diseño geotecnico de cimentacion para los edificios de departamentos de interes social ipn

7/28/2019 Diseo Geotecnico de Cimentacion para los edificios de departamentos de interes social IPN

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IINNSSTTIITTUUTTOO PPOOLLIITTCCNNIICCOO NNAACCIIOONNAALL

Escuela Superior de Ingeniera y Arquitectura"Unidad Zacatenco

TESIS

DISEO GEOTCNICO DE CIMENTACINPARA LOS EDIFICIOS DE DEPARTAMENTOS DE INTERS SOCIAL,

UBICADO EN CALLE ANDRS MOLINA ENRQUEZ NO.4250,COLONIAASTURIAS;DELEGACIN IZTACALCO,MXICO D.F.

Integrantes:

Juan Carlos Gonzlez RosasPedro Omar Lpez Espinoza

Septiembre-2006


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INSTITUTO POLITCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA Y ARQUITECTURA

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DISEO GEOTCNICO DE CIMENTACIN PARA LOS EDIFICIOSDE DEPARTAMENTOS DE INTERS SOCIAL, UBICADO ENCALLE ANDRS MOLINA ENRQUEZ No. 4250, COLONIA

ASTURIAS; DELEGACIN IZTACALCO, MXICO D.F.

OBJETIVOS

1. Diseo geotcnico de la propuesta de cimentacin que mejor interacte conel suelo de apoyo y la estructura en proyecto.

ALCANCES

1. Definir el comportamiento mecnico del suelo en el sitio de estudio pormedio de los trabajos de mecnica de suelos necesarios.

2. Determinar la configuracin estratigrfica del suelo en el sitio.

3. Diseo geotcnico de la propuestas de cimentacin de acuerdo a lasNTCDCC. (Normas Tcnicas Complementarias de Diseo y Construccinde Cimentaciones) y al RCDF (Reglamento de Construcciones del DistritoFederal).


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NDICE

1. INTRODUCCIN 6

2. ANTECEDENTES 7

2.1. DESCRIPCINDELPROYECTO 72.2. SITIODEESTUDIO 72.2.1. UBICACIN 72.2.2. ZONIFICACIN GEOTCNICA DEL DISTRITO FEDERAL. 72.2.3. GEOLOGA 92.2.4. COMPORTAMIENTO SSMICO 92.2.5. HUNDIMIENTOS REGIONALES 92.3. FORMADETRABAJODELAESTRUCTURA 102.3.1. ARQUITECTNICO 102.3.2. ESTRUCTURAL 102.4. SOLICITACIONESDEDISEO 102.4.1. CARGAS 102.4.2. COMBINACIONES 10

CAPTULO I. TRABAJOS DE EXPLORACIN DEL SUELO 11

I.1. CONCEPTOSGENERALES 11I.1.1. PROCEDIMIENTOS DE EXPLORACIN Y MUESTREO DE SUELOS Y ROCAS 11I.1.1.1. Etapas de los trabajos de campo 12I.1.1.2. Etapa de exploracin preliminar 12I.1.1.3. Muestreo final y pruebas de campo 12I.1.2. TRABAJOS PRELIMINARES DE CAMPO 12I.1.3. ETAPA DE MUESTREO FINAL 13I.1.4. MUESTREO DE ROCAS 14I.1.4.1. ndice de calidad de la roca 15I.1.4.2. Sondeos con medicin de la velocidad de perforacin 15I.1.5. MUESTREO DE SUELOS 16I.1.5.1. Obtencin de muestras representativas 16I.1.5.2. Mtodos de muestreo alterado 17

A. Pozos a cielo abierto 17B. Herramientas manuales 17C. Perforacin con chifln y ademe 18D. Prueba de penetracin dinmica estndar 19E. Prueba de penetracin estndar en arenas 21F. Prueba de penetracin estndar en arcillas 22G. Penetracin estndar en suelos limosos, parcialmente saturados 23H. Prueba de penetracin esttica 23I.1.5.3. Mtodos de muestreo inalterado 29


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A. Pozos a cielo abierto 30B. Muestreo inalterado de suelos finos cohesivos 31C. Tubo de pared delgada (tubo Shelby) 31D. Muestreador de doble tubo 33E. Barril muestreador Denison 34I.2. DESCRIPCINDELOSTRABAJOSDEEXPLORACIN 36

I.2.1. NMERO DE SONDEOS PROFUNDIDAD Y TIPO 36I.2.2. MUESTREO Y TRATAMIENTO DE LAS MUESTRAS 36

CAPITULO II. PRUEBAS DE LABORATORIO 37

II.1. CONCEPTOSGENERALES 37II.1.1. MTODOS DE IDENTIFICACIN DE SUELOS EN EL CAMPO 37II.1.1.1. Identificacin en campo de suelos gruesos 37II.1.1.2. Identificacin de campo de suelos finos 37

A. Dilatancia 38B. Tenacidad 38

C. Resistencia en estado seco 39D. Color 39E. Olor 40II.1.2. PRUEBAS NDICE 40II.1.2.1. Contenido de humedad 40II.1.2.2. Densidad de slidos 41II.1.2.3. Peso especfico de la muestra 43II.1.3. SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIN DE SUELOS (S.U.C.S) 43II.1.3.1. Suelos gruesos 44II.1.3.2. Suelos finos 45II.1.4. PRUEBAS MECNICAS 48II.1.4.1. Esfuerzo simple 48

II.1.4.2. Triaxial rpido para suelo no cohesivo 49II.1.4.3. Triaxial para suelo cohesivo 53II.1.4.4. Consolidacin 55II.2. ENSAYESDELABORATORIO 56

CAPITULO III. DEFINICIN DEL MODELO MECNICO DEL SUELO 57

III.1. CONFIGURACINESTRATIGRFICA 57III.2. DEFINICINDEPROPIEDADES 58III.3. PRESIONESHIDROSTTICAS 58

CAPITULO IV. DISEO GEOTCNICO 58

IV.1. DESCRIPCINDELMODELOMECNICO 58IV.2. CAPACIDADDECARGAADMISIBLEACONDICINESTTICA 59IV.3. REVISINALESTADOLMITEDEFALLAACONDICINESTTICA 59IV.4. CAPACIDADDECARGAADMISIBLEACONDICINDINMICA 60IV.5. REVISINALESTADOLMITEDEFALLAACONDICINDINMICA 61


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IV.6. REVISINALESTADOLMITEDESERVICIO 61IV.6.1. ANLISIS DE ASENTAMIENTOS 61IV.6.2. ANLISIS GEOTCNICO DE LA EXCAVACIN 62IV.6.2.1. Revisin de falla de fondo general 62IV.6.2.2. Revisin de falla de fondo por subpresin 64

CAPITULO V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 66

APNDICES 68

A.1. LOCALIZACIN 68A.2. ZONIFICACINSSMICADELVALLEDEMXICO 69A.3. REGIONALIZACINSSMICADELAREPBLICAMEXICANA 70A.4. PLANTADECONJUNTO 71A.5. PLANOSCUERPO1 72

A.5.1. PLANTATIPO,CUERPO1 72A.5.2. IDENTIFICACINDECONTRATRABES 73A.5.3. REASTRIBUTARIAS 74A.5.4. LONGITUDDECONTRATRABES 75A.5.5. COORDENADASDECONTRATRABES 76A.5.6. GEOMETRADELACIMENTACIN 77A.6. PLANOSCUERPO2 78A.6.1. PLANTATIPO,CUERPO2 78A.6.2. IDENTIFICACINDECONTRATRABES 79A.6.3. REASTRIBUTARIAS 80A.6.4. LONGITUDDECONTRATRABES 81A.6.5. COORDENADASDECONTRATRABES 82

A.6.6. GEOMETRADELACIMENTACIN 83A.7. PLANOSCOMBINACINESTTICA 84A.7.1. CUERPO1 84A.7.2. CUERPO2 85A.8. PLANOSCOMBINACINDINMICA 86A.8.1. CUERPO1 86A.8.2. CUERPO2 88B.1. BAJADADECARGAS 90B.2. ENSAYESDELABORATORIO 93B.3. CAPACIDADDECARGASYREVISINALESTADOLMITEDEFALLAACONDICINESTTICA 97B.3.1. CUERPO1 97

B.3.2. CUERPO2 98B.4. CAPACIDADDECARGASYREVISINALESTADOLMITEDEFALLAACONDICINDINMICA 99B.4.1. CUERPO1 99B.4.2. CUERPO2 100B.5. GRFICACAPACIDADDECARGAPROFUNDIDADDEDESPLANTE 101B.5.1. CONDICINESTTICACUERPO1Y2 101B.5.2. CONDICINDINMICACUERPO1Y2 102B.6. CLCULODEASENTAMIENTOSALCENTROGEOMTRICO 103


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B.6.1. CUERPO1 103B.6.2. CUERPO2 103B.7. CONFIGURACINESTRATIGRFICA 104

BIBLIOGRAFA 105


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1. INTRODUCCIN

El crecimiento demogrfico que se suscita ao con ao en la Ciudad de Mxico,conlleva a una serie de necesidades y satisfactores de bienestar social.

Una de estas necesidades primordiales es la referente a la vivienda, la cual nosolamente debe de ser un refugio para la intemperie (como antao), sino que debede ser un lugar integral para el desarrollo de la familia, y debe adems cumplir conlos servicios necesarios que en nuestra calidad de seres humanos requerimos.

Una de las funciones del ingeniero civil es garantizar que las viviendas cumplancon una seguridad estructural, y funcionalidad a corto, mediano y largo plazo.

El presente trabajo se enfoca a desarrollar una propuesta que permita unaadecuada interaccin suelo-cimentacin-estructura (enfocado a la vivienda).

El tipo de vivienda en especfico, es un conjunto de dos edificaciones de seisniveles de altura cada una. Desplantadas sobre cimentaciones independientes,dichas edificaciones presentan diferente arreglo arquitectnico.


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2. ANTECEDENTES

2.1. DESCRIPCIN DEL PROYECTO

Se llevo acabo un estudio de mecnica de suelos en el sitio donde se ha

proyectado desplantar dos estructuras de seis niveles dichas estructuras serndepartamentos de vivienda de inters social. El sitio exacto de la ubicacin delpredio donde se construirn estos departamentos es: Calle Andrs MolinaEnrquez N. 4250, en la Colonia Asturias, dentro de la Delegacin Iztacalco,Mxico D.F. Ver figura de croquis de localizacin en anexos (A.1).

2.2. SITIO DE ESTUDIO

2.2.1. Ubicacin

El predio en estudio se localiza en la cuenca central del valle de Mxico. Ubicado

en Calle Andrs Molina Enrquez N. 4250, Colonia Asturias, dentro de laDelegacin Iztacalco, Mxico D.F. El terreno mencionado ocupa una superficie de294.88 m2. El terreno en estudio presenta las siguientes colindancias; al norte conuna unidad habitacional que consta de edificios de 5 niveles, al sur y oriente concasas habitacin de uno y dos niveles respectivamente, y finalmente al ponientecon calle Andrs Molina Enrquez.

2.2.2. Zonificacin Geotcnica del Distrito Federal.

Con informacin estratigrfica y de propiedades ndice se propuso hace treintaaos una Zonificacin Geotcnica en la que los terrenos urbanizados en esa

poca se asignaron a tres zonas: lomas, transicin y lago. Estos trminos secambiaron por los de Zonas I, II y III en el Reglamento de Construcciones delDistrito Federal y se agreg una zona IV para cubrir la expansin de la manchaurbana hacia zonas prcticamente inexploradas desde el punto de vistageotcnico, segn aclaran las disposiciones reglamentarias, el plano dezonificacin no tiene otro objetivo que servir de referencia a las normas sobreseguridad estructural de las edificaciones. Los sondeos que el reglamentodemanda como mnimo para explorar el subsuelo, son las bases para que elproyectista identifique la zona a la que pertenece el predio en estudio, aplicandolos criterios que al respecto establece la misma norma regulatoria.

A continuacin se explicar en forma breve la Zonificacin Geotcnica de laCiudad de Mxico propuesta por el Reglamento del D.F. para el mayorentendimiento de su composicin geolgica.

Zona l (Lomas)La zona de lomas incluye las faldas de la sierra de Guadalupe, la sierra de lascruces y se adicionan las partes altas de los cerros del pen de los baos, pendel marqus y el cerro de la estrella. Est formada por suelos areno-limosos


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compactos (tobas), de alta capacidad de carga y baja deformabilidad, se incluyenlos derrames de basalto del pedregal.

En esta zona se han detectado varios tipos de suelos que se pueden clasificar enseis grupos atendiendo a los problemas de cimentacin y se describen a

continuacin:a) Tobas estables ante la accin erosiva del agua.b) Tobas inestables bajo la accin erosiva del agua.c) Suelos pumticos.d) Rellenos.e) Suelos de origen elico.f) Roca basltica.

Zona II (Transicin)En esta zona es donde ocurren los cambios ms notables en la estratigrafa, seencuentran superficialmente depsitos de arcilla o limo orgnico de la formacinbecerra, cubriendo a estratos de arcilla muy compresible intercalados con lentesde arena, los cuales descansan sobre potentes mantos de arena y grava.

a) Transicin Alta.Es la subzona de transicin ms prxima a las lomas, presenta irregularidadesestratigrafas debido a los depsitos aluviales cruzados; la frecuencia y disposicinde estos depsitos depende de la cercana a antiguas barrancas.

Bajo estos materiales se encuentran estratos arcillosos que sobreyacen a losdepsitos propios de las lomas.

b) Transicin Baja.Corresponde a la transicin vecina a la zona del lago; aqu se encuentra la seriearcillosa superior con intercalaciones de estratos limo-arenosos de origen aluvial,que se depositaron durante las regresiones del antiguo lago. Este proceso dioorigen a una estratigrafa compleja, donde los espesores y propiedades de losmateriales pueden tener variaciones importantes en cortas distancias,dependiendo de la ubicacin del sitio en estudio respecto a las corrientes deantiguos ros y barrancas. Por lo anterior, puede decirse que las caractersticasestratigrficas de la parte superior de la transicin baja son similares a la subzonade Lago Centro y/ Centro II.

Zona III (Lago)Los depsitos de la planicie del Valle de Mxico son los que comnmente seconocen como zona de lago. Hay que sealar que ello es vlido y correcto enciertos tiempos geolgicos con condiciones climticas que propiciaban laexistencia de un lago.

En la cuenca cerrada poda existir un lago cuando las lluvias superaban la evapo-transpiracin, el que desapareca cuando esta superaba a las lluvias. Esta zona se


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caracteriza por los grandes espesores de arcillas blandas de alta compresibilidad,que subyacen a una costra superficial de espesor variable en cada sitio,dependiendo de la localizacin e historia de cargas. Por ello, la zona del lago seha dividido en tres subzonas atendiendo a la importancia relativa de dos factoresindependientes:

a) El espesor y propiedades de la costra superficial.b) La consolidacin inducida en cada sitio.

El predio en estudio se encuentra ubicado en la zona conocida como Zonade Lago, de acuerdo a la Zonificacin Geotcnica de la cuenca del Valle deMxico, propuesta por el reglamento de construcciones del Distrito Federal.Ver croquis en anexo de Zonificacin Ssmica (A.2). El coeficiente ssmico dela regin es de 0.40.

2.2.3. Geologa

La cuenca de Mxico est limitada por grandes sierras formadas por la granactividad volcnica del terciario superior y el cuaternario y constituye un gran vasonatural azolvado en el que se depositaron los productos de la erosin derivados delas dos grandes sierras y la sierra de Pachuca, que se eleva en el lmite superiordel vaso, as como los numerosos volcanes del sur, antes del pleistoceno el valledrenaba hacia el sur, hacia el amacuzac, por dos profundas caadas que pasabanpor Cuautla y Cuernavaca.

A fines del plioceno se producen fracturas orientadas predominantemente endireccin Oeste-Este, en la zona de puebla y al sur de Toluca, por las que tuvieronacceso grandes efusiones de basalto que formaron la Sierra de Chichinautzin enel cuaternario; de acuerdo con mediciones paleomagmticas, las masivaserupciones ocurrieron en los ltimos 700,000 aos.

2.2.4. Comportamiento Ssmico

De acuerdo a la regionalizacin ssmica de la Repblica Mexicana propuesta porla Comisin Federal de Electricidad, la Ciudad de Mxico se ubica dentro de laZona Ssmica B. Ver anexo (A.3); y conforme a los resultados obtenidos por laexploracin realizada hasta los 20 m de profundidad del suelo en el sitio puedeclasificarse como del tipo I, por lo que para efectos de diseo por sismo, se deberutilizar un coeficiente ssmico de 0.40 antes mencionado.

2.2.5. Hundimientos Regionales

Las estructuras vecinas que colindan al sur y este con el predio en estudio estnconformadas por casas habitacin de uno y dos niveles, las cuales aparentementeestn solucionadas a base de losas macizas y muros de carga, estas nopresentan problemas de forma visible en su comportamiento mecnico, en tantoque las estructuras de la unidad habitacional que es la colindancia al norte,


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presentan agrietamientos en sus muros de carga aparentemente debidos a losasentamientos diferenciales sufridos por su cimentacin, de la informacinobtenida del pozo a cielo abierto realizado en el sitio, la construccin al norte delpredio en estudio consta de una cimentacin superficial a base de cimientos demampostera , aparentemente las estructuras que colindan al norte y poniente del

predio poseen el mismo sistema de cimentacin.2.3. FORMA DE TRABAJO DE LA ESTRUCTURA

2.3.1. Arquitectnico

Se trata de una unidad habitacional conformada por dos cuerpos de edificios deseis niveles, con plantas tipo y destinadas a vivienda; por proyecto las estructurasocuparan aproximadamente el 60% del rea total y tendrn claros de entre piso de2.50 m. Ver anexo planta de conjunto (A.4). De acuerdo el reglamento deconstrucciones del D.F. las estructuras se clasifican como tipo B.

2.3.2. Estructural

Estructuralmente los edificios estn solucionados por losas macizas de concretoarmado apoyadas sobre marcos rgidos de concreto armado y muros de carga detabique rojo recocido confinados con elementos estructurales de refuerzo trabes ycastillos de concreto armado en todas las plantas tipo, por los cuales se transmitenlas cargas de la estructura al nivel de cimentacin.

2.4. SOLICITACIONES DE DISEO

2.4.1. Cargas

Se utilizarn los datos proporcionados por el estructurista obtenidos de la corridade la bajada de cargas.Ver anexo, bajada de cargas (B.1).

2.4.2. Combinaciones

Estas se encuentran en el anexo de la bajada de cargas del anlisis estructural.


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CAPTULO I. TRABAJOS DE EXPLORACIN DEL SUELO

I.1. CONCEPTOS GENERALES

I.1.1. Procedimientos de exploracin y muestreo de suelos y rocas

En este captulo se describen las tcnicas ms comnmente empleadas en elcampo para obtener la informacin bsica necesaria para realizar el estudiogeotcnico del sitio de una cimentacin.

Los trabajos de campo constituyen el inicio del estudio geotcnico en el cual serequiere conocer la estratigrafa y las propiedades mecnicas de los suelos y lasrocas del sitio. Este conocimiento se obtiene mediante trabajos de exploracingeolgica superficial complementados por la obtencin de muestrasrepresentativas de los diferentes estratos de suelos y rocas que forman elsubsuelo del lugar. La inspeccin y clasificacin de las muestras permite definir la

secuencia que guardan dichos estratos y su espesor (estratigrafa). El anlisiscualitativo y cuantitativo de las muestras, en el laboratorio, suministra lainformacin necesaria para definir las caractersticas de granulometra, plasticidady contenido de agua, as como las propiedades mecnicas que incluyen: laresistencia al corte, la deformabilidad y la permeabilidad de cada estrato. Enconjunto, esta informacin constituye la base de los anlisis geotcnicosposteriores que fundamentan las decisiones prcticas del Ingeniero. Por ello,parafraseando al Profesor Arthur Casagrande, se puede afirmar que: "La calidadde las conclusiones prcticas de un estudio geotcnico no podr ser nunca mejorque la calidad de las muestras de suelos o rocas y de la informacin obtenida delos estudios de campo en que se basa".

Debe entenderse que el concepto de calidad de la informacin geotcnica decampo comprende, no solamente, la confiabilidad de los datos obtenidos, sinotambin la amplitud y profundidad del estudio, que deben ser suficientes paradefinir con claridad los problemas a resolver y para cuantificar, con precisinadecuada, las alternativas de soluciones prcticas aplicables a cada problemaidentificado en el estudio. Esto implica, necesariamente, una cantidad mnimaindispensable de informacin pertinente y detallada, de alta confiabilidad, lo queconlleva la necesidad de que los trabajos de muestreo sean siempre realizadospor personal competente y bajo la supervisin responsable de un IngenieroGeotcnico.

Generalmente, el monto de los estudios de campo representa una proporcinimportante del costo total de un estudio geotcnico y, lgicamente, es la primeraen ser sacrificada en aras de una oferta ms atractiva. Esta natural actitudconduce, frecuentemente, a una informacin geotcnica inadecuada e insuficientey, por lo tanto, a un inevitable sacrificio de la calidad de las conclusiones prcticasdel estudio, que se traduce, finalmente, en soluciones de diseo y construccinconservadoras, en el mejor de los casos, o inseguras en el peor, pero que en


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cualquiera de los casos implican, para la obra, un costo adicional escondido, amenudo muchas veces mayor que el ahorro obtenido en un estudio geotcnicoinadecuado e insuficiente.

I.1.1.1. Etapas de los trabajos de campo

En el caso ms general, los trabajos de campo de un estudio geotcnicocomprenden dos etapas, cada una de las cuales cumple un objetivo especfico;stas son:

Exploracin y muestreo preliminar.Muestreo final y pruebas de campo.

I.1.1.2. Etapa de exploracin preliminar

Su objetivo es obtener en el campo la informacin que permita determinar lascaractersticas geotcnicas de las rocas o los suelos que constituyen el sitioexplorado; tales caractersticas son:

Origen y clasificacin geolgica de suelos y rocas Secuencia de los estratos o capas de suelo o roca (estratigrafa) Clasificacin geotcnica de los materiales de cada estrato Estructura y consistencia natural de los materiales de cada estrato Posicin del nivel fretico.

La informacin obtenida de esta primera etapa del estudio es la base para plantearalternativas preliminares del diseo y construccin de la cimentacin.

I.1.1.3. Muestreo final y pruebas de campo

Con base en los planteamientos de alternativas preliminares, se puede definir lainformacin de campo y laboratorio adicional necesaria para determinar laspropiedades mecnicas de cada estrato, que sern la base del anlisis cuantitativodel diseo definitivo ptimo. Esta informacin adicional podr requerir la obtencinde muestras inalteradas del subsuelo y/o la ejecucin de pruebas de campo, queforman parte de la etapa final de los estudios de campo.

I.1.2. Trabajos preliminares de campo

Las actividades comnmente desarrolladas durante la etapa de los estudios decampo preliminares son:

1. Recopilacin de informacin geolgica y geotcnica existente del sitio enestudio. Planos topogrficos y planos del proyecto preliminar. En algunospases se dispone de cartas geolgicas publicadas por institucionesgubernamentales. En Mxico, el Instituto Nacional de Estadstica Geografa


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e Informtica (INEGI) dispone de cartas geolgicas y de fotografas areas.Existen tambin datos geotcnicos de algunas ciudades publicados por laSociedad Mexicana de Mecnica de Suelos.

2. Inspeccin del sitio por el Ingeniero Geotcnico encargado del estudio

acompaado de un Ingeniero Gelogo Asesor, para verificar y ampliar lainformacin preliminar disponible e identificar la presencia y caractersticasde edificaciones colindantes al sitio o existentes en el sitio mismo, as comola presencia de instalaciones pblicas que pudieran interferir con laexploracin y con la construccin.

3. Planteamiento del programa de trabajos de campo necesarios para definir: Estratigrafa general del sitio. Clasificacin geolgica y geotcnica de cada estrato de suelo o de

roca En los depsitos de suelos, la compacidad o la consistencia

naturales de cada estrato En las rocas, las caractersticas de las discontinuidades naturalesrelativas a: orientacin e inclinacin de planos de estratificacin o deflujo; orientacin e inclinacin de planos de fisuramiento; apertura delas fisuras y dimensiones de los bloque de roca; presencia de fallasgeolgicas, de zonas de contacto entre formaciones rocosas, dezonas de alteracin de las rocas y de cavernas naturales oartificiales.

4. Ejecucin de los trabajos exploratorios de campo.

5. Presentacin de un informe tcnico que debe contener: La descripcin detallada de los trabajos realizados. El anlisis de la informacin geolgica y geotcnica obtenida. Las conclusiones del anlisis referente a las caractersticas

geolgicas y geotcnicas del sitio estudiado. La identificacin de problemas de diseo y construccin previsibles

en funcin del anlisis preliminar de la informacin geotcnica. El programa de estudios adicionales, de campo y de laboratorio,

necesarios para medir, con precisin adecuada, las propiedadesmecnicas e hidrulicas de los distintos suelos y rocas que sernafectados por la cimentacin. Las mediciones confiables de estas

propiedades constituirn la base para efectuar los anlisisgeotcnicos definitivos, que permitirn precisar el diseo de lacimentacin y los procedimientos de construccin ms apropiados,seguros y econmicos para el caso estudiado.

I.1.3. Etapa de muestreo final

Para verificar y complementar los resultados de la etapa preliminar del estudio


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geotcnico es necesario obtener muestras representativas de cada estrato de rocao de suelo, con las cuales se puedan definir la textura, la estructura y laconsistencia o compacidad naturales de sus materiales constitutivos. Los mtodosy herramientas empleados para este propsito son muy variados, dependiendo deltipo de material que se desee muestrear. Se dispone de herramientas para

obtener muestras de rocas, as como otras para el muestreo de suelos.I.1.4. Muestreo de rocas

Se utiliza generalmente un barril muestreador provisto de una broca de diamante ode carburo de tungsteno en su extremo inferior. Existen varios diseos de barrilesmuestreadores, el ms adecuado para los propsitos geotcnicos es el llamadodoble barril giratorio, el cual permite recuperar la mxima longitud posible demuestra, segn la intensidad del fisuramiento y grado de alteracin de la rocaperforada por el barril. El porcentaje de longitud de las muestras recuperadaspermite hacer una evaluacin preliminar, indirecta, de la calidad de las rocasmuestreadas, la cual depende de la resistencia en compresin de la roca, de laintensidad del fisuramiento de la masa y del grado de alteracin, como se explicams adelante.

Figura I-1. Muestreador de doble barril giratorio usado para obtener la mejorrecuperacin de ncleos de roca, que es la base para determinar el ndice decalidad de roca RQD, el cual se correlaciona con la capacidad de carga admisibleqa, en la Tabla 1.

El doble barril giratorio cuyo esquema muestra la figura I-1 est formado por dostubos concntricos unidos a una cabeza superior, el tubo exterior est rgidamente


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unido por una rosca, mientras que el interior se une por un cojinete de bolas(balero), de tal manera que el tubo interior permanece estacionario mientras elexterior gira junto con la cabeza del muestreador. La corona de corte, provista decristales de diamante industrial o de insertos de carburo de tungsteno, se atornillaal extremo inferior del tubo exterior, sobresaliendo del tubo interior una distancia

de 1 a 5 cm. El barril muestreador se hace girar mediante una mquina rotatoria, amanera de taladro, anclada en la superficie del terreno, la cual transmite unafuerza de empuje y un movimiento rotatorio al barril a travs de una columna debarras de perforacin huecas, por cuyo interior circula agua a presin que enfra ala corona de corte y extrae el material cortado a la superficie del terreno. Al girar,la corona cortante labra un cilindro de roca que penetra en el tubo interior amedida que avanza el barril muestreador. Al extraer el muestreador, despus dehaber perforado una longitud igual a la del barril interior, una trampa cnica sujetaa la columna de roca labrada y la extrae junto con l. Una vez en la superficie, sedesarma el muestreador, se extrae la muestra de roca y se mide su longitud, lacual, comparada con la longitud perforada, da el porcentaje de recuperacin demuestra. Este porcentaje de recuperacin es un ndice de la calidad de la rocamuestreada a diferentes profundidades. As, una roca masiva, sana, de altaresistencia y con una estructura de grandes bloques (roca de muy buena calidad)producir un alto porcentaje de recuperacin, cercano al 100%; mientras que unaroca muy fisurada y muy alterada (roca de muy mala calidad) producir un bajoporcentaje de recuperacin, que disminuye a medida que su grado de alteracin yfisuramiento aumentan.

I.1.4.1. ndice de calidad de la roca

Con base en la longitud de muestra recuperada y el tamao de los fragmentos demuestra obtenidos, los cuales son un reflejo de la intensidad del fisuramientonatural de la roca y de su grado de alteracin, se han propuesto algunos criteriospara definir un ndice de calidad de las rocas, el cual tiene inters geotcnico. Elcriterio ms simple y ms comnmente empleado, propuesto por D.W.Deer, es elndice de calidad de roca RQD (Rock Quality Designation), el cual se define comola suma de las longitudes individuales de todos los fragmentos de muestra queexceden de 10cm de longitud, expresada como un porcentaje de la longitudperforada por el muestreador. Se recomienda utilizar un muestreador cuyo tubointerior tenga una longitud de 1.5m y dimetro interior no menor de 57mm, con elfin de reducir el deterioro de las muestras que se produce en los muestreadoresde menor dimetro. La tabla 1 ilustra la relacin entre el valor del ndice RQD y lacalidad relativa de la roca, expresada en una escala que va desde muy buenahasta muy mala.

I.1.4.2. Sondeos con medicin de la velocidad de perforacin

Las herramientas neumticas de percusin, comnmente empleadas en laperforacin de rocas, ofrecen la posibilidad de ser utilizadas como herramientas deexploracin complementarias, ya que la velocidad de avance de la broca puedecorrelacionarse con la calidad de la roca. Por otra parte, la recoleccin de polvos


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en la superficie a la salida del aire de retorno, empacados en un tubo flexible ytransparente de polietileno forman una columna de pequeos fragmentos de rocatriturada que refleja la estratigrafa. Esta informacin, debidamente correlacionadacon mediciones directas del RQD y con la informacin proporcionada por losmuestreadores de doble barril a diamante, permite complementar e interpolar los

datos relativos a estratigrafa y calidad de roca obtenidos de los sondeos demuestreo.

Figura I-2. Perforadora de percusin, neumtica, equipada con un cicln colectorde polvos, empleada para hacer sondeos complementarios en la exploracin derocas.

La figura I-2 muestra la disposicin de los elementos de un equipo de percusincomplementado por un cicln colector de los fragmentos de roca producidos por elmartillo perforador.

I.1.5. Muestreo de suelos

Los trabajos de muestreo de suelos tienen por objeto obtener la informacinnecesaria para conocer los siguientes aspectos de los depsitos de suelosidentificados en la etapa preliminar del estudio geotcnico:

Estratigrafa del sitio. Clasificacin geotcnica de los suelos que forman cada estrato o lente. Compacidad relativa o consistencia de cada tipo de suelo identificado en el

perfil estratigrfico. Resistencia al esfuerzo cortante, compresibilidad y permeabilidad de los

suelos de cada estrato.

I.1.5.1. Obtencin de muestras representativas

Para determinar la estratigrafa y clasificacin geotcnica de los suelos del sitio esnecesario obtener muestras representativas de los suelos que conserven sugranulometra y plasticidad naturales, aunque su estructura haya sido alterada porlas herramientas de muestreo. En este tipo de muestras se puede determinar en ellaboratorio la clasificacin geotcnica de los suelos mediante pruebas de


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granulometra y de plasticidad de la fraccin fina, as como el contenido de agua, yen el campo su clasificacin geotcnica preliminar mediante pruebas manuales decampo.

La compacidad relativa de los suelos granulares y la consistencia de las arcillas se

miden indirectamente, mediante pruebas de penetracin dinmica o estticarealizadas en el campo.

I.1.5.2. Mtodos de muestreo alterado

A. Pozos a cielo abierto

La excavacin de pozos a cielo abierto con el empleo del pico y la pala permiterecuperar buenas muestras representativas alteradas del subsuelo, sin embargosu aplicacin principal es la obtencin de muestras inalteradas de la ms altacalidad y slo esta aplicacin justifica su costo.

B. Herramientas manuales

La barrena helicoidal y la pala posteadora que muestra la figura I-3 son adecuadaspara aquellos casos en los que la profundidad de la exploracin sea menor deunos 12 m. Con estas herramientas se obtienen muestras alteradas de arenas,limos, arcillas o mezclas de stos, que no contengan gravas o cantos rodados oestn endurecidos por cementacin de sus partculas. Son herramientas tiles yfciles de operar hasta profundidades de 10 a 12 m, si la pared de la perforacines estable. Cuando los suelos se encuentran arriba del nivel fretico las muestrasobtenidas con estas herramientas son representativas. Pero cuando seencuentran bajo el agua, no es posible recuperar muestras confiables de lasarenas sin cohesin, en tanto que de los suelos con cohesin, que no son lavadospor el agua de la perforacin, se obtienen muestras aceptables para fines declasificacin, aunque su contenido de agua es generalmente mayor que el valornatural del suelo inalterado. Con este tipo de herramientas no es posibledeterminar la compacidad de las arenas ni la consistencia de las arcillas, pero sepueden combinar con pruebas de penetracin dinmica que se describen en elsiguiente inciso.


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Figura I-3. Herramientas manuales para obtener muestras alteradasrepresentativas de suelos, en exploraciones preliminares.

C. Perforacin con chifln y ademe

Otro procedimiento comnmente empleado para hacer perforaciones de muestreode suelos, conocido como perforacin con chifln y ademe se ilustraesquemticamente en la figura (I-4a). Consiste en hincar, a golpe, mediante unmartillo de cada libre que se mueve a lo largo de una gua, un tubo cuyo dimetrointerior es de 7.5 a 15 cm, provisto en su extremo inferior de una zapata afilada, deacero endurecido.

Figura I-4a. Perforacin con ademe hincado a golpe y lavado con chifln de agua.

Despus que se ha hincado un tramo de tubo de ademe, se procede a introduciren l una barra de perforacin o un tubo para agua, reforzado, que lleva en elextremo inferior un trpano, a manera de cincel, provisto de agujeros por dondecircula agua a gran velocidad y presin; la lnea de tubera del trpano se conectaa una bomba de alta presin que hace circular el agua y, mediante movimientosascendentes y descendentes alternados de la barra, acompaados de pequeosgiros, se va aflojando y extrayendo el material que ha quedado dentro del ademe


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para limpiarlo totalmente, hasta alcanzar el nivel inferior de la zapata. An cuandoel material que extrae la corriente de agua puede colectarse en la T que seencuentra en la parte superior del ademe, estas muestras no son representativasde los materiales atravesados, ya que las partculas del suelo son segregadas porla corriente de agua. El ciclo de hincado del ademe y limpieza mediante el trpano

y chifln se repite hasta lograr las profundidades deseadas.Este procedimiento permite hacer perforaciones hasta de 50 m de profundidad yes utilizable prcticamente en todo tipo de suelos. El avance a travs de depsitosde grava y boleos es extremadamente difcil y lento, llegando a requerirse, enalgunos casos, el empleo de dinamita para aflojar y romper las piedras y permitir elpaso del ademe. La tubera que constituye al ademe tiene pared gruesa, cuyoespesor vara de 6 a 10 mm, segn el dimetro del tubo y puede estar provista decoples exteriores o interiores, siendo preferible este ltimo tipo en ademes de msde 10 cm de dimetro, en los cuales el obstculo de los coples exterioresconstituye un serio inconveniente para realizar perforaciones profundas. El martillocon que se hinca el ademe tiene un peso que va de 65 a 150 kg, y alturas decada de 1 a 1.5 m. Mediante un cable de Manila que se enrolla sobre un malacatede friccin, se levanta y deja caer repetidamente el martillo.

D. Prueba de penetracin dinmica estndar

Despus de limpiar con el chifln el interior del ademe hasta su extremo inferior,se obtienen muestras alteradas del suelo hincando a golpe un tubo muestreador,conocido como penetrmetro estndar, que ilustra la figura I-4b.

Figura I-4b. Obtencin de muestras alteradas, representativas, mediante elmuestreador estndar de pared gruesa, hincado a golpe, (Prueba de PenetracinEstndar, PPE)

Consiste de un tubo de pared gruesa provisto en sus extremos de dos piezas


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roscadas; la pieza inferior es una zapata afilada de acero endurecido y la superiores la cabeza que sirve para unir al muestreador con la columna de barras huecasde acero que se utilizan para introducirlo hasta el fondo de la perforacin.

El tubo muestreador estndar tiene longitud de 60 cm, dimetro interior de 3.5 cm

y dimetro exterior de 5 cm; la longitud total del muestreador es de 75 cm. Unacanastilla de laminillas de acero colocada en la zapata del muestreador y unafunda interior de polietileno flexible permiten retener muestras de suelo decualquier tipo que penetren al tubo; el polietileno sirve tambin de envoltura yproteccin a las muestras de suelo contra prdida de agua despus de extraerlasdel muestreador. Este muestreador se introduce hasta el fondo de la perforacin yse hinca mediante un martinete de cada libre, de 65kg de peso y altura constantede 75 cm. Registrando el nmero de golpes necesarios para hacerlo penetrar en elterreno, cada 10 cm de profundidad; se obtiene as un ndice de penetracinestndar, expresado por el nmero de golpes del martillo, N, necesarios parahincar los 30 cm intermedios del tubo muestreador. Este nmero ha sidocorrelacionado empricamente con la compacidad relativa de las arenas, Cr, lacual puede correlacionarse, tambin empricamente, con su ngulo de friccininterna, , como muestra la figura I-5a.

Figura I-5. Interpretacin de la prueba de penetracin estndar.

El penetrmetro estndar (tubo muestreador de pared gruesa) es una herramientatil en la ejecucin de estudios preliminares de suelos, que se ha convertido enuna norma internacional. Mediante su empleo se obtienen muestrasrepresentativas, aunque alteradas en su estructura, que proporcionan informacinacerca de la estratigrafa de los suelos que se muestrean. Al hincarlo en el suelocon un martinete de cada libre de peso y altura de cada constantes, se obtiene laresistencia a la penetracin dinmica del tubo muestreador, que es un ndicenumrico indirecto N, de la consistencia natural de los distintos estratos del suelo,


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como se ha explicado en el prrafo anterior.

E. Prueba de penetracin estndar en arenas

En depsitos de arena, donde la obtencin de muestras inalteradas ofrece algunas

dificultades prcticas, la resistencia a la penetracin estndar N, se utiliza paraestimar, empricamente, el ngulo de friccin interna efectivo y lacompresibilidad de estos suelos; valores que se emplean como base del diseo decimentaciones y del procedimiento de construccin; sin embargo, en tales casos,los valores de la resistencia a la penetracin N, deben emplearse con cautela, yaque, en ciertas condiciones, pueden conducir a errores substanciales. Acontinuacin se exponen algunas precauciones que se deben tomar para el buenuso de estos valores en diferentes casos.

E.1. Precauciones en el uso de la prueba de penetracin estndar

La experiencia ha demostrado que la resistencia a la penetracin N, del tubomuestreador estndar, es una medida aproximada de la compacidad relativa Cr,de los depsitos de arena. Por otra parte, a travs de la compacidad relativa, seha correlacionado tambin, indirectamente, con el valor del ngulo de friccininterna , como se muestra en la grfica de la figura I-5a. Segn se explica altratar de la resistencia al corte de las arenas; para una misma compacidad relativael ngulo de friccin interna varia con la graduacin del material y con laangulosidad de sus partculas, correspondiendo los mnimos valores a las arenasfinas mal graduadas, (SP), o arenas finas limosas (SM), formadas por partculasfinas redondeadas, como se observa en la curva (2), y los mximos a las arenasgruesas, bien graduadas y de partculas angulosas (SW), como se ve en la curva

(1). Dada la naturaleza emprica de estas correlaciones es necesario tenersiempre presentes algunas precauciones, que se comentan enseguida, para eluso adecuado de las curvas de la figura I-5a, en las aplicaciones prcticas.

1. La grfica anterior es adecuada para las arenas que no contienen cantidadesapreciables de grava, pues sta llega a obstruir la zapata del tubo muestreadory proporciona datos errneos de la resistencia a la penetracin.

2. En el caso de las arenas finas, o arenas limosas, cuando stas se encuentranbajo el nivel fretico y en estado semicompacto o compacto (N > 15), el valorde N determinado en el campo debe ser corregido antes de emplear la grficade correlacin con la compacidad, afectndolo por dos factores de correccin:por dilatancia y por presin confinante.

E.2. Correccin por dilatancia

Debido a que su permeabilidad es relativamente baja, no permiten la disipacinrpida de tensiones en el agua de los poros que se desarrollan al expandirse elsuelo bajo la accin de los esfuerzos dinmicos inducidos por el hincado del


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muestreador, fenmeno conocido como dilatancia, los valores de N son mayoresque los que corresponderan a la arena seca. Empricamente se ha encontradoque, para estos casos, el valor de N puede corregirse mediante la siguienteexpresin, sugerida por Peck.

)15(5.015' += NN En la cual: N' es el valor corregido del ndice de penetracin y N el valor originalobservado durante el muestreo. Esta expresin es aplicable cuando la resistenciaa la penetracin es mayor de 15 golpes, para las arenas finas y las arenas limosassaturadas, valor que corresponde a una compacidad a partir de la cual semanifiesta el fenmeno de dilatancia.

E.3. Correccin por presin de confinamiento

Otra correccin a considerar en el valor de N es la influencia de la profundidad de

las muestras de arena, puesto que la resistencia que ofrecen al hincado delmuestreador aumenta con la presin confinante en el suelo muestreado. Peckrecomienda un factor de correccin CN dado por la siguiente ecuacin emprica, lacual es aplicable para valores de p mayores de 0.5kg/cm2:

)'/20log(77.0 pCN = En la cual:CN factor de correccin de Np presin vertical efectiva a la profundidad de la muestra, en kg/cm2N nmero de golpes medido en campo

En las arenas finas y arenas limosas compactas y saturadas, es necesario hacerambas correcciones para obtener el valor N antes de entrar a la grfica de lafigura I-5a.

NCNN ''' =

La figura I-5b muestra un ejemplo de aplicacin de estos factores de correccindel ndice de penetracin estndar N, originalmente medido en el campo, paraobtener los valores corregidos N, contenidos en la ltima columna de la tabla.

F. Prueba de penetracin estndar en arcillas

El comportamiento de las arcillas ante la accin de los esfuerzos dinmicosinducidos por el hincado del tubo muestreador puede ser muy diferente del quecorresponde a su comportamiento esttico. Esta diferencia es ms acentuada paralas arcillas de alta sensitividad, en las que su resistencia natural al esfuerzocortante cU, se reduce a menos de 10% al ser remoldeadas con su contenidonatural de agua. Intervienen en tal discrepancia dos factores: por una parte, elremoldeo que introduce el tubo muestreador, hace que la resistencia de la arcilla a


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la penetracin del propio tubo sea menor que la que corresponde a su estadonatural; por otra, es bien sabido que las arcillas exhiben una mayor resistencia amedida que la velocidad de la deformacin aumenta, como consecuencia defenmenos de viscosidad. En tales condiciones, es evidente que la resistencia a lapenetracin dinmica, (nmero de golpes N), an cuando proporciona alguna

informacin relativa de la consistencia natural de la arcilla, no debe tomrselecomo una medida precisa de su resistencia al corte. En forma aproximada yprocediendo conservadoramente, puede utilizrsele para el caso de arcillas deplasticidad media a baja, que exhiben baja sensitividad. En todo caso, es siemprepreferible recurrir a la determinacin de la resistencia al corte de las arcillasmediante ensayes de laboratorio, realizados en especimenes inalterados que seobtienen, fcilmente, con los muestreadores que se describirn ms adelante.

En estudios preliminares, cuando se tienen arcillas que ofrecen una resistencia ala penetracin estndar N, mayor de 5 golpes, puede utilizarse la siguienteexpresin emprica, basada en el criterio originalmente propuesto por Terzaghi yPeck para estimar, la resistencia al corte de la arcilla.

15

NcU =

Donde:cU Resistencia al corte no drenada, en kg/cm

2Los valores as obtenidos deben usarse conservadoramente para clculospreliminares, solamente.

G. Penetracin estndar en suelos limosos, parcialmente saturados

La informacin proporcionada por la prueba de penetracin dinmica, en cuanto ala consistencia natural de los suelos finos no plsticos (limos o limos arenosos),parcialmente saturados, ofrece gran incertidumbre, ya que, en estos materiales,las variaciones de la resistencia y la compresibilidad con el grado de saturacin yla compacidad, son muy importantes. Cuando tienen baja compacidad y estnsometidos a una carga, al saturarlos, se producen fuertes asentamientos bruscos,acompaados de una disminucin considerable de la resistencia al corte, aconsecuencia de la prdida de la cohesin aparente. Por consiguiente, no puedeconfiarse en el valor del ndice de penetracin como medida de la resistencia alcorte ni de la compresibilidad. Se concluye que, en estos casos es preferible

recurrir a la medicin directa de la resistencia al corte y de la compresibilidad en ellaboratorio, en especimenes inalterados.

H. Prueba de penetracin esttica

Este tipo de prueba de campo consiste en hincar en el terreno, mediante un gatohidrulico, una barra de acero en cuyo extremo inferior se instala una puntacnica; midiendo la fuerza necesaria para hincar la punta se determina la


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resistencia que el suelo opone a la penetracin esttica, y este valor se puedecorrelacionar, empricamente, con la resistencia al corte de las arcillas y con sucompresibilidad, as como con la compacidad relativa de las arenas. Es por ellouna herramienta de gran utilidad en la ejecucin de estudios preliminares desuelos.

H.1. Cono elctrico

Es una celda de carga con dos unidades sensibles instrumentadas condeformmetros elctricos (strain gages). Usualmente, para exploraciones en suelosblandos, el cono y el sistema de barras tienen una capacidad de carga de 2ton yresolucin de 1 kg; pero, para exploracin de suelos duros podr requerirse unacapacidad de 10 ton y resolucin de 5 kg. En la figura I-6 se muestraesquemticamente dicho instrumento.

Figura I-6. Cono elctrico Figura I-7. Variacin de laresistencia a la penetracin delcono con la profundidad.

Generalmente tienen 3.6 cm de dimetro exterior, aunque para suelos blandos sehan utilizado hasta de 7.0 cm. La fuerza que se desarrolla en la punta cnica (1)se mide en la celda sensible inferior (2) y la que se desarrolla en la funda defriccin (3) se mide en la celda sensible superior (4). La seal de salida del conose transmite por cables a la superficie, donde un aparato receptor la transforma enseal digital, o bien en una tabla numrica o directamente en una grfica como lade la figura I-7.


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H.2. Mecanismo de carga

El cono se hinca en el suelo empujndolo con una columna de barras de acero,usualmente de 3.6 cm de dimetro exterior, por cuyo interior sale el cable quelleva la seal a la superficie. La fuerza necesaria para el hincado se genera con un

sistema hidrulico provisto de un dispositivo para controlar la velocidad depenetracin.

La velocidad de hincado del cono es usualmente de 2cm/s; sin embargo, en lanorma tentativa (ASTM D3441-75T) para operacin del cono elctrico se proponede 1 a 2 cm/s 25%. Para las arcillas de la Ciudad de Mxico se ha adoptado1cm/s, porque as se controla mejor la prueba; sin embargo, es admisible operarcon 2 cm/s, sabiendo que se obtienen valores de la resistencia a la penetracinms altos; en cualquier caso, es muy importante que durante la prueba lavelocidad de penetracin se mantenga constante, ya que es inevitable que en lascapas duras el cono pierda velocidad de penetracin y que al pasarlas se acelere.

La prueba de penetracin esttica de cono permite definir las variaciones de laresistencia registrada por la punta, con la profundidad; la figura I-7 muestra losresultados de un sondeo de cono realizado en arcillas blandas en el centro de laCiudad de Mxico

Interpretacin de resultados de la prueba de cono

H.3. Estratigrafa

El penetrmetro de cono elctrico permite detectar con precisin los cambiosestratigrficos, utilizando como indicador la variacin de la resistencia a lapenetracin de la punta, como ilustra la figura I-8; esta informacin, debidamentecorrelacionada con la clasificacin directa de los diferentes estratos de suelo delrea en estudio, basada en muestras representativas, permite la clasificacinindirecta de los suelos y la interpolacin confiable de la estratigrafa entre sondeosde muestreo directo.


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Figura I-8. Correlacin de la resistencia a la penetracin del cono elctrico qC conla estratigrafa, esfuerzo vertical efectivo V y esfuerzo de preconsolidacin pC enlas arcillas de la Ciudad de Mxico. Tambin se ha correlacionado con laresistencia al corte y la compresibilidad.

H.4. Clasificacin indirecta de los suelos con el cono

Se hace de manera indirecta mediante correlaciones empricas como las quemuestran las figuras I-9a y I-9b; la primera, propuesta por Sanglerat y la segundapor Schmertmann. En el caso del subsuelo de la Ciudad de Mxico,particularmente en la Zona del Lago, la clasificacin de los suelos se puede hacercomparando la variacin de la resistencia de punta con la estratigrafa definidamediante sondeos con muestreo inalterado continuo.


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Figura I-9. Criterios para clasificacin de suelos de Sanglerat (a) y deSchmertmann (b), basados en mediciones realizadas con el cono elctrico.

H.5. Parmetros de resistencia de los suelos

H.5.1. Arcillas saturadas

La resistencia al corte de las arcillas saturadas, determinada en laboratoriomediante pruebas triaxiales no drenadas se ha correlacionado experimentalmentecon la resistencia a la penetracin de la punta del cono elctrico, de donde se haobtenido la siguiente expresin aproximada.

KCU Nqc /=

Donde:cU resistencia al corte no drenada, en kg/cm

2qC resistencia a la penetracin del cono, en kg/cm

2

NK coeficiente de correlacin emprico

H.5.2. Suelos friccionantes

La correlacin entre la resistencia de punta del cono y la compacidad relativa dearenas finas se muestra en la figura I-10.


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Figura I-10. Resistencia a la penetracin del cono vs Compacidad relativa enarenas finas.

H.5.3. Suelos cohesivo-friccionantes

Para determinar el valor del ngulo de friccin interna, , se utilizan las frmulasde capacidad de carga, empleando como datos la capacidad de carga ltima y laestimacin del peso volumtrico; en la figura I-11 se presenta una solucin grficapara determinar el valor de en funcin de qC y de pO, donde pO es el esfuerzovertical efectivo.

Este caso se resuelve considerando dos valores de la resistencia de puntacercanos, que corresponden a un mismo estrato (qC1 y qC2). As se puedenplantear dos expresiones de la capacidad de carga ltima, que al considerarlas

simultneamente resultan:

( )

= 1tan

12

121

q

cc

Nzz

qq

(1-1)

( ) ( )( )

+

+++=

c

qc

qcc

NN

N

zzNqqc

12

tan1 2121 (1-2)

Donde:c y f parmetros de la resistencia al corteqc1 y qc2 valores de la resistencia de punta (qc2 > qc1)z1 y z2 profundidades de medicinNc y Nq coeficientes de capacidad de carga y peso volumtrico unitario del

suelo


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( )( )1212

tan1 zz

qqN ccq +

=

(1-3)

Figura I-11. Correlacin entre ', qc/po y Compacidad relativaFactores de capacidad de carga

Para determinar el valor de se deben resolver por aproximaciones sucesivas lasecuaciones implcitas (1-1) y (1-3); para ello, primero se supone un valor de paracalcular Nq, con la ecuacin (1-3) y con el valor obtenido calcular , con laecuacin (1-1); este ltimo se toma como valor inicial y se repite el clculo, queconverge en dos o tres iteraciones.

H.6. Comentarios

La prueba de penetracin con cono es la tcnica de exploracin de suelos mseficiente y econmica de que se dispone actualmente.

Los coeficientes de correlacin, Nk, entre las mediciones con el cono y laresistencia al corte no drenada de las arcillas del Valle de Mxico, estn basadosen un nmero reducido de sondeos inalterados; por ello deben utilizarse conreserva y de preferencia ratificarse con sondeos de correlacin, para asegurarsede su validez.

El cono deber calibrarse despus de cada diez sondeos a fin de comprobar su

confiabilidad.

I.1.5.3. Mtodos de muestreo inalterado

En esta etapa se realizan trabajos de campo detallados, en puntos particulares delsitio y en estratos especficos, escogidos ambos en funcin de la definicin previade los problemas particulares que presentan los suelos y las rocas del lugar,segn la informacin preliminar obtenida de la etapa anterior. La etapa final de


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campo comprende la obtencin de muestras inalteradas, de la mejor calidadposible, de los estratos de suelo involucrados en cada caso; estas muestras sonindispensable para la ejecucin de ensayes de laboratorio confiables, cuyosresultados numricos sern la base de los anlisis de la capacidad carga y de losasentamientos o expansiones, que definirn el diseo de la cimentacin y los

procedimientos de construccin, as como su comportamiento inmediato y futuro.En ocasiones, cuando no es posible recuperar muestras inalteradas de algunossuelos o rocas con los equipos de muestreo tradicionales, o no es posible realizarpruebas de laboratorio en especimenes de gran tamao, es necesario recurrir a laejecucin de pruebas mecnicas de campo, como complemento del estudio.

A. Pozos a cielo abierto

Muestras inalteradas de la mejor calidad se obtienen excavando pozos a cieloabierto, con seccin cuadrada o circular, de 1.5 a 2 m por lado o dimetro, hastaprofundidades de 5 a 10 m, si el nivel fretico se encuentra a mayor profundidad.En los depsitos de tobas del poniente del Valle de Mxico se han hecho sondeosde este tipo hasta ms de 30 m de profundidad. La excavacin permite obtener lasiguiente informacin:

La observacin detallada de la estratigrafa y la clasificacin geolgica ygeotcnica de cada estrato.

Obtencin de muestras inalteradas labradas directamente de cada uno delos estratos; las muestras pueden ser de forma cbica, de 20cm por lado, ocilndricas de 20 cm de dimetro, despus de labradas se protegenenvolvindolas en una capa de tela recubierta con una mezcla de cera,parafina y brea, en partes iguales, para evitar la prdida de humedad;

puede usarse tambin una envoltura de plstico adherente (egapack) Cuando no se pueden labrar buenas muestras por falta de cohesin delsuelo, o por la presencia de gravas grandes o cantos rociados, puede sernecesario realizar en el sitio pruebas mecnicas de gran tamao paradeterminar la resistencia al corte y la compresibilidad de esos materiales.Esta es una posibilidad que solamente permiten los pozos a cielo abierto.

Se pueden excavar pozos a cielo abierto bajo el nivel fretico, pero esta laborrequiere el abatimiento del nivel del agua para mantener seca y estable laexcavacin.

La excavacin se realiza con el auxilio del pico y la pala o de herramientasneumticas manuales si se trata de suelos duros, cementados. En suelosinestables se requiere ademar las paredes del pozo. Su ejecucin esgeneralmente ms lenta y costosa que la perforacin con mquina combinada conel uso de muestreadores apropiados para obtener muestras inalteradas. Por talrazn, solamente se emplea este mtodo cuando el muestreo en pozos depequeo dimetro perforados a mquina no permite obtener muestras inalteradasde buena calidad, como es el caso de los suelos duros o que contienen gravas o


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boleos.

B. Muestreo inalterado de suelos finos cohesivos

En los suelos finos cohesivos, como son: las arcillas, arcillas limosas o arenosas o

mezclas de arena limo y arcilla que contienen ms de 20 % de finos plsticos,pero no contienen grava, pueden obtenerse muestras inalteradas de calidadsatisfactoria empleando muestreadores tubulares de pared delgada hincados apresin y velocidad constante en perforaciones de pequeo dimetro, de 10 a 20cm. Existen varios diseos de tubos muestreadores de este tipo, entre los cualesel ms utilizado y sencillo es el conocido como tubo Shelby. Con algunas variantesen su diseo, este tipo de muestreador es usado en arcillas de muy variadaconsistencia, desde las muy blandas hasta las de consistencia dura.

C. Tubo de pared delgada (tubo Shelby)

Al introducir en el suelo un tubo de pared gruesa se produce el desplazamiento deun volumen de suelo que, unido a los esfuerzos repentinos del hincado, producenuna fuerte distorsin de la estructura natural del suelo; por este motivo se recurrea la utilizacin de un tubo de acero, de pared delgada, afilado en su extremoinferior, que ilustra la figura I-12, el cual se hinca a presin y a velocidadconstante, con objeto de introducir esfuerzos pequeos que perturben en un gradomnimo a la estructura del suelo.

Figura I-12. Muestreador Shelby de pared delgada, para obtener muestrasinalteradas en arcillas.


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En sus investigaciones Hvorslev encontr que, si el volumen desplazado por eltubo es menor que 10% del volumen de la muestra extrada, la alteracin semantiene dentro de limites razonables. Esta condicin geomtrica para el tuboShelby queda definida por la siguiente expresin:

1.02

22

i

ie

D

DD

Donde:De Es el dimetro exterior del tuboDi Es el dimetro interior del tubo

Adems, es necesario que el extremo afilado del tubo tenga un dimetroligeramente menor que el dimetro interior del tubo, a fin de que los esfuerzos defriccin entre la muestra y el tubo se reduzcan a un mnimo y la muestra pueda

penetrar en l sin formar un tapn, que reducira notablemente el porcentaje derecuperacin de muestra y su calidad. Segn Hvorslev, la holgura entre la muestray el tubo debe ser de 1% a 3% expresada de la siguiente manera:

03.001.0 7%.

El grupo CH comprende la zona arriba de la lnea A, definida por LL > 50%. Lasarcillas formadas por descomposicin qumica de cenizas volcnicas, tales comola bentonita o la arcilla del Valle de Mxico, con lmites lquidos de hasta 500%, seencasillan en el grupo CH.

Grupos ML Y MH

El grupo ML comprende la zona abajo de la lnea A, definida por LL < 50%. y laporcin con la lnea A con Ip < 4. El grupo MH corresponde a la zona abajo de lalnea A, definida por la LL > 50%.

En estos grupos quedan comprendidos los limos tpicos inorgnicos y limosarcillosos. Los tipos comunes de limos inorgnicos y polvo de roca, con LL < 30%,se localizan en el grupo ML. Los depsitos elicos, del tipo de Loess, con25%


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Grupos OL Y OH

Las zonas correspondientes a estos dos grupos son las mismas que las de losgrupos ML y MH, respectivamente.

Una pequea adicin de materia orgnica coloidal hace que el lmite lquido deuna arcilla orgnica crezca, sin apreciable cambio en su lmite plstico; esto haceque el suelo se desplace hacia la derecha de la carta de plasticidad, pasando aocupar una posicin ms alejada de la lnea A.

Grupos Pt

Las pruebas de lmites pueden ejecutarse en la mayora de los suelos turbosos,despus de un completo remoldeo. El lmite lquido de estos suelos puede estarentre 300% y 500%, quedando su posicin en la carta de plasticidad netamenteabajo de la lnea A; el ndice plstico normalmente vara entre 100 y 200%.

Similarmente al caso de los suelos gruesos, cuando un material fino no caeclaramente en uno de los grupos, se usarn para l smbolos dobles de frontera.

El Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos, no se concreta a ubicar elmaterial dentro de uno de los grupos enumerados, sino que abarca adems, unadescripcin del mismo, tanto alterado como inalterado. Esta descripcin puede

jugar un papel importante en la formacin de un sano criterio tcnico y. enocasiones, puede resultar importancia para poner de manifiesto caractersticasque escapan a la mecnica de las pruebas que se realizan.

En los suelos gruesos, deben proporcionarse los siguientes datos: nombre tpico,porcentajes aproximados de grava y arena, tamao mximo de las partculas,angulosidad y dureza de las mismas, caractersticas de la superficie, nombre localy geolgico y cualquier otra informacin pertinente, de acuerdo con la aplicaciningenieril que se le va a dar al material.

En suelos gruesos en estado inalterado se aadirn datos sobre estratificacin,compacidad, cementacin, condiciones de humedad y caractersticas de drenaje.

En los suelos finos, se proporcionarn, en general, los siguientes datos: nombretpico, grado y carcter de su plasticidad, cantidad y tamao mximo de laspartculas gruesas, color del suelo hmedo, olor, nombre local y geolgico ycualquier otra informacin descriptiva pertinente, de acuerdo con la aplicacin quese va ha hacer del material.

Respecto del suelo en estado inalterado, deber agregarse informacin relativa asu estructura, estratificacin, consistencia en los estados inalterados yremoldeado, condiciones de humedad y caractersticas de drenaje.


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El problema en la identificacin de suelos es de importancia fundamental en laingeniera; es en rigor encasillar el suelo dentro de un sistema previo declasificacin. En el caso concreto de este trabajo, es colocarlo dentro de alguno delos grupos mencionados dentro del Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos,obviamente en el grupo que le corresponde segn sus caractersticas. La

identificacin permite conocer, en forma cualitativa, las propiedades mecnicas ehidrulicas del suelo, atribuyndole las del grupo en que se site.

II.1.4. Pruebas mecnicas

II.1.4.1. Esfuerzo simple

Paso I

Se debern preparar dos muestras de tubo con relacin L/d con valor entre 2 y 3.

Paso II

Colocar las muestras en recipientes hmedos o dejarlas en el cuarto de humedadpara prevenir su desecamiento mientras se prepara la mquina de compresin.Calcular la deformacin correspondiente al 20 % de deformacin unitaria para lasmuestras, de forma que se pueda saber cuando terminar el experimento si lamuestra recibe carga sin mostrar un pico antes que dicha deformacin unitariasuceda.

Calcular la densidad de las muestras y pesar dos latas de contenido de humedadde forma que se pueda determinar el contenido de humedad de la muestradespus de terminar el experimento.

Paso III

Alinear cuidadosamente la muestra en la mquina de compresin. Si los extremosno son perfectamente perpendiculares al eje del espcimen la parte inicial de lacurva de esfuerzo-deformacin unitaria ser plana (hasta que el rea total de lamuestra contribuya al esfuerzo, las deformaciones unitarias sern demasiadograndes para el esfuerzo calculado).

Establecer el cero en el equipo de carga (ya sea un deformmetro de cartula pararegistrar la deformacin de un anillo de carga o un DVM si se utiliza una clula decarga electrnica) y establecer el cero en el deformmetro. En este momento esnecesario aplicar una carga muy pequea sobre la muestra (del orden de unaunidad del deformmetro de carga, o quiz 0.5 kg para una celda de carga).Encender la maquina y tomar lecturas en los deformmetros de carga ydeformacin de la manera siguiente (para un deformmetro de 0.01 mm/divisin):

a. La carga sobre la muestra decrece significativamente.b. La carga se mantiene constante por cuatro lecturas.


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c. La deformacin sobrepasa significativamente el 20% de la deformacinunitaria.

d. Determinar el contenido de humedad para cada muestra.

II.1.4.2. Triaxial rpido para suelo no cohesivo

Paso I

Montar una membrana de caucho de dimetro apropiado (mnimo de 5cm dedimetro para arena) sobre el cabezote o placa de base, que se ha atornillado conanterioridad a la base de la cmara, utilizando una banda de caucho o sellosredondos para hacer el ajuste. Si se desea proveer una junta ms impermeable,debera recubrirse la superficie lateral de la placa base con grasa de silicn paramejorar el sello entre la placa y la membrana.

Es posible medir el espesor de la membrana de caucho antes de montarlo, parapoder hacer el ajuste necesario en el rea cuando necesiten determinar el reainicial de la muestra, pero para clculos ordinarios esto introduce una precisinficticia en los resultados.

Colocar una piedra porosa sobre la placa de base. Para los ensayos la piedraporosa debe estar saturada, se recomienda hervir las dos piedras porosas enagua destilada para incrementar el grado de saturacin. El simple almacenamientode las piedras sumergidas en agua an por un perodo de tiempo muy largo,podra ser insuficiente para alcanzar el grado de deaireacin y saturacindeseado.

Paso II

Pesar un recipiente de arena seca de forma que se pueda establecer la densidadde la muestra y se pueda duplicar aproximadamente en ensayos posteriores.Ntese que para obtener una densidad dada ser necesario mezclar el suelo conuna cantidad conocida de agua con el fin de producirle un contenido de humedadespecfico. El suelo granular hmedo puede compactarse hasta un lmite dadomientras que le material seco es casi imposible de compactar.

Paso III

Colocar el molde para hacer la muestra alrededor de una membrana de caucho ydoblar la parte superior de la membrana por encima del borde del molde haciaabajo. No debe doblarse la membrana, sin embargo, si el molde es tan grande queexista el peligro de rasgar la membrana en el proceso. Es posible utilizar tambinexpansores de membranas en la preparacin de la muestra si se dispone deldimetro correcto. Si existe un expansor de tipo cilindro dividido, que puedaconectarse tambin a una lnea de vaco, puede ser necesario tener un poco degrasa de silicn a lo largo de la junta para garantizar el efecto de vaco. Si seutiliza cualquiera de estos tipos de expansores con la ayuda de vaco podra


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tambin ser til colocar bandas de papel de filtro o de algodn entre la membranay la pared interna del expansor de forma que el vaco sea efectivo en toda la alturadel expansor de la membrana.

Paso IV

a. Deairear el agua en un recipiente de saturacin conectndolo de 5 a 10min a lalnea de vaco.b. Abrir la vlvula de saturacin y permitir el paso del agua hacia el fondo de lamembrana por una profundidad de 2cm; cerrar inmediatamente la vlvula.c. Colocar arena a travs del agua en el fondo de la membrana utilizando uncompactador para obtener la densidad deseada hasta exactamente la profundidadbajo la superficie del agua.d. Abrir la vlvula de saturacin y permitir otros 2cm adicionales de agua entre lamembrana; aadir nuevamente arena; repetir estas operaciones hasta que secomplete el molde. Utilizar una pipeta y remover el exceso de agua que puedapermanecer.c. Colocar la piedra porosa saturada en la parte superior de la muestra.

Paso V

Colocar el cabezote superior o placa superior sobre la piedra porosa. Es posibleque se necesite recubrir el permetro de dicha placa con grasa de silicn paramejorar el sello. Desenrollar la membrana fuera del molde y sobre la placasuperior y sellar a la placa con bandas de caucho rgido o sellos de aro. Utilizar unpequeo nivel para verificar la horizontalidad de la placa superior.

Paso VI

Conectar el tubo de la placa o cabezota superior a la lnea de vaco en la base dela cmara y aplicar un vaco de 150 a 200mm de mercurio. Simultneamente abrirla lnea de saturacin (de forma que no se vaya a disminuir la saturacin de lamuestra; observar si aparece ms agua saliendo de la muestra que entrando haciala muestra, si es as reducir el vaco). Cerrar la lnea de saturacin.

Paso VII

A continuacin remover el molde de la muestra y examinar que no haya agujerosen la membrana ni filtraciones evidentes. Si se encuentra alguna, la muestra debevolverse a compactar usando una nueva membrana.

Paso VIII

Obtener cuatro mediciones de la altura separadas 90 aprox. y utilizar el valorpromedio como el valor de la altura inicial de la muestra LO. Tomar dos lecturas deldimetro separadas 90 en la parte superior, la mitad, y en la base de la muestrautilizando 2 calibradores. Tomar estas medidas con una precisin de 1mm.


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Calcular el dimetro promedio para la muestra a cada altura y calcular un dimetropromedio final de la siguiente donde d1 es el dimetro promedio basado en las dosmedidas superiores, etc.

4

2 bmtav

dddd

++=

Calcular el valor correspondiente al rea inicial de la muestra AO utilizando eldimetro promedio recin calculado.

Paso IX

Colocar el cilindro de lucita sobre la base de la cmara, asegurndose que nohaya granos en la base de manera que se pueda lograr un sellamientocompletamente hermtico. Colocar la cmara en la mquina de compresin ydesplazarla hasta que se produzca un ligero contacto del pistn de carga y la

barra de carga (o cruceta de la mquina de compresin).

Paso X

Aplicar una presin lateral predeterminada (preferiblemente en mltiplos de 10 kpao 0.5 kg/cm2 para facilitar los clculos) utilizando aire comprimido u otro fluido (talcomo una mezcla de agua y glicerina) y reducir simultneamente el vaco en elinterior de la muestra a cero. Es oportuno decir que en ensayos de larga duracinla membrana de caucho permitir eventualmente filtraciones independientementedel tipo de fluido utilizado en la cmara. Estas filtraciones pueden reducirseutilizando mezcla de agua con glicerina como fluido de cmara y dos membranas

con grasa de silicn entre ellas rodeando la muestra.

Paso XI

Si se desea medir el cambio de volumen para detectar el final de la consolidacin,se debe conectar la lnea de saturacin a la bureta de cambio de volumen. Haceruna grfica de cambio de volumen contra el tiempo permite determinar cuando seha casi completado la consolidacin. El final aproximado de la consolidacinpuede obtenerse controlando el deformmetro de flexin y cuando la muestratermine de acortarse, la consolidacin estar muy cerca de su culminacin.

Paso XIITan pronto se termina la consolidacin, desconectar el indicador de cero de lapresin de poros a la vlvula de salida de la lnea de saturacin y observar laposicin estacionaria del indicador de cero.


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Paso XIII

Cuando se aplic la presin a la cmara, se pudo observar que el indicador decarga sealaba una fuerza hacia arriba debida a la diferencia entre el peso de lavarilla del pistn y la fuerza que hace la presin de la cmara al actuar sobre la

base del pistn. Ajustar cuidadosamente la cmara triaxIal hasta que se produzcanuevamente el contacto entre el pistn y el cabezote en la parte superior de lamuestra y en ese momento regresar o volver a cuadrar el cero en el indicador decarga (deformmetro de carga). Este paso permite la lectura directa de la cargadesviadora y unos clculos mucho ms sencillos.

En este momento debe abrirse otra lnea de salida de la muestra si se piensahacer un ensayo "drenado".

Paso XIV

Colocar el deformmetro de cartula (con precisin de 0.01mm por divisin) a lamquina de forma que se pueda obtener la deformacin de la muestra. Cuadrar eldeformmetro en cero; comprimir manualmente y soltar varias veces el pistn,observar la lectura de cero en el deformmetro de carga. Verificar el manmetro depresin de la cmara. Verificar el indicador de cero.

Paso XV

Fijar el control de la mquina de compresin y tomar lecturas simultneas deldeformmetro de carga y el deformmetro de desplazamiento y de la lectura depresin de poros en el manmetro de presin de poros. Se deber mantener elmanmetro de presin de poros activado, observando el indicador de cero yaadiendo agua a travs del cilindro hidrulico para mantener la columna demercurio en su posicin inicial.

En general, para muestras entre 63 y 100mm de dimetro, se pueden tomarlecturas de deformacin cada 0.5mm de deformacin (50 divisiones deldeformmetro de 0.01mm de rango). Tomar lecturas hasta que la carga se vuelvaconstante y luego caiga o hasta ligeramente despus de alcanzar un 20%estimado de deformacin unitaria. Si esto produce un nmero demasiado grandede lecturas de carga-deformacin, hacer los clculos sobre suficientes lecturas,para definir adecuadamente la curva de esfuerzo-deformacin y su valor pico.

Asegurarse de controlar el manmetro de presin de la cmara durante todo elensayo, y no permitir la variacin en la presin de la cmara en ms de 0.005kg/cm2.

Paso XVI

Despus de fallar la muestra, apagar la mquina de compresin, remover la cargasobre la muestra, y liberar gradualmente la presin de la cmara de forma que elindicador de cero no pierda mercurio.


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Paso XVII

Quitar el cilindro de lucita y la muestra ensayada. Preparar un nuevo espcimen ala misma densidad aproximada (dentro de un rango de 0.2 a 0.4 kN/m3) y hacer

dos ensayos adicionales. Esto completa el trabajo de, laboratorio para un suelo nocohesivo.

II.1.4.3. Triaxial para suelo cohesivo

Paso I

Preparar dos o tres muestras de tubo con relaciones L/d adecuadas entre 2.2 y2.5. Es posible tener que utilizar un aparato para moldear las muestras en caso denecesitarlas de un dimetro inferior a las muestras de tubo.

En forma alternativa, se pueden compactar tres o cuatro muestras a un contenidode humedad dado, con un esfuerzo de compactacin determinado utilizando elaparato de compactacin Harvard miniatura. Este procedimiento permite moldearmuestras de aprox. 36mm de dimetro. Estas muestras posiblemente no estnsaturadas; sin embargo, y como se desea trabajar con muestras saturadas, podraser necesario la utilizacin de muestras de tubo.

Paso II

Para las muestras que han sido preparadas, obtener cuatro mediciones de alturaseparadas 90 aprox. y utilizar el valor promedio como altura inicial de la muestraLO. Tomar dos lecturas de dimetro separadas 90 en la parte superior, a mediaaltura, u en la base de la muestra utilizando dos calibradores. Tomar estasmedidas con una precisin de 1mm. Calcular el promedio de la muestra en cadalocalizacin y calcular el promedio global de la muestra como:

4

2 bmtav

dddd

++=

donde dt es el dimetro promedio basado en las dos medidas superiores, etc.Calcular el valor correspondiente del rea inicial de la muestra AO utilizando el davde la ecuacin.

Paso III

Utilizar el expansor de membrana y la membrana adecuados para la muestra eintroducir la membrana suavemente dentro del expansor, doblando los extremosde la membrana sobre los bordes del expansor. Si no hay filtraciones, lamembrana formar una piel suave en la parte inferior del expansor cuando se leaplique vaco. Puede ser necesario colocar pequeas tiras de papel de filtro entre


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la membrana y las paredes del expansor para lograr una eficiencia mayor en elvaco cuando se est expandiendo la membrana antes del paso siguiente.

Paso IV

Dependiendo de la muestra, lubricar ligeramente la membrana con vaselina depetrleo, empolvarla con polvo de tefln (sustancia inerte) o como ltimo recurso,humedecerla con agua para facilitar la colocacin de la muestra dentro de lamembrana.

Paso V

Cortar tiras delgadas de papel de filtro (por lo menos cuatro) suficientementelargas para fijarlas bajo la piedra porosa correspondiente al cabezote inferior yextenderla por encima del expansor de la membrana cuando se haya colocadohasta la plataforma o cabezote inferior. Doblar las tiras sobre la membrana decaucho y ajustar las inferiores con una banda rgida de gaucho o similar.

Asegurarse de que la piedra porosa se encuentre saturada.

Insertar la muestra dentro de la membrana y asentarla sobre la piedra porosainferior. Soltar el vaco de la membrana y desenrollar la parte inferior hacia lamembrana y sellarla con las bandas rgidas de caucho correspondientes. Engrasarcon silicona el permetro de la plataforma si se necesita mejorar el sellamiento eneste punto. Colocar la piedra porosa superior saturada, doblar las tiras de papelentre la piedra porosa y la base o cabezote superior, y a continuacin sentar dichocabezote. Utilizar el mismo procedimiento para el cabezote inferior.

Paso VI

Conectar la lnea del cabezote superior a la lnea de vaco sin aplicar vaco an.Saturar todas las lneas que entren o salgan de la muestra; a continuacin cerrarla lnea de la plataforma superior. Conectar la lnea de saturacin al indicador decero de la presin de poros.

Paso VII

Colocar la cpsula de lucita en la cmara y montar la cmara en la mquina decompresin. Colocar en contacto la varilla de carga con el pistn de carga hastaque el deformmetro de carga ensee una pequea cantidad de carga.

Paso VIII

Aplicar parte del incremento de carga de cmara de 3 y observar la presin deporos. Hacer esto por lo menos dos veces y calcular el coeficiente B paradeterminar si la muestra se encuentra saturada. Si es necesario observar elcambio de volumen, desconectar el indicador de cero y conectar la bureta decambio de volumen.


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Paso IX

Aplicar el valor total de 3 y observar el cambio de volumen de la bureta. Haceruna curva de cambio de volumen contra tiempo transcurrido. Cuando el grfico

semilogartmico se parezca al ensayo de consolidacin, la consolidacin de lamuestra puede darse por concluida. A continuacin reconectar el indicador decero. Debe notarse que el propsito de las tiras de papel de filtro es aligerar elproceso de consolidacin.

A partir de este punto se seguirn los pasos 13 a 18 del procedimiento anterior.

II.1.4.4. Consolidacin

Paso I

Moldear cuidadosamente una muestra dentro de un anillo de consolidacin. Pesarla muestra y determinar la altura H1 y el dimetro de la muestra. Despus demoldear la muestra a las dimensiones nominales, registrar su espesor con unaprecisin de 0.001mm, es decir, 20.00mm u otra dimensin.

Paso II

Colocar cuidadosamente la muestra de suelo en el consolidmetro con una piedraporosa saturada colocada sobre cada cara. Asegurarse de que las piedrasporosas entren en el anillo de forma que el ensayo pueda avanzarsatisfactoriamente.

Colocar el consolidmetro en el aparato de carga y ajustar el deformmetro decartula; recordar que debe permitirse una posible compresin de la muestra de 4a 12 mm.

Aplicar una carga de inicializacin de 5 (para suelos blandos), a 10 (para suelosfirmes) KPa. Verificar nuevamente que las piedras porosas no se apoyen sobre elanillo. Colocar el deformmetro de cartula en 0 (dejar esta carga de inicializacinsobre el suelo).

Paso III

En el momento conveniente, aplicar el primer incremento de carga (carga adicionalsuficiente para desarrollar el primer incremento de carga) y simultneamentetomar lectura de deformacin a tiempos transcurridos de 0.25, 0.50, 1, 2, 4, 8, 15,39, 60, 120min, a continuacin por ejemplo 4, 8, 16 horas.

Paso IV

Continuar cambiando cargas tomando lecturas de deformacin contra tiempo


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transcurrido a travs de todo el rango de cargas del consolidmetro (o hasta quearbitrariamente se determine)

Paso V

Colocar la muestra (incluyendo todas las partculas que se hayan exprimido fueradel anillo) en el horno al final del experimento para encontrar el peso de los slidosWS y lograr el clculo del volumen final de agua Vwf.

II.2. ENSAYES DE LABORATORIO

Los trabajos de laboratorio efectuados sobre las muestras alteradas e inalteradasobtenidas de la exploracin del suelo consistieron bsicamente en lo siguiente:

Primeramente se precedi a realizar una clasificacin visual y al tacto de cada unade las muestras, con lo cual se determinaron algunas caractersticas fsicas delsuelo, como son: color, textura, olor, movilidad del agua por agitado (dilatancia),tenacidad y resistencia tanto en estado natural como en estado seco.

Posteriormente se determin el contenido de humedad natural (w) de cada una delas muestras recuperadas; as mismo, de las muestras de material inalteradorecuperadas de la exploracin, se determino el peso especfico de la masa delsuelo, por medio del principio de Arqumedes.

Con el objeto de establecer las caractersticas de plasticidad, se hizo pasar almaterial por la malla No. 4 para que con l se obtuvieran las propiedades ndice dede plasticidad del suelo: lmite lquido y lmite plstico, utilizando el mtodo ydispositivos estandarizados por A. Casagrande.

Se realiz la separacin por tamaos de las partculas slidas que constituyen alsuelo, con el fin de determinar su curva de composicin granulomtrica y suscoeficientes de gradacin, para lo cual se realizaron ensayes mecnicos porcribado en los suelos gruesos, en tanto que en los suelos de apariencia ms finasse realizaron ensayes de lavado. Con los porcentajes de las partculas queconstituyen al suelo y sus propiedades de plasticidad se clasific a estos, deacuerdo al Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos (S.U.C.S.).

Adicionalmente se determin la densidad de slidos (Ss), relacin gravimtricaque se utiliz posteriormente para involucrarla con las relaciones volumtricas delsuelo y establecer as propiedades como la relacin de vacos, grado desaturacin y peso especfico.

Tomando en cuenta las condiciones del suelo, las propiedades mecnicas deresistencia se determinaron en el laboratorio a travs de pruebas de compresintriaxial no consolidada no drenada TXUU, para lo que se labraron probetascilndricas de aproximadamente 9 cm de altura y 3.5 cm de dimetro, las cuales sesometieron a carga axial hasta la falla dndoles un confinamiento lateral que


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