balotario geotecnia

CURSO ESPECIAL DE TITULACIN EN INGENIERA CIVILMODALIDAD PRESENCIAL FILIAL CUSCO.MODULO I: Geotecnia.Pregunta 01.-Para el plano en planta de cimentaciones mostrado en la figura, se pide analizar la sensibilidad de los costos de cimentacin respecto de la profundidad de desplante y de la capacidad portante. Cada columna central tiene una seccin de 0.40m x 0.40m.1.61

1.1

1.4

1

1

Los parmetros mecnicos del suelo se muestran a continuacin:ParmetrosValorUnidad

g :1.80tn/m3

c :0.10tn/m2

f :25.00

Solucin.1 Clculo del volumen de movimiento de tierras y del concreto.LBA (m2)

Cimentacin 11.61.11.76

Cimentacin 2111

Cimentacin 311.41.4

Total4.16

Esponjamiento1.4

Volumen de movimiento de tierras por cada 10 cm de excavacin:

0.58m3

Ancho columna0.4

Largo columna0.4

Volumen de concreto por cada 10 cm de excavacin:

0.02m3

2 Clculo de la capacidad portante.

DATOS DE ENTRADA

Datos del suelo:Datos de forma de la cimentacin:

DatoValorUnidadDatoValorUnidad

C0.1Ton/mDf1.00m

f25B1.60m

g1.8Ton/mL1.10m

Tipo de falla:Correccin por excentricidad (Meyerhof):

TipoDatosValorUnidad

GeneralSIex0m

LocalNOey0m

Correccin por forma a f (Meyerhof):Datos de inclinacin de carga:

AplicarDatoValorUnidad

SINOb0

Factor de seguridad

DatoValorUnidad

FS3S/D

TeoraquqadmUnidad

Terzagui33.09511.032Ton/m

Meyerhof46.32115.440Ton/m

Vesic48.53516.178Ton/m

Si aumentamos la Df en 10 cm:TeoraquqadmUnidad




Si disminuimos la Df en 10 cm:TeoraquqadmUnidad




CONCLUSION: aumentando o disminuyendo Econmicamente?

Pregunta 02.-La Contralora ha estimado conveniente hacer una veedura a la obra de un hospital. Una de las primeras irregularidades encontradas es que la profundidad de desplante de todo el sistema de cimentacin no se halla sustentado por ningn clculo, siendo que dicha profundidad fue establecida en 1.60m en un estrato uniforme. El rea en planta de la cimentacin alcanza los 242m2 (50 zapatas de 2.20m x 2.20m) y se estima que el rea de concreto en las columnas representa el 10% de dicha rea. El costo del movimiento de tierras alcanza los S/.60 por metro cbico, as mismo, el costo de concreto esta por los S/.450 el metro cbico.ParmetrosValor para el proyectistaValor para el veedorUnidad

g :1.751.76tn/m3

c :0.001.0tn/m2

f :25.0025.00

Se desea conocer si hubo o no perjuicio econmico para el estado, y de haberlo, se pide cuantificarlos.Solucin.Calculo de la capacidad portante segn los datos del proyectista.DATOS DE ENTRADA



C0Ton/mDf1.60m

f25B2.20m

g1.75Ton/mL2.20m



GeneralSIex0m

LocalNOey0m



SINOb0

Factor de seguridad

DatoValorUnidad

FS3S/D

TeoraquqadmUnidad




Igualando la capacidad portante (19.441) para una altura menor con los datos del veedor.DATOS DE ENTRADA



C1Ton/mDf0.67m

f25B2.20m

g1.75Ton/mL2.20m



GeneralSIex0m

LocalNOey0m



SINOb0

Factor de seguridad

DatoValorUnidad

FS3S/D

TeoraquqadmUnidad




De manera que si se trata de un estrato uniforme, para la misma capacidad portante considerada se determina que sta podra ser de 0.67m, sin embargo sabemos que por norma la profundidad mnima de desplante es de 0.80m, de manera que existe un perjuicio econmico dado que al parecer se estableci una Df mayor a la requerida.Calculo del perjuicio econmico.rea de cimentacin242m2

% rea de columnas10%

Altura del proyectista1.6

Altura optima0.8

MetradoCosto UnitarioParcial

Exceso de excavacin193.66011616

Exceso en concreto19.364508712

Total20328

CONCLUSION

Pregunta 03.-La Contralora ha estimado conveniente hacer una veedura a la obra de un hospital. Una de las primeras irregularidades encontradas es que la profundidad de desplante de todo el sistema de cimentacin no se halla sustentado por ningn clculo. El rea en planta de la cimentacin alcanza los 431.20m2 (70 columnas de 2.20m x 2.80m) y se estima que el rea de concreto en las columnas representa el 12% de dicha rea. El costo del movimiento de tierras alcanza los S/.60 por metro cbico, as mismo, el costo de concreto esta por los S/.450 el metro cbico.ParmetrosValor para el proyectistaValor para el veedorUnidad

g :1.681.68tn/m3

c :0.010.01tn/m2

f :21.0012.00

Df1.601.60m

Se desea conocer si hubo o no perjuicio econmico para el estado, y de haberlo, se pide cuantificarlos.Solucin:Calculo de la capacidad portante con los datos del proyectista:DATOS DE ENTRADA



C0.01Ton/mDf1.60m

f21B2.20m

g1.68Ton/mL2.80m



GeneralSIex0m

LocalNOey0m



SINOb0

Factor de seguridad

DatoValorUnidad

FS3S/D

TeoraquqadmUnidad




Clculo de la nueva altura optimizada con los datos del veedor:DATOS DE ENTRADA



C0.01Ton/mDf4.78m

f12B2.20m

g1.68Ton/mL2.80m



GeneralSIex0m

LocalNOey0m



SINOb0

Factor de seguridad

DatoValorUnidad

FS3S/D

rea de cimentacin431.2m2

% rea de columnas12%

Altura del proyectista1.6

Altura optima4.78

MetradoCosto UnitarioParcial

Defecto de excavacin-1371.260(82,273.0)

Defecto en concreto-164.55450(74,045.7)

Total(156,318.6)

CONCLUSION

Pregunta 04.-El Municipio del Cusco planea construir un centro de salud en un terreno de su propiedad, el cual tienen una gran variabilidad en cuanto a la altura de nivel fretico. El municipio lo contrata para determinar la sensibilidad de la capacidad portante del suelo de fundacin para una zapata cuadrada de 2.50m x 2.50m, en distintos escenarios de nivel fretico. Los parmetros mecnicos del suelo del terreno de propiedad del municipio son:ParmetrosValor para el proyectistaUnidad

g :18kN/m3

c :50kPa

f :15

Df1.50m

Solucin:Escenario a) nivel fretico 3.00m por debajo del Df.:(JUSTO AL LIMITE DONDE AFECTA A LA CIMENTACION)

Escenario b) nivel fretico 1.00m por debajo del Df.:

Escenario c) nivel fretico 1.00m por encima del Df.:

Tabla resumen:DwqadmA%

33286?

2.53275?

0.53100?

CONCLUSIONPregunta 05.-El Municipio del Echarati planea construir un centro de salud en un terreno de su propiedad cercano al ro, el cual tienen una gran variabilidad en cuanto a la altura de nivel fretico. El municipio lo contrata para determinar la sensibilidad de la capacidad portante del suelo de fundacin para una zapata cuadrada de 2.50m x 2.50m, en distintos escenarios de nivel fretico. Los parmetros mecnicos del suelo del terreno de propiedad del municipio son:ParmetrosValor para el proyectistaUnidad

g :14kN/m3

c :0kPa

f :25

Df2.50m

Solucin:Escenario a) nivel fretico muy por debajo del Df.:

Escenario b) nivel fretico por encima del Df.:

Analisis: muy por debajo qa= 191kPa, por encima qa= 99kPa

CONCLUSION:

Pregunta 06.-Explique en forma analtica la importancia relativa y la correlacin de todas las variables que intervienen en el clculo del factor de seguridad de un talud por el mtodo simplificado de las dovelas.Solucin:Para un suelo puramente friccionante:

c2.84kN/m2

g16.3kN/m3

f14.6

DovelaAgWAnSen (An)Cos (An)bnDLnWn x sen AnWn x cos An

129.7316.3484.599500.7660.6437.3911.50371.22311.49

265.8216.31072.866380.6160.7887.399.38660.52845.43

355.2816.3901.064260.4380.8997.398.22395.00809.87

458.4816.3953.224160.2760.9617.397.69262.74916.30

559.8416.3975.392-6-0.1050.9957.397.43-101.96970.05

44.221587.543853.14

FS0.71

CONCLUSIONSUELO GRANULAR

Para un suelo puramente cohesivo:c40kN/m2

g16.3kN/m3

f1

DovelaAgWAnSen (An)Cos (An)bnDLnWn x sen AnWn x cos An

129.7316.3484.599500.7660.6437.3911.50371.22311.49

265.8216.31072.866380.6160.7887.399.38660.52845.43

355.2816.3901.064260.4380.8997.398.22395.00809.87

458.4816.3953.224160.2760.9617.397.69262.74916.30

559.8416.3975.392-6-0.1050.9957.397.43-101.96970.05

44.221587.543853.14

FS1.16

CONCLUSION ---SUELO ARCILLOSO COMPACTDO

Pregunta 07.-Una cimentacin cuadrada soporta actualmente una carga de 30 toneladas producto de una tribuna del estadio de Challhuahuacho. Los clculos originales se hicieron tomando en cuenta los siguientes parmetros:ParmetrosValores originales para el clculoUnidad

g :1.70tn/m3

c :0tn/m2

f :23.00

Df1.0m

B1.80m

FS3

TeoraTerzaghi

Teniendo en cuenta que la cimentacin del estadio ya est construida, el alcalde le pide evaluar la posibilidad de techar el estadio, siendo que esto le provocar a la cimentacin una carga adicional de 15 toneladas. Se pide que redacte sus conclusiones y recomendaciones al respecto.Solucin:Calculo de la capacidad portante original:DATOS DE ENTRADA



C0Ton/mDf1.00m

f23B1.80m

g1.7Ton/mL1.80m



GeneralSIex0m

LocalNOey0m



SINOb0

Factor de seguridad

DatoValorUnidad

FS3S/D

TeoraquqadmUnidadPadm

Terzagui23.3139.471Ton/m30.7Tn



Calculo del nuevo factor de seguridad por Terzaghi:DATOS DE ENTRADA



C0Ton/mDf1.00m

f23B1.80m

g1.7Ton/mL1.80m



GeneralSIex0m

LocalNOey0m



SINOb0

Factor de seguridad

DatoValorUnidad

FS1.9S/D



Meyerhof32.50517.296Ton/m56.0Tn

Vesic35.60618.945Ton/m61.4Tn

Calculo del factor de seguridad Vesic:DATOS DE ENTRADA



C0Ton/mDf1.00m

f23B1.80m

g1.7Ton/mL1.80m



GeneralSIex0m

LocalNOey0m



SINOb0

Factor de seguridad

DatoValorUnidad

FS2.5S/D



Meyerhof32.50512.877Ton/m41.7Tn

Vesic35.60614.105Ton/m45.7Tn

CONCLUSION

Pregunta 08.-Una de las cimentaciones del centro de salud de Livitaca que alberga un quirfano, ha mostrado un asentamiento en su superestructura mayor al esperado. Los resultados de una prueba de carga con placa se muestran en la siguiente figura. El tamao de la placa es de 0.305 m x 0.305 m. Se pide determinar el tamao mnimo que debi tener la zapata cuadrada para soportar la carga de 2500 kN con un asentamiento mximo de 23 mm. Nota: actualmente la zapata cuadrada tiene un ancho de 2.80m y esta sobre un suelo arenoso.

Solucin:

CONCLUSION

Pregunta 09.-Para el diseo de una cimentacin se ha obtenido la carta de diseo que se muestra continuacin. Se pide hallar el ancho mnimo B de la zapata para una columnas tipo, una que deber resistir una carga puntual de 300k y cuyos asentamientos mximos permisibles son:a) Asentamiento total: 0.75 ()b) Asentamiento diferencial: 0.6 (D)Solucin.Para la carga 300k.

Paso 1.- Ancho mnimo para que resista la carga: 5.3 pies.Paso 2.- Ancho mnimo para el asentamiento total permitido (): 6.0 piesPaso 3.- Ancho mnimo para el asentamiento diferencial permitido (D):D/ = 0.5 --> Da = 0.5 x 0.75 = 0.38Pregunta: D>Da? 0.30 > 0.60?Respuesta no --> ancho B mayor de los dos hallados queda.Respuesta si --> recalcular aRpta: B = 5.8 pies.

CONCLUSION

Pregunta 10.-El propietario de un edificio que transfera al suelo una presin de 100 kN/m2 a travs de un edificio de un piso, decide aumentar 9 pisos ms de similar magnitud. Al consultar a un ingeniero civil sobre si podra hacer dicha construccin sin preocuparse, el ingeniero le autoriza la construccin ya que segn su experiencia no podra pasar nada malo.Transcurridos dos aos luego de terminado de construir el ltimo piso, se ha percatado de que la cochera del edificio que daba exactamente el nivel de la calle ahora est treinta centmetros por debajo y que los vehculos no ingresan sino con una rampa de madera.A continuacin se reproduce el reporte de laboratorio de un ensayo de consolidacin unidimensional ordenado por un ingeniero perito, el cual sospecha que la capa que se est asentando tiene una altura de cuatro metros.Peso seco de la muestra: 128 g.Altura inicial del espcimen: 2.54 cm.Gravedad especfica de la muestra: 2.75.rea del espcimen al iniciar la prueba: 30.68 cm2

Presin efectiva (kN/m2)Altura del espcimen luego de la consolidacin(cm)

02.540

502.488

1002.465

2002.431

4002.389

8002.324

16002.225

32002.115

El propietario desea saber y ste fenmeno de hundimiento uniforme del edificio continuar, y si tiene que entablar una demanda por daos y perjuicios al ingeniero que le recomend hacer la construccin sin ningn estudio.Solucin:

CONCLUSION

Pregunta 11.-Se desea conocer si la zapata propuesta en la figura cumple con asentamiento total permisible de 20 mm.

Solucin:

259+37259+16

Pregunta 12.-Suponga que es usted el supervisor de la carretera Cusco Paruro, en cierto tramo se ha realizado el control de calidad de la compactacin de la sub rasante y se obtienen los siguientes resultados:1) Resultados del ensayo de compactacin en el laboratorio (previo a la construccin del tramo). expedienteContenido de humedad (%)Peso unitario seco d (kN/m3)

1216.34

1416.93

1617.24

1817.20

2016.75

2216.23

2) Resultados del ensayo de cono de arena en cinco puntos distintos durante la construccin de la carretera (Gravedad especfica de los slidos Gs = 2.72). ejecucinN PuntoContenido de humedad (%)Densidad Hmeda (kN/m3)

115.22055

216.42060

317.21971

418.81980

521.12104

Adems las especificaciones del proyecto ordenan que el grado de compactacin debe alcanzar el 95% de la mxima densidad seca y que la tolerancia en el contenido de humedad ptimo es de 2%. Se le pide que, como supervisor de la obra, emita el informe respectivo.

Solucin.-Sabiendo que: , podemos preparar la siguiente tabla a fin de trazar la lnea de cero vacos.

Contenido de humedad (%)Peso unitario seco zav (kN/m3)

1220.12

1419.33

1618.59

1817.91

2017.28

2216.70

Para los resultados de los puntos de control podemos preparar la siguiente tabla, sabiendo que:

N PuntoContenido de humedad (%)Densidad Hmeda (kN/m3)Densidad Seca d (kN/m3)

115.2205517.5

216.4206017.36

317.2197116.51

418.8198016.35

521.1210418.41

Luego, podemos entonces graficar los puntos de d, zav y :

En la grfica observamos que dmax = 17.4 kN/m3 y opt = 16.8% de manera que el 95% de gd ser igual a 16.54 kN/m3 y la tolerancia de la humedad estar entre 14.8% y 18.8%.

As mismo podemos observar que los puntos numerados del 1 al 5 y con marca triangular son los resultados del control de calidad en campo.

Informe del supervisor.

Pregunta 13.-

Arena seca ser descargada de un camin. Las propiedades de la arena son y . Determine mximo ngulo del talud de la arena en tres estados distintos: a) estado seco b) saturado sin infiltracin y c) en estado saturado y con infiltracin que ocurre paralela al talud. Comente sus resultados.Solucin

a) Mximo ngulo en condicin seca: b) El valor de no esta significativamente afectado si el suelo est saturado, por lo tanto: c) El talud mximo en condicin de infiltracin paralela al talud ser:

Pregunta 14.-En una obra del gobierno regional, una trinchera fue excavada en un talud de arcilla (vase la figura). Cuando la trinchera alcanz una profundidad de 1.90 m, la excavacin fue paralizada. Al reiniciar la excavacin, la parte superior del talud de arcilla fall repentinamente al llegar a 2.0 m de profundidad, tapando la trinchera e hiriendo a los trabajadores. Durante la investigacin del hecho por parte de contralora para determinar la responsabilidad del residente de obra o del proyectista, se observ un plano de falla aproximadamente paralelo a la superficie del talud. Se pide a) determinar la resistencia cortante no drenada de dicha arcilla para compararla con la determinada por el expediente tcnico del proyectista que fue de 18 kPa; b) A quin responsabilizar contralora, al residente o al proyectista?

Solucina) Como la falla ocurri, entonces alrededor de uno, FS = 1

b) Pregunta 15.-Defina los conceptos de presin de consolidacin, consolidacin normal y sobreconsolidacin.Solucin.- Los suelos tienen una memoria geolgica. La presin mxima a la cual ha sido sometido un suelo es toda su historia se denomina presin de preconsolidacin. Cuando el suelo experimenta una presin mucho mayor que en su historia, la estructura del suelo se rompe. Existe una zona el grfico de consolidacin denominada curva virgen de compresin. Un suelo normalmente consolidado es aquel al cual se le aplica una presin aproximadamente igual a la presin de preconsolidacin. Si tenemos un suelo cuya presin de preconsolidacin en mayor que la presin actuante entonces se denomina suelo sobreconsolidado. Existe una forma numrica de expresar el nivel de consolidacin de un suelo, este se denomina ratio de sobreconsolidacin.

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