martes, 5 de julio de 2011

TECNICO :FERNANDEZ FLORES NEYSER

ESTUDIO DE SUELOS

CONCEPTO.- Sabemos que el dato fundamental que necesitamos para calcular un sistema de fundación es la Tensión Admisible del Terreno (kg/cm2) a la profundidad de la cota estimada.

En toda obra de arquitectura o ingeniería, ya sea viviendas o edificios a menudo es necesario conocer las propiedades físicas y mecánicas del suelo, y su composición estratigráfica, es decir las capas o estratos de diferentes características que lo componen en profundidad, y por cierto ubicación de napas de agua (freáticas), si las hubiere.

De acuerdo a las características de la resistencia y la deformación que tenga se determinan o sugieren los tipos de fundación a emplear, y las cotas probables donde arranquen las mismas en función de las características de los suelos y las tensiones admisibles de los mismos.

En el caso de los suelos expansivos, como las arcillas, que son muy inestables a las variaciones de humedad por los cambios de volumen, y que generalmente producen roturas y humedades se detectan y se prevee su optimización o se neutralizan sus efectos. Generalmente se estima que el costo de un estudio de suelos oscila entre 0.5% y 1% del costo de la obra.

Si las cimentaciones proyectadas estuvieran sobredimensionadas o a la inversa, si fueran insuficientes para las características del terreno considerado, el estudio de suelos puede prever el ahorro de costos en el primer caso y la previsión de inconvenientes en el segundo. En las obras de mediana envergadura o bien obras de edificios públicos el estudio de suelo es un requisito exigido por los entes Municipales.

El Estudio de Suelos ó Estudio Geotécnico es parte de la Mecánica de Suelos.

Básicamente un Estudio de suelos consta de un Informe ó Reporte que la empresa entrega al particular que lo contrata en donde se consignan los estudios realizados y las conclusiones o recomendaciones sobre las fundaciones a usar, siempre teniendo en cuenta la seguridad y la economía de las mismas. Resumiendo los pasos de un estudio convencional serían:


1) Ensayos ‘in situ’ (en el lugar) a cielo abierto con cargas aplicadas, como sondeos o pozos cuya profundidad y cantidad dependerá de la superficie de la obra y el peso de la misma. (cargas en las columnas)

2) Toma de muestras ‘in situ’ de cada perforación realizada.

3) Ensayos de laboratorio de las muestras extraidas.

4) Análisis de los resultados según los ensayos realizados ‘in situ’ y en laboratorio. Caracteristicas de los suelos hallados.

5) Elaboración del INFORME FINAL con resultados, gráficos , tensiones calculadas y las conclusiones sobre los sistemas de fundación recomendados.

TRABAJOS EN TERRENO

Sondeos o pozos de profundidad:

Esta varía como se dijo, en función de las características de la construcción. Suele adoptarse como mínimo 1 perforación cada 250m2 de superficie de planta de la obra. Para columnas de carga inferior a 30Tn : 3metros por debajo del nivel de la cimentación ( para cimentaciones directas y/o corridas).
Para columnas con cargas entre 30 y 100Tn: 5 metros por debajo del nivel de cimentación (cimentaciones directas aisladas que no se interfieran mutuamente dentro de la profundidad activa).

Columnas con carga entre 100 y 200 Tn: 10 metros por debajo del nivel de cimentación (cimentaciones directas aisladas ó columnas con cargas menores y bases combinadas o cimentaciones que se interfieren mutuamente ).

Cimentaciones sobre pilotes: 5 metros por debajo de la profundidad a alcanzar con la punta de los pilotes.

Ensayo de Placa de Carga:

Se realiza para determinar la tensión admisible (kg/cm2) y coeficiente de Balasto (kg/cm3), aplicando cargas y midiendo desplazamientos sobre la subrasante, sub-base, base o capa de rodamiento. Se realiza mediante una placa rígida circular normalizada de 30cm x 30cm y se aplica tanto en suelos para cimentaciones como para caminos o aeropuertos. Las placas de carga sirven para determinar la deformabilidad y controlar el grado de compactación de los suelos. Así, permiten de una manera rápida comparar los valores de deformación del terreno ensayado con valores considerados como admisibles.

Se aplican sucesivas cargas crecientes mediante un gato hidráulico provisto de un manómetro sobre la placa rígida y se van registrando las deformaciones o asientos correspondientes para cada una de las presiones ejercidas. El gato hidráulico actúa mediante un dispositivo de reacción, que puede estar constituido por la viga-puente (paragolpes) trasera de un camión de peso superior a la reacción esperada. Los asientos se miden en 3 relojes comparadores

El resultado se reproduce en un diagrama Tensión-Desplazamiento cuya tangente es el Módulo de Deformación o de Young ‘E’. Dividiendo los valores de E de los ensayos se obtiene el valor de Kv (coeficiente de balasto). Modernamente se han popularizado los equipos portátiles para Ensayos de Placa de Carga Dinámica, que trabajan con la caida de una maza sobre la placa. Estos modernos equipos permiten realizar un sinnúmero de comprobaciones fácilmente transportables.

Determinacion del coeficiente de Balasto :

O coeficiente de Reacción vertical. Se obtiene mediante el ensayo anterior. Este coeficiente representa la rigidez (representado por los resortes) frente al asentamiento del suelo. Un coeficiente alto de balasto supondrá un suelo rígido sobre el que los asentamientos son menores, y un coeficiente bajo supondrá grandes deformaciones. Conociendo este valor se puede calcular una platea de fundación. También puede ser determinado mediante fórmula (Visic) :

Kv= E/ (B (1- Vs2) )
donde E es el módulo de elasticidad del suelo (Young)

Vs el coeficiente de Poisson (cte. Elástica que proporciona una medida del estrechamiento de sección de un material elástico lineal e isótropo cuando se estira longitudinalmente y se adelgaza en las direcciones perpendiculares a la del estiramiento, similar al módulo de Young)

B el ancho de la cimentación.

Ensayo SPT (penetración dinámica Standard) :

Este ensayo se realiza mediante la hinca de un sacamuestras (permite sacar muestras alteradas para su identificación) que determina la resistencia con N número de golpes para penetrar un suelo no alterado con energía (pesa de 69kg y caida Standard Terzaghi de 75cm) para hincar la punta cada 33cm. A mayor número de golpes los suelos serán compactos, duros, muy duros, etc.

Se realiza en el fondo de cada perforación. Cuando los golpes llegan a 50 ó más para penetrar una etapa, entonces se considera ‘rechazo’ y se adopta ese valor, sino se van sumando los golpes de cada etapa y la profundidad alcanzada. Es un estudio típico que se realiza para suelos granulares (arenas o gravas arenosas) aunque a veces se lo realiza para suelos cohesivos. Este ensayo proporciona en el ‘golpeo’ un dato indicativo de la consistencia de un terreno. Con este ensayo también se obtiene la Tensión Admisible del mismo en las distintas capas.

Recuperación de muestras representativas del suelo:
Se identifica y acondiciona en recipientes herméticos para conservar inalteradas sus condiciones naturales de estructura y humedad.

Delimitacion de la secuencia y espesor de los diferentes estratos por reconocimiento tact
o-visual de los suelos extraidos.

Determinación del nivel freático o agua libre subterránea:

Es el límite superior de las aguas acumuladas en el subsuelo sobre una capa impermeable, que permite también efectuar el análisis químico de las mismas para verificar su grado de agresividad a los hormigones. (sulfatos, cloruros, PH). Como ‘subsuelo’ suele definirse a la capa inerte entre el suelo superficial y el lecho rocoso.

ENSAYOS DE LABORATORIO
Los ensayos en laboratorio pueden ser ‘Drenados’ (prueba) ó ‘No Drenados’ (prueba). El ensayo ‘drenado’ es un ensayo lento, se permite al agua de los poros en el interior del molde drenar a través de otra salida en la base de la cámara. El ensayo ‘no drenado’ es un ensayo rápido en el que no se le permite el drenaje del agua de los poros del suelo, mientras se somete a tensión la muestra.

Contenido natural de humedad : referido al peso del suelo secado en estufa a 110º

Cálculo de la Densidad Aparente:

Es la densidad de la muestra ‘in situ’, es decir en el lugar de origen y sobre muestras ‘inalteradas’. Para ello primero se pesa la muestra, luego se cubre con una capa de parafina caliente para impermeabilizarla. Luego se vuelve a pesar y la diferencia de peso dividida por la densidad será el Volumen añadido. La muestra parafinada se pesa en una balanza hidrostática para obtener el volumen total de la muestra. La Densidad Aparente se obtiene dividiendo el peso obtenido al principio por su Volumen.

Limites de Atterberg:
Limite Liquido e Indice Plástico (suelos finos cohesivos). Se entiende por Limite Liquido, la humedad que tiene un suelo amasado con agua y colocado en una cuchara de Casagrande cuando el surco realizado con un acanalador que divide esta masa en dos mitades se junta a lo largo de su fondo en una distancia de 13mm después de haber dejado caer 25 veces la cuchara desde 10mm de altura a través del giro de una manivela que la levanta y la deja caer sucesivamente. Es decir es el contenido de humedad (en %) con respecto al peso seco de la muestra, con el cual el suelo cambia de estado líquido al plástico.

Para calcular el Límite Plástico se usa el resto de la masa usada para calcular el Límite Líquido y con esa se hacen fideos de barro amasados sobre un cristal esmerilado hasta que se agrieten. Luego se colocan en 3 cápsulas para determinar su humedad a través de la media aritmética de las muestras, o sea el Límite de Plasticidad.

El Indice de Plasticidad se obtiene haciendo la resta del Límite Líquido y del Límite Plástico. Con los parámetros de Indice de Plasticidad y Límite Líquido a través de una tabla se confeccionaron las clasificaciones de los suelos por el Sistema Unificado de Casagrande, muy empleados en los informes geotécnicos.

Clasificación genérica de los Suelos por el Sistema Unificado de Casagrande =

GW= grava bien graduada, grava arenosa.
GP= gravas mal graduadas o discontínuas, grava arenosa.
GM= gravas limosas o limo-arenosas.
GC= gravas arcillosas o arcillo-arenosas.

SW= arenas bien graduadas, arenas gravosas.
SP= arenas uniformes o con graduación discontínua, arenas gravosas.
SM= arenas limosas, arenas limosas-gravosas.
SC= arenas arcillosas, arenas arcillosas-gravosas.

ML= limos, arenas muy finas, arenas finas limosas o arcillosas. Limos micáceos.
CL= arcillas de baja plasticidad, arcillas arenosas o limosas.
OL= limos orgánicos y arcillas de baja plasticidad.

MH= limos micáceos, limos de diatomeas. cenizas volcánicas.
CH= arcillas muy plásticas, arcillas arenosas.
OH= limos orgánicos, arcillas de alta plasticidad.
Pt= turba, turbas arenosas, turbas arcillosas.

Análisis Granulométrico:

Tiene como objetivo determinar la proporción de las diferentes granulometrías que presenta el suelo, es decir mediante este análisis sabemos qué cantidad de suelo comprende cada intervalo granulométrico. Se separan los suelos finos y gruesos y se pasan por diferentes tamices dispuestos en serie que hacen pasar suelos de ‘x’ micrones y retienen los más gruesos. También se observa la ‘textura’ a través de la apariencia visual del suelo basada en la composición cualitativa de los tamaños de los granos del suelo.

Se determinan los suelos menores de 74 micrones (limo + arcilla) por lavado sobre tamiz Standard Nº200. Pero también se vuelcan en una gráfica la cantidad de suelo respecto al tamaño de grano en porcentajes. Suelos con curvas similares tendrán un comportamiento granulométrico similar.
Ensayo de Compresión Triaxial o Corte Directo:

Realiza la medición de parámetros de corte directo (ángulo de rozamiento interno medido en grados ) para suelos granulares (arenas ) y cohesión para suelos arcillosos o limosos (en condiciones de drenaje impedido). Se desprende que en las arenas no existe la cohesión y en las arcillas no hay ángulo de rozamiento interno. (o sus valores serán muy pequeños)

Se realiza sobre una muestra de suelo en un recipiente cilíndrico en una cámara especial y se le aplica una presión igual en todo sentido y dirección. Alcanzado ese estado de equilibrio, se aumenta la presión normal o axial hasta que se produzca la falla. Realizando al menos 3 pruebas, con presiones laterales diferentes, se vuelcan los resultados en un gráfico donde se dibujan los Círculos de Möhr, donde, como puede verse en la figura, se obtienen los parámetros mencionados.

Ensayo Proctor:

A veces en una obra es necesario, a través del estudio geotécnico, realizar la mejora de una capa de espesor variable del terreno mediante la sustitución por terreno granular compactado al 95% , por ejemplo, ProctorProctor Modificado. Esto significa que no todos los terrenos naturales son aptos para una cimentación. Un terreno granular suelto puede generar asientos elásticos inadmisibles. Un terreno cohesivo muy consolidado puede suceder lo mismo. De allí que se realiza la mejora del suelo a través de la compactación, método económico y conocido (otros métodos más costosos son inyección, congelación, vibroflotación, drenes, estabilización con cal o cenizas, etc. )

Es un ensayo para obtener la Humedad Optima de compactación de un suelo en un molde para una determinada ‘energia de compactación’. La Humedad Optima de compactación es aquella humedad (% de agua) para la cual la Densidad del Suelo es Máxima, es decir qué cantidad de agua ,en forma repetida y progresiva, le debemos agregar a una probeta de suelo en un molde para poderlo compactar lo máximo con una energía concreta, mediante apisonado con una maza en una máquina, mejorando así la uniformidad, compactación, peso específico y resistencia al corte.
Se realizan 4 ensayos de un mismo suelo pero con diferentes humedades de manera que después de haber realizado las compactaciones se obtienen 4 densidades del suelo para 4 humedades diferentes. No son las Humedades Optimas, pero se la calcula mediante interpolación de los 4 valores en una gráfica.

La diferencia entre el ensayo Proctor Normal y el Modificado radica en la energía de compactación utilizada. Por lo tanto, cuando se solicita un suelo compactado al 90% Proctor ó Proctor Modificado significa que la compactación debe obtener una densidad seca de al menos el 90% de la densidad seca máxima obtenida con los correspondientes ensayos.

Estos valores son muy usados en suelos para plateas de fundación, calles o carreteras, y básicamente el objeto es el mejoramiento del suelo a través de la compactación superficial. En la práctica se vierten sobre el terreno natural, en sucesivas capas mediante la adición de agua y se le transmite energía de compactación mediante apisonado con máquinas por rodillos lisos, neumáticos, pata de cabra, vibratorios, etc.



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