total, aún cuando es más difícil estimar el diferencial. Lo anterior es debido a que la magnitud del diferencial depende del sueloy la estructura. Usualmente se establecen relaciones entre la distorsión máxima y el asentamiento diferencial máximo, luego se tiene relaciones entre el asentamiento diferencial máximo y el asentamiento máximo de una zapata. Usualmente se especifica para zapatas de edificios comerciales un asentamiento total admisible de 1 pulgada.

APLICACIÓN DE CIMENTACIONES EN LIMA

Si nosotros recorremos la Costa Verde y nos detenemos frente del Centro Comercial Larcomar, en el distrito de Miraflores compuesto por 160 locales comerciales, y estacionamientos con capacidad para aprox. 750 autos; y divisamos los Taludes que lo integran nos preguntamos cómo llegaron a Construir los Cimientos y Zapatas sabiendo que la zona no es la más favorable para éstos trabajos. Aquí algunos detalles de esta construcción:

La Constructora a Cargo de este proyecto fue Graña Y Montero – GYM, que lo primero que se realizó es hacer un estudio de suelo, en la cual los Taludes dentro del área estudiada tienen pendientes variables entre 40º a 60º y partes

donde la superficie está cubierta por una costra cimentada de grava arenosa. En la parte donde no hay este tipo de costra la pendiente del Talud varía normalmente entre 45º a 30º.

El Talud natural del acantilado se ha encontrado diferentes tipos de rocas como son: grava arenosa, mal graduada y densa; limo arenoso medianamente compacta de hasta 1.5m de espesor. A la vez también se encontró relleno de un espesor de 6m ubicado al sur del terreno.

Son construcciones metálicas y anclajes, no hay cimentación por el tipo de suelo. El metal es un material aligerado que ayuda a mantener su estabilidad. Durante la visita, vimos que existe plantas que ayudan a fortalecer el suelo.

La construcción del edificio no afectará estabilidad del acantilado, sin embargo dado que la pendiente del Talud en su parte inferior es mayor a la que corresponde al ángulo de estabilidad es posible que se produzcan desmoronamientos del talud por eventos sísmico, erosión los cuáles no afectará al edifico pero si a la Av. Costa verde en la pie del Talud.

EXCAVACION DE LA LADERA

MEDIDAS PREVENTIVAS

Cuando estos trabajos se realicen junto a taludes se habrán de adoptar las precauciones siguientes:

Se eliminarán todas las piedras sueltas o bloques de piedra que se aprecien en el talud; evitando así su posible caída.

No se dejaran viseras en la parte superior del talud. Se realizará un saneamiento de la zona inmediatamente superior del talud,

retirando los árboles y arbustos de sus inmediaciones así como las piedras sueltas que puedan haber.

En ningún momento se realizarán trabajos en la zona superior del talud, mientras duren los trabajos en la base del mismo.

En general deberá realizarse un refino del talud. Este refino se efectuará teniendo en cuenta que todos los trabajadores se encuentren al mismo nivel, para evitar que los productos de refino puedan caer a otro trabajador situado en un plano inferior.

Los operarios que se encuentren en taludes y exista riesgo de caída de altura, estarán provistos de calzado de seguridad dotados de suela antideslizante, sujetos con cuerdas o bien a dispositivos de seguridad anticaidas.

Deben utilizarse siempre herramientas en buen estado. Cuando el refino del talud se realice con maquinaria, se tomarán las

siguientes medidas preventivas:

No se permitirá que nadie se acerque a las máquinas mientras éstas estén en

marcha.

Los trabajos de refino se harán a medida que vaya progresando la excavación del

talud para evitar el peligro de vuelco de la máquina por exceso de inclinación en el

talud.

Deben ponerse los medios adecuados para evitar la colisión con otras máquinas.

DENSIDAD DE CAMPO

El suelo como todo cuerpo poroso tiene dos densidades.

La densidad real (densidad media de sus partículas sólidas).

La densidad aparente (teniendo en cuenta el volumen de poros).

Densidad aparente.

Se define como la masa contenida en la unidad de volumen que ocupa la

muestra. La densidad aparente incluye el espacio poroso y el material sólido,

tanto mineral como orgánico. La densidad aparente seca de un suelo da una

indicación de la firmeza del suelo y con ella la resistencia que presentará a

los implementos de labranza o raíces de las plantas cuando penetran en el

suelo.

A menor densidad aparente, mayor espacio poroso, es decir, se trata de un

suelo menos compacto, por lo tanto la densidad aparente, es inversamente

proporcional al espacio poroso. La densidad aparente es una propiedad

afectada por factores como: -La textura - La materia orgánica -La

consolidación -La profundidad

La densidad aparente varía de acuerdo al estado de agregación del suelo, al

contenido de agua y la proporción del volumen ocupado por los espacios

intersticiales, que existen incluso en suelos compactos. La densidad

aparente es afectada por la porosidad e influye en la elasticidad,

conductividad eléctrica, conductividad térmica, en la capacidad calorífica a

volumen constante y en la dureza.

Densidad real.

La densidad real es la relación que existe entre la masa de las partículas

secas y el volumen real de la fase sólida (no el volumen aparente)

conformada por las mismas, en contraste con la densidad aparente. Esta

densidad de la masa del suelo incluye partículas individuales de arena, limo,

arcilla y materia orgánica sin incluir los espacios porosos. En general, la

densidad real de los suelos que no poseen cantidades anormales de

minerales pesados, está alrededor de 2,65 si los contenidos de materia

orgánica no superar a 1% (De Leenheer, 1967; De Boodt, 1965). Estos

autores proponen reducir el valor 2,65 en 0,02 por cada 1% de aumento en

el contenido de materia orgánica, hasta tenores de 5% de este componente

del suelo. Para contenidos mayores proponen determinar la densidad real

directamente. A pesar de lo anterior, en los cálculos estándar se ha usado el

valor 2,65. La densidad real se determina obteniendo el peso seco de la

muestra de suelo y el volumen de los sólidos de la muestra. Eso último se

realiza con un aparato denominado picnómetro, y el procedimiento significa

la aplicación del principio de Arquímedes.

Factores que la afectan.

Son la composición y la estructura. Por ejemplo, suelos arenosos tienden a

tener densidades mayores que suelos muy finos, al mismo tiempo en suelos

bien estructurados los valores son menores. La densidad aparente del suelo

es un buen indicador de importantes características del suelo, tales como

porosidad, grado de aireación y capacidad de drenaje. En un tipo de suelo

los valores bajos de densidad aparente implican suelos porosos, bien

aireados y con buen drenaje. Por otro lado, si los valores son altos, quiere

decir que el suelo es compacto o poco poroso, que tiene poca porosidad en

su composición, que la infiltración del agua es lenta, lo cual puede provocar

anegamientos.

Áreas de ejecución.

Rellenos compactados.

Presas de tierra (durante la construcción).

Estructuras de pavimentos (sub rasante, sub base, base).

Pista de aterrizaje (aeropuertos).

Terraplén para vías férreas.

Cimentaciones de canales.

Fondos de piscina, veredas, losa deportiva, estructuras para

pisos almacenes, silos, parques de estacionamiento, etc.

Metodologías.

El ensayo de Densidad de Campo In – Situ se puede realizar mediante 3

métodos:

Densidad del suelo por el Cono de Arena (ASTM D 1556).

Densidad y peso unitario por el Globo de Hule (ASTM – 2167).

Densímetro nuclear (ASTM D 2922 y D 3017).

Densidad del suelo por el cono de arena (ASTM d 1556).

Este método es muy difundido para determinar la densidad de suelo

compactado utilizado en la construcción de terraplenes de tierra, rellenos

de carreteras y estructuras de relleno. Es comúnmente utilizado como

base de aceptación para suelos compactados a una densidad específica

o a un porcentaje de la densidad máxima determinada por un método de

ensayo estándar. Este método puede ser usado para determinar la

densidad in-situ de depósitos de suelos naturales, agregados, mezclas

de suelos u otro material similar. El uso de este método está

generalmente limitado a un suelo en una condición no saturada. Este

método no es recomendable para suelos que son blandos o fáciles de

pulverizar o que estén en una condición de humedad tal que el agua

escurra en un hueco excavado a mano. La precisión del ensayo puede

ser afectada para suelos que se deforman fácilmente o que sufran

cambios volumétricos en el hueco excavado debido a que el personal

camine o se detenga cerca del hueco durante la prueba.

MATERIALES

Aparato del cono de arena :

El aparato del cono de arena consistirá de un frasco de

aproximadamente un galón (3.785lts.) y de un dispositivo ajustable

que consiste de una válvula cilíndrica con un orificio de 12.7mm (1/2”)

de diámetro y que tiene un pequeño embudo que continua hasta una

tapa de frasco de tamaño normal en un extremo y con un embudo

mayor en el otro. La válvula deberá tener topes para evitar su rotación

cuando este en posición completamente abierta o completamente

cerrada. El aparto deberá estar de acuerdo con las exigencias

indicadas.

Placa base para su uso esto puede hacer más difícil la nivelación pero

permite en el ensayo abrir agujeros de diámetro mayores y puede

reducir la perdida de suelo al pasarlo del agujero de ensayo al

recipiente, así como también ofrecer una base más constante para

ensayos en suelos blandos. Cuando se usa la placa de base deberá

considerarse como una parte del embudo en el procedimiento de este

método de ensayo.

Arena:

La arena que se utilice deberá ser limpia, seca, uniforme, no

cementada, durable y que fluya libremente. Además deberá tener un

coeficiente de uniformidad (D60/D10) menor que 2 y no contener

partículas que queden retenidas en el tamiz de 2mm (N°10). Debe ser

uniforme y preferiblemente de forma redondeada o sub-redondeada

para favorecer que fluya libremente y desprovista de partículas o

arena fina (menor que 250m, N°60), para prevenir segregación en

almacenamiento o uso, y cambios de peso unitario aparente como

consecuencia de variaciones en la humedad atmosférica.

Al seleccionar una arena para ser usada, deberá hacerse, como

mínimo, cinco determinaciones de peso unitario aparente de cada

bulto y para que la arena sea aceptable, no deberá existir entre cada

uno de los resultados individuales y el promedio una variación mayor

que el 1% del promedio. Antes de usar una arena deberá secarse y

dejarse luego en reposo hasta que obtenga la condición de “seca al

aire”, en la zona en que va a ser usada.

Balanzas:

Una balanza de capacidad de 10Kg. Y sensibilidad de 2g. y otra de

capacidad de 200g. y sensibilidad de 0.1g.

Equipo para el secamiento:

Estufa, horno u otro equipo adecuado para secar muestras con el fin

de determinar su contenido de humedad.

Equipo misceláneo:

Pequeña pica, cinceles y cucharas para excavar el agujero de ensayo,

cazuela para freír de 224mm.(10”) o cualquier otro recipiente

adecuado para secar muestras; canastillas con tapas, canecas con

tapas, sacos de lona u otros recipientes adecuados para que

contengan las muestras de peso unitario y humedad o para el peso

unitario de la arena respectivamente, termómetro, pequeña brocha de

pintura, cuaderno y cartera, etc.

PROCEDIMIENTO

Determinar el volumen del frasco y del conjunto, incluido el

volumen del orificio de la válvula de la siguiente manera:

Pesamos el conjunto del aparato, se colocó el aparato hacia

arriba y se abrió la válvula, llenamos el conjunto con el agua

hasta la válvula, el recipiente y el agua teniendo en cuenta la

temperatura del agua.

Determinar el peso unitario aparente de la arena que va a ser

usada en el campo de la siguiente forma:

o Colocamos el aparato vació hacia arriba sobre una superficie

firme y a nivel, se cerró la válvula y llenamos el embudo con

arena.

Se procedió a abrir la válvula y, manteniendo el embudo con arena

por lo menos hasta la mitad, llenamos el aparato. Se cerró la

válvula se sacó el exceso de arena. Se pesó el aparato con arena

y se determinó el peso neto de la arena quitando el peso del

aparato. Se determinó el peso de la arena necesaria para llenar el

embudo.

Se determinó el peso unitario del suelo en el sitio en la siguiente

forma:

o Se preparó el sitio de la superficie para ser ensayada de tal

manera que quede en un plano a nivel, se colocó la base sobre

la superficie, la cual sirve como guía, se cavo el orificio del

ensayo, dentro de la base, teniendo cuidado de evitar la

alteración del suelo que limita al hueco.

Se colocó el aparato invertido sobre la base y se poseída a abrir la

válvula y se pesó luego el aparto con la arena restante y

determínese el peso de la arena usada para el ensayo. Pesamos

el material que fue removido del hueco de ensayo, se saco una

muestra de este material para calcular la humedad.

Densidad y peso unitario por el Globo de Hule (ASTM – 2167).

El procedimiento es similar al del método del Cono de arena; se hace un

hueco de prueba y se determinan el peso húmedo del suelo retirado del

hueco y su contenido de agua. Sin embargo, el volumen del hueco se

determina introduciendo a éste un globo de hule con agua de un recipiente

calibrado, del cual el volumen se lee directamente.

CONCLUSIONES

- Para poder determinar el tipo de cimentación a utilizar, es necesario

conocer las propiedades y características de cada uno de los suelos

encontrados. Así como su granulometría, plasticidad, ángulo de fricción

interna del suelo, cohesión, peso específico y otros

- Se establecieron de una manera específica los tipos de cimentaciones más

comunes, como superficiales, profundas y semiprofundas. Para las cuales

se hace necesario conocer la capacidad de carga del suelo donde se

necesita apoyar la cimentación, que se puede determinar mediante los

métodos propuestos por Terzaghi y Meyerhof.

- Se hizo una recopilación de los estudios de laboratorio realizados en la

ciudad de San Miguel, representados mediante tablas estratigráficas y una

zonificación de la ciudad. En ellas se determinan el tipo de material

predominante en cada una de las zonas y la resistencia a la penetración

“N”, establecidos mediante ensayos de penetración estándar.

- En la zonificación establecida por nuestra investigación, se realizaron

estudios de laboratorio de penetración estándar en cada zona para verificar

las características y propiedades del material existente, así como su

capacidad de carga, de acuerdo a las tablas estratigráficas y al Plan de

desarrollo urbano de la ciudad.

- Se encontró en la zona 1, el material más desfavorable para la

construcción de la edificación propuesta, por lo que se hace necesario

la cimentación profunda mediante pilotes colados en el lugar, siendo

éste el método más efectivo y económico ejecutado actualmente en

nuestro país.

- Para la realización del diseño tipo de pilote, se consideró el método de

pilotes por punta, establecido por los resultados de laboratorio de las

pruebas ejecutadas. Al mismo tiempo, se verificaron los datos

proporcionados por el laboratorio, como: capacidad de carga y diámetro del

pilote.

- Se establecieron los distintos procesos constructivos de cimentación

profunda mediante los diferentes métodos utilizados en nuestro país y en el

extranjero.

RECOMENDACIONES

- No se deberá considerar para la ejecución de los diferentes tipos de

cimentaciones, los valores de las tablas estratigráficas recopiladas con

la información de los estudios de laboratorios, realizados en los suelos de

la ciudad de San Miguel, ya que son representaciones generales y

promedios que sirvieron de base en esta investigación.

- Es conveniente en el área a construir, realizar una exploración

geotécnica exhaustiva de la zona, con los diferentes ensayos de laboratorio.

Dependiendo de la magnitud de la obra, es recomendable realizar ensayos

triaxiales y de consolidación.

- Como ingeniero realizador o constructor de la obra es necesario

conocer las propiedades y características de suelos, para poder determinar

y verificar la capacidad de carga del suelo que soportará la estructura, ya

que generalmente el subsuelo de la ciudad es predominante el material

arcilloso.

- Para la construcción de todo tipo de edificación, utilizando

cimentaciones profundas, será necesario realizar un buen sistema de

drenaje, con el objeto de evitar posibles infiltraciones en el subsuelo y

reducir la capacidad de carga del pilote.

- Se recomienda utilizar para el tipo de pilote a construir, el método de

Pilotes de concreto colados in situ, ya que son los más utilizados en nuestro

país, ya sean por condiciones económicas de la mano de obra y factibilidad

de maquinaria para su construcción

- El constructor o ingeniero encargado de la obra de pilotaje, deberá estar

presente en las actividades como: perforación, colocación del acero, colado

del concreto y otras. Y se deberán realizar las pruebas necesarias para la

verificación del concreto utilizado en la construcción de los pilotes.

GLOSARIO

- Capacidad de carga del suelo: es la capacidad que tiene un suelo para soportar una carga sin que se desconozca falla dentro de su masa.

- Capacidad de carga admisible: este es el valor máximo admisible para el esfuerzo de compresión vertical del suelo en la superficie de contacto de los elementos de apoyo.

- Pilotes: son miembros estructurales hechos de acero, concreto y madera usados para construir cimentaciones profundas y semiprofundas.

- Cabeza: parte superior del pilote, es la que recibe los golpes sucesivos del maso para su hincado.

- Fuste: es el cuerpo del pilote; es una columna estructural que está fija a la punta y generalmente empotrado en la cabeza.

- Punta: es la parte final del contacto permanente con el suelo y se protege con un casco metálico (pilotes hincados).

- Pilotes colados “in situ”: son pilotes en los que se abre un agujero con una perforadora (o de forma manual), ya sea la dimensión que se necesite para luego proceder a la colocación de el acero estructural y luego se llena este con concreto. La forma de soportar las cargas puede ser por fricción o de punta.

- Pilotes de acero: son capaces de absorber grandes esfuerzos de flexión y de cortante con secciones de áreas pequeñas.

- Pila de concreto: es un miembro estructural subterráneo que tiene la función igual al de una zapata, es decir, transmitir las cargas a un estrato capaz de soportarla, sin peligro de que falle ni que sufra un asentamiento excesivo.

- Arenas: son pequeñas partículas de formas redondeadas o angulosas que proceden de rocas disgregadas.

- Limos: son suelos compuestos de partículas muy finas, con poca o ninguna plasticidad, cuyos diámetros varían de 0.05 a 0.005 mm aproximadamente.

- Arcillas: están compuestas de partículas finas, generalmente en forma de laminillas o escamas, cuyos diámetros llegan a ser menores de 0.005 mm.

- Suelos Cohesivos: es la propiedad de atracción intermolecular que hace que sus partículas se mantengan muy unidas entre si; como las arcillas.

- Suelos no Cohesivos: están formados por partículas duras de diversos diámetros en forma suelta o muy sueltas como las arenas, y no poseen cohesión.

- Permeabilidad: es la facilidad o dificultad que ofrece un suelo al paso del agua; se mide a través del coeficiente de permeabilidad, como una constante que tiene dimensiones de velocidad, y expresa la capacidad hidráulica de un suelo respecto al agua en su travesía por la masa del suelo.

- Resistencia al corte: analizar la fuerza actuante sobre el peso propio del suelo, cargas aplicadas y determinar la resistencia del suelo con el objeto de establecer los valores de la cohesión y el ángulo de fricción interna del suelo.

- Textura: es el grado de finesa y uniformidad del suelo descrito según la sensación que produce el tacto y por descripción visual.

- Estructura: es la forma que las partículas de suelo se disponen (entre sí) dentro de la masa del suelo, conformando su esqueleto.

- Consistencia: es el grado de tracción entre las partículas del suelo y la resistencia ofrecida a las fuerzas que tienden a deformar o a romper en sí el suelo, se describe como dura, frágil, friable, pegajosa, plástica y blanda.

- Densidad relativa: es tomada en la información que al comparar la porosidad de un suelo dado y las porosidades de ese mismo suelo en su estado más denso y más suelto posible.

- Cimentación: es la parte de la estructura que permite la transmisión de las cargas que actúan, hacia el suelo o hacia la roca subyacente.

- Resistencia a la fricción: ésta es la resistencia al deslizamiento a lo largo del fuste de un pilote en contacto con el suelo.

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