INTRODUCCION

Las arenas son suelos que poseen estructuras naturales con caractersticas tales que, para fines prcticos, impiden ser muestreadas en forma inalterada para su posterior estudio en laboratorio.

Por esta razn, desde los inicios de la mecnica de suelos en la primera mitad del siglo XX, se opt por evaluar las propiedades de los depsitos arenosos recurriendo a pruebas in situ o de campo.

La prueba de penetracin estndar fue una de las primeras empleadas para dichos fines, y sigue siendo ampliamente utilizada, pero tambin fue fuertemente criticada por la inconsistencia en sus resultados. A dicha prueba mecnica le siguieron otras, entre las que se encuentran principalmente los conos dinmico y esttico, presimetro y dilatmetro, entre otros.

Desde principios de la dcada de 1970, gracias al avance de la electrnica, se comenzaron a utilizar pruebas geofsicas, principalmente de tipo ssmico, para estudiar suelos. Los primeros mtodos geofsicos usados fueron refraccin ssmica, crosshole y downhole.

CIMENTACIONES EN SUELOS GRANULARES FINOS (ARENAS)

DEPSITOS NATURALES DE SUELOS ARENOSOS:Ensayos de Compresin Edomtrica y la influencia del humedecimiento en la deformabilidad del suelo. Influencia de la presin de confinamiento y el ensayo Triaxial Consolidado Drenado.Limitaciones de los ensayos de laboratorio y los ensayos de campo de penetracin. Ensayo de Penetracin Standard, SPT y penetracin ligera, DPL.Aplicacin de diseo de cimentaciones y Casos Reales.

INFLUENCIA DE LA PRESIN DE CONFINAMIENTOUn programa tpico de pruebas triaxiales para establecer la influencia de la presin de confinamiento sobre la resistencia al corte supone los siguientes pasos:a) preparacin de dos o ms probetas cilndricas de un suelo dado, todas con la misma relacin de vacos; b) colocacin de las probetas en cmaras triaxiales, sometiendo cada una de ellas a diferente presin de confinamiento h0 = voc) carga de cada probeta axialmente, registrando las deformaciones verticales y los cambios de volumen resultantes.

Fig.1 Resultados tpicos de pruebas triaxiales

Las curvas de laFig.1, pruebas 1 y 2, muestran los resultados tpicos de pruebas de este tipo. Con objeto de aclarar la influencia de la presin de confinamiento, las curvas esfuerzo-deformacin se han normalizado respecto a la presin de confinamiento; es decir, el valor de q para una deformacin cualquiera se ha dividido por u,. Las curvas normalizadas para estas dos pruebas son muy, semejantes en forma y magnitud. Sin embargo, existen ciertas caractersticas importantes que deben advertirse.

1. Al aumentar U,, el esfuerzo mximo normalizado disminuye ligeramente. Existe un ligero aumento de la deformacin al llegar a este valor mximo.2. El esfuerzo normalizado en estado final es ms o menos independiente de vo.3. El aumento de volumen es menor en el caso de la prueba con mayor presin de confinamiento.Esta serie de resultados puede explicarse de dos formas.En primer lugar, el suelo granular tiene friccin. La resistencia al deslizamiento en cada punto de contacto es proporcional a la fuerza normal en dicho contacto y por tanto la resistencia total aumenta con la presin de confinamiento.En segundo lugar, el acomodo encaje de las partculas tambin contribuye a la resistencia general. La naturaleza e importancia. El encaje disminuye al aumentar la presin de confinamiento ya que las partculas se aplastan en los puntos de contacto, se rompen los bordes agudos y las partculas se parten. Incluso aunque estos efectos den lugar a una probeta ms compacta, facilitan el que se produzcan deformaciones de corte.

As pues, el suelo granular es un material friccional, pero se diferencia del comportamiento friccional puro por la influencia de la presin de confinamiento sobre el encaje de las partculas. El suelo empleado para obtener los datos de laFig.1se compona de partculas de caliza blanda con cierta tendencia a la fractura, con lo cual resulta an ms evidente la divergencia respecto al simple comporta miento friccional. Para una arena formada por partculas de cuales curvas normalizadas esfuerzo deformacin y las de cambio de volumen habran sido prcticamente idnticas para ambas presiones de confinamiento. La desviacin respecto al comportamiento friccional puro disminuye al emplear presiones de confinamiento ligeramente diferentes entre s, mientras que se puede hacer resaltar empleando una presin de confinamiento muy pequea y otra muy grande.

ENSAYO TRIAXIAL CONSOLIDADO NO DRENADO (CU)Este ensayo tambin denominadoensayo consolidado rpido (R), consta de tres etapas (saturacin, consolidacin y compresin).

Primeramente la probeta es saturada completamente de agua, luego incrementando la presin de cmara es consolidada, esta etapa lleva al suelo a un estado prescrito de volumen y de presin de poros, a partir del cual se pueden medir con exactitud los siguientes cambios de volumen o de presin de poros que ocurrirn durante el ensayo. Finalmente cuando se ha disipado el exceso de presin de poros al valor de la contrapresin original3se cierran las vlvulas de drenaje para empezar la compresin, donde la probeta llegar al punto cedente sin drenado. Cuanto mayor sea la presin de cmara, mayor ser el esfuerzo desviador necesario para producir la falla.La duracin de la etapa de consolidacin depende al tipo de suelo y al tamao de la probeta, en algunos casos esta etapa puede durar hasta 48 horas; mientras que la etapa de compresin puede durar de 10 minutos hasta 2 horas.

El objetivo del ensayo es determinar los parmetros efectivosc' y',ya que estos gobiernan la resistencia al corte del suelo y determinar tambin algunas caractersticas respecto al cambio de volumen y rigidez del suelo.Para dibujar el crculo de esfuerzos de Mohr que condicionar la envolvente de falla (Fig. 3) deben determinarse los esfuerzos principales1y3, para lo cual se recolectan peridicamente los valores de los deformmetros que controlan el anillo de carga y la deformacin vertical de la probeta durante la compresin y tambin la presin poros en la probeta.Con el rea corregida A de la probeta puede determinarse el esfuerzo desviador que acta en la probeta. Midiendo el exceso de presin de porosudurante la etapa de compresin, se puede determinar el parmetroAde Skempton que ser:

Se grafica el esfuerzo desviadoren funcin a la deformacin vertical, tambin el exceso de presin de poros y el parmetro A de Skempton, como se muestra en la Fig. 6.2 La curva que corresponde al esfuerzo desviador de falla (d)f tendr un valor pico o crtico segn al Tipo de suelo donde alguno de estos se considerar el instante de falla, para este instante de falla se tendr un valor del exceso de presin de poros y del coeficienteA.

Figura 6.2Deformacin verticalen un triaxial CU en suelo Tipo II.

Fig. 3 Envolvente de falla para un suelo Tipo II en un ensayo triaxial CU.

La presin que se aplic en la celda para consolidacin ser el esfuerzo principal menor3, por lo cual el esfuerzo efectivo principal menor y mayor en la falla ser:

Teniendo los esfuerzos principales puede entonces graficarse el crculo de esfuerzo de Mohr, se realizan como mnimo tres ensayos para trazar una adecuada envolvente de falla. Con este parmetropuede describirse caractersticas particulares del suelo, los rangos de variacin de este parmetro para los diversos suelos se presentan en la tabla 1.

Tabla 1.Rango de valores deAen la falla para diversos suelos.

En este ensayos la resistencia al corte permanece prcticamente constante para un intervalo grande de los valores de presin de menores que la presin de sobre consolidacin. Las arcillas NC muestran una resistencia adicional con respecto a la obtenida, esta es atribuible a los mismos efectos de sobre consolidacin, estos efectos son comparativamente mayores a los del ensayo drenado debido a que se impide el drenaje.En los casos de obras que estn sobre depsitos de arcilla en las cuales el tiempo de construccin se extiende por tiempo razonablemente largo, puede suponerse que al final de la construccin se habr producido algn grado de consolidacin. Si en ese momento las solicitaciones de corte que se generan tienen magnitud suficiente para producir la falla, sta se producir rpidamente sin drenaje adicional. Este comportamiento se modela en el ensayo consolidado no drenado, en el cual la muestra se consolida bajo la presin de cmara y luego se lleva a la ruptura aumentando el esfuerzo desviador sin permitir el drenaje. Este ensayo es aplicado en muestras alteradas e inalteradas de arcilla y tambin en arena y grava.

Si se permitiera el drenaje, una muestra de arena suelta experimentara una disminucin de volumen, pero como el drenaje est impedido no puede ocurrir cambio de volumen y la presin de poros aumenta. Para el caso de arenas densas el drenaje implicara un aumento de volumen luego de una pequea compresin inicial, pero como no se permite el drenaje el aumento de volumen es imposible y se desarrolla una presin de poros negativa.

LIMITACIONES DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO Y LOS ENSAYOS DE CAMPO DE PENETRACIN. La siguiente Tabla muestra las aplicaciones y limitaciones de los ensayos de campo.

Cu = Cohesin en condiciones no drenadas.N = Nmero de golpes por cada 0,30 m de penetracin en el ensayo estndar de penetracin. N20= Nmero de golpes por cada 0,20 m de penetracin mediante auscultacin con DPSH Cn= Nmero de golpes por cada 0,30 m de penetracin mediante auscultacin con Cono Tipo Peck. n= Nmero de golpes por cada 0,10 m de penetracin mediante auscultacin con DPL. qc = Resistencia de punta del cono en unidades de presin. fc = Friccin en el manguito. St = Sensitividad.

ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR

OBJETIVODeterminar la Compacidad y la Capacidad de Soporte del suelo.

PRINCIPIO DEL ENSAYOConsiste bsicamente en contar el nmero de golpes (N) que se necesitan para introducir dentro un estrato de suelo, un toma-muestras (cuchara partida) de 30 cm. de largo, que permitetomar una muestra, naturalmente alterada, en su interior, a diferentes profundidades. El toma-muestras es golpeado bajo energa constante, con una masa en cada libre de 140 lb. (63.5 Kg.) y una altura de cada de 30 plg. (76,2 cm.).Este ensayo se realiza en depsitos de suelo arenoso y de arcilla blanda; no es recomendable llevarlo a cabo en depsitos de grava, roca o arcilla consolidada, debido a los daos que podra sufrir el equipo de perforacin al introducirlo dentro de dichos estratos.

EQUIPO Pesa de 140 lb. con una altura de cada de 30 plg. Barras y brazos de perforacin Muestreador o tubo partido Trpode de carga Flexmetro Parafina sellante Fundas de plstico Tarjetas de identificacin

TECNICA DEL ENSAYOEn primer lugar se realiza un sondeo hasta la profundidad establecida, y a continuacin se lleva al fondo de dicha perforacin una cuchara normalizada que se hinca 15 cm. en la capa a reconocer, a fin de eliminar la zona superficial parcialmente alterada.Se cuenta el nmero de golpes (N) necesarios para hincar de nuevo la cuchara, la profundidad de un pie (30 cm.). Como se mencion anteriormente, la masa que se utiliza para la hinca pesa 140 lb. y su altura de cada es 30 plg., lo que corresponde a un trabajo de 0.5 KJ por golpe, aproximadamente.Finalmente se abre la cuchara partida y se toma la muestra de su interior, para realizar los ensayos correspondientes (Contenido de Humedad, Granulometra, Lmites de Consistencia, Peso Especfico).Este ensayo se debe realizar mximo hasta los 50 golpes, ya que, despus de este lmite, introducir el equipo de perforacin dentro del estrato puede causar daos al mismo. Cuando tenemos este caso, se dice que existe RECHAZO (roca o suelo muy bueno).

CALCULOSEl valor de N es la suma del nmero de golpes necesarios para la penetracin de un muestreador, 45 cm en un suelo, desprecindose el nmero de golpes correspondientes a los 15 cm iniciales, se determina como se mencion anteriormente, sumando los valores de N1 + N2, entonces: N = N1 + N2 Donde: N1 : nmero de golpes necesarios para hincar el toma-muestras15 cm. N2 : nmero de golpes necesarios para hincar el toma-muestras otros 15 cm.

A partir del N del Ensayo S.P.T. se pueden determinar la Resistencia a la Penetracin y la Presin Admisible. Resistencia a la PenetracinRp = N* 4 Carga Admisibleadm =N/10

Otro parmetro que se puede determinar a partir del N obtenido y de la clasificacin posterior del suelo, es el Grado de Compacidad en caso de suelos arenosos y la Consistencia en caso de suelos arcillosos, esto mediante tablas que relacionan los mencionados valores:

Aunque el ensayo de resistencia a la penetracin no pueda ser considerado como un mtodo preciso de investigacin, los valores obtenidos proporcionan una indicacin preliminar bastante til de la consistencia (suelos arcillosos) o estado de compacidad (suelos arenosos) de los estratos de suelo investigados.

VENTAJAS DEL SPTUna ventaja adicional es que al ser la cuchara SPT un toma muestras, permite visualizar el terreno donde se ha realizado la prueba y realizar ensayos de identificacin, y en el caso de terreno arcilloso, de obtencin de la humedad natural.

DESVENTAJASEste ensayo es muy dificultoso y requiere, entre otros, de los siguientes requisitos: Un rea de trabajo de al menos 20 m2. Personal en un nmero mnimo de cuatro ocho (4- 8) personas para la manipulacin y ejecucin del ensayo y una para tomar los registros. Los tiempos para la ejecucin de los ensayos son bastante elevados.

Hay que tener cuidado, ya que en terrenos por ejemplo con gravas o en arcillosos duros, podemos tener mayorado nuestro SPT, no siendo ste ensayo entonces representativo de las caractersticas del terreno.

APLICACIONESEl ensayo SPT tiene su principal utilidad en la caracterizacin de suelos granulares (arenas o gravas arenosas), en las que es muy difcilobtenermuestras inalteradas para ensayos de laboratorio.Elensayo de penetracin estndaroSPT, es un tipo deprueba de penetracin dinmica, empleada para ensayar terrenos en los que se quiere realizar unreconocimiento geotcnico.Sirve para la determinacin de la resistencia a la penetracin del suelo y se realiza dentro de una perforacin.Sirve tambin para determinar caractersticas de resistencia y compresibilidad de suelos.Constituye el ensayo o prueba ms utilizado en la realizacin desondeos.El valor del golpeo obtenido en un ensayo de penetracin simple es un dato indicativo de la consistencia de un terreno susceptible de su utilizacin para la caracterizacin o el diseo geotcnicos.

Suelos Adecuados para la Ejecucin del Ensayo Arenosos Limo Arenosos Areno Limosos Arcillas

Suelos Inadecuados para el Ensayo Aluvionales Aluviales Suelos Gravosos y Heterogneos con Gravas

ENSAYO DE PENETRACIN DINMICA LIGERA DPL (DYNAMIC PROBING LIGHT) El ensayo penetracin dinmica ligera permite conocer la resistencia del suelo, as como la potencia o espesor que presentan los tramos conformados por suelos de diferentes grado de compacidad a travs de los nmeros de golpes que penetra hasta encontrar el rechazo o la dificultad de ingreso de las varillas de acero.Ensayo muy ligero aplicable a profundidades de hasta 8m.La finalidad es determinar las condiciones de resistencia del terreno

TECNICA DEL ENSAYOEl ensayo consiste en el hincado continuo en tramos de 10 cm. de una punta cnica utilizando la energa de un martillo de 10 Kg. de peso, que cae libremente desde una altura de 50 cm. Este ensayo nos permite obtener un registro continuo de resistencia del terreno a la penetracin.Se debe contar el nmero de golpes necesario para avanzar la punta 10cm. Se obtiene un registro de golpeo a lo largo de toda la profundidad del ensayo en intervalos de 10cm.De esta manera se logra la auscultacin del perfil del suelo hasta obtener el nivel de fundacin adecuado en base a la resistencia a la penetracin.Considerndose que una fundacin es adecuada cuando se requieren 30 golpes o ms para hundir la varilla 10 cm. La profundidad lmite del ensayo es la profundidad desde la cual la resistencia a la penetracin permanece casi constante cuando las condiciones son las mismas. La resistencia a la penetracin aumenta notoriamente con la profundidad, desde el punto en que se inicia la determinacin del suelo hasta la profundidad lmite.El equipo DPL se debe instalar verticalmente y se debe mantener esta posicin durante todo el proceso. La inclinacin del dispositivo de introduccin y del varillaje que sale del suelo no debe ser mayor al 2%; en caso contrario, se deber iniciar nuevamente el proceso.

SUELOS EN LOS QUE ES APLICABLE EL DPL: Arenas finas (SP) Arenas limosas (SM)

LIMITACIONES: No reemplaza al SPT Siempre combinado con calicatas Mximo 8 m de profundidad

VENTAJASTiene los mismos principios del Ensayo de Penetracin Estndar pero con la ventaja de que este nuevo instrumento es manual y mucho ms liviano, con lo que y el ensayo sera ms rpido, con menos rea requerida y con menos personal, solo dos personas para ejecutar el ensayo y una para tomar los registros. APLICACIONES Investigaciones preliminares Investigaciones definitivas Supervisin durante la construccin

ESTUDIOS PRELIMINARES

ESTUDIOS DEFINITIVOSTanque para Agua de Lastre - Talara

SUELOS TIPO II: ARENAS UNIFORMES+LIMOS+ARCILLASEn este tipo de suelos se recomienda zapatas aisladas conectadas mediante vigas de cimentacin. La capacidad admisible puede tener valores intermedios (no bajos entre 1.0 y 2.0 kg/cm2) y los asentamientos suelen ser mayores de 2cm; sin embargo debern ser siempre menores de 3 a 4cm.Los asentamientos podrn ser absorbidos por las vigas de cimentacin, es decir, el diseo de las vigas de cimentacin se basara en los asentamientos diferenciales que pueden ocurrir en la cimentacin.El valor de los asentamientos diferenciales podr ser considerado entre el 75% y 100% de los asentamientos instantneos totales.

CONCLUSIONES El ensayo triaxial CU es aplicado en muestras alteradas e inalteradas de arcilla y tambin en arena y grava. Si se permitiera el drenaje, una muestra de arena suelta experimentara una disminucin de volumen, pero como el drenaje est impedido no puede ocurrir cambio de volumen y la presin de poros aumenta. Para el caso de arenas densas el drenaje implicara un aumento de volumen luego de una pequea compresin inicial, pero como no se permite el drenaje el aumento de volumen es imposible y se desarrolla una presin de poros negativa.

La metodologa del SPT es bastante til para la obtencin de parmetros geotcnicos de resistencia y deformabilidad en suelos granulares y en suelos cohesivos, siendo esta ms aproximada para el primer tipo de suelos. Es necesario tener en cuenta que los parmetros que se calculan son aproximados y tiles para tener una idea inicial de las condiciones del suelo, sin embargo se debe complementar con ensayos de resistencia en laboratorio, tales como triaxiales y cortes directos. El ensayo penetracin dinmica ligera permite conocer la resistencia del suelo, as como la potencia o espesor que presentan los tramos conformados por suelos de diferentes grado de compacidad a travs de los nmeros de golpes que penetra hasta encontrar el rechazo o la dificultad de ingreso de las varillas de acero.