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CIMENTACIONES EN

CIMENTACIONES EN

FACULTAD DE

INGENIERIAS Y

ARQUITECTURA

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

CURSO : Mecánica de Suelos Aplicada A cimentaciones y vías de Transporte

TEMA : Cimentaciones En Suelos Granulares Finos (Arenas)

DOCENTE : Ing. Jesus Sedano Carlos Alberto

INTEGRANTES : -Clemente Melgar, Luis

-Poma Magro, Jean Franco

-Rute Nuñez, Max

-Yaranga Quispe, Alexander

-Yaranga Quispe, Tomas

CONTENIDO

I.

INTRODUCCION-------------------------------------------------------------------------------

---------------- 3

II.

OBJETIVOS--------------------------------------------------------------------------------------

----------------- 4

III. CIMENTACIONES EN SUELOS GRANULARES

FINOS----------------------------------------------- 5

A. SUELOS

ARENOSOS------------------------------------------------------------------------------------------- 6

B. ENSAYO DE COMPRESION EDOMETRICA Y LA INFLUENCIA DEL

HUNDIMIENTO EN LA DEFORMABILIDAD DEL

SUELO---------------------------------------------------------------------------------- 8

C. INFLUENCIA DE LA PRESION DE CONFINAMIENTO Y EL ENSAYO

TRIAXIAL CONSOLIDADO

DRENADO-------------------------------------------------------------------------------------- 13

D. LIMITACIONES DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO Y ENSAYOS DE

CAMPO DE

PENETRACION---------------------------------------------------------------------------------------------------------

- 15

E. ENSAYOS DE CAMPO DE

PENETRACION-------------------------------------------------------------- 16

1. ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR

(SPT)---------------------------------------------------- 16

2. ENSAYO DE PENETRACION LIGERA

(DPL)--------------------------------------------------------- 24

F. APLICACIÓN DE DISEÑO DE CIMENTACIONES CASOS

REALES--------------------------------- 27

IV.

CONCLUSIONES-------------------------------------------------------------------------------

--------------- 41

V.

RECOMENDACIONES-------------------------------------------------------------------------

-------------- 41

VI.

BIBLIOGRAFIA---------------------------------------------------------------------------------

--------------- 42

I. INTRODUCCION

La cimentación es la parte estructural del edificio, encargada de transmitir las

cargas al terreno, el cual es el único elemento que no podemos elegir, por lo que

la cimentación la realizaremos en función del mismo. Al mismo tiempo este no se

encuentra todo a la misma profundidad por lo que eso será otro motivo que nos

influye en la decisión de la elección de la cimentación adecuada.

Los agregados Finos (arenas) son un tipo de suelo sobre el cual las

cimentaciones tienen que realizarse a una profundidad en el que el terreno sea

estable.

El presente trabajo consiste en dar a conocer los diferentes tipos de ensayos a

realizarse en suelos granulares para poder realizar una buena cimentación.

En el campo de trabajo, el ingeniero civil constantemente se enfrenta a diversos

problemas surgidos por el tipo de suelo con el cual tratará, el suelo es lo que

soportará el peso de una estructura, y si este no cumple con ese objetivo, la

estructura sufrirá problemas de agrietamiento, hundimientos y otros que también

dañaran la obra realizada. Pero el suelo no sólo es utilizado como base para

soportar las cargas, sino también en taludes, como material para construcción de

viviendas, la diversidad de usos que hoy en día se le da al suelo es el resultado

de mucho tiempo de investigación.

II. OBJETIVOS

Proporcionar teorías del comportamiento de los suelos granulares finos.

Proporcionar aporte técnico a la ingeniería peruana que permita conocer

mejor nuestros suelos granulares finos, en beneficio de las personas que

habitan en estos sectores donde existan este tipo de suelos.

III. CIMENTACIONES EN SUELOS GRANULARES FINOS

El diseño de cimentación sobre suelos granulares estará gobernado por un

criterio de asentamiento, es decir, no por la resistencia al cortante a la alta

permeabilidad de las arenas y gravas, la mayor parte del asentamiento se

efectuará durante el proceso de construcción.

Otros problemas de asentamientos por construcción pueden relacionarse con

compactación inducida por vibración, cambios rápidos en el nivel freático o

efectos de sismos. También es virtualmente imposible obtener muestras no

alteradas de suelos granulares y las muestras re compactadas en general no

repiten, con confiabilidad alguna, las condiciones y propiedades en el campo.

Para determinar las características de comprensibilidad de los suelos granulares

se realizan las siguientes pruebas de campo:

Prueba de placa con carga.

Prueba normal de penetración.

Prueba del cono de penetración.

Prueba del medidor de presión.

En suelos de alta permeabilidad se pueden presentar rápidos cambios en el nivel

del agua subterránea con los efectos consecuentes sobre la densidad del suelo y

las presiones de poro. Los cálculos de capacidad de carga se deben efectuar en

términos del esfuerzo efectivo, donde se elimina el término de cohesión y donde

el ángulo de resistencia al corte en términos de esfuerzo efectivo (φ˙) con valores

entre moderados y altos, la capacidad de carga se reduce en forma sustancial,

cuando el nivel freático está situado entre la zona que se extiende desde su

superficie hasta una profundidad por debajo de la cimentación.

Se define a la resistencia al corte, o resistencia al esfuerzo cortante de un suelo

como el valor máximo, o límite de la resistencia al corte que se puede inducir

dentro de su masa antes de que ceda bajo ciertas condiciones, la flexibilidad

conducirá a la formación de una superficie de deslizamiento por corte, sobre la

cual puede tener lugar una cantidad apreciable de movimiento de deslizamiento,

por ejemplo, rotación de taludes o fallas en excavaciones, la evaluación de los

parámetros de la resistencia al corte es parte necesaria de los procedimientos

analíticos y de diseño relacionados con cimientos, muros de retención y

pendientes de terreno.

Suelos granulares:

Este tipo de suelos está constituido por materiales de origen sedimentario en los

que el porcentaje de material fino es inferior al 35% en peso. Los valores de

tensión admisible que se consideran para este tipo de suelo se suponen para

anchos de cimentación mayores o iguales a 1 m y nivel freático situado a una

profundidad mayor al ancho de la cimentación.

A. SUELOS ARENOSOS

Fracción de suelo cuyas partículas tienen un tamaño comprendido entre 0,06 mm

y 2 mm. Fina hasta 0,2 mm; media hasta 0,6 mm; gruesa por encima de 0,6 mm.,

los suelos de esta naturaleza se encuentran en diverso estado de compacidad,

además de tener variada granulometría. Si las arenas, medias y gruesas, son

compactas y su granulometría es favorable tienen apropiada resistencia para

sustentar estructuras. No ocurre lo mismo con las arenas muy finas, sobre todo si

son sueltas, como es el caso de arenas cuyo origen es producto del transporte

del viento (arenas eólicas). Las capas de arena suelta son muy susceptibles a

densificarse por efecto de la vibración causada por movimientos sísmicos,

pudiendo esperarse, eventualmente, asentamiento de la cimentación e

indeseables efectos de carácter estructural.

Cuando se trate de este tipo de suelo, es preciso profundizar las excavaciones

para cimientos y definitivamente limitar las presiones de contacto cimiento - suelo.

La razón de esta exigencia podemos percibirla cuando caminamos por la playa, la

arena fluye a cada lado hundiéndose los pies; sin embargo, a cierta profundidad

los pies no bajan ya más.

CARACTERISTICAS

Los ambientes áridos tienen una serie de implicaciones medioambientales, como

la desecación profunda, la acumulación de sales y la alta movilidad de los

sedimentos con el viento, los cuales condicionan las propiedades de estos

suelos, entre las que destacan:

Muy bajo contenido de humedad, dando lugar a suelos no saturados, con

succiones relativamente altas.

Bajo contenido en materia orgánica, por lo que los suelos áridos resultan

pobres para fines agrícolas.

Desarrollo de una costra rica en sales; la pérdida de humedad por

evaporación en la superficie produce cementaciones por precipitación de

sales.

Muchos suelos áridos tienen un origen eólico, resultando un suelo mal

graduado, con una estructura muy suelta.

B. ENSAYO DE COMPRESION EDOMETRICA Y LA INFLUENCIA DEL

HUNDIMIENTO EN LA DEFORMABILIDAD DEL SUELO

Una de las técnicas adaptadas a los equipamientos de compresión confinada, es

el edómetro basado en la técnica de translación de ejes. Utilizado inicialmente en

aparatos (cámaras o membranas de presión en laboratorio) para determinación

de la capacidad de retención de agua en el suelo.

Su finalidad es determinar la velocidad y el grado de asentamiento que

experimenta una muestra de suelo saturado al someterlo a una serie de

incrementos de presión o carga.

El aparato básicamente consiste en una célula provista de una placa porosa de

alto valor de entrada de aire (junto con una membrana semipermeable para

succiones mayores que 1.500 y menores que 10.000 kPa) y de un pistón vertical

a través del cual es posible la aplicación de las tensiones normales, así como, la

medición de los cambios de volumen de la muestra de suelo.

Descripción del ensayo:

En la Figura 4.4a se muestra el esquema de una célula edométrica con todos sus

componentes. Dentro de la célula se sitúa una muestra de suelo colocada en el

interior de un anillo rígido que impide la deformación y flujo laterales durante la

compresión. En la base y en la parte superior de la muestra se sitúan dos piedras

porosas que permiten el drenaje durante la consolidación (hay ensayos en los

que el drenaje sólo se permite por una de las caras, colocando únicamente una

de las piedras porosas).

La preparación de la muestra se puede realizar por extrusión de una muestra

inalterada contenida en un tubo portamuestras, por tallado partiendo de una

muestra inalterada en bloque, o por remoldeo. En el caso de una muestra

inalterada, la preparación provoca una cierta alteración, aunque se intente que

sea la menor posible.

Para evitar que la muestra se seque durante el ensayo, y para simular las

condiciones existentes en el campo, todo el sistema anterior se encuentra dentro

de una célula llena de agua, la cual comunica con las piedras porosas.

En la Figura 4.4b se puede observar un sistema de aplicación de carga

mediante pesas.

Parte de la carga total aplicada sobre la muestra se transmite al anillo por fricción,

haciendo que la carga que llega a la base sea algo menor. Para reducir al

máximo esta fricción, la relación diámetro-altura de la muestra debe ser como

mínimo de 2,5. Los diámetros más usuales son de 45 y 70 mm, y las alturas de

10 a 20 mm.

Una vez colocada la muestra, el ensayo consiste en aplicar una secuencia de

cargas verticales. Como se verá, el suelo se va haciendo cada vez más rígido al

irse comprimiendo. Por ello, para conseguir que la deformación en cada escalón

sea del mismo orden de magnitud, deben darse incrementos de tensiones cada

vez mayores. Es normal duplicar la carga existente. Una secuencia habitual es: 5,

10, 20, 40, 80, 150, 300, 600, 1000, 1500 kPa y descarga.

Después de la aplicación de cada escalón de carga se deja consolidar la muestra

hasta que el exceso de presión intersticial producido en su interior se reduce a

cero. En teoría este tiempo es infinito, sin embargo, en la práctica se establece

que a las 24 horas la consolidación puede considerarse finalizada. Los escalones

de carga se prosiguen hasta alcanzar la máxima presión que se desee, después

de lo cual se procede a descargar, también por escalones sucesivos. Durante la

descarga el suelo aumenta de volumen.

Durante cada escalón de carga se registra el valor del asiento producido

mediante la lectura del medidor de asientos (ver Figura 4.4b), para distintos

tiempos. Estos valores permiten obtener la deformación de la pastilla de suelo en

distintos instantes, y por tanto, son una medida de la evolución de las

deformaciones con el tiempo.

El hundimiento alcanzara cuando la presión actuante (total bruta) sobre el terreno

bajo la cimentación supere la resistencia característica del terreno frente a este

método de rotura, también llamada presión de hundimiento.

La resistencia unitaria de hundimiento por punta de pilotes en suelos granulares

se podrá estimar mediante cálculos matemáticos.

Así mismo la resistencia unitaria por corte en suelos granulares se podrá estimar

también mediante cálculos matemáticos.

Cimentación: Conjunto de elementos de cualquier edificación cuya misión es

transmitir al terreno que la soporta las acciones procedentes de la estructura

Presión de hundimiento

La expresión analítica de la presión de hundimiento consta de tres sumandos que

se denominan respectivamente, al igual que los factores de capacidad de carga,

término de cohesión, de sobrecarga y de peso específico. Cada uno de los

sumandos representa la contribución de las citadas variables (ck, q0k, gk) a la

resistencia.

En especial cuando las cimentaciones sean someras, se debe considerar

prudentemente la conveniencia de emplear el término de sobrecarga, debiendo

asegurar en caso afirmativo que las hipótesis realizadas se mantendrán durante

la vida útil de la construcción.

Coeficientes Correctores O De Influencia

Influencia de la resistencia al corte del terreno situado sobre la base de la

cimentación (coeficientes d)

Cuando la base de la cimentación se sitúa a cierta profundidad D bajo la

superficie del terreno, la superficie de rotura teórica, asociada al estado límite

último de hundimiento, ha de movilizar la resistencia al corte del terreno.

Influencia de la forma de la cimentación (coeficientes s).

El efecto de la forma del cimiento se podrá tener en cuenta mediante los factores

de corrección.

C. INFLUENCIA DE LA PRESION DE CONFINAMIENTO Y EL ENSAYO TRIAXIAL

CONSOLIDADO DRENADO

A este ensayo se lo conoce también como ensayo lento (S), a este tipo de ensayo

el espécimen se consolida primeramente bajo una presión de confinamiento, así

el esfuerzo llega a ser efectivo, es decir, la presión de cámara queda actuando

sobre la fase sólida del suelo durante el ensayo C.D. se pueden medir las

variaciones de volumen dentro de la muestra, es decir, las variaciones de

volumen que experimenta el índice de vacíos, esto se debe a que el agua

contenida en ellos comienza a salir lentamente, lo que permite un reacomodo de

las partículas sólidas del suelo.

Su principal finalidad es obtener parámetros del suelo y la relación esfuerzo-

deformación a través de la determinación del esfuerzo cortante. Es un ensayo

complejo, pero la información que entrega es la más representativa del esfuerzo

cortante que sufre una masa de suelo.

El ensayo triaxial consolidado drenado en suelos

granulares la Curva esfuerzo-deformación y

cambio volumétrico La relación de vacíos inicial

tiene una gran influencia sobre las curvas esfuerzo-deformación y sobre el

cambio de volumen que experimenta la muestra.

.

D. LIMITACIONES DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO Y ENSAYOS DE

CAMPO DE PENETRACION

Limitaciones de los Ensayos de Laboratorio son:

Representativa: Las muestras que se ensayan corresponden a puntos

aislados, no siendo representativos de todo el conjunto ni de la

variabilidad de factores presentes en la naturaleza, y que condicionan los

comportamientos de los materiales, de ahí la importancia de realizar un

número de ensayo estadísticamente representativo. En mucho de los

casos las condiciones ambientales en que se encuentran las muestran

son difíciles de reproducir en laboratorio.

Escala: Se ensayan pequeñas porciones de material, a partir de las

cuales se pretende la caracterización y la predicción del comportamiento

de ámbitos más amplios. La diferencia con las escalas y

comportamientos reales hace necesaria la utilización de factores de

conversación o correcciones para extrapolar los resultados a escala de la

muestra.

Velocidad. Los procesos de deformación y rotura se reproducen en

laboratorio generalmente en unos pocos minutos, mientras que en la

naturaleza estos procesos pueden ser el resultado de condiciones y

acciones a lo largo de periodos muy dilatados de tiempo.

Si estos aspectos se añaden la influencia de otra serie de factores relacionados

con la ejecución de los ensayos, como el tipo y características de la máquina

utilizada, la preparación de las probetas, etc., se entenderán las limitaciones y

dificultades asociadas a la caracterización de las propiedades de las muestras a

partir de ensayos de laboratorios. Los resultados sólo son aplicables a la zona

afectada por el ensayo. Sin embargo, su mayor ventaja es que se realizan sobre

la propia muestra.

E. ENSAYOS DE CAMPO DE PENETRACION

Los ensayos o pruebas de penetración son pruebas realizadas para la

determinación de las características geotécnicas de un terreno, como parte de las

técnicas de reconocimiento de un terreno.

Con los datos de resistencia a la penetración que se obtienen en un ensayo de

estas características, es posible, establecer una serie de correlaciones para

distintos tipos de suelo, con el fin de conseguir caracterizarlo geotécnicamente.

Aunque su utilidad sea grande, particularmente en la determinación de la

profundidad de las capas competentes o de rechazo en la hinca, dicha técnica de

reconocimiento del terreno de la que se obtiene de forma indirecta las

características y propiedades del terreno, ha de ser por fuerza de poca precisión.

Esto hace que haya quien no considere estos métodos, auténticos ensayos "in

situ", denominándolos más bien como pruebas de penetración.

1. ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR (SPT)

El ensayo de penetración estándar SPT es ampliamente utilizado en exploración

geotécnica dado que existe una gran variedad de correlaciones entre el número

de golpes del que se obtienen tras la ejecución del ensayo y algunos parámetros

geotécnicos de gran importancia en el diseño de cimentaciones.

Este método permite obtener parámetros de resistencia del suelo tales como, el

ángulo de fricción (F’), la cohesión (c’), la resistencia al corte no drenada (Su) y

algunos parámetros de deformabilidad como el módulo de Young (E), a partir de

correlaciones propuestas por diferentes autores y que son de amplio uso en el

diseño de diferentes estructuras geotécnicas dada la facilidad de su uso. Se ha

observado en general que los resultados que se obtienen son razonables y

aproximados para el caso de suelos granulares a los que se podrían obtener de

pruebas más completas como es el caso de ensayos triaxiales, y menos

aproximados para el caso de suelos cohesivos.

El ensayo de penetración estándar de siglas S.P.T. Consiste en contar el

número de golpes que se necesitan para introducir dentro del suelo, un tubo

partido a diferentes profundidades, en este caso con variaciones de medio metro

y se lo utiliza especialmente en terrenos que requieran realizar un reconocimiento

geotécnico. Él toma muestras es golpeado con una energía constante, con una

masa en caída libre de 145 lb y una altura de caída de más de 70 cm.

Es recomendable realizarlo en depósitos de suelo arenoso y de arcilla blanda; no

se recomienda para suelos de roca, grava o arcilla consolidada ya que puede

dañar el equipo.

MATERIALES:

De acuerdo a la norma ASTM D 1586 y AASHTO T 206, los

materiales a emplearse son:

Pesa de 140 lb. con una altura de caída de 76.2 cm.

Barreno espiral para hacer huecos superficiales mayor a d6

mm y menor de 162mm.

Brazos de perforación

Varillas para muestreo.

Tubo partido con punta de acero endurecido que produzca un

diámetro interior constante de 35 mm.

Martillo y cabezote de 63.5 ± 1 kg, que actuara como masa

para introducir el muestreador.

Trípode de carga.

Flexómetro.

Tiza.

Ensayo SPT

El sacamuestras se hinca 45 cm en el fondo de una perforación mediante golpes

de una maza de 63.5 kg que cae desde 76 cm de altura.

PROCEDIMIENTO:

De forma general el ensayo se ejecuta de la siguiente manera:

En primer lugar se realiza un sondeo hasta la profundidad establecida, y a

continuación se lleva al fondo de dicha perforación una cuchara

normalizada que se hinca 15 cm. en la capa a reconocer, a fin de eliminar

la zona superficial parcialmente alterada.

Se hace entonces una señal sobre el varillaje y se cuenta el número de

golpes (N) necesarios para hincar de nuevo la cuchara, la profundidad de

un pie (30 cm.). Como se mencionó anteriormente, la masa que se utiliza

para la hinca pesa 140 lb. y su altura de caída es 30 plg., lo que

corresponde a un trabajo de 0.5 KJ por golpe, aproximadamente.

Entonces el parámetro medido será: N = N1 + N2, en donde N1

corresponde a el número de golpes necesarios para hundir el toma-

muestras 15 cm. Y N2 es en número de golpes que se necesita para

hundir los 15 cm. restantes del toma-muestras.

Finalmente se abre la cuchara partida y se toma la muestra de su interior,

para realizar los ensayos correspondientes (Contenido de Humedad,

Granulometría, Límites de Consistencia, Peso Específico).

Este ensayo se debe realizar máximo hasta los 50 golpes, ya que,

después de este límite, introducir el equipo de perforación dentro del

estrato puede causar daños al mismo. Cuando tenemos este caso, se dice

que existe RECHAZO (roca o suelo muy bueno).

La norma ASTM D1586-84 indica que la prueba se puede dar por finalizada

cuando se aplican 50 golpes para un tramo de 15 cm, al aplicar 100 golpes en

total o cuando no haya penetración alguna durante 10 golpes.

El tubo partido nos permite además, obtener una muestra alterada del suelo que

posibilita la identificación de los materiales que lo componen y que podremos

representar en un perfil del suelo.

La fórmula de N corregido es:

N corregido=15+ 12(Nm−15) , para profundidades de hasta 2 metros.

N corregido=Nm (0.7∗log( 195.29 )), para profundidades mayores a 2 metros.

Donde Nm=Σ N 2+N 3.

Otro parámetro que se puede determinar a partir del N obtenido y de la

clasificación 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:

A partir del N del ensayo S.P.T. se pueden determinar la resistencia a la

penetración la presión admisible.

Resistencia a la penetración: Rp=N*4

Carga admisible: σadm =N/10

VENTAJAS Y DESVANTAJAS DEL SPT El ensayo de Penetración Estándar es uno de los más usados normalmente en las pruebas in situ, debido a su simplicidad y su historia considerable de datos reunidos. Sin embargo, allí también hay limitaciones de la prueba que deben reconocerse. En los Cuadros Nº 5 y 6 se presenta un resumen de ventajas y desventajas de la Prueba de Penetración Estándar como un compilado de varios investigadores.

Cuadro N° 5 Ventajas del Ensayo de Penetración Estándar

Cuadro N° 6. Desventajas del Ensayo de Penetración Estándar

2. ENSAYO DE PENETRACION DINAMICA LIGERA (DPL)

Adicionalmente a las exploraciones con el equipo, se requiere realizar ensayos

de penetración dinámica ligera (DPL), con la finalidad determinar las condiciones

de resistencia del terreno donde se llevaran a cabos obras de arte y la

cimentación del canal.

Este método describe el procedimiento generalmente conocido como ensayo de

penetración ligera, consiste en introducir al suelo una varilla de acero, en una

punta se encuentra un cono metálico de penetración con 60° de punta, mediante

la aplicación de golpes de un martillo de10kg que se deja caer desde una altura

de 0.50m. Como medida de la resistencia a la penetración se registra el numero

N, ha sido correlacionado con algunas propiedades relativas al suelo,

particularmente con sus parámetros de resistencia al corte, capacidad portante,

densidad relativa, etc.

EQUIPOS Y MATERIALES

Equipo de DPL DIN 4094

Cono metálico de penetración (60°)

Yunque o Cabezote

Varillas o tubos de perforación

Martillo o pesa (10kg)

Barra guía

Otros equipos.- Guantes y alicates de manipuleo

EQUIPO – DPL

El ensayo DPL (DIN 4094), consiste en el hincado continuo en tramos de 10 cm

de una punta cónica de 60º utilizando la energía 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 penetración, existiendo

correlaciones para encontrar el valor N de resistencia a la penetración

estándar en función del tipo de suelo, para cada 30 cm de hincado. (Ver gráfico

adjunto).

Así mismo se aclara que este tipo de ensayo no altera de ninguna manera el

medio en el que se realiza y la ubicación de los puntos de investigación se ha

programado en las zonas de estudio.

El equipo de cono ligero consiste de un cono de punta cónica de 90º y

2.20cm de diámetro.

EL martillo pesa 10kg y la altura de caída es de 50cm

El valor Npsl corresponde al número de golpes para conseguir 10cm de

penetración.

El ensayo es continuo y se registra valores cada 10cm.

Por la cantidad de datos de la resistencia a la penetración este ensayo es

muy recomendado en cimentaciones.

La principal limitación del ensayo es la presencia de gravas en el subsuelo

que alteran los resultados o en el peor de los casos impide el ensayo.

CALCULOS

Determinación del Angulo de Fricción Interna

Relación de Ohsaki (1959)

Dónde:

Φ= ángulo de fricción interna del suelo.

N= Número de golpes por cada cm de penetración del ensayo de SPT.

UbicaciónProfundidad

(m)φ- Ensayos DPL

(°)

φ- corte directo

(°)T-087 3,00-4,30 33,4-37,4 36,3T-089 0,70-4,50 33,4-38,7 36,0T-099 1,70-3,90 27,6-36,4 35,0T-108 0,80-4,50 31,7-37,8 33,0

Determinación de la cohesión

Relación propuesta por HUNT en 1984 y las tablas propuestas por NAVFAC en 1971

UbicaciónProfundidad

(m)Cu- Ensayos DPL

(Kg/cm2)Cu-Ensayo Triaxial

(Kg/cm2)T-003 1,40-3,40 1,39 1,38

Cuadro Nº 7 Resumen de comparación del ángulo de fricción (φ)

Cuadro Nº 8 Resumen de comparación de la Cohesión (Cu)

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES DEL ENSAYO

Vemos que según el grafico de DLP (mm/golpes) vemos cuan resistente es el

suelo a los diferentes estrato posibles a ser encontrados en el site, esto lo

corroboramos con la calicata escavada a un costado de la prueba.

Cada capa homogénea de suelo da lugar a una recta cuya pendiente recibe el

nombre de índice de penetración o número PDC, indicando una medida de su

resistencia

Este tipo de evaluación nos puede mostrar el cambio que puede adoptar un suelo

cuando se estabiliza o la sectorización del tramo en estudio.

F. APLICACIÓN DE DISEÑO DE CIMENTACIONES CASOS REALES

1. APLICACIÓN DE DISEÑO DE CIMENTACIONES

En este caso la aplicación de la fórmula general (1), con c = o, suele dar

presiones de hundimiento muy elevadas debido a los grandes valores de Nq Y

NY para los Ø usuales (>30º). Sin embargo, no por ello queda asegurado que los

asientos sean admisibles para las presiones de trabajo así obtenidas, por lo cual

se tiende a fijar dichas presiones en relación con los asientos.

Dada la dificultad del muestreo y ensayo en laboratorio de estos suelos lo usual

es utilizar parámetros de resistencia o deformabilidad deducidos de medidas inti

situ realizadas.

El método más antiguo es el de Terzaghi y Peck (1948) que da las expresiones

siguientes (fig. 2.22):

Fig. 8 Asentamientos de zapatas deducidos de la penetración estándar N (Según

Terzaghi y Peck)

Siendo:

qadm = la presión admisible en Kg/cm2

s = el asiento tolerable en pulgadas, que en la fig. 2.22 se ha fijado como

de 1 pulgada (2,54 cm).

N = es el número de golpes medio del ensayo de penetración estándar

(S.P.T.) en la zona de influencia de la cimentación.

B el ancho de la misma.

Las expresiones anteriores, que han sido profusamente empleadas, resultan

excesivamente conservadoras por lo que ha habido numerosas propuestas de

modificaciones, aunque aún no existe ningún otro método universalmente

aceptado.

Posteriormente Meyerhof (1956) recomendó aumentar las presiones admisibles

dadas por Terzaghi y Peck en un 50% y no considerar reducciones en el valor de

N por la presencia del nivel freático, ya que esto quedaba reflejado en el ensayo.

Sin embargo, Schmertmann comprobó que, en el caso de losas o zapatas de

grandes dimensiones, los asientos calculados eran inferiores a los reales. 

Bazaraa en 1967 propuso emplear la fórmula

siendo NB = valor N corregido por la sobrecarga de tierras a. al nivel de

cimentación según las expresiones siguientes

y K un factor de corrección obtenido por la relación entre la tensión vertical a la

profundidad B/2 bajo la zapata, en estado seco y la que se produce a la misma

profundidad cuando existe nivel freático.

Schultze y Sherif propusieron en 1973 la correlación que aparece en la fig. 2.23.

Los autores señalan que el error de la predicción puede ser de ±40 %. Sin

embargo, se ha comprobado que los errores pueden ser muy importantes en el

caso de cimientos de grandes dimensiones (B > 5 m) y/o cuando el espesor de

terreno compresible es superior a 2B.

Fig 9 Correlación propuesta por Schultze y Sherif

Las teorías más recientes tienden a estimar los asientos (y a partir de ellos la

qadm) por integración de deformaciones elásticas, utilizando correlaciones entre

N y el módulo de deformación E. Así, por ejemplo, en arenas normalmente

consolidadas y con niveles de presión medios (> 1,5 kp/cm2) se obtienen

resultados aceptables con los métodos de Webb y Schmertmann.

Fig. 10 Método de Schmertmann.

Parry ha sugerido que en arenas flojas (N < 15) y zapatas superficiales (D/B < 1)

de dimensiones moderadas (B <2,20 m) la presión admisible viene determinada

por condiciones de capacidad portante, mientras que en los demás casos

predominan las limitaciones de asientos. Según este autor resultaría

Siendo Nm el valor de N a una profundidad D + 3B/4 bajo la superficie del

terreno.

Para los demás casos propone

Siendo s el asiento en cm y B el lado de la zapata en m. 

Para diversas compacidades de arena, la relación entre el cociente del asiento y

la presión y el ancho de la cimentación.

Resumen de diversos criterios y resultados experimentales de asientos de zaptas

de arena.

Se ha intentado frecuentemente relacionar los asientos de placas de ensayo con

los de cimentaciones reales. La ley empírica más antigua es la propuesta por

Terzaghi:

Que expresa la relación entre el asiento s0 de una placa de 0,30 x 0,30 m2 y el

de una cimentación de ancho B para la misma presión unitaria. La fórmula puede

generalizarse para una placa de lado cualquiera B0:

Como puede verse, para B x, S — 4 so, estableciendo un límite a ¡os posibles

asientos. Sin embargo, las experiencias posteriores han demostrado que tal límite

es improbable y que los asientos aumentan con el tamaño de la cimentación

según leyes de tipo parabólico. En la fig. 2.26 se resumen algunas de estas

recomendaciones.

Relación entre el asentamiento y las dimensiones de la superficie cargada según

datos recogidos de casos reales.

2. APLICACIÓN DEL ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR EN LA

DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DE SUELOS

GRANULARES

En el presente artículo se plantean los aspectos generales del ensayo de

penetración estándar (SPT por sus siglas en inglés), en términos de la

descripción de su ejecución basada en las especificaciones vigentes. Luego se

presentan las correlaciones existentes que permiten obtener parámetros de

resistencia en suelos granulares, se presenta un ejemplo de aplicación de las

mismas para una perforación en particular, finalmente las respectivas

recomendaciones y limitaciones del ensayo.

Aplicaciones y correlaciones

El ensayo SPT tiene su principal utilidad en la caracterización de suelos

granulares (arenas o gravas arenosas), en las que es muy difícil obtener

muestras inalteradas para ensayos de laboratorio.

Al estar su uso muy extendido y dispone de una gran experiencia geotécnica en

estas pruebas, se han planteado correlaciones entre el golpeo SPT y las

características de los suelos arenosos, así como con diversos aspectos de

cálculo y diseño geotécnico.

También existen correlaciones en el caso de que el terreno sea cohesivo, pero

al ser un ensayo prácticamente instantáneo, no se produce la disipación de los

incrementos de presiones intersticiales generados en estos suelos arcillosos

por efecto del golpeo, lo que claramente debe influir en el resultado de la

prueba.

Por ello, tradicionalmente se ha considerado que los resultados del ensayo SPT

(y por extensión, los de todos los penetrómetros dinámicos) en ensayos

cohesivos no resultan excesivamente fiables para la aplicación de

correlaciones. En la actualidad, este criterio está cuestionado, siendo cada vez

más aceptado que las pruebas penetrométricas pueden dar resultados

igualmente válidos en todo tipo de suelo. En cualquier caso, al margen de la

validez o existencia de correlaciones, el valor del golpeo obtenido en un ensayo

de penetración simple es un dato indicativo de la consistencia de un terreno

susceptible de su utilización para la caracterización o el diseño geotécnicos.

Cuando el terreno atravesado es grava, la cuchara normal no puede hincarse,

pues su zapata se dobla. Con frecuencia se sustituye por una puntaza maciza

de la misma sección (no normalizada). El ensayo SPT no proporciona entonces

muestra. El golpeo así obtenido debe corregirse dividiendo por un factor que se

considera del orden de 1'5.

Ejemplo de aplicación

A continuación se presentan los valores del Ncampo para una perforación

realizada para un proyecto de construcción de vivienda. A partir de esta

información se procederá a calcular los parámetros de resistencia con

las correlaciones y factores anteriores mencionados.

Perforación Profundidad m N1 N2 N3 N

CAMPO

No. g/pie g/pie g/pie g/pie

1 0 - 0,45 5 4 4 8

0,45 - 0,9 3 5 7 12

0,9 - 1,35 8 11 12 23

1,35 - 1,8 11 15 16 31

2,5 - 2,95 15 18 25 43

2,95 - 3,3 9 12 R R

Tabla 4. Valores del número de golpes para diferentes profundidades obtenidos

a partir del ensayo de campo. Fuente: propia

En la Tabla 4 se presentan los valores que se obtuvieron en campo a partir de

la perforación ejecutada; en la Tabla 1 se explica cómo se obtiene el valor del

Ncampo.

Con el Ncampo como valor de entrada, se procede a calcular los parámetros de

resistencia efectivos, en este caso ángulo de fricción y módulo de elasticidad.

PROFUNDIDA

D

Prof. Nivel

Freátic

o

N σ´VO CN N N70 N60

m prom

.

m g/pie KN/

m2

Pe ck

e t al

corregid

o

g/

pie

g/

pie

0,00 - 0,45 0,23 - 8 4,05 2,00 16,00 5 6

0,45 - 0,90 0,68 - 12 12,15 2,00 24,00 8 9

0,90 - 1,35 1,13 - 23 20,25 2,00 46,00 15 17

1,35 - 1,80 1,58 - 31 28,35 1,84 56,97 20 23

2,50 - 2,95 2,73 - 43 49,05 1,40 60,08 28 32

2,95 - 3,30 3,13 - R 56,25 1,30 R R R

Tabla 5. Ejemplo de cálculo de parámetros (parte 1). Fuente: propia

PROFUNDI

DAD

m

ÁNGULO DE FRICCIÓN (F)° Es(kPa)

Meyer

hof,

1965

Peck

1974

Schmert

m ann,

1975

Hatanak

a &

Uchida,

1996

Prome

dio

Bowle

s

1968

Schmert

m ann

1970

0,

00

- 0,45 31 31 29 35 30 14045

,5

9600,0

0,

45

- 0,90 34 32 33 39 32 17318

,2

14400,0

0,

90

- 1,35 43 37 39 46 38 26318

,2

27600,0

1,

35

- 1,80 48 39 42 49 41 30807

,6

34184,4

2,

50

- 2,95 49 40 45 50 46 32078

,8

36048,9

2,

95

- 3,30 - - - - - - -

            PROMED

IO

37 29734

,9

32611,1

Tabla 6. Ejemplo de cálculo de parámetros (parte 2). Fuente: propia

Para complementar el ejemplo de aplicación se presenta el

procedimiento detallado de cálculo de la primera fila.

Profundidad promedio:

Esfuerzo efectivo vertical:

Observación: para el cálculo del esfuerzo efectivo vertical se tomó un

peso unitario promedio de 18kN/m3, el cual se obtiene a partir de los

respectivos ensayos de laboratorio.

Corrección por profundidad

se toma 2.0

Corrección del N:

Valor de N para una energía del 70%:

Valor de N para una energía del 60%:

Observación: Para el cálculo del N para energías del 70% y del 60% se tuvo en

cuenta que el ensayo fue ejecutado en Colombia, por lo tanto, la energía de

referencia es el 45% como aparece en el numerador de las anteriores

expresiones, se procede a dividir por la energía que se desea obtener.

Angulo de fricción, Meyerhof:

Angulo de fricción, Peck:

Angulo de fricción, Hatanaka y Uchida:

Angulo de fricción, Schmertmann:

Módulo de Young, Bowles:

Módulo de Young, Schmertmann:

Observación: Para el cálculo del ángulo de fricción por las tres anteriores

metodologías, el valor de N60 se multiplica por el factor de corrección

por profundidad CN, para el ejemplo de la primera fila de la Tabla 6 es 2,0.

Observación: de acuerdo con las ecuaciones presentadas en la tabla 3, el suelo

con el que se trabajará es una arena normalmente consolidada para el caso de

la ecuación propuesta por Bowles, esto se concluye a partir de la caracterización

del suelo. El valor de N que se ingresa en las dos ecuaciones para el cálculo del

módulo de elasticidad es el N corregido que ya incluye el factor CN, que para el

ejemplo es 16 y se lleva a una energía del 55%, razón por la que se incluye

el factor (45/55). Finalmente se calculan los promedios para el ángulo de fricción

y para el módulo de elasticidad, como se muestra en la Tabla 6, es importante

aclarar que para el cálculo del promedio del módulo de Young se tuvo en cuenta

la discrepancia de los valores que se obtuvieron entre las diferentes ecuaciones.

En la gráfica 1 se muestra el comportamiento de las dos ecuaciones para

diferentes valores de N corregido.

Gráfica 1. Representación del módulo de elasticidad en función del N corregido

del SPT. Fuente: propia

Como se observa en la gráfica 1, para valores relativamente pequeños del

Ncorregido, el módulo de Young presenta variaciones significativas, a partir de

20 las dos ecuaciones comienzan a aproximarse y después de 60

comienzan nuevamente a divergir. Por lo tanto, para el cálculo de los

promedios se tomaron los resultados del N corregido entre este rango, de tal

forma que se obtuvieran unos promedios a partir de datos que no presentaran

mayor dispersión y obtener un valor representativo.

La metodología del SPT es bastante útil para la obtención de parámetros

geotécnicos de resistencia y deformabilidad en suelos granulares y en suelos

cohesivos, siendo esta más aproximada para el primer tipo de suelos.

Es necesario tener en cuenta que los parámetros que se calculan son

aproximados y útiles 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 ejemplo presentado en este artículo trata de reunir una metodología la cual

se puede programar fácilmente en una hoja de cálculo; para el caso de la

corrección por confinamiento se empleó una correlación y para el ángulo de

fricción cuatro, teniendo presente que existen más propuestas por otros autores

y que se pueden adicionar al ejemplo de cálculo.

IV. CONCLUSIONES

La resistencia de un suelo es el mayor esfuerzo al que puede ser sometido.

La geometría de la mayoría de los problemas geotécnicos es de tal manera

que prácticamente todo el suelo se encuentra en compresión.

Aun cuando el suelo pueda fallar debido a la aplicación de grandes esfuerzos

de compresión, el suelo falla realmente al corte.

Muchos problemas geotécnicos requieren de una evaluación de la resistencia

al corte del suelo, tales como: taludes, presas de tierra, fundaciones de

estructuras, muros de contención, etc.

V. RECOMENDACIONES

Saber interpretar el estudio geotécnico.

En todo Estudio de Mecánica de Suelos se deberá indicar el asentamiento

tolerable que se ha considerado para la edificación o estructura motivo del

estudio.

El Asentamiento Diferencial no debe ocasionar una distorsión angular mayor

que la indicada en la norma E - 050

En caso de suelos granulares el asentamiento diferencial, se puede estimar

como el 75% del asentamiento total.

En caso de tanques elevados y similares y/o estructuras especiales el

asentamiento tolerable no deberá superar el requerido para la correcta

operación de la estructura.

Emplear los parámetros geotécnicos establecidos en la norma de suelos y

cimentaciones en los cálculos.

Conocer la normativa actual que rige en nuestro país (NormaE.050)

VI. BIBLIOGRAFIA

TERZAGHI Y LA MECANICA DE SUELOS - Jorge E. Alva Hurtado, PhD

INTRODUCCIÓN A ALGUNAS PROPIEDADES FUNDAMENTALES DE LOS

SUELOS - Ing. Julio Roberto Nadeo.

DISEÑO de CIMENTACIONES Conceptos Teóricos y Aplicaciones Prácticas - Dr.

Jorge E. Alva Hurtado

CIMENTACIONES SOBRE ARENA Y LIMO NO PLASTICO - Enrique Vazquez

Vicente (Prof. Asoc. Universidad de Sevilla).

MANUAL DE MECANICA DE SUELOS Y CIMENTACIONES – Angel Muelas

Rodriguez.