UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE … · informe sobre la culminaciÓn y aprobaciÓn del...

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS FISICAS Y

MATEMÁTICA

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

“GUÍA PARA EL MEJORAMIENTO DE LA CAPACIDAD DE

CARGA EN TERRENOS DE CONSISTENCIA BLANDA A MEDIA”

TRABAJO DE GRADUACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL

TÍTULO DE INGENIERO CIVIL

AUTORES: NÚÑEZ SOLÍS LUÍS OSWALDO

RODAS ROMO NICOLAY ISRAEL

TUTOR: ING. CARLOS ENRIQUE ORTEGA ORDOÑEZ

QUITO-ECUADOR

2015

ii

DEDICATORIA

El presente trabajo de tesis, va dedicado en primer lugar a Dios quien me da la fortaleza

para seguir adelante todos los días y de esta manera ir cumpliendo los propósitos de mi

vida.

Así también, este proyecto va dedicado con mucho cariño a mis padres, Oswaldo y

Mariana, quienes son un pilar fundamental en mi vida ya que gracias a sus consejos y sus

palabras de aliento puedo ver cumplida esta meta.

A mis hermanas, Maritza y Andrea, quienes siempre han estado conmigo brindándome

su confianza y apoyo incondicional.

De igual manera, a la Universidad Central del Ecuador por haberme acogido en sus aulas

y de manera especial a mis profesores quienes supieron transmitirme sus conocimientos

a lo largo de mi carrera universitaria.

Y por último, pero no menos importante a mis amigos quienes con su apoyo y su amistad,

han creado recuerdos invaluables en estos años de mi vida universitaria.

Luís Oswaldo Núñez Solís.

iii

DEDICATORIA

A mi Dios, a quien agradezco por darme la fuerza y el valor necesario para culminar mis

estudios, quien en los momentos difíciles presentados a lo largo de mi formación, jamás

me dejó desfallecer y permaneció a mi lado siendo mi compañero incondicional,

ayudándome a obtener los logros que hoy son reflejados.

A mi Padre, Nicolay, quien trabaja día a día sin importarle sacrificar madrugadas de sueño

por dar lo mejor a su hogar. A ti, que eres mi ejemplo a seguir, quien me ha enseñado que

la vida no es un camino fácil, sino que cada cosa debe ser ganada con trabajo,

perseverancia y sobre todo con honestidad.

A mi madre, Mercedes, mi mayor ejemplo de amor incondicional, quien con su humildad

y cariño sincero vela diariamente por su familia. A ti, que me has dado la fuerza e

inspiración para seguir adelante y que con tú dedicación y entrega me has convertido en

el hombre que soy.

A mi hermana, Anita, mi ejemplo de lucha incansable, quien a pesar de los obstáculos

que se le presenten siempre sigue de pie esforzándose por sobresalir cada día y brindar lo

mejor a sus hijas, Andrea y Ana Paula, mis chiquitas hermosas, quienes con su sonrisa

inocente son la alegría de mi hogar.

A mis hermanas menores, Samantha y Leslie, quienes han sido mi apoyo y compañía. En

fin, agradezco a toda mi familia por la confianza brindada y por el apoyo incondicional

recibido especialmente por mis abuelitas, a quienes amo y admiro.

Nicolay Israel Rodas Romo

iv

AGRADECIMIENTO

Este proyecto es el resultado del esfuerzo conjunto de quienes formamos el grupo de

trabajo. Por esto es necesario agradecer a nuestro tutor, Ing. Carlos Ortega quien ha

aportado de manera significativa con su conocimiento y experiencia para elaborar el

proyecto de la mejor manera.

Así también un eterno agradecimiento a mis padres Oswaldo y Mariana ya que sin ellos,

este sueño no hubiese sido posible cumplirlo.

A mi prestigiosa Universidad Central Del Ecuador, en especial a la Carrera de Ingeniería

Civil, la cual me dio la oportunidad de prepararme para un futuro competitivo y formarme

como una persona responsable.

De igual manera a mis amigos quienes de una u otra forma aportaron para que este trabajo

sea desarrollado de la mejora manera, especialmente a mi compañero de tesis Nicolay

Rodas quien ha colaborado de manera significativa en el desarrollo de este proyecto.

Luís Oswaldo Núñez Solís.

v

AGRADECIMIENTO

Agradezco a la Universidad Central del Ecuador, especialmente a la Facultad de

Ingeniería Civil, la cual a través de sus docentes me han brindado un sin número de

valores y conocimientos que serán aplicados diariamente durante mi carrera profesional.

Un agradecimiento especial a mi Tutor, el Ingeniero Carlos Ortega, a quien considero

como un amigo, quien con sus conocimientos y asesoría ha permitido desarrollar el

presente proyecto de inicio a fin.

Al Ing. Juan Carlos Ávila e Ing. Byron Morales, personas que han demostrado ser

excelentes profesores e intachables profesionales, quienes con sus invalorables aportes

durante la revisión del presente proyecto, han permitido culminarlo de la mejor manera.

Al personal del Laboratorio de Mecánica de Suelos por su colaboración el momento de

realizar los diferentes ensayos tanto en campo y laboratorio necesarios para el desarrollo

del presente proyecto. Amigos con los cuales he compartido gratos momentos en mi etapa

como Ayudante de Cátedra.

A mis amigos que me han acompañado a lo largo de mi carrera, con quienes diariamente

compartí clases sin pensar que llegaría el momento de culminar esa inolvidable etapa

universitaria. A Luís Núñez, coautor del presente trabajo de titulación, compañero desde

el primer día de clases en primer semestre y a quien hoy lo considero más que un amigo,

un hermano. Gracias por su colaboración y entrega al presente proyecto, ya que sin él no

habría sido posible su realización.

Nicolay Israel Rodas Romo

vi

AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL

Nosotros, NUÑEZ SOLÍS LUIS OSWALDO y RODAS ROMO NICOLAY ISRAEL, en

calidad de autores del Trabajo de Graduación previo a la obtención del Título de

Ingenieros Civiles, que versa sobre “GUÍA PARA EL MEJORAMIENTO DE LA

CAPACIDAD DE CARGA EN TERRENOS DE CONSISTENCIA BLANDA A

MEDIA”, autorizamos mediante la presente a la UNIVERSIDAD CENTRAL DEL

ECUADOR, hacer uso de todos los contenidos que nos pertenecen o parte de los que

contiene esta obra, con fines estrictamente académicos o de investigación.

Los derechos que como autores nos corresponden, con excepción de la presente

autorización, seguirán vigentes a nuestro favor, de conformidad con lo establecido en los

artículos 5, 6, 8, 19 y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su

Reglamento.

Quito, Diciembre de 2015

…………………………………….

NÚÑEZ SOLÍS LUÍS OSWALDO

C.C. 180426489-1

……………………………………….

RODAS ROMO NICOLAY ISRAEL

C.C. 100404247-7

vii

CERTIFICACIÓN

viii

CERTIFICACIÓN

ix

RESULTADO DEL ANÁLISIS ANTIPLAGIO – URKUND

x

INFORME SOBRE LA CULMINACIÓN Y APROBACIÓN DEL TRABAJO

DE GRADUACIÓN.

xiii

INFORME SOBRE LA CULMINACIÓN Y APROBACIÓN DEL TRABAJO DE

GRADUACIÓN.

xviii

RESULTADO DEL TRABAJO DE GRADUACIÓN

xix

RESULTADO DEL TRABAJO DE GRADUACIÓN

xx

CONTENIDO

DEDICATORIA ............................................................................................................... II

AGRADECIMIENTO .................................................................................................... IV

AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL .............................................. VI

CERTIFICACIÓN ......................................................................................................... VII

RESULTADO DEL ANÁLISIS ANTIPLAGIO – URKUND ...................................... IX

INFORME SOBRE LA CULMINACIÓN Y APROBACIÓN DEL TRABAJO DE

GRADUACIÓN. ..............................................................................................................X

RESULTADO DEL TRABAJO DE GRADUACIÓN ............................................. XVIII

RESUMEN ................................................................................................................. XLII

ABSTRACT .............................................................................................................. XLIII

CAPÍTULO I................................................................................................................... 1

1. GENERALIDADES ............................................................................................. 1

1.1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................ 1

1.1.1. ANTECEDENTES ................................................................................... 2

1.2. OBJETIVOS ................................................................................................. 4

1.2.1. OBJETIVO GENERAL ........................................................................... 4

1.2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................... 4

1.3. LÍNEA BASE ............................................................................................... 4

1.4. JUSTIFICACIÓN ......................................................................................... 5

CAPÍTULO II ................................................................................................................. 7

2. MARCO TEÓRICO ............................................................................................. 7

2.1. FORMACIÓN DE LOS SUELOS ............................................................... 7

2.1.1. SUELOS RESIDUALES .......................................................................... 8

2.1.2. SUELOS TRANSPORTADOS ................................................................ 9

xxi

2.1.2.1. DEPÓSITOS COLUVIALES........................................................... 9

2.1.2.2. DEPÓSITOS EÓLICOS ................................................................... 9

2.1.2.3. DEPÓSITOS EÓLICOS - VOLCÁNICOS .................................... 10

2.1.2.4. DEPÓSITOS ALUVIALES ........................................................... 10

2.1.2.5. DEPÓSITOS LACUSTRES ........................................................... 10

2.1.2.6. DEPÓSITOS GLACIARES ........................................................... 11

2.1.2.7. DEPÓSITOS MARINOS ............................................................... 11

2.1.2.8. DEPÓSITO LAHARÍTICO ........................................................... 11

2.1.2.9. DEPÓSITOS PIROCLÁSTICOS ................................................... 12

2.1.2.10. DEPÓSITO ALUVIONAL ............................................................ 12

2.1.2.11. DEPÓSITOS ARTIFICIALES ....................................................... 12

2.2. TIPOS DE SUELOS ................................................................................... 13

2.2.1. SUELOS GRUESOS .............................................................................. 13

2.2.2. SUELOS FINOS..................................................................................... 13

2.3. ESTUDIOS Y ANÁLISIS DE SUELOS ................................................... 14

2.3.1. GRANULOMETRÍA (ASTM D 422) .................................................... 15

2.3.2. PLASTICIDAD ...................................................................................... 17

2.3.2.1. DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO DE UN SUELO (𝐋𝐋)

(ASTM D 4318).............................................................................................. 19

2.3.2.2. DETERMINACIÓN DEL LÍMITE PLÁSTICO DE UN SUELO

(LP) (ASTM D 4318) ..................................................................................... 21

2.3.2.3. DETERMINACIÓN DEL LÍMITE DE CONTRACCIÓN DE UN

SUELO (LC) (ASTM D 427) ......................................................................... 22

2.3.2.4. ÍNDICES DE PLASTICIDAD Y CONSISTENCIA ..................... 26

2.3.2.4.1. ÍNDICE DE PLASTICIDAD (IP)................................................ 26

2.3.2.4.2. ÍNDICE DE FLUENCIA (IF) ...................................................... 27

2.3.2.4.3. ÍNDICE DE TENACIDAD (IT) .................................................. 28

xxii

2.3.2.4.4. ÍNDICE DE LIQUIDEZ (IL) ....................................................... 29

2.3.2.4.5. ÍNDICE DE CONSISTENCIA (IC) ............................................. 30

2.3.3. ENSAYO DE CLASIFICACIÓN SUCS (ASTM D 2487).................... 31

2.3.3.1. CLASIFICACIÓN DE SUELOS FINOS ....................................... 31

2.3.3.2. CLASIFICACIÓN DE SUELOS MUY ORGÁNICOS ................. 34

2.3.3.3. CLASIFICACIÓN DE SUELOS GRUESOS ................................ 34

2.3.4. ENSAYO DE COMPACTACIÓN (ASTM D 1557) ............................. 38

2.3.5. ENSAYO DE CORTE DIRECTO (ASTM D 3086).............................. 40

2.3.6. ENSAYO TRIAXIAL (ASTM D 2850) ................................................ 43

2.3.7. ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR (ASTM D 1586) ........... 46

2.3.8. ENSAYO DE PLACA (ASTM D 1194) ................................................ 48

2.4. CIMENTACIONES.................................................................................... 49

2.4.1. CIMENTACIONES SUPERFICIALES................................................. 50

2.4.2. CIMENTACIONES PROFUNDAS ....................................................... 51

2.5. CAPACIDAD DE CARGA EN SUELOS PARA CIMENTACIONES

SUPERFICIALES .................................................................................................. 53

2.5.1. TIPOS DE FALLA ................................................................................. 54

2.5.1.1. FALLA GENERAL POR CORTE ................................................. 54

2.5.1.2. FALLA LOCAL POR CORTE ...................................................... 54

2.5.1.3. FALLA DE CORTE POR PUNZONAMIENTO .......................... 55

2.5.2. TEORÍAS DE LA CAPACIDAD DE CARGA ..................................... 56

2.5.2.1. TEORÍA DE CAPACIDAD DE CARGA DE TERZAGHI .......... 56

2.5.2.2. TEORÍA DE MEYERHOF ............................................................ 65

2.5.2.3. TEORÍA DE SKEMPTON ............................................................. 67

2.5.3. ECUACIÓN GENERAL DE LA CAPACIDAD DE CARGA.............. 69

2.5.4. CAPACIDAD DE CARGA EN SUELOS ESTRATIFICADOS........... 73

xxiii

2.5.4.1. CASOS ESPECIALES ................................................................... 79

2.5.4.1.1. ESTRATO SUPERIOR ES ARENA FUERTE Y EL ESTRATO

INFERIOR ES ARCILLA SUAVE SATURADA ..................................... 79


INFERIOR ES ARENA SUELTA ............................................................. 80

2.6. ASENTAMIENTOS ADMISIBLES .......................................................... 81

2.6.1. ASENTAMIENTOS INMEDIATOS ..................................................... 82

2.6.2. ASENTAMIENTOS POR CONSOLIDACIÓN .................................... 87

2.6.2.1. ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACIÓN PRIMARIA .......... 88

2.6.2.2. ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACIÓN SECUNDARIA ... 91

2.6.3. ASENTAMIENTOS POR SISMOS ...................................................... 92

2.6.4. ASENTAMIENTOS TOLERABLES EN EDIFICIOS ......................... 93

2.7. MEJORAMIENTO DEL TERRENO DE CIMENTACIÓN ..................... 97

2.7.1. MÉTODOS PARA EL MEJORAMIENTO DEL TERRENO DE

CIMENTACIÓN ................................................................................................ 98

2.7.1.1. MÉTODO DE COMPACTACIÓN EN CAMPO .......................... 98

2.7.1.2. MÉTODO DE COMPACTACIÓN DINÁMICO .......................... 99

2.7.1.3. MÉTODO DE PRECOMPRESIÓN ............................................. 100

2.7.1.4. MÉTODO DE SUSTITUCIÓN.................................................... 103

2.7.1.5. MÉTODO DE VIBROFLOTACIÓN ........................................... 104

2.7.1.6. MÉTODOS DE ESTABILIZACIÓN ........................................... 105

2.7.1.6.1. ESTABILIZACIÓN CON CAL ................................................ 105

2.7.1.6.2. ESTABILIZACIÓN CON CEMENTO .................................... 106

2.7.1.6.3. ESTABILIZACIÓN CON CENIZA VOLÁTIL ....................... 107

2.7.1.7. USO DE COLUMNAS DE GRAVA ........................................... 108

2.7.1.8. USO DE CAPAS CON MATERIAL DE MEJORAMIENTO .... 110

CAPÍTULO III ........................................................................................................... 111

xxiv

3. USO DE CAPAS DE SUELOS PARA MEJORAMIENTO DE LA CAPACIDAD

DE CARGA DE SUELOS ........................................................................................ 111

3.1. CALIFICACIÓN DEL MATERIAL DE MEJORAMIENTO ................. 111

3.2. ENSAYOS EN MATERIAL DE MEJORAMIENTO ............................. 112

3.2.1. ENSAYO DE CLASIFICACIÓN SUCS SOBRE EL MATERIAL DE

MEJORAMIENTO ........................................................................................... 112

3.2.1.1. REGISTRO FOTOGRÁFICO DEL PROCEDIMIENTO DE

ENSAYO PARA LA CLASIFICACIÓN SUCS EN EL MATERIAL DE

MEJORAMIENTO ....................................................................................... 115

3.2.2. COMPACTACIÓN SOBRE EL MATERIAL DE MEJORAMIENTO

118

3.2.2.1. REGISTRO FOTOGRÁFICO DEL ENSAYO DE

COMPACTACIÓN EN EL MATERIAL DE MEJORAMIENTO ............. 121

3.2.3. PESO UNITARIO DEL SUELO IN SITU .......................................... 121

3.2.3.1. REGISTRO FOTOGRÁFICO DEL ENSAYO DE

COMPACTACIÓN EN EL MATERIAL DE MEJORAMIENTO Y PESO

UNITARIO EN EL SITIO ........................................................................... 124

3.2.4. ENSAYO DE CORTE DIRECTO EN EL MATERIAL DE

MEJORAMIENTO ........................................................................................... 125

3.2.4.1. COMPARACIÓN DE RESULTADOS OBTENIDOS PARA EL

MATERIAL DE MEJORAMIENTO Y PARA LA GRAVA EMPLEADA EN

LA TESIS DE RESPALDO ......................................................................... 125

3.2.4.1.1. COMPARACIÓN DE RESULTADOS OBTENIDOS EN

ENSAYOS DE GRANULOMETRÍA...................................................... 126

3.2.4.1.2. COMPARACIÓN DE RESULTADOS OBTENIDOS EN

ENSAYOS DE COMPACTACIÓN ........................................................ 128

3.2.4.1.3. RESULTADOS OBTENIDOS EN ENSAYOS DE PESO

UNITARIO DE SUELO IN SITU............................................................ 130

xxv


ENSAYO DE CORTE DIRECTO DESARROLLADO EN TESIS DE

“ALTERNATIVAS DE REFORZAMIENTO Y CONTENCIÓN DE

SUELOS” ..................................................................................................... 133

3.3. ENSAYOS EN SUELO NATURAL ....................................................... 134

3.3.1. ENSAYO DE CLASIFICACIÓN SUCS SOBRE EL SUELO NATURAL

134


ENSAYO PARA LA CLASIFICACIÓN SUCS SOBRE EL SUELO

NATURAL ................................................................................................... 137

3.3.2. ENSAYO TRIAXIAL SOBRE SUELO NATURAL .......................... 138


ENSAYO TRIAXIAL SOBRE EL SUELO NATURAL ............................ 143

CAPÍTULO IV ............................................................................................................ 144

4. APLICACIÓN ESPECÍFICA ........................................................................... 144

4.1. INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA......................................................... 146

4.1.1. RESULTADOS DEL ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR

(SPT) 146


ENSAYO SPT EN CAMPO......................................................................... 150

4.2. DISEÑO DEL MEJORAMIENTO .......................................................... 151

4.3. COLOCACIÓN Y TENDIDO ................................................................. 157

4.4. VERIFICACIÓN CON EL ENSAYO DE PLACA ................................. 158

4.4.1. ENSAYO DE PLACA SOBRE SUELO NATURAL .......................... 159

4.4.2. ENSAYO DE PLACA SOBRE SUELO NATURAL CON

MEJORAMIENTO ........................................................................................... 161

4.4.2.1. ENSAYO DE PLACA SOBRE SUELO CON UNA CAPA DE

MATERIAL DE MEJORAMIENTO DE 0,15m ......................................... 162

xxvi

4.4.2.2. ENSAYO DE PLACA SOBRE SUELO CON DOS CAPAS DE

MATERIAL DE MEJORAMIENTO DE 0,15m CADA UNA ................... 163

4.4.2.3. ENSAYO DE PLACA SOBRE SUELO CON TRES CAPAS DE

MATERIAL DE MEJORAMIENTO DE 0,15m CADA UNA ................... 165

4.4.3. RESUMEN DE RESULTADOS OBTENIDOS EN ENSAYO DE

PLACA ............................................................................................................. 168

4.4.4. ESQUEMATIZACIÓN DE LOS ENSAYOS DE PLACA

DESARROLLADOS ........................................................................................ 170

4.4.5. REGISTRO FOTOGRÁFICO DEL PROCEDIMIENTO DE ENSAYO

DE PLACA EN CAMPO ................................................................................. 172

4.5. COMPARACIÓN DE RESULTADOS OBTENIDOS POR MEDIO DEL

MÉTODO TEÓRICO Y POR EL ENSAYO DE PLACA................................... 175

4.6. GUÍA PARA EL MEJORAMIENTO DE LA CAPACIDAD DE CARGA

GENERAL............................................................................................................ 176

CAPÍTULO V ............................................................................................................. 179

5. PRESUPUESTO DEL PROYECTO ................................................................ 179

5.1. ACTIVIDADES A REALIZAR ............................................................... 179

5.2. ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS .................................................. 180

5.3. PRESUPUESTO ....................................................................................... 187

CAPÍTULO VI ............................................................................................................ 190

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES................................................ 190

6.1. CONCLUSIONES .................................................................................... 190

6.2. RECOMENDACIONES .......................................................................... 196

BIBLIOGRAFÍA: ....................................................................................................... 198

xxvii

LISTA DE TABLAS

TABLA 2. 1.- PRINCIPALES TIPOS DE SUELOS, AUTORES ................................ 14

TABLA 2. 2.- ABERTURA DE TAMICES .................................................................. 15

TABLA 2. 3.- COEFICIENTES DE CURVATURA Y UNIFORMIDAD PARA

SUELOS GRUESOS ...................................................................................................... 17

TABLA 2. 4.- VALORES DEL ÍNDICE DE LIQUIDEZ ............................................. 29

TABLA 2. 5.- VALORES DEL ÍNDICE DE CONSISTENCIA................................... 30

TABLA 2. 6.- SISTEMA DE CLASIFICACIÓN SUCS ............................................... 37

TABLA 2. 7.- ESPECIFICACIONES PARA ENSAYO DE COMPACTACIÓN

PROCTOR ESTÁNDAR ............................................................................................... 39

TABLA 2. 8.- ESPECIFICACIONES PARA ENSAYO DE COMPACTACIÓN

PROCTOR MODIFICADO ........................................................................................... 39

TABLA 2. 9.- FACTORES DE CAPACIDAD DE CARGA DE TERZAGHI ............. 59

TABLA 2. 10.- FACTORES DE CAPACIDAD DE CARGA MODIFICADOS DE

TERZAGHI .................................................................................................................... 61

TABLA 2. 11.- FACTOR DE CAPACIDAD DE CARGA NC EN FUNCIÓN DE LA

RELACIÓN DFB ............................................................................................................ 68

TABLA 2. 12.- FACTORES DE FORMA, PROFUNDIDAD E INCLINACIÓN DE

CARGA .......................................................................................................................... 70

TABLA 2. 13.- FACTORES DE CAPACIDAD DE CARGA PARA ECUACIÓN

GENERAL DE CAPACIDAD DE CARGA.................................................................. 72

TABLA 2. 14.- PARÁMETROS FÍSICOS DEL SUELO CON DOS ESTRATOS ..... 73

TABLA 2. 15.- PARÁMETROS ELÁSTICOS DE VARIOS SUELOS ....................... 83

TABLA 2. 16.- ECUACIONES PARA EL MÓDULO DE ELASTICIDAD POR

MÉTODOS DE PRUEBA .............................................................................................. 84

TABLA 2. 17.- DISTORSIÓN ANGULAR LÍMITE SEGÚN BJERRUM

(COMPILACIÓN DE WAHLS) .................................................................................... 95

xxviii

TABLA 2. 18.- CRITERIOS DE ASENTAMIENTOS ADMISIBLES (COMPILACIÓN

DE WAHLS) .................................................................................................................. 96

TABLA 2. 19.- ASENTAMIENTOS PROMEDIO ADMISIBLES PARA TIPOS

DIFERENTES DE EDIFICIOS (COMPILACIÓN DE WAHLS)................................. 96

TABLA 2. 20.- VALORES MÁXIMOS DE ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES

CALCULADOS, EXPRESADOS EN FUNCIÓN DE LA DISTANCIA ENTRE

APOYOS O COLUMNAS (L) ....................................................................................... 97

TABLA 2. 21.- DETALLES DE LAS VARIABLES PARA LAS TRES CURVAS DE

LA FIGURA 2.29 ........................................................................................................... 99

TABLA 2. 22.- CEMENTO REQUERIDO POR VOLUMEN PARA LA

ESTABILIZACIÓN EFECTIVA DE VARIOS SUELOS. .......................................... 107

TABLA 2. 23.- PORCENTAJE EN PESO QUE PASA A TRAVÉS DE LOS TAMICES

DE MALLA CUADRADA .......................................................................................... 110

TABLA 3. 1.- PROCEDIMIENTO PARA EL DESARROLLO DEL ENSAYO DE

CORTE SOBRE SUELO GRANULAR ...................................................................... 132

TABLA 4. 1.- COORDENADAS GEOGRÁFICAS DE UBICACIÓN DEL PROYECTO

...................................................................................................................................... 145

xxix

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 2. 1.- RELACIÓN AGUA – SÓLIDOS EN EL SUELO FINO .......................... 18

FIGURA 2. 2.- COPA DE CASAGRANDE ............................................................................. 19

FIGURA 2. 3.- ACANALADOR TIPO CASAGRANDE ..................................................... 20

FIGURA 2. 4.- DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO DE UN SUELO ............. 21

FIGURA 2. 5.- PROCESO DE CONTRACCIÓN DE LOS SUELOS ............................... 23

FIGURA 2. 6.- DEFINICIÓN DEL LÍMITE DE CONTRACCIÓN ................................... 25

FIGURA 2. 7.- COMPARACIÓN ENTRE ÍNDICES DE FLUENCIA ............................. 28

FIGURA 2. 8.- CARTA DE PLASTICIDAD DE CASAGRANDE ................................... 32

FIGURA 2. 9.- DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DEL EQUIPO DE CORTE DIRECTO

............................................................................................................................................................... 42

FIGURA 2. 10.- ENVOLVENTE DE FALLA PARA CÍRCULO DE MOHR PARA

ENSAYO TRIAXIAL ..................................................................................................................... 45

FIGURA 2. 11.- ENSAYO DE PLACA EN CAMPO ............................................................ 49

FIGURA 2. 12.- CIMENTACIÓN SUPERFICIAL ................................................................. 51

FIGURA 2. 13.- CIMENTACIONES PROFUNDAS A BASE DE PILOTES ................. 52

FIGURA 2. 14.- FALLA GENERAL POR CORTE ............................................................... 54

FIGURA 2. 15.- FALLA LOCAL POR CORTE ...................................................................... 55

FIGURA 2. 16.- FALLA DE CORTE POR PUNZONAMIENTO ...................................... 56

FIGURA 2. 17.- FALLA POR CAPACIDAD DE CARGA EN SUELO BAJO

CIMENTACIÓN RÍGIDA CORRIDA ....................................................................................... 57

FIGURA 2. 18.- MODIFICACIÓN DE ECUACIONES DE CAPACIDAD DE CARGA

POR LOCALIZACIÓN DE NIVEL FREÁTICO .................................................................... 62

FIGURA 2. 19.- MODIFICACIÓN DE ECUACIONES DE CAPACIDAD DE CARGA

POR LOCALIZACIÓN DE NIVEL FREÁTICO .................................................................... 63

xxx

FIGURA 2. 20.- SUPERFICIE DE ROTURA SUPUESTA PARA CIMENTACIONES

SUPERFICIALES ............................................................................................................................ 65

FIGURA 2. 21.- DIAGRAMA DE SKEMPTON PARA LA DETERMINACIÓN DE 𝐍𝐜

EN FUNCIÓN DE LA RELACIÓN 𝐃𝐟/𝐁 ................................................................................ 68

FIGURA 2. 22.- CAPACIDAD DE CARGA DE UNA CIMENTACIÓN CORRIDA

SOBRE SUELO ESTRATIFICADO - PROFUNDIDAD H RELATIVAMENTE

PEQUEÑA COMPARADA CON EL ANCHO B DE LA CIMENTACIÓN. .................. 74

FIGURA 2. 23.- CAPACIDAD DE CARGA DE UNA CIMENTACIÓN CORRIDA

SOBRE SUELO ESTRATIFICADO - PROFUNDIDAD H RELATIVAMENTE

GRANDE COMPARADA CON EL ANCHO B DE LA CIMENTACIÓN. .................... 74

FIGURA 2.24.- COEFICIENTE DE CORTE POR PUNZONAMIENTO 𝐊𝐬, SEGÚN

MEYERHOF Y HANNA ............................................................................................................... 77

FIGURA 2.25.- VARIACIÓN DE 𝐜𝐚𝐜/𝟏 VS 𝐪𝟐/𝐪𝟏 BASADA EN LA TEORÍA DE

MEYERHOF Y HANNA ............................................................................................................... 77

FIGURA 2.26.- CARACTERÍSTICAS ESFUERZO - DEFORMACIÓN ........................ 81

FIGURA 2. 27.- ASENTAMIENTO ELÁSTICO DE CIMENTACIONES FLEXIBLE Y

RÍGIDA ............................................................................................................................................... 85

FIGURA 2. 28.- VALORES DE 𝛂, 𝛂𝐩𝐫𝐨𝐦 Y 𝛂𝐫 ................................................................... 87

FIGURA 2. 29.- GRÁFICA TIEMPO - DEFORMACIÓN DURANTE LA

CONSOLIDACIÓN PARA UN INCREMENTO DE CARGA ............................................ 88

FIGURA 2. 30.- ASENTAMIENTO CAUSADO POR CONSOLIDACIÓN

UNIDIMENSIONAL ....................................................................................................................... 89

FIGURA 2. 31.- VARIACIÓN DE LA RELACIÓN DE VACÍOS E CON LOG T BAJO

UN INCREMENTO DADO DE CARGA, Y DEFINICIÓN DEL ÍNDICE DE

COMPRESIÓN SECUNDARIO. ................................................................................................. 91

FIGURA 2. 32.- PARÁMETRO PARA LA DEFINICIÓN DEL ASENTAMIENTO

TOLERABLE .................................................................................................................................... 94

xxxi

FIGURA 2. 33.- RELACIÓN ENTRE EL PESO ESPECÍFICO SECO DE

COMPACTACIÓN PARA LOS 150MM SUPERIORES Y EL NÚMERO DE

PASADAS DEL RODILLO NEUMÁTICO. ............................................................................ 98

FIGURA 2. 34.- MÉTODO PARA ESTIMAR EL ESPESOR DE LA CAPA DE

COMPACTACIÓN .......................................................................................................................... 99

FIGURA 2. 35.- PRINCIPIOS DE PRECOMPRESIÓN ...................................................... 101

FIGURA 2. 36.- VARIACIÓN DEL GRADO DE CONSOLIDACIÓN EN EL PLANO

MEDIO CON RELACIÓN AL TIEMPO ................................................................................. 103

FIGURA 2. 37.- COMPACTACIÓN POR EL PROCESO DE VIBROFLOTACIÓN . 104

FIGURA 2. 38.- VARIACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO, ÍNDICE DE PLASTICIDAD

Y CONTRACCIÓN DE UNA ARCILLA CON ADITIVO DE CAL. ............................. 106

FIGURA 2. 39.- PROCESO CONSTRUCTIVO DE UNA COLUMNA DE GRAVA 109

FIGURA 4. 1.- ENSAYO DE PLACA SOBRE SUELO NATURAL .............................. 170

FIGURA 4. 2.- ENSAYO DE PLACA SOBRE 1 CAPA DE MEJORAMIENTO ........ 170

FIGURA 4. 3.- ENSAYO DE PLACA SOBRE 2 CAPAS DE MEJORAMIENTO ..... 171

FIGURA 4. 4.- ENSAYO DE PLACA SOBRE 3 CAPAS DE MEJORAMIENTO ..... 171

xxxii

LISTA DE FOTOGRAFÍAS

FOTOGRAFÍA 2. 1.- COLUMNA DE TAMICES .................................................................. 16

FOTOGRAFÍA 2. 2.- DETERMINACIÓN DEL LÍMITE PLÁSTICO DE UN SUELO

............................................................................................................................................................... 22

FOTOGRAFÍA 3. 1.- VISTA AÉREA DEL CENTRO DE ACOPIO DE MATERIAL

DE MEJORAMIENTO. ................................................................................................................ 111

FOTOGRAFÍA 3. 2.- CANTIDAD DE SUELO RETENIDO POR EL TAMIZ N°4 ... 115

FOTOGRAFÍA 3. 3.- CANTIDAD DE SUELO RETENIDO POR EL TAMIZ N°4 ... 115

FOTOGRAFÍA 3. 4.- PORCENTAJE RETENIDO EN TAMIZ 1½” .............................. 116

FOTOGRAFÍA 3. 5.- PORCENTAJE RETENIDO EN TAMIZ 1” .................................. 116

FOTOGRAFÍA 3. 6.- PORCENTAJE RETENIDO EN TAMIZ ¾” ................................. 116

FOTOGRAFÍA 3. 7.- PORCENTAJE RETENIDO EN TAMIZ ½” ................................. 116

FOTOGRAFÍA 3. 8.- PORCENTAJE RETENIDO EN TAMIZ 3/8” .............................. 116

FOTOGRAFÍA 3. 9.- PORCENTAJE RETENIDO EN TAMIZ N°4 ............................... 116

FOTOGRAFÍA 3. 10.- PORCENTAJE RETENIDO EN TAMIZ N°10 .......................... 117




FOTOGRAFÍA 3. 14.- PESAJE DE MUESTRAS ................................................................ 117

FOTOGRAFÍA 3. 15.- SECADO DE MUESTRAS .............................................................. 117

FOTOGRAFÍA 3. 16.- PESAJE DE MUESTRAS ................................................................ 121

FOTOGRAFÍA 3. 17.- HORNO DE SECADO ...................................................................... 121

FOTOGRAFÍA 3. 18.- ENSAYO DE COMPACTACIÓN ................................................. 121

FOTOGRAFÍA 3. 19.- EQUIPO DE CONO Y ARENA ..................................................... 124

FOTOGRAFÍA 3. 20.- PLACA BASE SOBRE SUELO COMPACTADO .................... 124

xxxiii

FOTOGRAFÍA 3. 21.- ENSAYO DE CONO Y ARENA.................................................... 124

FOTOGRAFÍA 3. 22.- PESAJE DE ARENA RESTANTE EN FRASCO ...................... 124

FOTOGRAFÍA 3. 23.- COMPACTACIÓN DEL SUELO EN CAPAS ........................... 133

FOTOGRAFÍA 3. 24.- ENSAYO DE DENSIDAD DE CAMPO EN GRAVA ............. 133

FOTOGRAFÍA 3. 25.- COLOCACIÓN DEL DEFORMÍMETRO Y DINAMÓMETRO

PREVIO AL ENSAYO DE CORTE ......................................................................................... 133

FOTOGRAFÍA 3. 26.- EJECUCIÓN DEL ENSAYO DE CORTE ................................... 133

FOTOGRAFÍA 3. 27.- TAMIZADO CON COLUMNA DE TAMICES ......................... 137

FOTOGRAFÍA 3. 28.- TAMIZADO CON TAMIZ N°4 ................................................. 137

FOTOGRAFÍA 3. 29.- TAMIZADO CON TAMIZ N°200 ............................................ 137

FOTOGRAFÍA 3. 30.- PROCESO DE DETERMINACIÓN DE LÍMITE LÍQUIDO . 137

FOTOGRAFÍA 3. 31.- PESAJE DE MUESTRAS DE SUELO NATURAL .................. 137

FOTOGRAFÍA 3. 32.- PROCESO DE SECADO SOBRE SUELO NATURAL .......... 137

FOTOGRAFÍA 3. 33.- EQUIPO TRIAXIAL EN LABORATORIO DE SUELOS UCE

............................................................................................................................................................. 138

FOTOGRAFÍA 3. 34.- TOMA DE MUESTRA INALTERADA EN CAMPO.............. 143

FOTOGRAFÍA 3. 35.- DESARROLLO DEL ENSAYO TRIAXIAL .............................. 143

FOTOGRAFÍA 3. 36.- FALLA DE PROBETAS N°1, N°2 Y N°3

RESPECTIVAMENTE ................................................................................................................. 143

FOTOGRAFÍA 4. 1.- UBICACIÓN DEL PROYECTO SECTOR EL BEATERIO ..... 144

FOTOGRAFÍA 4. 2.- VÍA DE ACCESO PRINCIPAL AL SITIO DEL PROYECTO 145

FOTOGRAFÍA 4. 3.- UBICACIÓN DE PERFORACIONES PARA EL ENSAYO SPT

............................................................................................................................................................. 146

FOTOGRAFÍA 4. 4.- ARMADO DEL EQUIPO SPT .......................................................... 150

FOTOGRAFÍA 4. 5.- DESARROLLO DEL ENSAYO SPT .............................................. 150

FOTOGRAFÍA 4. 6.- HINCAMIENTO DEL PENETRÓMETRO ................................... 150

FOTOGRAFÍA 4. 7.- TOMA DE MUESTRAS EN EL ENSAYO SPT .......................... 150

xxxiv

FOTOGRAFÍA 4. 8.- LIMPIEZA Y DESBROCE DEL TERRENO ................................ 172

FOTOGRAFÍA 4. 9.- PREPARACIÓN DE EXCAVACIONES ....................................... 172

FOTOGRAFÍA 4. 10.- EXCAVACIONES PARA EL DESARROLLO DEL ENSAYO

DE PLACA ...................................................................................................................................... 172

FOTOGRAFÍA 4. 11.- APISONADOR VIBRATORIO (SAPO) ...................................... 172

FOTOGRAFÍA 4. 12.- PROCESO DE COMPACTACIÓN CAPAS MEJORAMIENTO

............................................................................................................................................................. 173

FOTOGRAFÍA 4. 13.- CENTRADO DE PLACA BASE .................................................... 173

FOTOGRAFÍA 4. 14.- EQUIPO PARA EL DESARROLLO DE ENSAYO DE PLACA

............................................................................................................................................................. 173

FOTOGRAFÍA 4. 15.- DETERMINACIÓN DE DEFORMACIONES Y CARGAS

APLICADAS ................................................................................................................................... 173

FOTOGRAFÍA 4. 16.- DESARROLLO DEL ENSAYO DE PLACA MEDIANTE LA

APLICACIÓN DE CARGAS ...................................................................................................... 174

FOTOGRAFÍA 4. 17.- AGRIETAMIENTO EN PARED LATERAL DE LA

EXCAVACIÓN .............................................................................................................................. 174

xxxv

LISTA DE ECUACIONES

ECUACIÓN 2.1.- COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD………………………..…….16

ECUACIÓN 2.2.- COEFICIENTE DE CURVATURA……………..…………………16

ECUACIÓN 2.3.- PESO UNITARIO DEL MERCURIO………………..…………….24

ECUACIÓN 2.4.- VOLUMEN DE MERCURIO DERRAMADO……………..……...24

ECUACIÓN 2.5.- LÍMITE DE CONTRACCIÓN DEL SUELO…………….………...24

ECUACIÓN 2.6.- ÍNDICE DE PLASTICIDAD…………………………..…………...26

ECUACIÓN 2.7.- ÍNDICE DE FLUENCIA……………………..……………………..27

ECUACIÓN 2.8.- ÍNDICE DE TENACIDAD………………………………...…...…..28

ECUACIÓN 2.9.- ÍNDICE DE LIQUIDEZ ………………………...………………...29

ECUACIÓN 2.10.- ÍNDICE DE CONSISTENCIA………………………….………...30

ECUACIÓN 2.11.- ECUACIÓN DE LA LÍNEA “A” EN LA CARTA DE

PLASTICIDAD DE CASAGRANDE...……………………………....………………..32

ECUACIÓN 2.12.- ECUACIÓN DE LA LÍNEA “B” EN LA CARTA DE


ECUACIÓN 2.13.- ECUACIÓN DE LA LÍNEA “U” EN LA CARTA DE


ECUACIÓN 2.14.- ENERGÍA ESPECÍFICA DE COMPACTACIÓN…………..……40

ECUACIÓN 2.15.- RESISTENCIA AL CORTE DEL SUELO……...………………...40

ECUACIÓN 2.16.- ESFUERZO NORMAL EFECTIVO EN EL PLANO DE CORTE..41

ECUACIÓN 2.17.- ESFUERZO CORTANTE DEL SUELO………….……….……...41

ECUACIÓN 2.18.- ESFUERZO NORMAL PRINCIPAL…………….……………….45

ECUACIÓN 2.19.- CENTRO DEL CÍRCULO DE MOHR…………………………....45

ECUACIÓN 2.20.- RADIO DEL CÍRCULO DE MOHR……………………………...45

xxxvi

ECUACIÓN 2.21.- ÁNGULO DE FRICCIÓN EN GRADOS POR MEDIO DEL

ENSAYO SPT………………..……………………………………………………...…46

ECUACIÓN 2.22.- COHESIÓN EN (kNm2⁄ ) POR MEDIO DEL ENSAYO SPT…...46

ECUACIÓN 2.23.- SOBRECARGA EQUIVALENTE EFECTIVA…………………..57

ECUACIÓN 2.24.- CAPACIDAD DE CARGA ÚLTIMA PARA CIMENTACIÓN

CORRIDA SEGÚN TERZAGHI.………………….………………...………………...57

ECUACIÓN 2.25.- FACTOR DE CAPACIDAD DE CARGA Nc..................................58

ECUACIÓN 2.26.- FACTOR DE CAPACIDAD DE CARGA Nq….……………….....58

ECUACIÓN 2.27.- FACTOR DE CAPACIDAD DE CARGA Nγ….……..…………...58


CUADRADA SEGÚN TERZAGHI ….………………….………...……………….….60


CIRCULAR SEGÚN TERZAGHI ……..………………………………………....…...60

ECUACIÓN 2.30.- CAPACIDAD DE CARGA ÚLTIMA MODIFICADA PARA

CIMENTACIÓN CORRIDA SEGÚN TERZAGHI ….……………….…….…………60


CIMENTACIÓN CUADRADA SEGÚN TERZAGHI …………………….......……...60


CIMENTACIÓN CIRCULAR SEGÚN TERZAGHI ………….……………...……….60

ECUACIÓN 2.33.- SOBRECARGA EFECTIVA - CASO I………………….....……..62

ECUACIÓN 2.34.- PESO ESPECÍFICO SUMERGIDO DEL SUELO - CASO I..........63

ECUACIÓN 2.35.- SOBRECARGA EFECTIVA - CASO II………………………......63

ECUACIÓN 2.36.- PESO ESPECÍFICO DEL SUELO - CASO II………………..……64

ECUACIÓN 2.37.- CAPACIDAD DE CARGA ÚLTIMA SEGÚN MEYERHOF……66

ECUACIÓN 2.38.- CAPACIDAD DE CARGA ÚLTIMA CUANDO EL ÁNGULO DE

FRICCIÓN DEL SUELO ES CERO SEGÚN MEYERHOF….....………………..........66

xxxvii

ECUACIÓN 2.39.- CAPACIDAD DE CARGA ÚLTIMA CUANDO LA

RESISTENCIA AL CORTE DEL SUELO ES CERO SEGÚN MEYERHOF….……...67


RECTANGULAR SEGÚN SKEMPTON…………………………………...….……...69


CUADRADA SEGÚN SKEMPTON…………………………………...….…………..69

ECUACIÓN 2.42.- ECUACIÓN GENERAL DE CAPACIDAD DE CARGA ÚLTIMA

DEL SUELO……………………………………………….……………….…………..69

ECUACIÓN 2.43.- FACTOR DE CAPACIDAD DE CARGA Nq SEGÚN

MEYERHOF………………….………………………………………………………..71

ECUACIÓN 2.44.- FACTOR DE CAPACIDAD DE CARGA NC SEGÚN

MEYERHOF………………….………………………………………………………..71

ECUACIÓN 2.45.- FACTOR DE CAPACIDAD DE CARGA Nγ SEGÚN

MEYERHOF……………………………….…………………………………………..71

ECUACIÓN 2.46.- CAPACIDAD DE CARGA ÚLTIMA EN SUELO

ESTRATIFICADO (H ES RELATIVAMENTE PEQUEÑA COMPARADA CON

B)……………………………………………………………………………………….75

ECUACIÓN 2.47.- FUERZA ADHESIVA DEL SUELO……………………...………75

ECUACIÓN 2.48.- SIMPLIFICACIÓN DE LA CAPACIDAD DE CARGA ÚLTIMA

EN SUELO ESTRATIFICADO (H ES RELATIVAMENTE PEQUEÑA COMPARADA

CON B)……………………. …………………………………………………………..75

ECUACIÓN 2.49.- RELACIÓN DEL COEFICIENTE DE PRESIÓN PASIVA CON EL

COEFICIENTE DE CORTE POR PUNZONAMIENTO……………………………....75

ECUACIÓN 2.50.- CAPACIDAD ÚLTIMA DE CARGA SOBRE SUELOS

ESTRATIFICADOS…………………………………..………………………………..76

ECUACIÓN 2.51.- CAPACIDAD DE CARGA ÚLTIMA PARA ESTRATO

SUPERIOR…………………………………………….…………………………...…..76

ECUACIÓN 2.52.- CAPACIDAD DE CARGA ÚLTIMA PARA ESTRATO

INFERIOR……………...................................................................................................76

xxxviii

ECUACIÓN 2.53.- CAPACIDAD DE CARGA ÚLTIMA EN SUELO

ESTRATIFICADO (H ES RELATIVAMENTE GRANDE COMPARADA CON B)...77


EN SUELO ESTRATIFICADO (H ES RELATIVAMENTE GRANDE COMPARADA

CON B)…………..…………………..…………………………………………………78


EN SUELO ESTRATIFICADO PARA CIMENTACIONES RECTANGULARES (H ES

RELATIVAMENTE GRANDE COMPARADA CON B)......………….……………...78

ECUACIÓN 2.56.- CAPACIDAD DE CARGA DEL SUELO EN EL ESTRATO

INFERIOR………………………..……………………………………...……………..78

ECUACIÓN 2.57.- CAPACIDAD DE CARGA TOTAL DE SUELOS

ESTRATIFICADOS…………………………..………………………………………..78


INFERIOR SI ES ARCILLA SUAVE SATURADA………………...………..…….…79

ECUACIÓN 2.59.- CAPACIDAD DE CARGA TOTAL CUANDO EL ESTRATO

SUPERIOR ES ARENA FUERTE Y EL ESTRATO INFERIOR ES ARCILLA SUAVE

SATURADA …………………………………………………………....……………...79

ECUACIÓN 2.60.- CAPACIDAD DE CARGA ÚLTIMA CUANDO EL ESTRATO


SATURADA………………………………………………...…………….…………...79

ECUACIÓN 2.61.- RELACIÓN PARA DETERMINAR EL COEFICIENTE DE

CORTE POR PUNZONAMIENTO SI EL ESTRATO SUPERIOR ES ARENA FUERTE

Y EL ESTRATO INFERIOR ES ARCILLA SUAVE SATURADA…………….……..80

ECUACIÓN 2.62.- CAPACIDAD DE CARGA ÚLTIMA SI EL ESTRATO SUPERIOR

ES ARENA FUERTE Y EL ESTRATO INFERIOR ES ARENA SUELTA…………...80

ECUACIÓN 2.63.- CAPACIDAD DE CARGA TOTAL CUANDO EL ESTRATO

SUPERIOR ES ARENA FUERTE Y EL ESTRATO INFERIOR ES ARENA

SUELTA………………………………………………………………………………..80

xxxix

ECUACIÓN 2.64.- RELACIÓN PARA DETERMINAR EL COEFICIENTE DE


Y EL ESTRATO INFERIOR ES ARENA SUELTA……………..…………...………..81

ECUACIÓN 2.65.- ASENTAMIENTO TOTAL……………………………...………..82

ECUACIÓN 2.66.- ASENTAMIENTO ELÁSTICO PARA UNA CIMENTACIÓN

FLEXIBLE EN LA ESQUINA ……………………………...…….…………………...85

ECUACIÓN 2.67.- ASENTAMIENTO ELÁSTICO PARA UNA CIMENTACIÓN

FLEXIBLE EN EL CENTRO………..…………………………….…………………...85

ECUACIÓN 2.68.- ASENTAMIENTO ELÁSTICO PROMEDIO PARA UNA

CIMENTACIÓN FLEXIBLE…………………………..……………….……………...85

ECUACIÓN 2.69.- VALOR DEL PARÁMETRO α PARA EL CÁLCULO DEL

ASENTAMIENTO ELÁSTICO……………………………………..…………..……..86

ECUACIÓN 2.70.- RELACIÓN LONGITUD - ANCHO DE CIMENTACIÓN……....86

ECUACIÓN 2.71.- ASENTAMIENTO ELÁSTICO PARA CIMENTACIÓN

RÍGIDA………………………………………………………………………………...87

ECUACIÓN 2.72.- VARIACIÓN VOLUMÉTRICA POR CONSOLIDACIÓN

UNIDEMSIONAL….......................................................................................................89

ECUACIÓN 2.73.- IGUALDAD ENTRE VARIACIÓN VOLÚMETRICA Y

VARIACIÓN DE VOLUMEN DE VACÍOS…..............................................................89

ECUACIÓN 2.74.- VARIACIÓN DE VOLUMEN DE VACÍOS…………….………..89

ECUACIÓN 2.75.- VOLUMEN DE SÓLIDOS…………………..…...……………….89

ECUACIÓN 2.76.- SIMPLIFICACIÓN DE LA VARIACIÓN VOLUMÉTRICA….…89

ECUACIÓN 2.77.- ASENTAMIENTO PRIMARIO PARA ARCILLAS

NORMALMENTE CONSOLIDADAS………………………………………………..89

ECUACIÓN 2.78.- VARIACIÓN DE LA RELACIÓN DE VACÍOS……………...….89

ECUACIÓN 2.79.- SIMPLIFICACIÓN DEL ASENTAMIENTO PRIMARIO PARA

ARCILLAS NORMALMENTE CONSOLIDADAS…………..........…………………90

xl

ECUACIÓN 2.80.- ASENTAMIENTO TOTAL PARA UN ESTRATO DE ARCILLA

CON MAYOR ESPESOR…………….……………………..…………………………90

ECUACIÓN 2.81.- VARIACIÓN DE LA RELACIÓN DE VACÍOS PARA ARCILLAS

PRECONSOLIDADAS……………..………..………..……………………………….90


PRECONSOLIDADAS CUANDO σ′0 + Δ σ′ ≤ σ′c ………………………..………..90


PRECONSOLIDADAS CUANDOσ′0 + Δ σ′ > σ′c…………...……………..……… 90

ECUACIÓN 2.84.- ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACIÓN SECUNDARIA…..92

ECUACIÓN 2.85.- ÍNDICE DE COMPRESIÓN SECUNDARIA……………….……92

ECUACIÓN 2.86.- CAMBIO EN LA DEFORMACIÓN VOLUMÉTRICA POR SISMO

SEGÚN MARTIN. FINN Y SEED…………………………………………...……...…93

ECUACIÓN 2.87.- DISTORCIÓN ANGULAR……………………………..……...…94

ECUACIÓN 2.88.- PROFUNDIDAD SIGNIFICATIVA DE DENSIFICACIÓN…...100

ECUACIÓN 2.89.- ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACIÓN PRIMARIA DEBIDO

A LA CARGA ESTRUCTURAL……………………………...…………………...…100

ECUACIÓN 2.90.- ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACIÓN PRIMARIA DEBIDO

A LA CARGA ESTRUCTURAL Y A UNA SOBRECARGA………………………..100

ECUACIÓN 2.91.- GRADO DE CONSOLIDACIÓN PROMEDIO EN EL TIEMPO

t2……………………………………………...……………………………………….102

ECUACIÓN 2.92.- GRADO DE CONSOLIDACIÓN EN EL TIEMPO t2…..……….102

ECUACIÓN 2.93.- FACTOR TIEMPO………………………..……..…..…………..102


INFERIOR SI ES ARCILLA SUAVE SATURADA CONSIDERANDO EL FACTOR

DE CAPACIDAD DE CARGA Nc DETERMINADO CON LA RELACIÓN Df/B,

SEGÚN SKEMPTON…………………………………………...………………….…153

ECUACIÓN 4.2.- CAPACIDAD DE CARGA ÚLTIMA CUANDO EL ESTRATO


xli

SATURADA CONSIDERANDO EL FACTOR DE CAPACIDAD DE CARGA Nc

DETERMINADO CON LA RELACIÓN Df/B, SEGÚN SKEMPTON……….….….153

ECUACIÓN 4.3.- RELACIÓN q2

q1⁄ PARA DETERMINAR EL COEFICIENTE DE


Y EL ESTRATO INFERIOR ES ARCILLA SUAVE SATURADA CONSIDERANDO

EL FACTOR DE CAPACIDAD DE CARGA Nc DETERMINADO CON LA

RELACIÓN Df/B, SEGÚN SKEMPTON……………………………….……………153

xlii

RESUMEN

“GUÍA PARA EL MEJORAMIENTO DE LA CAPACIDAD DE CARGA EN

TERRENOS DE CONSISTENCIA BLANDA A MEDIA”

El presente trabajo de investigación recopiló y aplicó conocimientos referentes a la

mecánica de suelos, mediante los cuales se ha evaluado la capacidad de carga en suelos

de consistencia blanda a media, los mismos que se caracterizan por tener una capacidad

portante baja, la cual ha sido mejorada considerablemente mediante el proceso de

mejoramiento aplicado en el presente trabajo investigativo, el mismo que consiste en la

inclusión de capas compactadas de material granular.

El sitio elegido para realizar la investigación de campo ha sido el sector del Beaterio al

sur de la ciudad de Quito, debido a las características que presenta el suelo de la zona

cuya capacidad portante es relativamente baja. En el sitio se ha aplicado capas de

mejoramiento empleando material granular, con lo cual la capacidad de carga fue

evaluada mediante la aplicación de métodos teóricos considerando principalmente teorías

de capacidad de carga sobre suelos estratificados y mediante métodos semi-empíricos con

la aplicación de ensayos de placa, tanto sobre el suelo natural, como sobre el suelo natural

con capas de mejoramiento, con lo cual se ha verificado que existe un incremento de

capacidad de carga considerable de acuerdo al número de capas de mejoramiento

compactado que se coloquen sobre el suelo natural.

DESCRIPTORES:

CAPACIDAD DE CARGA DE SUELOS/ CAPACIDAD PORTANTE DEL SUELO /

MEJORAMIENTO DE SUELO / CAPAS DE MATERIAL DE MEJORAMIENTO /

CAPAS COMPACTADAS / CLASIFICACIÓN SUCS / ENSAYO DE CORTE

DIRECTO / TRIAXIAL / COMPACTACIÓN / ENSAYO SPT / ENSAYO DE PLACA

/ SUELOS ESTRATIFICADOS / GUÍA DE MEJORAMIENTO.

xliii

ABSTRACT

“GUIDE FOR THE IMPROVEMENT OF THE LOAD BEARING ON SOILS OF

SOFT TO MEDIUM CONSISTENCY”

The research work collected and applied knowledge relating to the soil mechanics,

through which it has assessed the load bearing in soils of soft to media consistency, which

are characterized by having a low carrying capacity, which has been considerably

improved by the process of improvement applied in this research work, the same that is

in the inclusion of compacted layers of a granular material.

The place chosen to carries out the field research has been the sector El Beaterio to the

south of Quito city, due to the characteristics presented by this area soil, whose load

carrying is relatively low. In this place improvement layers have been applied using

granular material, wherewith the carrying capacity was assessed through the application

of theoretical methods mainly theories of load bearing on layered soils and through semi-

empirical methods with the application of plate bearing tests both on natural soil, as the

natural soil with layers of improvement, wherewith it has been verified that there is an

increase of considerable capacity according to the number of improvement layers placed

on the natural soil.

KEY WORDS:

LOAD BEARING IN SOILS / CARRYING CAPACITY OF SOIL / SOIL

IMPROVEMENT / IMPROVEMENT MATERIAL LAYERS / COMPACT LAYERS /

CLASIFICATION SUCS / DIRECT SHEAR TEST / TRIAXIAL / COMPACTION /

SPT TEST / PLATE TEST / LAYERED SOILS / IMPROVEMENT GUIDE.

1

CAPÍTULO I

1. GENERALIDADES

1.1. INTRODUCCIÓN

El presente trabajo de investigación, trata sobre el mejoramiento de la capacidad de carga

en terrenos de consistencia blanda a media por medio de la inclusión de una capa de suelo

granular compactado.

Existen diferentes métodos para evaluar la capacidad de carga de un suelo. Para ello se

puede aplicar ya sea métodos analíticos y métodos directos. Los métodos analíticos tratan

en la aplicación de teorías de capacidad de carga, entre los cuales se tiene los de Meyerhof,

Terzaghi, Vesic, entre otros. Mientras que los métodos directos consisten en pruebas de

campo por medio de la aplicación de cargas a nivel de cimentación.

Un método directo para evaluar la capacidad de carga de un suelo en campo es la prueba

de carga de placa también conocida como prueba de carga en campo o ensayo de placa,

la cual nos permite determinar la capacidad de carga última del terreno, así como la

capacidad de carga admisible basada en consideraciones de asentamiento tolerable.

Además de realizar ensayos en campo, es necesario tomar muestras de suelo y llevarlos

al laboratorio para determinar las propiedades físicas y mecánicas del suelo, para lo cual

se recomienda desarrollar ensayos de granulometría, plasticidad, clasificación, ensayo

triaxial, entre otros.

Con la finalidad de obtener un valor semi-empíricos de la resistencia del suelo, se aplica

ensayos de penetración estándar (SPT), el cual adicionalmente nos permite realizar un

2

reconocimiento geotécnico del suelo en estudio, obteniendo muestras alteradas a distintas

profundidades para caracterizarlo.

Por otro lado, para desarrollar procesos de mejoramiento de la capacidad del suelo se

plantea utilizar material granular, el mismo que al estar constituido por partículas de

diferentes tamaños y al ser colocado con una densificación adecuada, adquieren un sin

número de propiedades, entre las cuales se encuentran:

Resistencia

Alta densidad

De esta manera, el proceso de evaluación de capacidad de carga en campo se desarrolla

en distintas excavaciones por medio del ensayo de placa, con el fin de comparar los

resultados obtenidos sobre el suelo natural y sobre el suelo una vez colocada la capa de

material de mejoramiento. De igual manera, el material de mejoramiento será colocado

en distintas sub-capas para evaluar los distintos resultados obtenidos cuando el

mejoramiento compactado tenga 15cm, 30cm y 45cm respectivamente.

1.1.1. ANTECEDENTES

En ocasiones los terrenos no son lo suficientemente adecuados para apoyar cimentaciones

superficiales debido a su baja capacidad de carga, por lo cual se hace necesario un estudio

adecuado de suelos a fin de establecer mejoras de sus características y con ello garantizar

un buen soporte, el cual sea capaz de resistir los distintos tipos de cargas que se apliquen

sobre este suelo.

Se han ido produciendo varias fallas estructurales en construcciones antes de que estas

cumplan con los años de vida útil, debido a que el suelo sobre el cual han sido apoyadas

no soportan la carga aplicada.

3

El terreno en el cual deben apoyarse las cimentaciones, debe contar con la capacidad de

carga adecuada para resistir fuerzas externas, y de esta manera evitar que la estructura

falle, sea por corte del terreno o por un asentamiento excesivo que la estructura no es

capaz de tolerar. Cuando el terreno no tiene suficiente capacidad de carga, se puede

mejorarla de distintas formas, y una manera de hacerlo es colocar una capa de

mejoramiento que es un material de mejores características que el del lugar; este material

al tener mejores características, proporciona mayor capacidad de carga.

De ahí que la evaluación previa de la capacidad de carga de cualquier terreno es

importante para que los diseñadores determinen los tipos de cimentaciones apropiados,

y, sus dimensionamientos, siendo necesario para ello implementar métodos de

exploración, que para el caso de edificaciones, son aconsejables las investigaciones

mediante perforaciones, y, en nuestro medio realizar ensayos de penetración estándar,

que de manera indirecta nos van a proporcionar la resistencia del terreno y mediante

aplicaciones teóricas podremos determinar la capacidad de carga del terreno.

En el Distrito Metropolitano de Quito se ha llegado a observar varios problemas

estructurales debido a la baja capacidad de carga, es por ello que se ve necesario un

análisis exhaustivo especialmente en el Sector del Beaterio al Sur de la Ciudad de Quito,

donde se encuentra un suelo de consistencia blanda a media, el cual está compuesto por

limos de color negro comúnmente con una ligera presencia de arena muy fina,

caracterizados por tener una baja capacidad de carga.

4

1.2. OBJETIVOS

1.2.1. OBJETIVO GENERAL

Mejorar la capacidad de carga en terrenos de consistencia blanda a media mediante la

inclusión de una capa de suelo granular compactado.

1.2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Identificar técnicamente el tipo de suelo existente en el Sector El Beaterio ubicado

al Sur de la Ciudad de Quito.

Realizar la exploración geotécnica del terreno, que servirá de apoyo a estructuras,

con el fin de evaluar la capacidad de carga en condiciones naturales.

Efectuar ensayos triaxiales y determinar las características físicas-mecánicas de

las muestras de suelo inalteradas obtenidas en campo y de manera similar

determinar las características físico-mecánicas del material utilizado como

mejoramiento.

Realizar ensayos de placa en excavaciones a nivel de cimentación, para medir su

deformabilidad en condiciones naturales y posteriores con la capa de

mejoramiento.

Elaborar una guía para el mejoramiento de capacidad de carga en terrenos de

consistencia blanda a media.

1.3. LÍNEA BASE

Para la realización del presente trabajo investigativo, ha sido necesario desarrollar

pruebas en campo y laboratorio para la determinación de las distintas propiedades físicas

y mecánicas de los suelos en estudio.

5

Dentro de las pruebas desarrolladas en campo tenemos: ensayos de placa, ensayos SPT,

ensayo de peso unitario del suelo in situ y extracción de muestras de suelo inalteradas.

Por otro lado, las pruebas desarrolladas en laboratorio consistieron en la realización de

los siguientes ensayos: Clasificación SUCS, triaxial, corte directo y compactación.

El desarrollo del presente proyecto de investigación, ha requerido la recopilación de

información relevante de varias fuentes bibliográficas, entre las cuales, las más

significativas por su aporte a la realización del presente trabajo investigativo han sido las

siguientes: “Principios de Ingeniería de Cimentaciones” de Braja Das, “Mecánica de

Suelos” de Robert Craig, “Fundamentos de la Mecánica de Suelos” de González Fernando

y “Guía académica de prácticas de laboratorio” de la Universidad Central del Ecuador

Así también, se ha obtenido datos necesarios para la determinación de los parámetros de

resistencia al corte del suelo empleado como mejoramiento de la Tesis “Alternativas de

Reforzamiento y Contención de Suelos” de Arias Pamela y Yánez Rodrigo.

El presente proyecto se enfoca en la evaluación de la capacidad de carga en terrenos de

consistencia blanda a media, para lo cual, se ha determinado la capacidad portante del

suelo en estado natural y con una, dos y tres capas de mejoramiento de 0,15m cada una,

considerado una profundidad de desplante constante de 0,45m con respecto a la

superficie.

1.4. JUSTIFICACIÓN

En el Distrito Metropolitano de Quito, se tiene sectores en los cuales las características

del terreno para cimentación de edificaciones no son favorables, especialmente en el Sur

de la ciudad, sitio en el cual los niveles freáticos son altos y los terrenos son antiguos

potreros que se habían dedicado a la cría de ganado.

6

Adicionalmente, las condiciones topográficas del sector corresponden a terrenos planos

con un pobre drenaje, de manera que las aguas se acumulan y se infiltran debilitándolo

considerablemente.

La expansión de la ciudad y la necesidad de contar con espacio para la construcción de

nuevas viviendas, están cubriendo estas zonas de terrenos de baja capacidad de carga,

consecuentemente las cimentaciones para garantizar la estabilidad de las construcciones

se vuelven costosas al tener que implementarse sistemas consistentes en vigas corridas en

una o dos direcciones, losas de cimentación, y, en algunas ocasiones cimentaciones

profundas, las mismas que en el caso de vivienda barata no es posible implementarlas por

su elevado costo, esto impulsa a que se investiguen sistemas de cimentación con costos

más accesibles, y, una alterativa es la que se plantea en el presente trabajo de

investigación, que involucra el uso racional de sustitución del terreno de características

pobres con materiales de mejores que las disponibles en el lugar, dando como resultado

un sistema de mejoramiento del terreno.

La investigación geotécnica realizada en esos sectores por lo general da como resultados

terrenos con resistencias a la penetración estándar que lo caracterizan como de

consistencia blanda a media. En tales condiciones la capacidad de carga que ofrece el

terreno es baja y consecuentemente las cimentaciones resultarán costosas.

El objetivo del presente trabajo es evaluar la capacidad del terreno de cimentación, y,

definir los espesores de las capas de mejoramiento, desde un punto de vista técnico, y,

demostrar mediante ensayos en el sitio que la inclusión de la capa de mejoramiento

efectivamente colabora en la elevación de la capacidad de carga, y, en esta situación las

cimentaciones serán más baratas y factibles de construirse.

7

CAPÍTULO II

2. MARCO TEÓRICO

2.1. FORMACIÓN DE LOS SUELOS

El suelo es el conjunto de materiales sueltos conformados por sedimentos y partículas

sólidas que se encuentran localizados sobre la corteza terrestre ya sea con o sin presencia

de material orgánico. De acuerdo a diferentes criterios, se ha establecido que el suelo

internamente está conformado por partículas sólidas, las mismas que presentan vacíos los

cuales son llenados por líquidos y gases en el caso de no encontrarse saturado, caso

contrario dichos vacíos están completamente llenos de agua.

En la naturaleza existe una gran variedad de suelos, los mismos que han sido formados

por distintos mecanismos de generación, que debido a su gran variedad han sido

englobados de la siguiente manera:

Descomposición química.

Desintegración mecánica.

La descomposición química produce que la roca original sufra alteraciones mineralógicas

y químicas en su composición, lo cual conlleva a que el suelo original cambie a otro

completamente diferente en el mismo sitio donde se formó. La oxidación, hidratación,

solución lixiviación, sulfatación, carbonatación e hidrólisis son los principales

mecanismos que afectan la composición química de la roca.

Cabe señalar que el agua y las elevadas temperaturas son los principales agentes bajo los

cuales la descomposición química tiene origen. Esto permite obtener partículas que

pueden alcanzar tamaños extremadamente pequeños. De ahí que, de acuerdo a las

condiciones existentes en nuestro país se llega a un claro entendimiento del porque en

8

zonas cálidas y húmedas como la costa y el oriente ecuatoriano comúnmente se

encuentran suelos arcillosos caracterizados por el tamaño extremadamente pequeño y no

visible de sus partículas.

Por otro lado, la desintegración mecánica se presenta por la acción de agentes físicos que

producen alteraciones en la forma, tamaño y textura de las partículas, lo cual genera

principalmente fracturación de la roca sin afectar la composición química de la misma.

Los efectos climáticos, congelación del agua en grietas de roca, exfoliación, erosión y la

abrasión son los principales mecanismos de generación que producen la desintegración

mecánica de la roca. Dicho procedimiento produce partículas que pueden alcanzar

tamaños relativamente pequeños, lo cual es característico de la sierra ecuatoriana, donde

comúnmente se presentan suelos limosos y arenosos.

De acuerdo a los criterios expuestos anteriormente, se puede definir a los suelos

provenientes de la descomposición química como suelos residuales, mientras que los

suelos provenientes de la desintegración mecánica como suelos transportados.

2.1.1. SUELOS RESIDUALES

Comúnmente se define como suelos residuales a aquellos provenientes de la

descomposición química de la roca madre, es decir, son los suelos que han sido formados

en el mismo sitio donde se encontraban originalmente. El clima, el tiempo y el tipo de

roca son los principales agentes que permiten la descomposición química, por lo cual los

suelos residuales comúnmente se encuentran en lugares cálidos y húmedos, sitios donde

el arrastre es muy difícil de ser realizado principalmente por la topografía del lugar donde

se desarrollan.

9

2.1.2. SUELOS TRANSPORTADOS

Los suelos transportados son arrastrados desde su lugar de origen y depositados en un

sitio completamente diferente. Se define a este tipo de suelos a los provenientes de la

desintegración mecánica, esto debido a la acción de los diferentes agentes de generación

que actúan sobre el suelo, los mismos que pueden ser:

Gravedad

Viento

Agua

Movimientos tectónicos|

Mano del hombre

Según el agente por el cual el suelo es transportado de un sitio a otro, se pueden conformar

distintos tipos de depósitos, los mismos que se detallan a continuación:

2.1.2.1. DEPÓSITOS COLUVIALES

Son los suelos transportados y depositados por acción de la gravedad, por lo cual son

depositados en las zonas bajas de montañas o laderas con gran velocidad, lo que permite

obtener características mecánicas regulares.

2.1.2.2. DEPÓSITOS EÓLICOS

Son los suelos transportados y depositados por la acción del viento, por lo que las

partículas de arrastre son relativamente pequeñas. Este tipo de depósitos se caracteriza

por tener características mecánicas malas debido a que los suelos transportados son

depositados muy baja velocidad por lo que no se logra obtener una adecuada compacidad.

Cuando por medio del viento se transporta arena, el depósito recibe el nombre de “Duna”,

mientras que cuando se transporta limos, recibe el nombre de “Loess”.

10

2.1.2.3. DEPÓSITOS EÓLICOS - VOLCÁNICOS

El viento tiene la capacidad de transportar la ceniza volcánica que emiten los volcanes

cuando entran en procesos eruptivos. Dicho material al ser muy fino es fácilmente

transportado y depositado por el viento, para lo cual a dichos depósitos se los denomina

Eólicos-Volcánicos. Adicionalmente, cuando sobre este tipo de depósitos se asientan

diferentes tipos de materiales, genera que la consistencia de los depósitos Eólicos

Volcánicos sea alta, lo cual permite obtener características mecánicas muy buenas. En

Ecuador el tipo de suelo que responde a las características detalladas anteriormente se lo

conoce como Cangahua.

2.1.2.4. DEPÓSITOS ALUVIALES

Son los suelos transportados y depositados por el cauce de ríos, los mismos que en

primera instancia deposita las partículas de tamaño considerable denominándolo Aluvial

Grueso y posteriormente se depositan las partículas de menor tamaño, a las mismas que

se las conoce como Aluvial Fino.

El Aluvial Grueso al ser depositado con gran velocidad y fuerza tendrá características

mecánicas muy buenas, mientras que el Aluvial Fino al ser depositado en manera de

sedimentación, tendrá características mecánicas malas debido a la compacidad baja que

tiene dicho suelo,

2.1.2.5. DEPÓSITOS LACUSTRES

Los depósitos lacustres son aquellos conformados por suelos que han sido transportados

por medio de lago o lagunas. Este tipo de depósitos se caracteriza por tener la presencia

de grandes cantidades de materia orgánica, lo cual añadido a la baja velocidad con que

11

han sido depositados, caracteriza a este tipo de suelo por presentar características

mecánicas deficientes.

2.1.2.6. DEPÓSITOS GLACIARES

Son suelos transportados y depositados por la acción del agua en estado sólido, es decir,

cuando el hielo presente en las montañas desciende con tal fuerza que los suelos sobre los

cuales pasa se ven afectados de tal manera de ser arrastrados hasta el punto en el que se

pierde la fuerza de descenso o cuando el hielo se convierte en agua. Este tipo de depósitos

cuenta con propiedades mecánicas buenas, esto debido a la energía elevada con han sido

depositados. Cabe señalar que, en el caso que al desleírse el agua el suelo es depositado

a una baja velocidad, este tipo de suelos presentará propiedades mecánicas regulares.

2.1.2.7. DEPÓSITOS MARINOS

Son aquellos suelos que han sido transportados y depositados por acción del mar en sitios

donde la velocidad con la que han sido depositados es baja. Se caracterizan por presentar

perfiles estratificados compuestos comúnmente por gravas, arenas y fragmentos de

concha, los mismos que en un gran porcentaje son depositados en estado suelto, razón

por la cual presenta características mecánicas desfavorables.

2.1.2.8. DEPÓSITO LAHARÍTICO

Este tipo de depósitos han sido formados por el transporte de suelos generado por la

acción volcánica más agua. Se produce cuando un volcán con hielo o nieve entra en

proceso eruptivo, lo cual genera que flujos de lodo conocidos como lahares desciendan a

través de las laderas, acarreando consigo piroclastos y rocas. Una vez que los suelos son

depositados, los mismos adoptan aceptables características mecánicas debido a la gran

energía con las que son depositados.

12

2.1.2.9. DEPÓSITOS PIROCLÁSTICOS

Son depósitos transportados y depositados por acción volcánica. Se encuentran

conformados por piroclastos y rocas porosas, lo cual genera una baja compacidad del

suelo, que lo convierte en un depósito de bajas características mecánicas.

2.1.2.10. DEPÓSITO ALUVIONAL

Son depósitos transportados y depositados por acción del agua y la gravedad. Se produce

en zonas montañosas donde se generan precipitaciones considerables, razón por la cual

los suelos son extraídos de su lugar de origen y son transportados ladera abajo hasta ser

depositados en lugares de baja pendiente, sitio en el que las partículas gruesas son

acumuladas provocando una baja compacidad, por lo que las características mecánicas no

son adecuadas para desarrollar procesos constructivos.

2.1.2.11. DEPÓSITOS ARTIFICIALES

También conocidos como rellenos, son aquellos depósitos en los cuales ha influido la

acción del hombre. Pueden ser ideales para desarrollar procesos constructivos siempre

que se cumplan especificaciones de relleno, caso contrario, se generarán depósitos de

pésimas características mecánicas si se acumula materiales, escombros, basuras y

desperdicios sin dar un respectivo tratamiento.

Debido a los distintos procesos formativos que se pueden presentar en la naturaleza, los

suelos adoptan una gran variedad de tamaños en las partículas que lo conforman, en base

a lo cual se ha definido los siguientes tipos de suelos:

Suelos Gruesos

Suelos Finos

13

2.2. TIPOS DE SUELOS

2.2.1. SUELOS GRUESOS

Se definen como suelos gruesos o granulares a aquellos que pueden ser distinguidos a

simple vista. Así pues, dentro de este tipo de suelos podemos diferenciar dos grupos

conocidos como Gravas y Arenas.

Se considera como gravas a aquellas partículas cuyo tamaño es mayor a 5mm, mientras

que Arenas son aquellas partículas cuyo tamaño es menor a 5mm.

2.2.2. SUELOS FINOS

Se definen como suelos finos a aquellos que no se los pueden distinguir a simple vista.

Así pues, dentro de este tipo de suelos podemos diferenciar dos grupos conocidos como

Arcillas y Limos.

Se considera Arcillas a aquellas partículas no visibles caracterizadas por tener una

plasticidad considerable. Por otro lado, se considera como Limo a aquellas partículas no

visibles caracterizadas por tener una baja plasticidad y en ocasiones llega a ser nula.

Debido a los distintos procesos formativos, en el país comúnmente se encuentran arcillas

en las zonas cálidas y húmedas, es decir en la Costa y Amazonía Ecuatoriana. Mientras

que los limos comúnmente se los puede encontrar en la Sierra del País.

14

TIPO DE SUELO Suelo Grueso Suelo Fino

Grava Arena Limo Arcilla

Distinguible a simple vista Sí Sí No No

Tamaño de Partículas > 5mm < 5mm - -

Plasticidad Nula Nula Baja a Nula Alta

Tabla 2. 1.- Principales Tipos de Suelos, Autores

Fuente: Autores

2.3. ESTUDIOS Y ANÁLISIS DE SUELOS

Debido a la existencia de una gran variedad de suelos y con el fin de conocer sus

principales características tanto físicas como mecánicas, se procede a desarrollar

diferentes tipos de ensayos que permiten determinar dichas características. Entre los

principales ensayos que se deben realizar y los cuales han sido desarrollados en el

presente proyecto investigativo, se encuentran los siguientes:

Granulometría.

Plasticidad.

Clasificación SUCS.

Compactación.

Corte Directo.

Ensayo Triaxial.

Ensayo de Penetración Estándar.

Ensayo de Placa.

A continuación se detalla la aplicación y desarrollo de los ensayos citados anteriormente:

15

2.3.1. GRANULOMETRÍA (ASTM D 422)

El análisis por medio de la granulometría de un suelo consiste en separar las partículas

que lo componen de acuerdo a los diferentes tamaños de las mismas.

Existen varios procesos para el desarrollo de la clasificación granulométrica de un suelo,

pero el más común y utilizado en el presente proyecto es el procedimiento por medio de

tamizado. Dicho proceso consiste en pasar una muestra previamente lavada y secada al

horno a través de una columna de tamices de diferentes aberturas, los mismos que serán

colocados en forma descendente, es decir, en la parte superior se colocará el tamiz de

mayor abertura hasta llegar a la parte inferior con el tamiz de menor abertura. Este proceso

comúnmente se lo realiza en suelos gruesos, es decir, en aquellos cuyo porcentaje retenido

en el tamiz N°200 es mayor al 50%.

A continuación se presenta la abertura expresada en milímetros de cada tamiz:

TAMIZ ABERTURA

(mm)

3” 76,20

2” 50,80

1” 25,40

3/4” 19,05

1/2” 12,70

3/8” 9,525

N°4 4,75

N°10 2,00

N°40 0,425

N°100 0,150

N°200 0,075

Tabla 2. 2.- Abertura de Tamices

Fuente: Autores

16

Se recomienda hacer pasar la muestra de suelo seca a través de la columna de tamices

conformada por el tamiz 2”, 1½”, 1”, 3/4”, 1/2”, 3/8”, N°4, N° 10, N°40, N°100, N°200

y bandeja. El porcentaje de suelo retenido en la bandeja es aquel que ha pasado a través

del Tamiz N°200, es decir, este material corresponde a suelo fino.

Fotografía 2. 1.- Columna de tamices

Fuente: Autores

Para determinar la gradación de un suelo, se debe determinar los siguientes coeficientes:

Coeficiente de Uniformidad.- Se define como:

𝐶𝑢 =𝐷60

𝐷10 (𝐸𝑐. 2.1)

Coeficiente de Curvatura.- Se define como:

𝐶𝑐 =𝐷30²

𝐷60 ∗ 𝐷10 (𝐸𝑐. 2.2)

17

Dónde:

𝐷60 = Tamaño tal que en la curva granulométrica pasa el 60%



Un suelo grueso se considera bien gradado cuando sus coeficientes de curvatura y de

uniformidad adoptan los siguientes valores dependiendo del tipo de suelo:

Tipo de Suelo

Coeficiente de Curvatura

Coeficiente de Uniformidad

Cc Cu

Arena 1 ≤ Cc ≤ 3 Cu > 6

Grava 1 ≤ Cc ≤ 3 Cu > 4

Tabla 2. 3.- Coeficientes de curvatura y uniformidad para suelos gruesos

Fuente: GONZÁLEZ, Fernando. Fundamentos de la Mecánica de Suelos.

2.3.2. PLASTICIDAD

Comúnmente, en la naturaleza todo suelo fino cuenta con la presencia de humedad, lo

cual hace que su resistencia sea baja si lo comparamos con la resistencia que tiene el

mismo suelo cuando se encuentra en estado seco, es decir, cuando no existe la presencia

de humedad en la muestra. Por estos motivos, la presencia de agua o humedad en el suelo

es muy importante el momento de evaluar las características mecánicas de un suelo.

En el caso de realizar una variación creciente de humedad en un suelo seco, el mismo

experimenta una variación en sus estados de consistencia, el mismo que en primera

instancia pasará de estado sólido a plástico, posteriormente a fluido viscoso y finalmente

pasa a estado líquido. Esta variación hace que la resistencia de dicho suelo vaya

18

disminuyendo significativamente hasta llegar a una resistencia nula cuando la muestra de

suelo se encuentra en estado líquido.

Para una mejor comprensión de lo mencionado anteriormente se ilustra la siguiente

figura:

Figura 2. 1.- Relación agua – sólidos en el suelo fino


Como se puede observar en la figura presentada anteriormente, existen valores de frontera

que separan los estados de consistencia de un suelo, los mismos que son conocidos como:

Limite líquido.- Contenido de humedad bajo el cual el suelo pasa de estado semi-

líquido al estado semi-plástico o viceversa. Se simboliza con las letras 𝑤𝐿 𝑜 𝐿𝐿.

Límite plástico.- Contenido de humedad bajo el cual el suelo pasa de estado semi-

plástico a semi-sólido o viceversa. Se simboliza con las letras 𝑤𝑃 𝑜 𝐿𝑃.

Límite de contracción.- Es el contenido de humedad por el cual por más pérdidas

de humedad que exista, el suelo deja de contraerse. Esto a diferencia de a

diferencia de los anteriores límites, en los cuales la disminución de humedad

produce cambios de volumen en la muestra analizada. Se simboliza con las letras

𝑤𝑆 𝑜 𝐿𝐶.

19

2.3.2.1. DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO DE UN SUELO (𝑳𝑳)

(ASTM D 4318)

Para la determinación del límite líquido de un suelo, se debe recurrir al empleo de la Copa

de Casagrande, mediante la cual se ensayan muestras de suelo que pasen el Tamiz N°40

(0,425mm) a diferentes contenidos de agua, de tal manera de formar una pasta uniforme.

El proceso consiste en colocar la pasta de suelo en la cápsula del Aparato de Casagrande

de tal manera que forme una superficie horizontal que ocupe aproximadamente las ¾

partes de la cápsula, a la misma que se la realiza una ranura de forma trapezoidal con la

ayuda de Acanaladores ya sean tipo Casagrande o tipo ASTM. Se debe verificar que la

altura de caída que produce la copa una vez que se da vuelta a la manivela sea exactamente

de 1,00cm.

Figura 2. 2.- Copa de Casagrande


20

Figura 2. 3.- Acanalador Tipo Casagrande


Una vez realizada la ranura sobre la muestra de suelo, se procede a contar el número de

golpes necesarios para que la ranura se junte en su parte inferior una longitud de

aproximadamente 1,27cm. El límite líquido corresponde a la humedad tal que la ranura

se cierre en su parte inferior exactamente a los 25 golpes.

El número de golpes necesarios para que cierre el canal deben estar recomendablemente

en un rango de 5 a 45 golpes, por tal razón se recomienda realizar este ensayo por lo

menos 4 veces, de modo que dos ensayos estén bajo los 25 golpes y dos sobre los 25

golpes.

Debido a la dificultad que conlleva lograr exactamente los 25 golpes necesarios para

determinar el límite líquido de un suelo, se desarrolla varios procesos a diferentes

humedades, esto con el fin de determinar el número de golpes y la humedad respectiva

de cada ensayo para plasmarlos en una gráfica denominada Curva de fluidez, la misma

que ubica los contenidos de agua en escala aritmética y el número de golpes en escala

logarítmica.

21

De esta manera, se interpola en 25 golpes y en el punto que intercepta dicho valor en la

curva de fluidez se determina en las ordenadas el valor correspondiente a la humedad para

dicho número de golpes, el mismo que corresponderá al valor del límite líquido.

Figura 2. 4.- Determinación del Límite Líquido de un suelo


2.3.2.2. DETERMINACIÓN DEL LÍMITE PLÁSTICO DE UN SUELO (𝑳𝑷)

(ASTM D 4318)

Casagrande planteo un proceso de ensayo para determinar el límite plástico del suelo, el

mismo que consiste en ensayar muestras de suelo que pasen el Tamiz N°40 (0,425mm)

aproximadamente a una humedad similar a la del límite líquido. Para ello se moldea una

pequeña porción de suelo sobre una superficie lisa, limpia y seca hasta formar un rodillo,

el mismo que al llegar aproximadamente a unos 3mm de diámetro empezará a formar

grietas o fisuras, momento en el cual se ha alcanzado el Límite Plástico del suelo.

22

Para desarrollar dicho procedimiento, se recomienda rodar la muestra sobre una superficie

lisa o sobre vidrio esmerilado a una velocidad de 60 a 90 ciclos/minuto manteniendo una

presión constante.

Fotografía 2. 2.- Determinación del Límite Plástico de un suelo

Fuente: U.C.E. Guía académica de prácticas de laboratorio.

2.3.2.3. DETERMINACIÓN DEL LÍMITE DE CONTRACCIÓN DE UN SUELO

(𝑳𝑪) (ASTM D 427)

Para la determinación del límite de contracción de un suelo, se debe emplear muestras de

suelo que pasan el Tamiz N°40 (0,425mm) la misma que debe tener una consistencia

similar a la del límite líquido (19 a 23 golpes).

Se debe introducir la muestra de suelo dentro de una cápsula de volumen conocido (Vi),

la cual debe ser recubierta con vaselina en su interior para evitar que la muestra de suelo

se adhiera a la cápsula y se produzca una rotura o fisuramiento de la muestra. Se coloca

la muestra al interior de una cápsula en capas sucesivas dando pequeños golpes sobre una

superficie rígida, para evitar la inclusión de aire hasta que la cápsula este completamente

llena. Se deja secar al ambiente el conjunto Cápsula + Muestra de suelo por un periodo

de 2 horas, proceso por el cual se evapora una cierta cantidad de agua, produciendo un

nuevo volumen (V1). Posteriormente se introduce el conjunto al interior del horno de

23

secado, en el mismo que se producirá una disminución de humedad que a la vez genera

una disminución de volumen (V2), hasta un cierto punto en el cual el volumen se

mantendrá constante (Vf) sin importar la disminución de humedad que se presente, punto

en el cual se ha alcanzado el Límite de Contracción (ws)

La muestra permanece en el horno hasta que la humedad sea cero debido al proceso de

secado (w=0), es decir, hasta que la muestra se encuentre totalmente seca.

Figura 2. 5.- Proceso de contracción de los suelos


Comúnmente en laboratorio, se emplea mercurio para determinar el volumen contraído

de la muestra de suelo, para lo cual se introduce la muestra contraída dentro de un

recipiente completamente lleno de mercurio y se nivela el conjunto con una placa provista

de 3 patas pequeñas que mantienen la muestra sumergida a cierta profundidad, lo cual

genera el desalojo de mercurio del recipiente, cuyo volumen derramado será igual al de

la muestra contraída.

Para calcular el volumen de mercurio se considera su peso unitario, el mismo que

responde a un valor de 𝛾𝐻𝐺 = 13,6𝑔𝑟

𝑐𝑚3⁄ , como se conoce el peso del mercurio

derramado, se procede únicamente a realizar el remplazo de volumen en la ecuación de

peso unitario de la siguiente manera:

Vf

wi

w=0

Vi V1 V2

Vf

w1 w2

ws

24

𝛾𝐻𝐺 =𝑊𝐻𝐺

𝑉𝐻𝐺 (𝐸𝑐. 2.3)

𝑉𝐻𝐺 =𝑊𝐻𝐺

𝛾𝐻𝐺 (𝐸𝑐. 2.4)

Dónde:

𝛾𝐻𝐺 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑈𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑀𝑒𝑟𝑐𝑢𝑟𝑖𝑜

𝑉𝐻𝐺 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑀𝑒𝑟𝑐𝑢𝑟𝑖𝑜 𝑑𝑒𝑟𝑟𝑎𝑚𝑎𝑑𝑜

𝑊𝐻𝐺 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑀𝑒𝑟𝑐𝑢𝑟𝑖𝑜 𝑑𝑒𝑟𝑟𝑎𝑚𝑎𝑑𝑜

Un método para determinar el Límite de Contracción es el aplicar la ecuación que se

detalla a continuación:

𝑤𝑆 = 𝑤𝑖 −(𝑉𝑖 − 𝑉𝐹) ∗ 𝛾𝑊

𝑊𝑆∗ 100 (𝐸𝑐. 2.5)

Dónde:

𝑤𝑆 = 𝐿í𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛

𝑤𝑖 = 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

𝑉𝑖 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐á𝑝𝑠𝑢𝑙𝑎

𝑉𝐹 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑟𝑟𝑎𝑚𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑟𝑐𝑢𝑟𝑖𝑜

𝑊𝑆 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜

𝛾𝑊 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 = 1,00𝑔𝑟

𝑐𝑚3⁄

25

Dicha ecuación ha sido obtenida considerando principalmente las variaciones de volumen

y humedad que desarrolla la muestra saturada de suelo hasta el instante cuando la misma

se encuentra en estado seco. Para una mejor compresión, se detalla en forma esquemática

lo expuesto anteriormente:

Figura 2. 6.- Definición del Límite de Contracción


De la figura anterior, se puede analizar que la muestra saturada desarrolla una variación

proporcional en los cambios de volumen y humedad en el tramo inicial comprendido por

la línea I-T. Posteriormente, las variaciones de volumen son mínimas comparadas con los

cambios de humedad generados por el proceso de secado, dando origen a una curva, la

misma que al llegar a un punto deja de presentar una variación en el volumen del suelo,

obteniendo así el volumen final de la muestra seca (Vf).

Al prolongar el tramo inicial I-T hasta el eje de ordenadas, obtenemos el volumen de

sólidos de la muestra. Por otro lado, al trazar una paralela al eje de las abscisas que parte

desde el punto Vf hasta la prolongación del tramo inicial I-T obtenemos un punto de

26

intersección D, a partir del cual trazamos una vertical hasta el punto que corta el eje de

abscisas, obteniendo un porcentaje de humedad que responde al valor del límite de

contracción del suelo.

2.3.2.4. ÍNDICES DE PLASTICIDAD Y CONSISTENCIA

Los índices de plasticidad y consistencia del suelo son parámetros que permiten conocer

las propiedades físicas y pronosticar las propiedades mecánicas de un suelo, para lo cual

es necesario emplear lo valores de límite líquido, límite plástico y límite de contracción.

Entre los principales índices de plasticidad y consistencia se tiene:

Índice de Plasticidad.

Índice de Fluencia.

Índice de Tenacidad.

Índice de Liquidez.

Índice de Consistencia.

2.3.2.4.1. ÍNDICE DE PLASTICIDAD (IP)

El Índice de Plasticidad constituye la medida directa de la plasticidad de un suelo, es

decir, el Índice de Plasticidad responde a la diferencia entre el Límite Líquido y Límite

Plásticos del suelo.

𝐼𝑃 = 𝑤𝐿 − 𝑤𝑃 (𝐸𝑐. 2.6)

27

Dónde:

𝐼𝑃 = Í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑃𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑

𝑤𝐿 = 𝐿í𝑚𝑖𝑡𝑒 𝐿í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜

𝑤𝑃 = 𝐿í𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑃𝑙á𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜

El valor mínimo que puede tener el Índice de Plasticidad es cero, y corresponde cuando

el límite líquido y límite plástico del suelo son iguales. Dicho valor responde al caso de

suelos No Plásticos (NP).

2.3.2.4.2. ÍNDICE DE FLUENCIA (IF)

El Índice de Fluencia responde a la pendiente de la curva de fluidez expresada en valor

absoluto. Este parámetro nos permite determinar la sensibilidad de un suelo ante los

cambios de humedad.

𝐼𝐹 = |∆𝑤

∆𝑙𝑜𝑔𝑁| (𝐸𝑐. 2.7)

Dónde:

𝐼𝐹 = Í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝐹𝑙𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎

∆𝑤 = 𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠

∆𝑙𝑜𝑔𝑁 = 𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑔𝑜𝑙𝑝𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑒𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎 𝑙𝑜𝑔𝑎𝑟í𝑡𝑚𝑖𝑐𝑎

28

Figura 2. 7.- Comparación entre Índices de Fluencia


Como se observa en la imagen anterior, sí el Índice de Fluencia es bajo, la sensibilidad a

los cambios de humedad es baja. Así también, sí el Índice de Fluencia es alto, la

sensibilidad a los cambios de humedad es alta.

2.3.2.4.3. ÍNDICE DE TENACIDAD (IT)

El Índice de Tenacidad responde a la relación existente entre el Índice de Plasticidad y el

Índice de Fluencia. Entre mayor sea el Índice de Tenacidad de un suelo, mayor será su

resistencia cuando llega a su Límite Líquido. Así también, sí Índice de Tenacidad es bajo,

menor será su resistencia cuando llega a su Límite Líquido

𝐼𝑇 =𝐼𝑃

𝐼𝐹 (𝐸𝑐. 2.8)

Dónde:

𝐼𝑇 = Í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑇𝑒𝑛𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑


𝐼𝐹 = Í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝐹𝑙𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎

29

2.3.2.4.4. ÍNDICE DE LIQUIDEZ (IL)

El Índice de Liquidez responde a la relación existente entre la diferencia de la humedad

natural menos el límite plástico y el Índice de Plasticidad.

𝐼𝐿 =𝑤𝑁 − 𝑤𝑃

𝐼𝑃 (𝐸𝑐. 2.9)

Dónde:

𝐼𝐿 = Í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝐿𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑒𝑧

𝑤𝑁 = 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙



El Índice de Liquidez es una medida representativa de la resistencia al corte de un suelo,

de esta manera y analizando el valor obtenido del Índice de Liquidez se ha expuesto lo

siguiente:

ÍNDICE DE LIQUIDEZ

ESTADO DEL SUELO

RESISTENCIA A CORTE

IL > 1 Líquido No tiene resistencia

IL = 1 WN = WL Muy baja (25 g/cm3)

0 < IL < 1 Plástico Resistencia media. Menor cuando IL≈1

IL = 0 WN = WP La resistencia al corte aumenta por disminución de su contenido de agua

IL < 1 Semi-sólido o

Sólido Mayor Resistencia al corte

Tabla 2. 4.- Valores del Índice de Liquidez


30

2.3.2.4.5. ÍNDICE DE CONSISTENCIA (IC)

El Índice de Consistencia responde a la relación existente entre la diferencia del límite

líquido menos la humedad natural y el límite plástico.

𝐼𝐶 =𝑤𝐿 − 𝑤𝑁

𝑤𝑃 (𝐸𝑐. 2.10)

Dónde:

𝐼𝑐 = Í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎


𝑤𝑁 = 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑁𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙


El Índice de Consistencia es correlativo al Índice de Liquidez, de esta manera, el Índice

de Consistencia también nos brinda información acerca de la Resistencia al Corte que

presenta un suelo.

ÍNDICE DE CONSISTENCIA

ESTADO DEL SUELO

RESISTENCIA A CORTE

IC < 0 Líquido No tiene resistencia

IC = 0 WN = WL Muy baja (25 g/cm3)

0 < IC < 1 Plástico Resistencia media. Menor cuando IL≈1

IC = 1 WN = WP La resistencia al corte aumenta por disminución de su contenido de agua

IC > 1 Semi-sólido o

Sólido Mayor Resistencia al corte

Tabla 2. 5.- Valores del Índice de Consistencia


31

2.3.3. ENSAYO DE CLASIFICACIÓN SUCS (ASTM D 2487)

El procedimiento de clasificación SUCS (Unified Soil Classification System) nos permite

clasificar el suelo mediante una tipificación exacta de los materiales que lo componen.

Para el determinación de las propiedades que componen el suelo, es necesario desarrollar

ensayos de granulometría y plasticidad, los mismos que nos servirán para clasificar al

suelo mediante un análisis previo. Esto quiere decir, que dichos ensayos deben ser

previamente realizados para luego proceder con el proceso de clasificación del suelo.

La clasificación SUCS considera tres tipos de suelos:

Suelos Gruesos

Suelos Finos

Suelos Orgánicos

Se define como suelo fino sí más del 50% de partículas pasan el Tamiz N°200. Mientras

que sí más del 50% de partículas es retenido por el Tamiz N°200, se considera como suelo

grueso.

2.3.3.1. CLASIFICACIÓN DE SUELOS FINOS

Para la clasificación de suelos finos mediante el método SUCS, se debe emplear la Carta

de Plasticidad de Casagrande, la cual ubica en el eje de abscisas los valores de Límite

Líquido y en ordenadas los valores de Índice de Plasticidad.

Casagrande en base a un alto número de ensayos realizados en suelos finos, a partir de

los cuales obtuvo una nube de puntos, trazó la Línea “A”, la cual ubica en la parte superior

32

de dicha línea los suelos más plásticos (Arcilla) y bajo la misma a los menos o no plásticos

(Limo).

Por otro lado se ubica la Línea “B”, la misma que a su lado derecho ubica a los suelos

más compresibles y al lado izquierdo los menos compresibles.

Casagrande estableció un límite en el cual se encuentran todos los ensayos que han sido

realizados para determinar la Carta de plasticidad, al mismo que lo representó con la Línea

“U” y ningún suelo se encontrará por encima de este límite y en caso de hacerlo se deberá

repetir lo ensayos.

Figura 2. 8.- Carta de Plasticidad de Casagrande


La Línea “A” parte del punto (20,00; 0,00) y pasa por el punto (50,00; 22,00) y a su vez

responde a la siguiente ecuación:

𝐼𝑃 =22

30∗ (𝑤𝐿 − 20) 𝐸𝑐. 2.11

Línea "A

"

MH u OH

30 700

20

60

LÍMITE LÍQUIDO % (WL)

CL - ML

CH u O

H

20 60 100

10

50

Lín

ea

"B

"

Líne

a "U"

40 80

30

CL u O

L

ML u OL

10 50 90

40

ÍND

ICE

DE

PL

AS

TIC

IDA

D %

(IP

)

33

La Línea “B” responde a la siguiente ecuación:

𝑤𝐿 = 50% 𝐸𝑐. 2.12

La Línea “U” responde a la siguiente ecuación:

𝐼𝑃 = 0,9 ∗ (𝑤𝐿 − 8) 𝐸𝑐. 2.13

Dónde:



Se identifica a las Arcillas con el prefijo C (Clay) y a los Limos con el prefijo M (del

sueco Mo o Mjala). Por otro lado, los suelos de alta compresibilidad son identificados

con el símbolo H (High Compressibility) y los de baja compresibilidad con el símbolo L

(Low Compressibility).

Considerando lo mencionado anteriormente, en primera instancia podemos tener los

siguientes tipos de suelos finos considerando la Clasificación SUCS:

CH (Arcilla de Alta Compresibilidad) CL (Arcilla de Baja Compresibilidad)

MH (Limo de Alta Compresibilidad) ML (Limo de Baja Compresibilidad)

En el caso de identificar presencia de materia orgánica, se puede tener los siguientes tipos

de suelos:

OH (Arcilla o Limo de Alta Compresibilidad)

OL (Arcilla o Limo de Baja Compresibilidad)

34

Por otro lado, si un suelo presenta un 4% < IP < 7%, se genera una zona sombreada

como se muestra en la carta de plasticidad, en caso de que el suelo caiga dentro de esta

zona, se tendrá el siguiente tipo de suelo:

ML-CL (Limo Arcilloso de Baja Compresibilidad)

Existe la posibilidad de tener suelos con doble símbolo, esto siempre y cuando un suelo

se encuentra muy cercano a otro grupo. En este caso la primera parte corresponde al suelo

que resulte del proceso de clasificación y el segundo al grupo más cercano, ambos serán

separados por un slash de la siguiente manera:

CL / CH

CH / MH

2.3.3.2. CLASIFICACIÓN DE SUELOS MUY ORGÁNICOS

Se identifica como un suelo muy orgánico a aquellos que presentan una elevada presencia

de materia orgánico, color oscuro o negro, olor orgánico, compresibilidad alta y una

consistencia blanda. A este tipo de suelos se los conoce como Turba y se lo identifica de

la siguiente manera:

PT (Turba)

2.3.3.3. CLASIFICACIÓN DE SUELOS GRUESOS

Los suelos gruesos pueden ser Grava o Arena y para separarlos se hace uso del Tamiz

N°4, del cual, sí más del 50% de la fracción gruesa es retenido por dicho tamiz, se

considera al suelo como Grava, mientras que sí más del 50% de la fracción gruesa pasa

el Tamiz N°4 se considera al suelo como Arena.

35

Tanto gravas como arenas son clasificadas de la misma manera, es por ello que se realiza

una explicación general:

En caso de tener presencia de suelos finos en una cantidad menor al 5% se considerará a

los suelos gruesos como limpios, mientras que si existe una cantidad de finos mayor al

12% se los considera como sucios.

En el caso de ser suelos limpios, estos pueden ser bien gradados o mal gradados. Un suelo

se considera bien gradado siempre y cuando cumpla las siguientes condiciones

granulométricas

Arena 1 ≤ Cc ≤ 3 Cu > 6

Grava 1 ≤ Cc ≤ 3 Cu > 4

En caso de ser considerado Bien Gradado se lo simboliza con el sufijo W (Well Graded),

en el caso de ser Mal Gradado se lo simboliza con el sufijo P (Poor Graded).

Considerando lo mencionado anteriormente se puede tener los siguientes tipos de suelos:

GW (Grava Bien Gradada) GP (Grava Mal Gradada)

SW (Arena Bien Gradada) SP (Arena Mal Gradada)

Ahora considerando que el suelo es considerado como sucio debido a que la cantidad de

suelo fino es mayor al 12%, se debe considerar la plasticidad del porcentaje de material

fino de acuerdo a los criterios de plasticidad que se han detallado anteriormente

considerando la Carta de Plasticidad. Este tipo de suelos gruesos pueden ser clasificados

de la siguiente manera:

GC (Grava Arcillosa) GM (Grava Limosa)

SC (Arena Arcillosa) SM (Arena Limosa)

36

Si la cantidad de finos es considerada como arcillo-limosa, se pueden presentar los

siguientes tipos de suelos:

GC-GM (Grava Arcillo-Limosa)

SC-SM (Arena Arcillo-Limosa)

Por otro lado, en el caso que el porcentaje de finos se encuentre en un rango del 5% al

12% y considerando los ensayos de granulometría y plasticidad, se puede presentar los

siguientes tipos de suelo:

GW-GM (Grava bien gradada con limo)

GW-GC (Grava bien gradada con arcilla)

GP-GM (Grava mal gradada con limo)

GP-GC (Grava mal gradada con arcilla)

SW-SM (Arena bien gradada con limo)

SW-SC (Arena bien gradada con arcilla)

SP-SM (Arena mal gradada con limo)

SP-SC (Arena mal gradada con arcilla)

37

PARÁMETROS PARA CLASIFICACIÓN SUCS

Clasificación del suelo

Símbolo Nombre del

Grupo

SUELOS

GRUESOS:

Más del 50

% retenido

en el tamiz

Nº 200

Grava:

Más del 50

% de la

fracción

gruesa

retenida en

el tamiz Nº 4

Grava limpia:

menos del 5 %

de finos

CU ≥ 4 y 1 ≤ Cc ≤ 3 GW Grava bien gradada

CU < 4 y/o 1 > Cc > 3 GP Grava mal gradada

Grava sucia:

más del 12 % de

finos

Si los finos son ML o MH GM Grava limosa

Si los finos son CL o CH GC Grava arcillosa

Arena:

50 % o más

de la

fracción

gruesa pasa

el tamiz Nº 4

Arena limpia:

menos del 5 %

de finos

CU ≥ 6 y 1 ≤ Cc ≤ 3 SW Arena bien gradada

CU < 6 y/o 1 > Cc > 3 SP Arena mal gradada

Arena sucia:

más del 12 % de

finos

Si los finos son ML o MH SM Arena limosa

Si los finos son CL o CH SC Arena arcillosa

SUELOS

FINOS:

50 % o más

pasa el

tamiz Nº

200

Limos y

arcillas con

límite

líquido

menor que

50%

Inorgánico

IP > 7; en o sobre línea "A" CL Arcilla

IP < 4; bajo la línea "A" ML Limo

Orgánico OL Arcilla orgánica o limo

orgánico

Limos y

arcillas con

límite

líquido igual

o mayor que

50%

Inorgánico

IP en o sobre la línea "A" CH Arcilla

IP bajo la línea "A" MH Limo

Orgánico

OH Arcilla orgánica o limo

orgánico

SUELOS ALTAMENTE ORGÁNICO Materia orgánica abundante,

color oscuro, olor orgánico PT Turba

Tabla 2. 6.- Sistema de Clasificación SUCS


75.0Secadonow

hornoalSecadow

L

L

75.0Secadonow

hornoalSecadow

L

L

38

2.3.4. ENSAYO DE COMPACTACIÓN (ASTM D 1557)

La compactación consiste en transmitir a una masa de suelo una determinada energía de

compactación por medio de un martillo de peso conocido, el cual cae desde una

determinada altura permitiendo densificar el suelo por medio de la disminución de vacíos,

lo cual nos permite tener los siguientes beneficios en las características del suelo:

Aumenta la capacidad de carga del suelo.

Disminuye la compresibilidad del suelo.

Disminuye la filtración de agua en el suelo.

Comúnmente en laboratorio se practican dos tipos de ensayos para desarrollar el proceso

de compactación de un suelo, los cuales son:

Compactación Proctor Estándar.

Compactación Proctor Modificado.

La aplicación de cada ensayo de compactación depende principalmente de las

necesidades e importancia de las diferentes obras civiles, así como también de los equipos

disponibles en obra, los mismos que son empleados dependiendo del tipo de suelo que se

presenta en el sitio de construcción para desarrollar los diferentes procesos de

compactación. Es decir, los ensayos de compactación en laboratorio, tratan de simular los

resultados que se obtendrán por medio de los diferentes equipos de compactación en

campo.

Por ejemplo, el ensayo Proctor Modificado es comúnmente empleado cuando se

desarrollará obras de gran importancia, las mismas que requerirán una energía de

compactación elevada que garantice una resistencia adecuada a las diferentes cargas que

serán aplicadas sobre el suelo compactado.

39

Para desarrollar en campo la energía de compactación aplicada en el ensayo Proctor

Modificado, comúnmente se recurre al uso de maquinaria pesada, tales como rodillos

compactadores con el fin de obtener los resultados obtenidos en laboratorio.

Por su parte, el ensayo de compactación Proctor estándar es aplicado cuando se trata de

simular la compactación en campo con el empleo de equipos manuales como vibro

apisonadores, planchas vibratorias, entre otros.

A continuación se presentan las especificaciones tanto para el procedimiento de

compactación Proctor Estándar y Proctor Modificado:

ENSAYO DE COMPACTACIÓN PROCTOR ESTÁNDAR

W = 2,500 kg h = 30,48 cm

TIPO

Diámetro Molde

Material menor a tamiz:

N n V E

cm pulg golpe capas cm3 kg

cm/cm3

A 10,16 4 N°4 25 3 944

6,03 B 15,24 6 N°4 56 3 2134

C 10,16 4 3/4plg 25 3 944

D 15,24 6 3/4plg 56 3 2134

Tabla 2. 7.- Especificaciones para ensayo de compactación Proctor Estándar


ENSAYO DE COMPACTACIÓN PROCTOR MODIFICADO

W = 4,536 kg h = 45,72 cm

TIPO

Diámetro Molde

Material menor a tamiz:

N n V E

cm pulg golpe capas cm3 kg

cm/cm3

A 10,16 4 N°4 25 5 944

27,4 B 15,24 6 N°4 56 5 2134

C 10,16 4 3/4plg 25 5 944

D 15,24 6 3/4plg 56 5 2134

Tabla 2. 8.- Especificaciones para ensayo de compactación Proctor Modificado


40

Dónde:

𝑤 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑟𝑡𝑖𝑙𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑎𝑐𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛

ℎ = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎í𝑑𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑟𝑡𝑖𝑙𝑙𝑜

𝐸 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑎

𝐸 =𝑁 ∗ 𝑛 ∗ 𝑊 ∗ ℎ

𝑉 (𝐸𝑐. 2.14)

2.3.5. ENSAYO DE CORTE DIRECTO (ASTM D 3086)

A diferencia de la mayoría de materiales, el suelo no falla a compresión sino por el corte

que se produce por la fricción generada entre las diferentes partículas que lo conforman.

Para que dicha falla se produzca, es necesario que el esfuerzo cortante aplicado sobre un

punto de cualquier plano de la masa de suelo sea mayor o por lo menos igual a la

resistencia al corte de dicho suelo.

Coulomb expresó la resistencia al corte del suelo en función del esfuerzo normal efectivo,

para lo cual estableció la siguiente ecuación, a la misma que se la conoce como el Criterio

de Falla de Mohr-Coulomb:

𝑠 = 𝑐 + 𝜎′𝑡𝑎𝑛∅ (𝐸𝑐. 2.15)

Dónde:

𝑠 = Resistencia al corte

𝜎′ = Esfuerzo normal efectivo en el plano de corte

c = Cohesión

∅ = Ángulo de fricción

41

Tanto la cohesión (c) y el ángulo de fricción (∅) son conocidos como parámetros de

resistencia al corte, los mismos que son determinado en laboratorio mediante el ensayo

de corte directo.

El ensayo de corte directo consiste en colocar una muestra de suelo al interior de una caja

de corte dividida en dos partes, de las cuales, la parte inferior es fija y la superior móvil.

En primera instancia se aplica una fuerza normal y posteriormente una fuerza horizontal

sobre la mitad superior de la caja, produciendo el rozamiento entre las partículas que se

encuentran en el plano de falla, lo cual conlleva a la rotura de la muestra de suelo.

𝜎′ =𝑁

𝐴 (𝐸𝑐. 2.16)

𝑠 =𝑅

𝐴 (𝐸𝑐. 2.17)

Dónde:

𝑁 = Fuerza normal

𝑅 = 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒

𝐴 = Área del plano de falla en el suelo

42

Figura 2. 9.- Diagrama esquemático del equipo de corte directo

Fuente: Autores

La resistencia al esfuerzo cortante de un suelo cuando el esfuerzo normal es nulo responde

al nombre de cohesión (c), la misma que se determina por medio de la proyección de la

envolvente de falla.

De igual manera, el ángulo de fricción (∅) representa un valor característico de la

resistencia al esfuerzo cortante, cuyo valor se lo determina por medio de la pendiente que

forma la envolvente de falla. El ángulo de fricción del suelo depende de la uniformidad,

tamaño y forma de las partículas que componen el suelo, del esfuerzo normal aplicado y

del procedimiento de ensayo empleado.

En el ensayo de corte directo puede ser aplicado tomando en consideración varios

parámetros, tales como:

1. El modo en el que el esfuerzo horizontal es aplicado sobre la muestra

ensayada.

2. Las condiciones de drenaje y consolidación bajo las cuales la muestra de suelo

es ensayada.

t

N

R

t

43

Considerando el modo en el que el esfuerzo horizontal es aplicado sobre la muestra, se

puede desarrollar el ensayo de corte de las siguientes maneras:

Controlando las tensiones aplicadas y determinando las deformaciones

producidas.

Controlado las deformaciones que se producen por medio de la aplicación de

esfuerzos.

Por otro lado, considerando las condiciones de drenaje y consolidación bajo las cuales la

muestra de suelo es ensayada, el ensayo de corte directo puede ser desarrollado de las

siguientes maneras:

No consolidado - No drenado.- Evita el drenaje y consolidación de la muestra,

permitiendo que el esfuerzo horizontal sea aplicado antes de que el suelo se

consolide por efectos del esfuerzo normal.

Consolidado - No drenado.- Permite el drenaje y consolidación de la muestra

en la primera instancia del ensayo de corte directo, es decir, cuando el esfuerzo

vertical es aplicado hasta que no se observe la presencia de asentamientos,

punto en el que el esfuerzo horizontal es aplicado sobre la mitad superior de

la caja de corte.

Consolidado - Drenado.- Permite el drenaje de la muestra durante toda la

ejecución del ensayo de corte directo, en donde no se producen presiones de

poro debido a la aplicación gradual de esfuerzos horizontales.

2.3.6. ENSAYO TRIAXIAL (ASTM D 2850)

El ensayo Triaxial es el más usado y preciso para determinar la resistencia al esfuerzo

cortante de un suelo. Este ensayo consiste en estudiar el comportamiento de muestras

cilíndricas de suelo, ante la aplicación de esfuerzos laterales y verticales, los mismos que

producen deformaciones en las muestras de suelo, las mismas que comúnmente son

inalteradas. De ahí que el presente ensayo permite determinar las características de la

relación esfuerzo - deformación del suelo en estudio.

44

El procedimiento del ensayo consiste en colocar una probeta cilíndrica de suelo al interior

de una cámara llena de agua. Las dimensiones de la probeta cilíndrica deben cumplir que

la altura sea equivalente a dos veces su diámetro y la misma será recubierta por una

membrana que evitará el ingreso del fluido al interior de la muestra, y la misma irá sujeta

a un pedestal en la parte inferior y un cabezal en la parte superior de la probeta.

En primera instancia, el ensayo consiste en someter a la probeta a presiones hidrostáticas

en donde los esfuerzo aplicados tanto verticales como horizontales son iguales. En el caso

que ocurra el drenaje del fluido, se dice que la probeta es consolidada, caso contrario, es

no consolidada.

Posteriormente, se aplica el esfuerzo desviador por medio del incremento del esfuerzo

normal aplicado a la probeta, cuyo proceso se realiza hasta que ocurra la falla en el suelo.

Durante este proceso se puede producir o no la evacuación del fluido que contiene la

muestra, considerando al ensayo como drenado o no drenado respectivamente.

De esta manera, los ensayos triaxiales pueden ser clasificados como:

No consolidados - No drenados (UU).- Sin drenaje durante todo el ensayo.

Consolidados - No drenados (CU).- Permite el drenaje en la primera etapa.

Consolidados - Drenados (CD).- Con drenaje durante todo el ensayo.

El ensayo se realiza por lo menos para tres probetas del mismo suelo, las mismas que

serán ensayadas para diferentes esfuerzos confinantes, cuyos resultados son representados

en el diagrama de Mohr constituido por el número de círculos de acuerdo al número de

ensayos realizados, y mediante la envolvente de falla del mismo se determina los

parámetros de resistencia al corte del suelo en estudio.

Desarrollando el proceso del Ensayo Triaxial, se obtienen distintos valores de esfuerzos

y deformaciones, a partir de los cuales se obtiene una gráfica a escala aritmética; donde

se ubica en abscisas las deformaciones unitarias (ε), expresadas en porcentaje, y en

45

ordenadas los esfuerzos desviadores (Δσ), expresados en 𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ . A partir de esta gráfica

se determina el esfuerzo desviador de falla (Δσf) para cada esfuerzo confinante (σ3)

aplicado a la probeta, a partir de los cuales se determina el valor del esfuerzo normal

principal (σ1) y se grafica los correspondientes círculos de Mohr, gráfica esencial para

determinar la Cohesión y el Ángulo de fricción del suelo ensayado.

𝜎1 = 𝜎3 + ∆𝜎𝑓 (𝐸𝑐. 2.18)

𝐶𝐸𝑁𝑇𝑅𝑂 =𝜎1 + 𝜎3

2 (𝐸𝑐. 2.19)

𝑅𝐴𝐷𝐼𝑂 =𝜎1 − 𝜎3

2 (𝐸𝑐, 2.20)

Figura 2. 10.- Envolvente de falla para círculo de Mohr para ensayo Triaxial

Fuente: BOWLES, Joseph E. Foundation Analysis and Design.

Dónde:

𝜎1 = 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑁𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙 𝑃𝑟𝑖𝑛𝑐𝑖𝑝𝑎𝑙

𝜎3 = 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝐶𝑜𝑛𝑓𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒

46

2.3.7. ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR (ASTM D 1586)

Este ensayo consiste en hincar en el suelo un penetrómetro normalizado, ayudados por

un martillo con el cual golpeamos la parte superior de la barra de perforación a fin de

introducirlo en el suelo y de esta manera obtener muestras alteradas a determinadas

profundidades lo cual nos permite realizar un reconocimiento geotécnico del suelo en

estudio y a su vez estimar en forma aproximada la capacidad portante del suelo.

El peso estándar del martinete es de 140lbs (63,5kg) y para cada golpe la altura de caída

del martinete es de 76, 2 cm (30,0plg). Se debe registrar el número de golpes requeridos

para que la cuchara penetre tres intervalos de 15cm cada uno (6plg ≈ 45,0cm). Se suma

el número de golpes necesarios para hincar los dos últimos intervalos y obtenemos el

número de penetración estándar de campo (NF).

Una vez culminado el ensayo SPT, se procede a sacar la muestra a la superficie, la cual

debe ser colocada en una botella de vidrio o en fundas plásticas debidamente

identificadas, a fin de mantener su humedad natural y poderla trasladar al laboratorio para

realizar los ensayos respectivos, entre los cuales tenemos:

1. Análisis Granulométrico

2. Determinación de los límites líquido y plástico

3. Clasificación del suelo

Por otro lado, el Ensayo de Penetración Estándar puede utilizarse para determinar el

ángulo de fricción interna (∅) y la cohesión (𝑐) de un suelo mediante las siguientes

correlaciones:

∅ = 27,1 + 0,30 ∗ 𝑁′𝐹 − 0,00054 ∗ (𝑁′

𝐹)2 (𝐸𝑐. 2.21)

𝑐 = 𝐾 ∗ 𝑁𝐹 (𝐸𝑐. 2.22)

47

Dónde:

∅ = Á𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑜 𝑆𝑃𝑇

𝑐 = 𝐶𝑜ℎ𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 (𝑘𝑁𝑚2⁄ ) 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑜 𝑆𝑃𝑇

𝑁′𝐹 = 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑛𝑒𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑠𝑡á𝑛𝑑𝑎𝑟 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑜

𝑁𝐹 = 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑛𝑒𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑠𝑡á𝑛𝑑𝑎𝑟 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜

𝐾 = 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑢𝑛 𝑟𝑎𝑛𝑔𝑜 𝑑𝑒 (3,5 − 6,5) 𝑘𝑁𝑚2⁄

Las correlaciones aplicadas empleando los resultados obtenidos del ensayo SPT, hacen

inclusión a un valor constante (K) que permite determinar los Parámetros de Resistencia

al Corte, el mismo que ha sido establecido por Stroud (1974) en base a la realización de

varios ensayos Triaxiales sobre muestras arcillosas. Dicho valor, ha sido definido en un

rango de (3,5 𝑎 6,5) 𝑘𝑁𝑚2⁄ .

Cabe señalar que para las pruebas de consolidación, permeabilidad, resistencia al corte o

prueba Triaxial se necesitan muestras inalteradas de suelo, por lo cual no se recomienda

la extracción de este tipo de muestras mediante ensayos de penetración estándar (SPT).

48

2.3.8. ENSAYO DE PLACA (ASTM D 1194)

La prueba de carga de placa también conocida como prueba de carga en campo o ensayo

de placa, nos permite determinar la capacidad de carga última del terreno, así como la

capacidad de carga admisible basada en consideraciones de asentamiento tolerable.

Las placas utilizadas en las pruebas de campo suelen ser comúnmente de 1plg de espesor,

y su diámetro varía de 6 a 30plg. Usualmente se utilizan placas cuadradas de 12 x 12plg,

considerando que posteriormente se debe proceder a realizar las respectivas correcciones

por la forma y tamaño de la placa y del cimiento.

Para realizar la prueba de placa en campo, es recomendable más no obligatorio, el excavar

un agujero con un diámetro equivalente a 4 veces el diámetro de la placa a utilizar a una

profundidad igual a la profundidad de desplante de la cimentación que se desea evaluar.

Esto siempre y cuando los extensómetros con los cuales determinaremos los

asentamientos producidos en el terreno, sean colocados a la misma profundidad de

desplante de la cimentación.

Se debe colocar la placa en el centro del agujero, para posteriormente aplicar la carga por

incrementos determinados. Esta aplicación de carga se la realiza por medio de un gato

hidráulico que hace reacción sobre una viga, la cual debe ser capaz de contrarrestar la

presión aplicada. Comúnmente se apoya el pistón sobre el chasís de una volqueta cargada

y se mide los asentamientos de la placa por medio de extensómetros, para lo cual se debe

esperar que transcurra el tiempo necesario hasta que la lectura realizada con los

extensómetros se haya estabilizado completamente. La prueba debe concluir una vez que

se produzca la falla en el suelo, lo cual se comprueba con asentamientos excesivos, o por

lo menos hasta que la placa se haya asentado aproximadamente 1plg.

49

Figura 2. 11.- Ensayo de Placa en Campo

Fuente: Autores

Como se ha podido observar, los estudios de Mecánica de Suelos tienen como objetivo

principal, determinar las propiedades físicas y mecánicas del suelo, tales como

descripción estratigráfica y análisis geotécnico, lo cual nos permite determinar el proceso

constructivo más conveniente para la cimentación de una estructura.

2.4. CIMENTACIONES

El diseño de cimentaciones para los distintos tipos de estructuras requiere de varios

conocimientos, entre los que se destacan principalmente:

Condiciones geológicas y geotécnica del terreno.

Comportamiento esfuerzo – deformación del suelo.

Carga transmitida por la superestructura.

Reglamento local de construcción.

Una vez que se tengan claros los factores antes detallados, se podrá realizar un adecuado

diseño de cimentación, considerando el tipo de suelo que se tenga y el tipo de estructura

que se desea construir, a fin de llegar al diseño más óptimo y económico para el caso

requerido.

50

En general, las cimentaciones pueden dividirse en dos grupos principales:

Cimentaciones Superficiales

Cimentaciones Profundas

2.4.1. CIMENTACIONES SUPERFICIALES

Se emplea la construcción de cimentaciones superficiales cuando los estratos superiores

de suelo garantizan una adecuada capacidad de carga para soportar la estructura, por lo

cual, no se ve necesario una gran excavación del terreno natural para alcanzar una cota

de cimentación.

Comúnmente se considera como cimentación superficial a aquella cuya profundidad de

desplante con respecto al nivel del terreno natural (Df), sea menor o igual al ancho de la

cimentación (B). Sin embargo, existen investigadores que consideran que cimentaciones

cuya profundidad de desplante o empotramiento no supere en tres o máximo cuatro veces

el ancho de la cimentación pueden ser consideradas como cimentaciones superficiales.

𝐷𝑓 ≤ 𝐵

O también se puede considerar:

𝐷𝑓 ≤ 3𝐵

𝐷𝑓 ≤ 4𝐵

Dónde:

𝐵 = 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛

𝐷𝑓 = 𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝐸𝑚𝑝𝑜𝑡𝑟𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑜 𝑑𝑒 𝐷𝑒𝑠𝑝𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝐶𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛

51

Dentro de las cimentaciones superficiales podemos tener zapatas aisladas, zapatas para

muros y cimentaciones a base de losas corridas.

Con la finalidad de que una cimentación superficial se comporte satisfactoriamente, esta

debe cumplir las siguientes características:

El suelo de cimentación no debe fallar por corte.

No debe existir asentamientos excesivos que la cimentación no sea capaz de

tolerar.

Figura 2. 12.- Cimentación Superficial

Fuente: Autores

2.4.2. CIMENTACIONES PROFUNDAS

Las cimentaciones profundas son utilizadas cuando las capas o estratos superiores que

conforman el suelo donde se desea asentar la estructura, no garantizan una correcta

capacidad de carga, por lo que nos vemos en la obligación de recurrir a distintos métodos

que nos permitan transmitir la carga a estratos inferiores y a una profundidad

considerable, motivo por el cual no podemos optar por una cimentación superficial debido

a que se puede producir daños estructurales considerables, asentamientos excesivos y

problemas de inestabilidad.

52

Existe una gran variedad de cimentaciones profundas, como por ejemplo, cimentaciones

constituidas a base de pilotes hincados o con pilotes perforados.

Los pilotes pueden ser de madera, acero o concreto, los cuales son utilizados con la

finalidad de transmitir cargas a profundidades considerables, motivo por el cual se

denomina a este tipo de cimentaciones como cimentaciones profundas. Cabe señalar que

estas cimentaciones profundas son mucho más costosas que las cimentaciones

superficiales, pero son muy necesarias en ciertos casos donde la seguridad estructural no

es garantizada simplemente con cimentaciones superficiales, motivo por el cual se ve en

la obligación de recurrir al empleo de cimentaciones profundas.

Figura 2. 13.- Cimentaciones Profundas a Base de Pilotes

Fuente: CHELLIS, Robert. Cimentaciones Profundas.

53

2.5. CAPACIDAD DE CARGA EN SUELOS PARA CIMENTACIONES

SUPERFICIALES

Todo suelo tiene una capacidad de carga distinta en cada sitio, es por ello que,

dependiendo del tipo de suelo y de la zona donde éste se encuentra ubicado, la capacidad

de carga varía, motivo por el cual se debe recurrir a distintos métodos constructivos a fin

de garantizar la seguridad estructural de un proyecto.

La capacidad de carga permite determinar la resistencia de un suelo ante la aplicación de

cargas externas, la misma que dependerá de los siguientes parámetros:

Tipo de suelo

Forma en que las cargas son transmitidas al suelo.

Cuando sobre un suelo se aplican cargas, este desarrolla asentamientos, los cuales son

admisibles hasta cierto punto donde se genera la aplicación de una carga máxima por

unidad de área, comúnmente conocida como Capacidad de Carga Última del Suelo (qu),

valor que al ser sobrepasado, desarrolla asentamientos excesivos sobre el suelo de

cimentación que pueden producir la falla del mismo.

Dependiendo del tipo de suelo sobre el cual las cimentaciones están asentadas y como las

cargas han sido transmitidas, las fallas que puede presentar el suelo pueden ser:

Falla General por Corte.

Falla por Corte Local.

Falla por Punzonamiento.

54

2.5.1. TIPOS DE FALLA

2.5.1.1. FALLA GENERAL POR CORTE

Suponiendo que se aplica una carga sobre una cimentación corrida (es decir, cuando la

relación ancho/longitud tiende a cero), la cual descansa sobre un suelo cohesivo firme o

una arena densa, los asentamientos que se producen se incrementarán gradualmente, hasta

llegar al valor de Carga Última del Suelo (qu), lugar donde los asentamientos generados

comienzan a ser relativamente excesivos, generándose una falla repentina sobre el suelo.

Dicha falla se la conoce comúnmente como Falla General por Corte y la zona de falla en

el suelo se extiende hasta la superficie del terreno natural.

Figura 2. 14.- Falla General por Corte

Fuente: BRAJA, Das M. Principios de Ingeniería de Cimentaciones.

2.5.1.2. FALLA LOCAL POR CORTE

Considerando la misma cimentación que el caso anterior, pero tomando en cuenta que

ahora ésta descansa sobre un suelo arenoso o arcilloso medianamente compactado, un

incremento de carga aplicado sobre la cimentación generará asentamientos, los cuales

aumentarán gradualmente hasta alcanzar un valor de Carga por Unidad de área

denominada Carga Primera de Falla (qu1), punto en el cual, al generar incrementos de

carga, los asentamientos vendrán acompañados por sacudidas repentinas hasta alcanzar

55

el valor de Carga Última del Suelo (qu), valor donde los asentamientos empiezan a ser

excesivos y con ello se presenta la falla en el suelo denominada Falla Local por Corte.

En este caso, la zona de falla se genera gradualmente hacia afuera de la cimentación sin

llegar a la superficie del terreno, como se muestra en la figura. Un movimiento

considerable en el terreno provocará grandes sacudidas, las cuales pueden ocasionar que

la superficie de falla se extienda a la superficie del terreno.

Figura 2. 15.- Falla Local por Corte


2.5.1.3. FALLA DE CORTE POR PUNZONAMIENTO

Considerando que ahora la cimentación se encuentra apoyada sobre un suelo bastante

suelto, los incrementos de carga generarán asentamientos excesivos una vez que se ha

sobrepasado el valor de Carga Última del Suelo (qu), lo cual producirá una falla en el

suelo, denominada Falla de Corte por Punzonamiento. Una vez que se supera el valor de

carga última (qu), la gráfica Carga – Asentamiento será prácticamente una línea constante

inclinada.

En este caso no existirá forma en que la zona de falla que se produce en este tipo de suelo

se extienda hasta la superficie del terreno.

56

Figura 2. 16.- Falla de Corte por Punzonamiento


2.5.2. TEORÍAS DE LA CAPACIDAD DE CARGA

La capacidad de carga de un suelo puede ser determinada por medio de distintos métodos,

los cuales pueden ser métodos analíticos o semi-empíricos. Los métodos analíticos están

basados en la aplicación de teorías como las de Meyerhof, Terzaghi, Vesic, entre otros.

Mientras que las pruebas desarrolladas en campo como la aplicación del ensayo de placa

pueden ser consideradas como métodos semi-empíricos para determinar la capacidad de

carga de un suelo.

2.5.2.1. TEORÍA DE CAPACIDAD DE CARGA DE TERZAGHI

Terzaghi fue el primero en establecer una teoría que permita determinar con suficiente

exactitud la Capacidad de Carga Última de una cimentación superficial.

La teoría de Terzaghi supone que el suelo sobre el cual se asienta una cimentación corrida,

experimenta una Falla General por Corte. El efecto que produce el suelo por sobre la

profundidad de empotramiento de la cimentación es reemplazado por una Sobrecarga

Equivalente Efectiva (q). Motivo por el cual, la resistencia al corte del suelo por encima

del nivel de cimentación es despreciada.

57

𝑞 = 𝛾 ∗ 𝐷𝑓 (𝐸𝑐. 2.23)

Dónde:

𝑞 = 𝑆𝑜𝑏𝑟𝑒𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝐸𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐸𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎

𝛾 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑆𝑢𝑒𝑙𝑜

𝐷𝑓 = 𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝐸𝑚𝑝𝑜𝑡𝑟𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑜 𝐷𝑒𝑠𝑝𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝐶𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛

Una vez que el suelo experimenta la Falla General por Corte, la zona de falla que se

genera por debajo de la cimentación puede ser dividida en tres zonas, tal como se muestra

en la siguiente figura:

1. Zona triangular bajo la cimentación ACD.

2. Zonas de Corte Radiales ADF y CDE, con las espirales logarítmicas DE y DF.

3. Zonas pasivas de Rankine AFH y CEG.

Figura 2. 17.- Falla por capacidad de carga en suelo bajo cimentación rígida corrida


Basado en el análisis de equilibrio, Terzaghi estableció la ecuación de la Capacidad de

Carga Última, de la siguiente manera:

𝑞𝑢 = 𝑐𝑁𝑐 + 𝑞𝑁𝑞 +1

2𝛾𝐵𝑁𝛾 𝐶𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑑𝑎 (𝐸𝑐. 2.24)

58

Dónde:

𝑞𝑢 = 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 ú𝑙𝑡𝑖𝑚𝑎

𝑐 = 𝐶𝑜ℎ𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜

𝛾 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜

𝑞 = 𝑆𝑜𝑏𝑟𝑒𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝐸𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐸𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎

𝑁𝑐, 𝑁𝑞, 𝑁𝛾 = 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎

Los factores de capacidad de carga (𝑁𝑐, 𝑁𝑞, 𝑁𝛾) son valores adimensionales, los cuales se

encuentra únicamente en función del ángulo de fricción del suelo (∅) y se encuentran

definidos mediantes las siguientes expresiones:

𝑁𝑐 = 𝑐𝑡𝑔 ∅ [𝑒 2 ( 3𝜋

4 ⁄ − ∅ 2 ⁄ )𝑡𝑎𝑛 ∅

2 𝑐𝑜𝑠2 (𝜋4 +

∅2

)− 1] = 𝑐𝑡𝑔 ∅ (𝑁𝑞 − 1) (𝐸𝑐. 2.25)

𝑁𝑞 =𝑒 2 ( 3𝜋

4 ⁄ − ∅ 2 ⁄ )𝑡𝑎𝑛 ∅

2 𝑐𝑜𝑠2 (𝜋4 +

∅2

) (𝐸𝑐. 2.26)

𝑁𝛾 =1

2 (

𝐾𝑝𝛾

𝑐𝑜𝑠2∅− 1) tan ∅ (𝐸𝑐. 2.27)

Dónde:

𝐾𝑝𝛾 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑒𝑚𝑝𝑢𝑗𝑒 𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑜

∅ = Á𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜

Los valores definidos por las ecuaciones (Ec. 2.23), (Ec. 2.24) y (Ec. 2.25), corresponden

a los factores de capacidad de carga y se encuentran tabulados para diferentes valores de

ángulos de fricción (∅) en la siguiente tabla:

59

∅ 𝑵𝒄 𝑵𝒒 𝑵𝜸 ∅ 𝑵𝒄 𝑵𝒒 𝑵𝜸

0 5,70 1,00 0,00 26 27,09 14,21 9,84

1 6,00 1,10 0,01 27 29,24 15,90 11,60

2 6,30 1,22 0,04 28 31,61 17,81 13,70

3 6,62 1,35 0,06 29 34,24 19,98 16,18

4 6,97 1,49 0,10 30 37,16 22,46 19,13

5 7,34 1,64 0,14 31 40,41 25,28 22,65

6 7,73 1,81 0,20 32 44,04 28,52 26,87

7 8,15 2,00 0,27 33 48,09 32,23 31,94

8 8,60 2,21 0,35 34 52,64 36,50 38,04

9 9,09 2,44 0,44 35 57,75 41,44 45,41

10 9,60 2,69 0,56 36 63,53 47,16 54,36

11 10,16 2,98 0,69 37 70,07 53,80 65,27

12 10,76 3,29 0,85 38 77,50 61,55 78,61

13 11,41 3,63 1,04 39 85,97 70,61 95,03

14 12,11 4,02 1,26 40 95,66 81,27 115,31

15 12,86 4,45 1,52 41 106,81 93,85 140,51

16 13,68 4,92 1,82 42 119,67 108,75 171,99

17 14,56 5,45 2,18 43 134,58 126,50 211,56

18 15,52 6,04 2,59 44 151,95 147,74 261,60

19 16,56 6,70 3,07 45 172,29 173,29 325,34

20 17,69 7,44 3,64 46 196,22 204,19 407,11

21 18,92 8,26 4,31 47 224,55 241,80 512,84

22 20,27 9,19 5,09 48 258,29 287,85 650,67

23 21,75 10,23 6,00 49 298,72 344,64 831,99

24 23,36 11,40 7,08 50 347,51 415,15 1072,80

25 25,13 12,72 8,34

Tabla 2. 9.- Factores de Capacidad de Carga de Terzaghi


60

Cuando se cuenta con cimentaciones cuadradas o circulares, las ecuaciones para

determinar la Capacidad de Carga Última, respectivamente es:

𝑞𝑢 = 1.3𝑐𝑁𝑐 + 𝑞𝑁𝑞 + 0.4𝛾𝐵𝑁𝛾 𝐶𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐶𝑢𝑎𝑑𝑟𝑎𝑑𝑎 (𝐸𝑐. 2.28)

𝑞𝑢 = 1.3𝑐𝑁𝑐 + 𝑞𝑁𝑞 + 0.3𝛾𝐷𝑁𝛾 𝐶𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐶𝑖𝑟𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 (𝐸𝑐. 2.29)

En el caso que el suelo sobre el cual descansa la cimentación presente una Falla Local

por Corte, Terzaghi establece las siguientes ecuaciones para determinar la Capacidad de

Carga Última:

𝑞𝑢 =2

3𝑐𝑁′𝑐 + 𝑞𝑁′𝑞 +

1

2𝛾𝐵𝑁′𝛾 𝐶𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑖𝑑𝑎 (𝐸𝑐. 2.30)

𝑞𝑢 = 0.867𝑐𝑁′𝑐 + 𝑞𝑁′𝑞 + 0.4𝛾𝐵𝑁′𝛾 𝐶𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐶𝑢𝑎𝑑𝑟𝑎𝑑𝑎 (𝐸𝑐. 2.31)

𝑞𝑢 = 0.867𝑐𝑁′𝑐 + 𝑞𝑁′𝑞 + 0.3𝛾𝐷𝑁′𝛾 𝐶𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐶𝑖𝑟𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 (𝐸𝑐. 2.32)

Dónde:

𝑁′𝑐, 𝑁′𝑞, 𝑁′𝛾 = Factores de Capacidad de Carga Modificada

𝐵 = Lado 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑢𝑎𝑑𝑟𝑎𝑑𝑎

𝐷 = Diámetro de la cimentación circular

Estos valores que se obtienen al reemplazar ∅ por ∅′ = 𝑡𝑎𝑛−1 (2

3∗ tan ∅) en las

ecuaciones de los Factores de Capacidad de Carga 𝑁𝑐, 𝑁𝑞 , 𝑁𝛾.

Al reemplazar dichos valores obtenemos los siguientes Factores de Capacidad de Carga

Modificados:

61

∅ 𝑵′𝒄 𝑵′𝒒 𝑵′𝜸 ∅ 𝑵′𝒄 𝑵′𝒒 𝑵′𝜸

0 5,70 1,00 0,00 26 15,53 6,05 2,59

1 5,90 1,07 0,005 27 16,30 6,54 2,88

2 6,10 1,14 0,02 28 17,13 7,07 3,29

3 6,30 1,22 0,04 29 18,03 7,66 3,76

4 6,51 1,30 0,055 30 18,99 8,31 4,39

5 6,74 1,39 0,074 31 20,03 9,03 4,83

6 6,97 1,49 0,10 32 21,16 9,82 5,51

7 7,22 1,59 0,128 33 22,39 10,69 6,32

8 7,47 1,70 0,16 34 23,72 11,67 7,22

9 7,74 1,82 0,20 35 25,18 12,75 8,35

10 8,02 1,94 0,24 36 26,77 13,97 9,41

11 8,32 2,08 0,30 37 28,51 15,32 10,90

12 8,63 2,22 0,35 38 30,43 16,85 12,75

13 8,96 2,38 0,42 39 32,53 18,56 14,71

14 9,31 2,55 0,48 40 34,87 20,50 17,22

15 9,67 2,73 0,57 41 37,45 22,70 19,75

16 10,06 2,92 0,67 42 40,33 25,21 22,50

17 10,47 3,13 0,76 43 43,54 28,06 26,25

18 10,90 3,36 0,88 44 47,13 31,34 30,40

19 11,36 3,61 1,03 45 51,17 35,11 36,00

20 11,85 3,88 1,12 46 55,73 39,48 41,70

21 12,37 4,17 1,35 47 60,91 44,45 49,30

22 12,92 4,48 1,55 48 66,80 50,46 59,25

23 13,51 4,82 1,74 49 73,55 57,41 71,45

24 14,14 5,20 1,97 50 81,31 65,60 85,75

25 14,80 5,60 2,25

Tabla 2. 10.- Factores de Capacidad de Carga Modificados de Terzaghi


62

Cabe señalar que las ecuaciones anteriormente desarrolladas nos permiten determinar

teóricamente el valor de Capacidad de Carga Última del Suelo considerando que el nivel

freático se encuentra muy por debajo de la profundidad de desplante de la cimentación,

lo cual no influye en los cálculos si se trabaja con las ecuaciones planteadas.

Ahora bien, considerando que la cimentación es asentada sobre un Suelo cuyo Nivel

Freático está cerca o por encima de la profundidad de desplante de la cimentación, las

Ecuaciones de Capacidad de Carga sufren ciertas modificaciones dependiendo de la

localización del Nivel Freático.

CASO I

Cuando el nivel freático se encuentra sobre la profundidad de desplante de la cimentación,

es decir, 0 ≤ 𝐷𝑤 ≤ 𝐷𝑓 el cálculo del valor de sobrecarga efectiva (q) se lo realiza

mediante la siguiente ecuación:

𝑞 = 𝐷𝑤 𝛾 + 𝐷2(𝛾𝑠𝑎𝑡 − 𝛾𝑤) (𝐸𝑐. 2.33)

Figura 2. 18.- Modificación de ecuaciones de capacidad de carga por localización de

Nivel Freático


63

El valor de 𝛾 en las ecuaciones que corresponden al tercer término nos permiten

determinar la Capacidad de Carga Última de Suelo debe ser reemplazado por:

𝛾 ′ = 𝛾𝑠𝑎𝑡 − 𝛾𝑤 (𝐸𝑐. 2.34)

CASO II

El Caso II se lo considera cuando el nivel freático se encuentra bajo la profundidad de

desplante de la cimentación, pero a una distancia máxima equivalente al ancho de la

cimentación, es decir, 𝐷𝑓 ≤ 𝐷𝑤 ≤ (𝐷𝑓 + 𝐵), el cálculo del valor de sobrecarga efectiva

(q) se lo realiza mediante la siguiente ecuación:

𝑞 = 𝛾 ∗ 𝐷𝑓 (𝐸𝑐. 2.35)

Figura 2. 19.- Modificación de ecuaciones de capacidad de carga por localización de

Nivel Freático


64

El valor de 𝛾 en el tercer término de la ecuación que nos permiten determinar la Capacidad

de Carga Última de Suelo debe ser reemplazado por:

�̅� =𝛾(𝐷𝑤 − 𝐷𝑓) + [𝛾𝑠𝑎𝑡 − 𝛾𝑤](𝐷𝑓 + 𝐵 − 𝐷𝑤)

(𝐷𝑤 − 𝐷𝑓) + (𝐷𝑓 + 𝐵 − 𝐷𝑤)

�̅� =𝛾(𝐷𝑤 − 𝐷𝑓) + (𝛾𝑠𝑎𝑡 − 𝛾𝑤)(𝐷𝑓 + 𝐵 − 𝐷𝑤)

𝐵 (𝐸𝑐. 2.36)

Dónde:

𝛾 ′ = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑠𝑢𝑚𝑒𝑟𝑔𝑖𝑑𝑜

𝛾𝑠𝑎𝑡 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜

𝛾𝑤 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎

�̅� = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝐶𝑎𝑠𝑜 𝐼𝐼

𝐷1 = 𝐷𝑤 = 𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑓𝑟𝑒á𝑡𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑠𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒

𝐷2 = 𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑡𝑜 𝑎𝑙 𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑓𝑟𝑒á𝑡𝑖𝑐𝑜

𝐷𝑓 = 𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑡𝑜 𝑎 𝑙𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒

𝑑 = 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒 ℎ𝑎𝑠𝑡𝑎 𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑓𝑟𝑒á𝑡𝑖𝑐𝑜

65

2.5.2.2. TEORÍA DE MEYERHOF

Meyerhof desarrolló una teoría la cual permite determinar el valor de Capacidad de Carga

de una zapata corrida asentada a cualquier profundidad.

Esta teoría es similar a la establecida por Terzaghi, con la diferencia que la zona de falla

se extiende por encima del nivel de desplante de la cimentación, de manera que se

considera en los cálculos la resistencia al cortante del suelo por encima del nivel

mencionado.

Como se puede observar en los siguientes gráficos, la zona de falla tanto para

cimentaciones superficiales como para cimentaciones profundas, se desarrolla en forma

de curvas espirales logarítmicas, las cuales pueden ser divididas en 4 zonas:

1. Zona triangular bajo la cimentación ABC.

2. Zonas de corte radial ACD y BCG, las cuales se extienden por sobre el nivel

de desplante de la cimentación.

3. Zonas de variación de estados de corte plano y radial ADEH y BGFJ.

4. Superficies libres equivalentes AE y BF.

Figura 2. 20.- Superficie de rotura supuesta para cimentaciones superficiales

Fuente: CRAIG, Robert F. Mecánica de Suelos.

66

Las superficies libres equivalentes se encuentran inclinadas un ángulo 𝛽 con respecto a

la horizontal, valor que se relaciona con la profundidad y ancho del cimiento.

Con las consideraciones señaladas anteriormente, Meyerhof estableció que la Capacidad

de Carga Última obedece a la ecuación:

𝑞𝑢 =1

2 𝛾 𝐵 𝑁𝛾 + 𝑐 𝑁𝑐 + 𝜎0𝑁𝑞 (𝐸𝑐. 2.37)

Dónde:

𝑞𝑢 = 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 ú𝑙𝑡𝑖𝑚𝑎

𝛾 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜


𝜎0 = 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑒𝑛 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒

𝑁𝛾, 𝑁𝑐, 𝑁𝑞 = 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑒𝑜𝑟í𝑎 𝑑𝑒 𝑀𝑒𝑦𝑒𝑟ℎ𝑜𝑓

Los factores de capacidad de carga dependen principalmente del ángulo de fricción del

suelo ∅ y del ángulo 𝛽, razón por la cual, al ser los factores de capacidad de carga

dependientes de 𝛽 y de la necesidad de determinar 𝜎0, se considera a esta teoría como

inconveniente para su uso en la práctica.

Con la finalidad de simplificar la solución de la ecuación de capacidad de carga última,

Meyerhof estableció los siguientes parámetros:

1. Cuando el ángulo de fricción del suelo ∅ es igual a cero:

𝑞𝑢 = 𝑐 𝑁𝑐 + 𝛾 𝐷𝑓 (𝐸𝑐. 2.38)

67

Dónde:

𝑁𝑐 = Factor de capacidad de carga, el cual depende de la relación profundidad /

ancho de cimiento y de la adhesión que esta presenta en sus lados.

2. Cuando la resistencia al corte del suelo es igual a cero:

𝑞𝑢 =1

2𝛾 𝐵 𝑁𝛾 (𝐸𝑐. 2.39)

Dónde:

𝑁𝛾 = Factor de capacidad de carga, el cual depende de la resistencia al corte del

suelo, coeficiente de presión lateral a los lados del cimiento y el ángulo de fricción

entre el suelo y los lados del cimiento.

2.5.2.3. TEORÍA DE SKEMPTON

Skempton analiza la superficie de falla bajo una cimentación, para lo cual considera

principalmente la profundidad de desplante bajo la cual se asienta la cimentación. De esta

manera se considera que una cimentación ubicada a una profundidad de desplante

considerable presentará una superficie de desarrollo mayor, esto si se la compara con una

cimentación ubicada a una profundidad de desplante pequeña, que por ende presentará

una superficie de desarrollo menor.

Por lo detallado anteriormente, Skempton determinó que el valor del factor de capacidad

de carga Nc crece siempre y cuando la profundidad de desplante de la cimentación

aumente. De esta manera y en base a procesos experimentales, los valores de Nc

planteados por Skempton varían con la relación 𝐷𝑓

𝐵⁄ , y los mismos se encuentran

tabulados de la siguiente manera:

68

Df/B Nc

Zapata circular o cuadrada

Zapata continua

0,00 6,20 5,14

0,25 6,70 5,60

0,60 7,10 5,90

0,75 7,40 6,20

1,00 7,70 6,40

1,60 8,10 6,80

2,00 8,40 7,00

2,50 8,60 7,20

3,00 8,80 7,40

4,00 9,00 7,50

> 4,00 9,00 7,50

Tabla 2. 11.- Factor de capacidad de carga 𝐍𝐜 en función de la relación 𝐃𝐟

𝐁⁄

Fuente: CRESPO, Carlos. Mecánica de Suelos y Cimentaciones.

Figura 2. 21.- Diagrama de Skempton para la determinación de 𝐍𝐜 en función de la

relación 𝐃𝐟

𝐁⁄

Fuente: CRESPO, Carlos. Mecánica de Suelos y Cimentaciones.

A su vez, Skempton ha establecido las siguientes ecuaciones para determinar la capacidad

de carga última para el siguiente tipo de cimentaciones:

5.00

5.50

6.00

6.50

7.00

7.50

8.00

8.50

9.00

9.50

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00

Nc

Df/B

Zapata circular ocuadrada

Zapata continua

69

𝑞𝑢 = (1 + 0,20𝐵

𝐿) 𝑐 ∗ 𝑁𝑐 + 𝛾 ∗ 𝐷𝑓 𝐶𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑅𝑒𝑐𝑡𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑎𝑟 (𝐸𝑐. 2.40)

𝑞𝑢 = 1.20𝑐 ∗ 𝑁𝑐 + 𝛾 ∗ 𝐷𝑓 𝐶𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐶𝑢𝑎𝑑𝑟𝑎𝑑𝑎 (𝐸𝑐. 2.41)

2.5.3. ECUACIÓN GENERAL DE LA CAPACIDAD DE CARGA

Meyerhof (1963), desarrolló la Ecuación General de Capacidad de Carga con la finalidad

de considerar factores que no se tomaban en cuenta en la Teoría de Capacidad de Carga

de Terzaghi, tales como:

Considerar cimentaciones rectangulares.

Considerar la resistencia al corte en la zona de falla ubicada sobre la profundidad

de desplante o empotramiento de la cimentación.

Considerar que la carga aplicada sobre la cimentación puede ser inclinada.

Con la finalidad de tomar en consideración los factores antes mencionados, se sugiere la

siguiente ecuación para el cálculo de Capacidad de Carga Última del Suelo:

𝑞𝑢 = 𝑐 𝑁𝑐 𝐹𝑐𝑠 𝐹𝑐𝑑 𝐹𝑐𝑖 + 𝑞 𝑁𝑞 𝐹𝑞𝑠 𝐹𝑞𝑑 𝐹𝑞𝑖 +1

2 𝛾 𝐵 𝑁𝛾 𝐹𝛾𝑠 𝐹𝛾𝑑 𝐹𝛾𝑖 (𝐸𝑐. 2.42)

Dónde:

𝑞 = 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝐸𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛


𝐵 = 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑜 𝑑𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑒𝑛 𝑐𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟

𝑁𝑐, 𝑁𝑞, 𝑁𝛾 = 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎

𝐹𝑐𝑠, 𝐹𝑞𝑠, 𝐹𝛾𝑠 = 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝐹𝑜𝑟𝑚𝑎

𝐹𝑐𝑑, 𝐹𝑞𝑑, 𝐹𝛾𝑑 = 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑

𝐹𝑐𝑖, 𝐹𝑞𝑖, 𝐹𝛾𝑖 = 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝐼𝑛𝑐𝑙𝑖𝑛𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎

70

Los factores de forma, profundidad e inclinación de carga son valores obtenidos de

pruebas experimentales, en base a lo cual se ha establecido las siguientes expresiones para

su cálculo:

Factor Relación Fuente

Forma

𝐹𝑐𝑠 = 1 +𝐵

𝐿 𝑁𝑞

𝑁𝑐

𝐹𝑞𝑠 = 1 +𝐵

𝐿tan ∅

𝐹𝛾𝑠 = 1 − 0.4𝐵

𝐿

Dónde: L = longitud de la cimentación

( L > B )

De Beer (1970)

Hansen (1970)

Profundidad

Condición (a): 𝑫𝒇

𝑩⁄ ≤ 𝟏

𝐹𝑐𝑑 = 1 + 0.4𝐷𝑓

𝐵

𝐹𝑞𝑑 = 1 + 2 tan ∅ (1 − 𝑠𝑒𝑛 ∅)2 𝐷𝑓

𝐵

𝐹𝛾𝑑 = 1

Condición (a): 𝑫𝒇

𝑩⁄ > 1

𝐹𝑐𝑑 = 1 + (0.4) 𝑡𝑎𝑛−1 (𝐷𝑓

𝐵)

𝐹𝑞𝑑 = 1 + 2 tan ∅ (1 − 𝑠𝑒𝑛 ∅)2 𝑡𝑎𝑛−1 (𝐷𝑓

𝐵)

𝐹𝛾𝑑 = 1

Hansen (1970)

Inclinación

𝐹𝑐𝑖 = 𝐹𝑞𝑖 = (1 −𝛽

90°)

2

𝐹𝛾𝑖 = (1 −𝛽

∅)

2

Dónde: 𝛽 = inclinación de la carga sobre la cimentación con respecto a la vertical

Meyerhof (1963)

Hanna y Meyerhof (1981)

Tabla 2. 12.- Factores de forma, profundidad e inclinación de carga


71

Los valores de los factores de capacidad de carga son distintos a los obtenidos de acuerdo

a la Teoría de Capacidad de Carga de Terzaghi, debido a que el ángulo α, que se muestra

en la Figura N° 2.17 es más cercano a (45 +∅

2) que a ∅. Es por ello que el valor de los

factores de capacidad de carga se determina con las siguientes ecuaciones:

𝑁𝑞 = 𝑡𝑎𝑛2 (45 +∅

2) 𝑒𝜋 tan ∅ (𝐸𝑐. 2.43)

𝑁𝑐 = (𝑁𝑞 − 1) ctg ∅ (𝐸𝑐. 2.44)

𝑁𝛾 = 2 (𝑁𝑞 + 1) tan ∅ (𝐸𝑐. 2.45)

72

∅ 𝑵𝒄 𝑵𝒒 𝑵𝜸 𝑵𝒒

𝑵𝒄 𝒕𝒂𝒏 ∅ ∅ 𝑵𝒄 𝑵𝒒 𝑵𝜸

𝑵𝒒

𝑵𝒄 𝒕𝒂𝒏 ∅

0 5,14 1,00 0,00 0,19 0,00 26 22,25 11,85 12,54 0,53 0,49

1 5,38 1,09 0,07 0,20 0,02 27 23,94 13,20 14,47 0,55 0,51

2 5,63 1,20 0,15 0,21 0,03 28 25,80 14,72 16,72 0,57 0,53

3 5,90 1,31 0,24 0,22 0,05 29 27,86 16,44 19,34 0,59 0,55

4 6,19 1,43 0,34 0,23 0,07 30 30,14 18,40 22,40 0,61 0,58

5 6,49 1,57 0,45 0,24 0,09 31 32,67 20,63 25,99 0,63 0,60

6 6,81 1,72 0,57 0,25 0,11 32 35,49 23,18 30,21 0,65 0,62

7 7,16 1,88 0,71 0,26 0,12 33 38,64 26,09 35,19 0,68 0,65

8 7,53 2,06 0,86 0,27 0,14 34 42,16 29,44 41,06 0,70 0,67

9 7,92 2,25 1,03 0,28 0,16 35 46,12 33,30 48,03 0,72 0,70

10 8,34 2,47 1,22 0,30 0,18 36 50,59 37,75 56,31 0,75 0,73

11 8,80 2,71 1,44 0,31 0,19 37 55,63 42,92 66,19 0,77 0,75

12 9,28 2,97 1,69 0,32 0,21 38 61,35 48,93 78,02 0,80 0,78

13 9,81 3,26 1,97 0,33 0,23 39 67,87 55,96 92,25 0,82 0,81

14 10,37 3,59 2,29 0,35 0,25 40 75,31 64,20 109,41 0,85 0,84

15 10,98 3,94 2,65 0,36 0,27 41 83,86 73,90 130,21 0,88 0,87

16 11,63 4,34 3,06 0,37 0,29 42 93,71 85,37 155,54 0,91 0,90

17 12,34 4,77 3,53 0,39 0,31 43 105,11 99,01 186,53 0,94 0,93

18 13,10 5,26 4,07 0,40 0,32 44 118,37 115,31 224,63 0,97 0,97

19 13,93 5,80 4,68 0,42 0,34 45 133,87 134,87 271,75 1,01 1,00

20 14,83 6,40 5,39 0,43 0,36 46 152,10 158,50 330,34 1,04 1,04

21 15,81 7,07 6,20 0,45 0,38 47 173,64 187,21 403,65 1,08 1,07

22 16,88 7,82 7,13 0,46 0,40 48 199,26 222,30 496,00 1,12 1,11

23 18,05 8,66 8,20 0,48 0,42 49 229,92 265,50 613,14 1,15 1,15

24 19,32 9,60 9,44 0,50 0,45 50 266,88 319,06 762,86 1,20 1,19

25 20,72 10,66 10,88 0,51 0,47

Tabla 2. 13.- Factores de Capacidad de Carga para Ecuación General de Capacidad de

Carga


73

2.5.4. CAPACIDAD DE CARGA EN SUELOS ESTRATIFICADOS

En la naturaleza es muy difícil encontrar suelos homogéneos los cuales se extiendan hasta

profundidades considerables, es por ello que lo más común es encontrar suelos con

perfiles estratificados. En estos casos la cohesión, peso específico y ángulo de fricción

del suelo varían de acuerdo al estrato que se esté analizando y no permanecen constantes

como en los casos analizados en secciones anteriores, en los que se consideraba un solo

perfil de suelo, es por ello que la zona de falla en suelos estratificados generada por la

aplicación de la Carga Última puede desarrollarse en los dos o más estratos presentes en

el perfil de suelo.

Considerando que en un perfil presente dos estratos de suelo, los parámetros físicos a

considerar serán:

Estrato Parámetros Físicos del Suelo

Peso Específico Ángulo de fricción Cohesión

Superior 𝛾1 ∅1 𝑐1

Inferior 𝛾2 ∅2 𝑐2

Tabla 2. 14.- Parámetros físicos del suelo con dos estratos


En la Figura que se presenta a continuación, se representa una cimentación corrida, la

cual está asentada sobre un perfil de suelo conformado por dos estratos, en el cual el

estrato superior trata de un suelo fuerte y el estrato inferior un suelo débil que se extiende

hasta una gran profundidad. A su vez se presentan dos casos distintos:

1. La profundidad H es relativamente pequeña comparada con el ancho B de la

cimentación. En este caso se presenta una falla por punzonamiento en el estrato

superior, mientras que en el estrato inferior se presenta una falla general por corte.

74

Figura 2. 22.- Capacidad de carga de una cimentación corrida sobre suelo estratificado

- Profundidad H relativamente pequeña comparada con el ancho B de la cimentación.


2. La profundidad H es relativamente grande comparada con el ancho B de la

cimentación. En este caso, la zona de falla se desarrolla exclusivamente en el

estrato superior, debido a la gran profundidad que este presenta.

Figura 2. 23.- Capacidad de carga de una cimentación corrida sobre suelo estratificado

- Profundidad H relativamente grande comparada con el ancho B de la cimentación.


Considerando el caso en el que la profundidad H es relativamente pequeña comparada

con el ancho B de la cimentación, el valor de la Capacidad de Carga Última (qu) se lo

determina mediante la siguiente expresión:

75

𝑞𝑢 = 𝑞𝑏 +2 (𝐶𝑎 + 𝑃𝑝 𝑆𝑒𝑛 𝛿)

𝐵− 𝛾1 𝐻 (𝐸𝑐. 2.46)

𝐶𝑎 = 𝑐𝑎 𝐻 (𝐸𝑐. 2.47)

Dónde:

𝑞𝑢 = 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 ú𝑙𝑡𝑖𝑚𝑎 en suelo estratificado


𝐻 = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑑𝑒 𝑒𝑙 𝑓𝑜𝑛𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 ℎ𝑎𝑠𝑡𝑎 𝑒𝑙 𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑡𝑜 𝑖𝑛𝑓𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟

𝐶𝑎 = 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑎𝑑ℎ𝑒𝑠𝑖𝑣𝑎

𝑐𝑎 = 𝑎𝑑ℎ𝑒𝑠𝑖ó𝑛

𝑃𝑝 = 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑐𝑎𝑟𝑎𝑠 𝑎𝑎′ 𝑦 𝑏𝑏′

𝑞𝑏 = 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑡𝑜 𝑖𝑛𝑓𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟

𝛿 = 𝐼𝑛𝑐𝑙𝑖𝑛𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎 𝑃𝑝 𝑟𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑡𝑜 𝑎 𝑙𝑎 ℎ𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙

Realizando los remplazos necesarios podemos simplificar la ecuación anterior a la

siguiente expresión:

𝑞𝑢 = 𝑞𝑏 +2 𝑐𝑎 𝐻

𝐵+ 𝛾1 𝐻2 (1 +

2 𝐷𝑓

𝐻)

𝐾𝑝𝐻 tan 𝛿

𝐵− 𝛾1 𝐻 (𝐸𝑐. 2.48)

𝐾𝑝𝐻 tan 𝛿 = 𝐾𝑠 tan ∅1 (𝐸𝑐. 2.49)

Dónde:

𝐾𝑝𝐻 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒 ℎ𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑝𝑎𝑠𝑖𝑣𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑖𝑒𝑟𝑟𝑎

𝐾𝑠 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 𝑝𝑜𝑟 𝑝𝑢𝑛𝑧𝑜𝑛𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜

76

Entonces, la ecuación de capacidad última de carga sobre suelos estratificados quedaría:


𝐵+ 𝛾1 𝐻2 (1 +

2 𝐷𝑓

𝐻)

𝐾𝑠 tan ∅1

𝐵− 𝛾1 𝐻 (𝐸𝑐. 2.50)

El coeficiente de corte por punzonamiento (Ks) se encuentra en función de q2

q1⁄ y ∅1,

dónde q1 y q2 son las capacidades de carga última para estrato superior e inferior

respectivamente. De esta manera, q1 y q2 pueden ser determinados mediante las

siguientes expresiones:

𝑞1 = 𝑐1 𝑁𝑐(1) +1

2 𝛾1 𝐵 𝑁𝛾(1) (𝐸𝑐. 2.51)

𝑞2 = 𝑐2 𝑁𝑐(2) +1

2 𝛾2 𝐵 𝑁𝛾(2) (𝐸𝑐. 2.52)

Dónde:

𝑁𝑐(1), 𝑁𝛾(1) = 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 ∅1 (𝑇𝑎𝑏𝑙𝑎 2.13)

𝑁𝑐(2), 𝑁𝛾(2) = 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 ∅2 (𝑇𝑎𝑏𝑙𝑎 2.13)

En los casos que tenemos la presencia de un perfil, en el cual, el estrato superior está

compuesto por un suelo fuerte y el estrato inferior por un suelo débil, se debe notar que:

𝑞2

𝑞1< 1.00

77

Figura 2.24.- Coeficiente de corte por punzonamiento 𝐊𝐬, según Meyerhof y Hanna


Figura 2.25.- Variación de 𝐜𝐚

𝐜𝟏⁄ vs

𝐪𝟐𝐪𝟏

⁄ basada en la teoría de Meyerhof y Hanna


Ahora, considerando el caso en el que la profundidad H es relativamente grande

comparada con el ancho B de la cimentación, el valor de la Capacidad de Carga Última

(qu) se lo determina mediante la siguiente expresión:

𝑞𝑢 = 𝑞𝑡 = 𝑐1𝑁𝑐(1) + 𝑞1𝑁𝑞(1) +1

2𝛾2𝐵𝑁𝛾(1) (𝐸𝑐. 2.53)

78

Dónde:

𝑁𝑞(1) = 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 ∅ = ∅1 (𝑇𝑎𝑏𝑙𝑎 2.13)

𝑞 = 𝛾1 ∗ 𝐷𝑓

Igualando las ecuaciones (𝐸𝑐. 2.50) = (𝐸𝑐. 2.53) y realizando las simplificaciones

necesarias, obtenemos la siguiente expresión:


𝐵+ 𝛾1 𝐻2 (1 +

2 𝐷𝑓

𝐻)

𝐾𝑠 tan ∅1

𝐵− 𝛾1𝐻 ≤ 𝑞𝑡 (𝐸𝑐. 2.54)

Para cimentaciones rectangulares, la expresión anterior se corrige por el factor (1 +𝐵

𝐿):

𝑞𝑢 = 𝑞𝑏 + (1 +𝐵

𝐿) (

2 𝑐𝑎 𝐻

𝐵) + 𝛾1 𝐻2 (1 +

𝐵

𝐿) (1 +

2 𝐷𝑓

𝐻) (

𝐾𝑠 tan ∅1

𝐵) − 𝛾1𝐻 ≤ 𝑞𝑡

(𝐸𝑐. 2.55)

𝑞𝑏 = 𝑐2𝑁𝑐(2)𝐹𝑐𝑠(2) + 𝛾1(𝐷𝑓 + 𝐻)𝑁𝑞(2)𝐹𝑞𝑠(2) +1

2𝛾2𝐵𝑁𝛾(2)𝐹𝛾𝑠(2) (𝐸𝑐. 2.56)

𝑞𝑡 = 𝑐1𝑁𝑐(1)𝐹𝑐𝑠(1) + 𝛾1𝐷𝑓𝑁𝑞(1)𝐹𝑞𝑠(1) +1

2𝛾1𝐵𝑁𝛾(1)𝐹𝛾𝑠(1) (𝐸𝑐. 2.57)

Dónde:

𝐹𝑐𝑠(1), 𝐹𝑞𝑠(1), 𝐹𝛾𝑠(1)

= 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎 𝑐𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑡𝑜 𝑎𝑙 𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑡𝑜 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 (𝑇𝑎𝑏𝑙𝑎 2.12)

𝐹𝑐𝑠(2), 𝐹𝑞𝑠(2), 𝐹𝛾𝑠(2)

= 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎 𝑐𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑡𝑜 𝑎𝑙 𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑡𝑜 𝑖𝑛𝑓𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 (𝑇𝑎𝑏𝑙𝑎 2.12)

79

2.5.4.1. CASOS ESPECIALES

En la naturaleza existen varios casos especiales en los que el perfil del suelo está

compuesto por un suelo fuerte en la parte superior y un suelo más débil en la parte inferior,

entre los principales tenemos:

1. Estrato superior es arena fuerte y el estrato inferior es arcilla suave saturada.

2. Estrato superior es arena fuerte y el estrato inferior es arena suelta.


INFERIOR ES ARCILLA SUAVE SATURADA

En este caso, el ángulo de fricción para el estrato inferior es igual a cero ∅2 = 0, debido

a que se trata de un suelo cohesivo compuesto por arcilla suave saturada. Para lo cual,

realizando los respectivos remplazos y simplificaciones de las ecuaciones (𝐸𝑐. 2.55),

(𝐸𝑐. 2.56) y (𝐸𝑐. 2.57) obtenemos:

𝑞𝑏 = (1 + 0.2𝐵

𝐿) 5.14 𝑐2 + 𝛾1(𝐷𝑓 + 𝐻) (𝐸𝑐. 2.58)

𝑞𝑡 = 𝛾1𝐷𝑓𝑁𝑞(1)𝐹𝑞𝑠(1) +1

2𝛾1𝐵𝑁𝛾(1)𝐹𝛾𝑠(1) (𝐸𝑐. 2.59)

Por lo tanto:

𝑞𝑢 = (1 + 0.2𝐵

𝐿) 5.14 𝑐2 + 𝛾1𝐻2 (1 +

𝐵

𝐿) (1 +

2𝐷𝑓

𝐻)

𝐾𝑠 tan ∅1

𝐵+ 𝛾1𝐷𝑓 (𝐸𝑐. 2.60)

Cabe señalar que:

𝑞𝑢 ≤ 𝑞𝑡

𝑞𝑢 ≤ 𝛾1𝐷𝑓𝑁𝑞(1)𝐹𝑞𝑠(1) +1

2𝛾1𝐵𝑁𝛾(1)𝐹𝛾𝑠(1)

80

Para determinar el valor del coeficiente de corte por punzonamiento 𝐾𝑠 en la Figura 2.20,

debemos determinar el valor de 𝑞2

𝑞1⁄ por medio de la siguiente expresión:

𝑞2

𝑞1=

𝑐2𝑁𝑐(2)

12

𝛾1𝐵𝑁𝛾(1)

=5.14 𝑐2

0.5 𝛾1𝐵𝑁𝛾(1) (𝐸𝑐. 2.61)


INFERIOR ES ARENA SUELTA

En este caso, tanto estrato superior como inferior están compuestos por dos tipos de arena,

motivo por el cual la cohesión es igual a cero en los dos estratos. Es decir:

𝑐1 = 0 y 𝑐2 = 0.

Por lo tanto, en el caso que se nos presente un estrato superior compuesto por arena fuerte

y el estrato inferior por arena suelta, la ecuación para determinar la Carga Última del

Suelo quedaría expresada de la siguiente manera:

𝑞𝑢 = [𝛾1(𝐷𝑓 + 𝐻)𝑁𝑞(2)𝐹𝑞𝑠(2) +1

2𝛾2𝐵𝑁𝛾(2)𝐹𝛾𝑠(2)] + 𝛾1𝐻2 (1 +

𝐵

𝐿) (1 +

2𝐷𝑓

𝐻)

𝐾𝑠 tan ∅

𝐵− 𝛾1𝐻

(𝐸𝑐. 2.62)

Cabe señalar que:



2𝛾1𝐵𝑁𝛾(1)𝐹𝛾𝑠(1) (𝐸𝑐. 2.63)

Para determinar el valor del coeficiente de corte por punzonamiento Ks en la Figura 2.24,

debemos determinar el valor de q2

q1⁄ por medio de la siguiente expresión:

81

𝑞2

𝑞1=

12

𝛾2𝐵𝑁𝛾(2)

12 𝛾1𝐵𝑁𝛾(1)

=𝛾2𝑁𝛾(2)

𝛾1𝑁𝛾(1) (𝐸𝑐. 2.64)

2.6. ASENTAMIENTOS ADMISIBLES

En la naturaleza, todo material tiende a sufrir deformaciones cuando sobre estos se aplican

esfuerzos. Dichas deformaciones pueden ser elásticas o plásticas.

Las deformaciones elásticas son aquellas que una vez retirado el esfuerzo aplicado sobre

el material, el mismo recupera su forma inicial. Por otro lado, las deformaciones plásticas

son aquellas que una vez retirado el esfuerzo aplicado sobre el material, el mismo no

recupera su forma inicial. Esto se produce cuando los esfuerzos aplicados sobrepasan las

propiedades elásticas del material.

Adicionalmente, existen materiales que no tienen establecidas de una manera clara sus

propiedades elásticas, por lo cual tienden a recuperar un porcentaje reducido de su forma

inicial una vez que se han retirado los esfuerzos aplicados. A este tipo de deformaciones

se los conoces como deformaciones elasto-plásticas.

Figura 2.26.- Características esfuerzo - deformación

Fuente: BOWLES, Joseph E. Propiedades Geofísicas de los Suelos.

82

Cuando sobre un suelo se aplica una carga, como por ejemplo el peso de una estructura,

el suelo desarrolla deformaciones que provocan consigo el asentamiento de la estructura

o cuerpo que sobre este se encuentra apoyado. Dichos asentamientos se deben a:

La reducción de vacíos del suelo una vez aplicada la carga.

El cambio de forma que experimenta el suelo bajo la carga.

Todo tipo de suelo tiende a desarrollar asentamiento, es por ello que tanto el asentamiento

por compresión y el asentamiento por contacto, dependen principalmente de los esfuerzos

que la cimentación desarrolle sobre el suelo.

Los asentamientos que se produzcan debido a las presiones aplicadas no deben ser

excesivos pues pueden provocar la falla o daños en la estructura. En nuestro país, la

Norma Ecuatoriana de la Construcción (NEC 11) en el Capítulo 9 habla sobre la

Geotecnia y Cimentaciones, donde se establece que el asentamiento total (𝐴𝑇𝑜𝑡.) a ser

calculado responde a la suma de los siguientes asentamientos:

Asentamientos Inmediatos (𝐴𝐼𝑛𝑚.)

Asentamientos por Consolidación (primaria y secundaria) (𝐴𝐶𝑜𝑛𝑠.)

Asentamientos Inducidos por Sismos (𝐴𝑆𝑖𝑠𝑚𝑜)

𝐴𝑇𝑜𝑡. = 𝐴𝐼𝑛𝑚. + 𝐴𝐶𝑜𝑛𝑠. + 𝐴𝑆𝑖𝑠𝑚𝑜 (𝐸𝑐. 2.65)

2.6.1. ASENTAMIENTOS INMEDIATOS

Son asentamientos que se producen durante la etapa de construcción o de manera

inmediata una vez que sobre el suelo se ha realizado una aplicación de cargas.

83

Para el cálculo de este tipo de asentamientos se utiliza ecuaciones basadas en la teoría de

la elasticidad, en la cual intervienen los parámetros de Módulo de elasticidad (Es), y

Razón de Poisson (μs). En caso de no disponer de estos datos mediante ensayos

desarrollados en el laboratorio, y para tener una idea de la magnitud, se debe considerar

valores establecidos de acuerdo al tipo de suelo como se muestra en la siguiente tabla:

Parámetros elásticos de varios suelos

Tipo de suelo Módulo de elasticidad, Es

Razón de Poisson, μs (MN/m2)

Arena Suelta 10,35 – 24,15 0,20 – 0,40

Arena densa media 17,25 – 27,60 0,25 – 0,40

Arena densa 34,50 – 55,20 0,30 – 0,45

Arena limosa 10,35 – 17,25 0,20 – 0,40

Arena y grava 69,00 – 172,50 0,15 – 0,35

Arcilla blanda 4,10 – 20,70

Arcilla media 20,70 – 41,40 0,20 – 0,50

Arcilla dura 41,40 – 96,60

Tabla 2. 15.- Parámetros elásticos de varios suelos


Existen factores que afectan a la curva esfuerzo-deformación de un material, razón por la

cual el Módulo de Elasticidad presenta cambios. Los principales factores que afectan

dicha curva son el confinamiento y peso unitario del suelo, es decir, conforme la

profundidad de un suelo sea mayor, su módulo de elasticidad también aumentará.

En base a los resultados obtenidos del ensayo SPT o del ensayo de Penetración de cono

CPT, se ha establecido correlaciones para determinar el Módulo de Elasticidad

dependiendo el tipo de suelo, las mismas que se detallan a continuación:

84

Tabla 2. 16.- Ecuaciones para el Módulo de Elasticidad por Métodos de Prueba

Fuente: BOWLES, Joseph E. Foundation Analysis and Design.

Dónde:

𝐸𝑠 = 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 (𝑘𝑃𝑎)

𝑞𝑐 = 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑝𝑒𝑛𝑒𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑜

𝑁 = 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑛𝑒𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑠𝑡á𝑛𝑑𝑎𝑟 𝑒𝑛 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑜 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑁55

El asentamiento inmediato se lo debe determinar tomando en consideración una fuerza

neta aplicada por área unitaria (qo) en una cimentación superficial, ya sea esta flexible o

rígida.

85

Figura 2. 27.- Asentamiento elástico de cimentaciones flexible y rígida


Asumiendo que la profundidad de la cimentación (Df =0) es igual a cero, y la altura

(H=∞), el asentamiento para una CIMENTACIÓN FLEXIBLE es:

En la esquina:

𝑆𝑒 =𝐵𝑞𝑜

𝐸𝑠

(1 − 𝜇𝑠2)

𝛼

2 (𝐸𝑐. 2.66)

En el centro:


𝐸𝑠

(1 − 𝜇𝑠2)𝛼 (𝐸𝑐. 2.67)

Promedio:


𝐸𝑠

(1 − 𝜇𝑠2) ∝𝑝𝑟𝑜𝑚 (𝐸𝑐. 2.68)

86

Dónde:

𝑆𝑒 = 𝐴𝑠𝑒𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑒𝑙á𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜

𝐸𝑠 = 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜

𝜇𝑠 = 𝑅𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑃𝑜𝑖𝑠𝑠𝑜𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜

𝑞𝑜 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑛𝑒𝑡𝑎 𝑝𝑜𝑟 á𝑟𝑒𝑎 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎

Para determinar el valor de 𝛼 se utiliza la siguiente ecuación:

𝛼 =1

𝜋[ln (

√1 + 𝑚2 + 𝑚

√1 + 𝑚2 − 𝑚) + 𝑚 ln (

√1 + 𝑚2 + 1

√1 + 𝑚2 − 1)] (𝐸𝑐. 2.69)

𝑚 = 𝐿𝐵⁄ (𝐸𝑐. 2.70)

Dónde:

𝐿 = 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛


Además se puede obtener el valor de 𝛼 mediante la siguiente figura, la misma que

relaciona los valores de la longitud y el ancho de la cimentación:

87

Figura 2. 28.- Valores de 𝛂, 𝛂𝐩𝐫𝐨𝐦 y 𝛂𝐫


Si por el contrario, la cimentación es rígida, el asentamiento será determinado mediante

la siguiente ecuación:


𝐸𝑠

(1 − 𝜇𝑠2) ∝𝑟 (𝐸𝑐. 2.71)

2.6.2. ASENTAMIENTOS POR CONSOLIDACIÓN

Se considera a los asentamientos por consolidación a aquellos que se producen a lo largo

del tiempo después de aplicar una carga creciente sobre un suelo cohesivo saturado.

Dentro de dichos asentamientos se diferencias los siguientes:

Asentamientos por consolidación primaria.

Asentamientos por consolidación secundaria.

Los asentamientos por consolidación primaria se desarrollan cuando el agua contenida en

la zona de vacíos es expulsada ocasionando un cambio volumétrico por efecto de la carga

aplicada; mientras que los asentamientos por consolidación secundaria se presentan como

resultado del acomodamiento plástico de la estructura del suelo.

88

Para el empleo de las ecuaciones en el cálculo de estos asentamientos, se deben obtener

los parámetros elásticos mediante pruebas de consolidación por incremento de cargas o

deformación unitaria constante, y ensayos triaxiales consolidados-no drenados.

Figura 2. 29.- Gráfica tiempo - deformación durante la consolidación para un

incremento de carga

Fuente: CRAIG, Robert F. Mecánica de Suelos.

2.6.2.1. ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACIÓN PRIMARIA

Considerando un estrato de arcilla saturada de espesor H y de sección transversal A, bajo

una presión σ′𝑜 de sobrecarga efectiva promedio, se tiene un incremento de presiones Δσ

y un asentamiento primario igual a S.

89

Figura 2. 30.- Asentamiento causado por consolidación unidimensional


Posteriormente Δσ = Δσ′ cuando se termine la consolidación se tiene:

∆𝑉 = 𝑉0 − 𝑉1 = 𝐻𝐴 − (𝐻 − 𝑆)𝐴 = 𝑆𝐴 (𝐸𝑐. 2.72)

El cambio de volumen total es igual al cambio de volumen de vacíos:

∆𝑉 = 𝑆𝐴 = 𝑉𝑣0 − 𝑉𝑣1 = ∆𝑉𝑣 (𝐸𝑐. 2.73)

∆𝑉𝑣 = ∆𝑒𝑉𝑠 (𝐸𝑐. 2.74)

𝑉𝑠 =𝑉0

1 + 𝑒0=

𝐴𝐻

1 + 𝑒0 (𝐸𝑐. 2.75)

∆𝑉 = 𝑆𝐴 = ∆𝑒𝑉𝑠 = 𝐴𝐻

1 + 𝑒0∆𝑒 (𝐸𝑐. 2.76)

Reduciendo términos semejantes, para arcillas normalmente consolidadas con una

relación lineal 𝑒 − log σ′:

𝑆 = 𝐻 ∆𝑒

1 + 𝑒0 (𝐸𝑐. 2.77)

∆𝑒 = 𝐶𝑐[log(σ′0 + ∆σ′) − log σ′

0] (𝐸𝑐. 2.78)

90

Reemplazando términos:

𝑆 =𝐶𝑐𝐻

1 + 𝑒0+ log (

𝜎′0 + ∆𝜎′

𝜎′0

) (𝐸𝑐. 2.79)

En un estrato de arcilla con mayor espesor, el asentamiento total para todo el estrato es:

𝑆 = ∑ [𝐶𝑐𝐻𝑖

1 + 𝑒0+ log (

σ′0(i) + ∆σ′

i

σ′0(i)

)] (𝐸𝑐. 2.80)

En el caso que se cuente con arcillas preconsolidadas, se ha establecido las siguientes

expresiones:

Para σ′0 + Δ σ′ ≤ σ′c

∆𝑒 = 𝐶𝑠[log(σ′0 + ∆σ′) − log σ′

0] (𝐸𝑐. 2.81)

𝑆 =𝐶𝑠𝐻

1 + 𝑒0+ log (

𝜎′0 + ∆𝜎′

𝜎′0

) (𝐸𝑐. 2.82)

Para σ′0 + Δ σ′ > σ′c

𝑆 =𝐶𝑠𝐻

1 + 𝑒0+ log (

σ′c

σ′0

) +𝐶𝑐𝐻

1 + 𝑒0+ log (

𝜎′0 + ∆𝜎′

𝜎′𝑐

) (𝐸𝑐. 2.83)

Dónde:

𝑉𝑜 = Volumen inicial

𝑉1 = Volumen final

Δ𝑉𝑣 = Variación del volumen de vacíos

𝑉𝑣0 = Volumen de vacío inicial

𝑉𝑣1 = Volumen de vacío final

91

Δ𝑒 = Cambio de la relación de vacíos

𝑒𝑜 = Relación de vacíos inicial en el volumen 𝑉0

𝐶𝑐 = Índice de compresión

𝐻𝑖 = Espesor del subestrato 𝑖

σ′𝑜(𝑖) = Presión de sobrecarga efectiva promedio inicial para le subestrato 𝑖

Δσ′(𝑖) = Incremento de la presión vertical para el subestrato 𝑖

𝐶𝑠 = Índice de expansión

2.6.2.2. ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACIÓN SECUNDARIA

El asentamiento por consolidación secundaria ocurre luego que se ha producido la

consolidación primaria en el suelo, es decir, en la etapa de flujo plástico. En esta etapa la

relación 𝑒 − log (t) es prácticamente lineal.

Figura 2. 31.- Variación de la relación de vacíos e con log t bajo un incremento dado de

carga, y definición del índice de compresión secundario.


92

Para determinar el asentamiento por consolidación secundaria se utiliza la siguiente

expresión:

𝑆𝑠 = 𝐶′𝛼𝐻 log (𝑡1

𝑡2) (𝐸𝑐. 2.84)

𝐶′𝛼 =𝐶𝛼

1 + 𝑒𝑝 (𝐸𝑐. 2.85)

Dónde:

𝐶′𝛼 = Índice de compresión secundaria

Δ𝑒 = Cambio de la relación de vacíos

𝑡1, 𝑡2 = Tiempo

𝑒𝑝 = Relación de vacíos al final de la consolidación primaria

𝐻 = Espesor de la capa de arcilla

Este tipo de asentamientos es ciertamente más importante que los asentamientos

primarios cuando se trata de suelos orgánicos, así como también en suelos inorgánicos

altamente compresibles; mientras que cuando se trata de arcillas inorgánicas

preconsolidadas, la importancia de los asentamientos secundarios es menor ya que el

índice de compresión secundaria es muy pequeño

2.6.3. ASENTAMIENTOS POR SISMOS

Para este tipo de asentamientos se debe utilizar métodos empíricos en los cuales se emplea

la técnica de elementos finitos, considerando los parámetros de la presión de poro y

degradación cíclica de la rigidez. De esta manera se estima los asentamientos permanentes

que se producen en un sismo, ocasionando deformaciones volumétricas permanentes en

el suelo sobre el cual se asienta una estructura.

93

Según Martin, Finn y Seed (1974) se utiliza la siguiente expresión:

∆휀𝑣 = 𝑐1(𝛾 − 𝑐2휀𝑣) +𝑐3휀𝑣

2

𝛾 + 𝑐4휀𝑣 (𝐸𝑐. 2.86)

Dónde:

Δε𝑣 = Cambio en la deformación volumétrica (%)

γ = Equivalente de la amplitud de la deformación angular (%)

𝑐1, 𝑐2, 𝑐3, 𝑐4 = Parámetros de ajuste del modelo

Los parámetros de ajuste del modelo, dependen de la compacidad relativa y de las

características del grano del cual está compuesto el suelo. Por otro lado, para el cálculo

mediante elementos infinitos se puede emplear programas actualmente disponibles en el

mercado, con los cuales se obtiene las deformaciones posibles que puede experimentar el

suelo durante un sismo.

2.6.4. ASENTAMIENTOS TOLERABLES EN EDIFICIOS

En la construcción de cimentaciones es de vital importancia el tomar en cuenta los

posibles asentamientos que se pueden producir en el suelo ya que estos representan un

riesgo si no son controlados, llegando a ocasionar grandes daños en la estructura.

A lo largo de la historia se han realizado varios estudios acerca de este tema, logrando

identificar los asentamientos tolerables para una estructura. En el año 1981 Wahls

resumió varios de estos análisis, y para su mejor comprensión elaboró esquemas en los

cuales se detallan los parámetros a tomar en cuenta para determinar el asentamiento

tolerable.

94

Figura 2. 32.- Parámetro para la definición del asentamiento tolerable

Fuente: BRAJA, Das M. “Fundamentos de Ingeniería Geotécnica”.

De las figuras anteriores se pueden identificar los siguientes parámetros:

∆= 𝐷𝑒𝑓𝑙𝑒𝑥𝑖ó𝑛 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎

𝑤 = 𝐼𝑛𝑐𝑙𝑖𝑛𝑎𝑐𝑖ó𝑛

𝑙𝐴𝐵 = 𝐷𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜𝑠 𝐴 𝑦 𝐵

𝛿𝐴𝐵 = 𝐴𝑠𝑒𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜𝑠 𝐴 𝑦 𝐵

𝜂𝐴𝐵 = 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛 𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑎𝑟

𝐿 = 𝐷𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖ó𝑛 𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑒𝑠𝑡𝑟𝑢𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎

𝜂𝐴𝐵 =𝛿𝐴𝐵

𝑙𝐴𝐵 𝐸𝑐. 2.87

95

De igual manera Wahls elaboró una compilación de tablas en las cuales se indican los

valores máximos permisibles, para la distorsión angular y para los asentamientos

admisibles.

Categoría de Daño Potencial η

Peligro a maquinaria sensible a asentamientos 1/750

Peligro a marcos con diagonales 1/600

Límite seguro para no tener ningún agrietamiento en edificios*

1/500

Primer agrietamiento de muros 1/300

Dificultades con grúas elevadas 1/300

La inclinación de edificios rígidos altos se vuelve visible 1/250

Considerable agrietamiento de paneles y muros de ladrillo 1/150

Peligro de daño estructural en edificios generales 1/150

Límite seguro para muros flexibles de ladrillos, L/H > 4* 1/150

*Los límites seguros incluyen un factor de seguridad

Tabla 2. 17.- Distorsión angular límite según Bjerrum (compilación de Wahls)

Fuente.- BRAJA, Das M. Principios de Ingeniería de Cimentaciones.

De acuerdo a observaciones realizadas a cimentaciones por 25 años, Polshin y Tokar

presentaron criterios de asentamientos, los cuales Wahls los compilo en las siguientes

tablas:

96

Tipo de estructura Arena y arcilla dura

Arcilla plástica

(a) 𝜼

Cimentaciones de columnas de edificios civiles e industriales:

Para estructuras de acero y concreto reforzado 0.002 0.002

Para hileras extremas de columnas con revestimiento de ladrillo

0.007 0.001

Para estructuras donde no surgen deformaciones auxiliares durante asentamientos no uniformes de cimentaciones

0.005 0.005

Inclinación de chimeneas, torres, silos, etc. 0.004 0.004

Vigas carriles 0.003 0.003

(b) Δ/L

Muros simples de ladrillo:

Para habitaciones de varios niveles y edificios civiles

En L/H ≤ 3 0.0003 0.0004

En L/H ≥ 5 0.0005 0.0007

Para talleres de un piso 0.0010 0.0010

Tabla 2. 18.- Criterios de asentamientos admisibles (compilación de Wahls)


Tipo de edificios Asentamiento

promedio admisible (mm)

Edificio con muros de ladrillo simples

L/H ≥ 2.5 80

L/H ≤ 1.5 100

Edificio con muros de ladrillo, reforzados con concreto reforzado o ladrillo reforzado

150

Marcos de edificios 100

Cimentaciones sólidas de concreto reforzado para chimeneas, silos, torres, etcétera

300

Tabla 2. 19.- Asentamientos promedio admisibles para tipos diferentes de edificios

(compilación de Wahls)


97

De igual manera se puede observar en la Norma Ecuatoriana de la Construcción (NEC-

11) valores máximos de asentamientos diferenciales para algunos tipo de estructuras

Tipo de construcción Δ máx

(a) Edificaciones con muros y acabados susceptibles de dañarse con asentamientos menores

L/1000

(b) Edificaciones con muros de carga en concreto o en mampostería

L/500

(c) Edificaciones con pórticos en concreto, sin acabados susceptibles de dañarse con asentamientos menores

L/300

(d) Edificaciones en estructura metálica, sin acabados susceptibles de dañarse con asentamientos menores

L/160

Tabla 2. 20.- Valores máximos de asentamientos diferenciales calculados, expresados

en función de la distancia entre apoyos o columnas (L)

Fuente.- MIDUVI. Norma Ecuatoriana de la Construcción – NEC-11.

2.7. MEJORAMIENTO DEL TERRENO DE CIMENTACIÓN

Debido a la baja capacidad de carga que presentan ciertos suelos, se ve la necesidad de

desarrollar actividades de mejoramiento las cuales permitan garantizar un buen soporte

del suelo ante la aplicación de cargas.

Al contar con suelos de baja consistencia, es necesario desarrollar métodos de

mejoramiento del terreno de cimentación, ya que la capacidad portante del mismo es baja

y puede llegar a ser peligrosa para cimentaciones asentadas directamente sobre el suelo

natural. Para ello existen varios métodos que pueden ser empleados para el mejoramiento

de la capacidad de carga, tales como:

Compactación en campo.

Compactación dinámica.

Método de Precompresión.

Método de Sustitución.

Método de Vibroflotación.

98

Métodos de Estabilización.

Columnas de Grava.

Capas de Material de Mejoramiento.

2.7.1. MÉTODOS PARA EL MEJORAMIENTO DEL TERRENO DE

CIMENTACIÓN

2.7.1.1. MÉTODO DE COMPACTACIÓN EN CAMPO

Para la aplicación de este método se debe emplear rodillos, los cuales pueden ser lisos,

neumáticos, pata de cabra, o vibratorios; para este método se deberá obtener en el

laboratorio la densidad óptima y según este resultado se va a obtener el número de pasadas

del rodillo así como también el agua requerida para el proceso de compactación, y luego

de haber realizado este proceso, se deberá verificar la densidad del terreno.

Figura 2. 33.- Relación entre el peso específico seco de compactación para los 150mm

superiores y el número de pasadas del rodillo neumático.


99

CURVA N° (1) (2) (3)

Contenido de agua al rolarse (%) 19 20 24

Contenido de agua óptimo; prueba de Proctor estándar (%)

22.8 22.8 22.8

Clasificación del rodillo (kN) 416 416 120

Carga en la rueda (kN) 99.6 49.8 13.3

Presión en el neumático (kN/m2) 966 621 248.4

Espesor de la capa suelta (mm) 305 305 229

Según Johnson y Sallberg (1960)

Tabla 2. 21.- Detalles de las variables para las tres curvas de la figura 2.29


Figura 2. 34.- Método para estimar el espesor de la capa de compactación


2.7.1.2. MÉTODO DE COMPACTACIÓN DINÁMICO

Este método es utilizado para suelos granulares, el cual consiste en incrementar al

densificación del terreno al dejar caer un martillo (8 a 35Ton) libremente sobre la

superficie, desde cierta altura (7,50 a 30,50m) en lapsos de tiempo regulares. La

compactación dinámica va a depender del peso del martillo, su altura de caída, y la

distancia entre cada golpe.

100

La profundidad para la compactación se determina con la siguiente fórmula:

𝐷𝐼 =1

2√𝑊𝐻ℎ (𝐸𝑐. 2.88)

Dónde:

𝐷𝐼 = 𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑠𝑖𝑔𝑛𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (𝑚)

𝑊𝐻 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑐𝑎𝑒 (𝑇𝑜𝑛𝑒𝑙𝑎𝑑𝑎 𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎)

ℎ = 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎í𝑑𝑎 (𝑚)

2.7.1.3. MÉTODO DE PRECOMPRESIÓN

Este método es utilizado cuando se tiene un tipo de suelo arcilloso altamente compresible,

por lo que se puede presumir que al realizar una obra civil de magnitud considerable se

obtendrán grandes asentamientos, es por eso que se deberá realizar una pre-compresión

en el terreno, con lo cual disminuirá significativamente los futuros asentamientos y

acelerará el proceso de consolidación primaria del suelo. Los asentamientos se pueden

calcular utilizando las siguientes fórmulas:

1. Por consolidación primaria debido a la carga estructural

𝑆(𝑝) = 𝐶𝑐𝐻𝑐

1 + 𝑒0log

𝑝𝑜 + ∆𝑝(𝑝)

𝑝𝑜 (𝐸𝑐. 2.89)

2. Por consolidación primaria debido a la carga estructural y a una sobrecarga

𝑆(𝑝+𝑓) = 𝐶𝑐𝐻𝑐

1 + 𝑒0log

𝑝𝑜 + [∆𝑝(𝑝) + ∆𝑝(𝑓)]

𝑝𝑜 (𝐸𝑐. 2.90)

101

Dónde:

𝑆(𝑝) = 𝐴𝑠𝑒𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑠𝑡𝑟𝑢𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙

𝑆(𝑝+𝑓) = 𝐴𝑠𝑒𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑠𝑡𝑟𝑢𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 𝑦 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎

𝐶𝑐 = Í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛

𝐻𝑐 = 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑐𝑖𝑙𝑙𝑎 𝑠𝑜𝑚𝑒𝑡𝑖𝑑𝑎 𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑎𝑐𝑖ó𝑛

𝑒𝑜 = 𝑅𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑐í𝑜𝑠 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

𝑝𝑜 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝐼𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

∆𝑝(𝑝) = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑠𝑡𝑟𝑢𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 𝑝𝑜𝑟 á𝑟𝑒𝑎 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎

∆𝑝(𝑓) = 𝑆𝑜𝑏𝑟𝑒𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎

Sin embargo hay que tener presente que si se aplica una sobrecarga ∆𝑝(𝑝) + ∆𝑝(𝑓) por

medio de rellenos temporales en un tiempo 𝑡2, se va a obtener un asentamiento igual al

máximo por cara estructural 𝑆(𝑝).

Figura 2. 35.- Principios de precompresión


102

Para obtener el grado de consolidación promedio en el tiempo t2, (U), se sustituyen las

ecuaciones anteriores en la siguiente:

𝑈 =𝑆(𝑝)

𝑆(𝑝+𝑓) (𝐸𝑐. 2.91)

Así:

𝑈 =log [

𝑝𝑜 + ∆𝑝(𝑝)

𝑝𝑜]

log [𝑝𝑜 + ∆𝑝(𝑝) + ∆𝑝(𝑓)

𝑝𝑜]

=𝑙𝑜𝑔 [1 +

∆𝑝(𝑝)

𝑝𝑜]

log {1 + ∆𝑝(𝑝)

𝑝𝑜[1 +

∆𝑝(𝑓)

∆𝑝(𝑝)]}

(𝐸𝑐. 2.92)

Si se quiere obtener el valor del tiempo t2 utilizando el dato de consolidación promedio,

se podría correr el riesgo de que se presenten asentamientos continuos ya que luego de

retirar la sobrecarga y colocar la carga estructural se puede encontrar con que la arcilla

cercana a la superficie de drenaje se expanda mientras que la cercana al plano medio

continúe asentándose, por lo cual es difícil obtener datos exactos de diseño para la

precompresión, por lo cual si se requiere garantizar la seguridad se deberá tener en

consideración el factor tiempo de la siguiente manera:

𝑈 = 𝑓(𝑇𝑣)

𝑇𝑣 = 𝐶𝑣 ∗𝑡2

𝐻⁄ (𝐸𝑐. 2.93)

Dónde:

𝑈 = 𝐺𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑜

𝑇𝑣 = 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜

𝐶𝑣 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑎𝑐𝑖ó𝑛

𝑡2 = 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜

𝐻 = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑑𝑟𝑒𝑛𝑎𝑗𝑒 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜.

103

Si: Drenaje bidireccional => 𝐻 =𝐻𝐶

2⁄

Drenaje unidireccional => 𝐻 = 𝐻𝐶

La siguiente gráfica representa la variación del grado de consolidación en el plano medio

con relación al factor tiempo.

Figura 2. 36.- Variación del grado de consolidación en el plano medio con relación al

tiempo


2.7.1.4. MÉTODO DE SUSTITUCIÓN

Este método es empleado en casos que se tienen terrenos que no son aptos para transmitir

esfuerzos de cimentación, en los cuales se tengan cargas uniformes. Se lo realiza

remplazando el suelo de mala calidad por un suelo mejorado, pudiendo ser material

granular en capas debidamente compactadas.

104

Al emplear este tipo de mejoramiento de suelos se debe tener presente que es válido para

pequeñas alturas, máximo 3m, ya que si se requiere mayores alturas se podría optar por

columnas o zanjas de grava cuya alineación coincida con las columnas de la estructura.

Si en el sitio se comprueba que existe presencia de agua en el terreno, se deberá realizar

un adecuado sistema de drenaje.

2.7.1.5. MÉTODO DE VIBROFLOTACIÓN

Este método es comúnmente usado en suelo granular suelto con contenido de finos

máximo del 10%, y el proceso consiste en utilizar una unidad vibratoria de

aproximadamente 2m, el cual posee un conducto hueco en su interior al cual se puede

acoplar un tubo de mayor tamaño por los cuales se envía agua para facilitar el ingreso del

vibrador en el suelo.

Las vibraciones de esta unidad son en dirección horizontal, y mientras continua la

vibración se coloca material granular alrededor de la parte superior del tubo, este material

desciende hasta el fondo del orificio y posteriormente es retirado el vibrador en tramos

de aproximadamente 0.30m y produciendo una vibración por 30 segundos en cada tramo,

lo cual es de mucha ayuda para compactar el material colocado y así llegar al peso

específico deseado.

Figura 2. 37.- Compactación por el proceso de vibroflotación


105

2.7.1.6. MÉTODOS DE ESTABILIZACIÓN

Existen varios métodos utilizados en suelos de grano fino para su estabilización in situ,

los cuales pretenden mejorar la resistencia y durabilidad de los suelos, incrementar su

impermeabilidad o disminuir los cambios volumétricos y de esta manera apresurar la

construcción.

Para la estabilización de los suelos se puede emplear diferentes materiales como el

cemento, la cal, ceniza volátil. Dichos procesos son detallados a continuación:

2.7.1.6.1. ESTABILIZACIÓN CON CAL

Para la estabilización de suelos de grano fino comúnmente arcillosos, puede ser empleado

varios tipos de cal como es la cal hidratada de alto calcio, la cal viva calcítica, la cal

dolomítica monohidratada, y la cal viva dolomítica, siendo todos estos tipos utilizados

en un porcentaje que varía del 5% al 10 %.

Al emplear este método, se produce un material cementante debido al cual las partículas

del suelo se unen formando partículas de mayor tamaño, con lo cual ayudan a disminuir

el límite líquido e incrementar el límite plástico, disminuir el índice de plasticidad e

incrementar el límite de contracción, y de esta manera su manejabilidad aumenta y mejora

la resistencia del suelo.

106

Figura 2. 38.- Variación del límite líquido, índice de plasticidad y contracción de una

arcilla con aditivo de cal.


Para la colocación de la cal en el suelo se lo puede realizar en campo o en planta, si se lo

realiza en campo se lo adiciona agua y se procede a la compactación, mientras que si se

lo realiza en planta se debe añadir agua y luego se lo lleva a la obra para su debida

compactación. Adicionalmente se puede colocar la cal mediante inyecciones

directamente en el suelo a una profundidad de aproximadamente 5 metros, con la relación

cal-agua de 2,5lb por galón.

2.7.1.6.2. ESTABILIZACIÓN CON CEMENTO

Este tipo de estabilización ayuda a disminuir el límite líquido e incrementar el límite

plástico, incrementa su resistencia de manera directamente proporcional al tiempo de

curado, es utilizado para suelos arenosos y arcillosos preferentemente para arcillas

cálcicas, siempre y cuando cumpla que el límite líquido sea menor a 50 y el índice plástico

sea menor a 25.

107

Para la colocación en el suelo se lo puede realizar de la misma manera que se lo realizó

con la cal con la diferencia que si es en planta, el agua se lo adiciona ya en obra y luego

se lo compacta.

Si se va a realizar inyecciones con mortero de cemento, la relación agua-cemento es 0,5:5

TIPO DE SUELO Porcentaje de cemento

por volumen Clasificación AASHTO Clasificación unificada

A-2 y A-3 GP, SP y SW 6-10

A-4 y A-5 CL, ML y MH 8-12

A-6 y A-7 CL, CH 10-14

* Según Mitchell y Freitag (1959)

Tabla 2. 22.- Cemento requerido por volumen para la estabilización efectiva de varios

suelos.


2.7.1.6.3. ESTABILIZACIÓN CON CENIZA VOLÁTIL

La ceniza volátil es un residuo sólido y de pequeño tamaño que posee propiedad

puzolánica y que al combinarse con la cal hidratada presenta propiedades cementantes.

Esta combinación se usa para estabilizar suelos con índice plástico menores a 1. Este tipo

de estabilización es más efectivo para suelos granulares antes que para suelos finos.

Para la utilización de este método, se debe realizar una mezcla utilizando cal hidratada,

siendo las proporciones adecuadas de, 10% al 35% de ceniza y de 2% al 10 % de cal. Al

utilizar esta mezcla, el suelo es más resistente al deterioro bajo cargas repetidas así como

también a los efectos ambientales.

108

2.7.1.7. USO DE COLUMNAS DE GRAVA

Este método se denomina vibrosustitución, el cual es utilizado cuando se tiene suelos

cohesivos como estratos de arcilla blanda, el cual ayuda a incrementar la capacidad

portante, disminuye el potencial de licuación sísmica así como también los asentamientos

de este suelo mediante la utilización de grava de 6 a 40mm. Para la realización de las

columnas existen la vía húmeda que es utilizada en suelos cohesivos blandos

relativamente impermeables, con paredes inestables, y un nivel freático alto; y la vía seca

que es utilizada en suelos semisaturados, cohesivos de paredes estables, sin nivel freático;

para la húmeda se utiliza un vibroflotador, el cual es una unidad vibratoria de

aproximadamente 2m, el cual posee un conducto hueco en su interior al cual se puede

acoplar un tubo de mayor tamaño por los cuales se envía agua para facilitar el ingreso del

vibrador hasta encontrar suelo más firme; mientras que en la vía seca se utiliza

únicamente aire y el peso propio del vibroflotador para realizar los orificios.

Al ingresar la grava al orificio se la debe compactar en capas de 30cm a 120cm mientras

se va retirando la unidad vibratoria. El ingreso de la grava se lo realiza de igual manera

tanto en la vía seca como en la húmeda.

Generalmente las columnas de grava tienen una separación de 1,5m a 3m, tomando como

referencia los centros de las columnas, poseen un diámetro de 0,5m a 0,75m, y la altura

máxima es de 25m. Luego de realizada la columna de grava se debe añadir un colchón

granular de 60cm a 100 cm y compactar, esto ayuda a repartir las tensiones sobre las

columnas uniformemente, así también sirve como manto drenante superior y mejora la

traficabilidad.

109

Figura 2. 39.- Proceso constructivo de una columna de grava

Fuente: NATHANIEL, Fox; COWELL, Michael. “Manual de Referencia de Sistema de

Refuerzo de Suelo Geopier”.

110

2.7.1.8. USO DE CAPAS CON MATERIAL DE MEJORAMIENTO

En sitios con excesiva humedad se debe emplear este tipo de estabilización, el cual utiliza

material pétreo, que para el caso del presente proyecto se empleará una sub-base granular

Clase II, según las especificaciones generales para la construcción de caminos y puentes

del Ministerio de Obras Públicas 001-F 2002, la cual indica que constará de agregados

gruesos obtenidos mediante trituración de gravas o yacimiento con partículas

naturalmente fragmentadas mezclados con arena natural o material finamente triturado.

TAMIZ CLASE 1 CLASE II CLASE 3

3'' (76.2 mm) -- -- 100 2'' (50.4 mm) -- 100 --

1 1/2'' (38.1mm) 100 70-100 -- N˚ 4 (4.75 mm) 30-70 30-70 30-70

N˚ 40 (0.425 mm) oct-35 15-40 -- N˚ 200 (0.075 mm) 0-15 0-20 0-20

Tabla 2. 23.- Porcentaje en peso que pasa a través de los tamices de malla cuadrada

Fuente: MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS Y COMUNICACIONES MOP 001-F

2002. “Especificaciones generales para la construcción de caminos y puentes”.

El proceso de mejoramiento constará básicamente en realizar la limpieza del terreno, para

posteriormente transportar el material necesario de mejores características y depositarlo

en el terreno a mejorar. Se recomienda emplear un bulldozer u otro tipo de maquinaria

pesada para poder distribuir el material en capas uniformes y posteriormente proceder

con el proceso de compactación, con la finalidad de lograr la mayor densidad máxima.

111

CAPÍTULO III

3. USO DE CAPAS DE SUELOS PARA MEJORAMIENTO DE LA

CAPACIDAD DE CARGA DE SUELOS

3.1. CALIFICACIÓN DEL MATERIAL DE MEJORAMIENTO

Para el desarrollo del presente proyecto, se ha planteado que el material empleado como

material de mejoramiento debe cumplir los parámetros y características que se estipulan

para una sub-base granular Clase II, de acuerdo a lo que establecen las especificaciones

generales para la construcción de caminos y puentes del Ministerio de Obras Públicas

001-F 2002. Dicho material consta de agregados gruesos obtenidos mediante trituración

de gravas o yacimiento con partículas naturalmente fragmentadas mezclados con arena

natural o material finamente triturado.

El material empleado para desarrollar las capas de mejoramiento es proveniente del

Sector El Chasqui, el mismo que ha sido obtenido en un centro de acopio de material

ubicado en la Av. Simón Bolívar, en el intercambiador del sector de Monjas.

Fotografía 3. 1.- Vista aérea del centro de acopio de material de mejoramiento.

Fuente: Google Earth.

112

El material empleado para desarrollar las capas de mejoramiento, ha sido sometido a

diferentes tipos de ensayos con la finalidad de conocer las principales características

físicas y mecánicas del material con el que se está trabajando y con ello garantizar que el

mismo es apto para los diferentes procesos que se desarrollan en el presente proyecto.

3.2. ENSAYOS EN MATERIAL DE MEJORAMIENTO

El material granular proveniente del Sector El Chasqui, ha sido sometido a diferentes

tipos de ensayos con la finalidad de conocer sus principales características físicas y

mecánicas, entre dichos ensayos se tiene:

Ensayo de Clasificación SUCS

Ensayo de Compactación

Ensayo de Peso Unitario del Suelo in Situ

Ensayo de Corte Directo

3.2.1. ENSAYO DE CLASIFICACIÓN SUCS SOBRE EL MATERIAL DE

MEJORAMIENTO

La clasificación SUCS se basa principalmente en la evaluación de los resultados

obtenidos en ensayos de laboratorio, identificando principalmente sus características

granulométricas y de plasticidad, lo cual nos llevará a definir el Tipo de Suelo en estudio.

De esta manera, una vez realizados los ensayos necesarios para desarrollar la clasificación

SUCS sobre el material de mejoramiento proveniente del Sector El Chasqui y

considerando los criterios de clasificación SUCS en laboratorio, se ha procedido con la

tabulación de resultados de la siguiente manera:

113

GRANULOMETRÍA

TAMIZ ABERTURA

(mm)

PESO RETENIDO PARCIAL

(gr)

PESO RETENIDO

ACUMULADO (gr)

% RETENIDO

% PASA

2" 50,800 0,00 0,00 0,00 100,00

1½" 38,100 539,54 539,54 14,46 85,54

1" 25,400 438,54 978,08 26,22 73,78

3/4" 19,050 304,28 1282,36 34,37 65,63

1/2" 12,700 320,18 1602,54 42,96 57,04

3/8" 9,525 235,65 1838,19 49,27 50,73

N°4 4,750 624,20 2462,39 66,01 33,99

N°10 2,000 486,66 2949,05 79,05 20,95

N°40 0,425 350,38 3299,43 88,44 11,56

N°200 0,075 382,76 3682,19 98,70 1,30

< N°200 < 0,075 48,37 3730,56 100,00 0,00

PESO HÚMEDO INICIAL + RECIPIENTE = 4010,00 gr

PESO DEL RECIPIENTE = 270,00 gr

PESO HÚMEDO INICIAL = 3740,00 gr

PESO SECO = 3730,56 gr

GRAVA 66 %

ARENA 33 %

FINOS 1 %

HUMEDAD NATURAL

N° TARRO PESO

HÚMEDO PESO SECO

PESO TARRO

% HUMEDAD

% PROMEDIO

104 1245 1242 76,4 0,26 0,25

106 1245,3 1242,4 76,8 0,25

PLASTICIDAD COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD

45,59 Cu > 4

NP (NO PLÁSTICO) COEFICIENTE DE

CURVATURA 2,89 1 < Cc < 3

CLASIFICACION SUCS: GW

(Grava Bien Gradada)

114

Una vez realizado el análisis y considerando los criterios de clasificación SUCS, se ha

llegado a la determinación del tipo de material de mejoramiento, el cual resulta ser una

Grava Bien Gradada, debido a que está compuesto por un 54,10% de Grava y su

Coeficiente de Uniformidad (Cu) y de Curvatura (Cc) cumplen con los parámetros

estipulados para considerar a una grava como Bien Gradada.

Cu = 45,59

Cu > 4

Cc = 2,89

1 < Cc < 3

De acuerdo a la clasificación SUCS se lo identifica con los símbolos GW (prefijo G, de

Gravel) y (sufijo W: Well Graded) dando como resultado una Grava Bien Gradada.

De igual manera, al comparar la curva granulométrica obtenida en laboratorio con los

rangos que establecen las Especificaciones Generales para la Construcción de Caminos y

Puentes del Ministerio de Obras Públicas 001-F 2002, se puede verificar que el material

empleado se encuentra en un gran porcentaje dentro de los límites para ser considerado

como material de mejoramiento SUB-BASE CLASE II, esto a pesar de que una pequeña

cantidad de arena se localice fuera de dichos límites.

115

3.2.1.1. REGISTRO FOTOGRÁFICO DEL PROCEDIMIENTO DE ENSAYO

PARA LA CLASIFICACIÓN SUCS EN EL MATERIAL DE

MEJORAMIENTO

Fotografía 3. 2.- Cantidad de suelo

retenido por el Tamiz N°4

Fotografía 3. 3.- Cantidad de suelo

retenido por el Tamiz N°4

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

0.0100.1001.00010.000100.000

% P

ASA

ABERTURA TAMIZ (mm)

CURVA GRANULOMÉTRICA MATERIAL MEJORAMIENTO

116

Fotografía 3. 4.- Porcentaje Retenido en

Tamiz 1½”


Tamiz 1”


Tamiz ¾”


Tamiz ½”


Tamiz 3/8”


Tamiz N°4

117

Fotografía 3. 10.- Porcentaje Retenido

en Tamiz N°10


en Tamiz N°40


en Tamiz N°10


en Tamiz N°40

Fotografía 3. 14.- Pesaje de muestras

Fotografía 3. 15.- Secado de muestras

Fuente: Autores

118

3.2.2. COMPACTACIÓN SOBRE EL MATERIAL DE MEJORAMIENTO

Debido a que el material utilizado como mejoramiento es de tipo Sub-base Clase II, se

vuelve complicado la compactación por el método Proctor Modificado, esto debido a que

las gravas son de tamaño muy grueso y al desarrollar una gran energía de compactación

estas se desmoronan o trituran, perdiendo así las características de una Sub-base Clase II.

Por lo mencionado anteriormente, en el presente proyecto se han utilizado los equipos y

materiales necesarios para reproducir la energía de compactación proporcionada por un

compactador manual, considerando las siguientes especificaciones que se establecen para

el ensayo de compactación Proctor Estándar:

ENSAYO DE COMPACTACIÓN PROCTOR ESTÁNDAR

W = 2,500 kg h = 30,48 cm

TIPO

Diámetro Molde Material menor a

tamiz:

N n V E

cm pulg golpe capas cm3 kg cm/cm3

A 10,16 4 N°4 25 3 944

6,03 B 15,24 6 N°4 56 3 2134

C 10,16 4 3/4plg 25 3 944

D 15,24 6 3/4plg 56 3 2134

Tabla 2.7.- Especificaciones para ensayo de compactación Proctor Estándar


Se ha elegido el método D debido a que le material empleado ha sido tamizado

previamente por el Tamiz 3/4", y el proceso de compactación ha sido desarrollado en un

molde de 6” con un número de 56 golpes por capa, con lo cual se ha obtenido los

siguientes resultados:

119

ENSAYO DE COMPACTACIÓN

ESPECIFICACIONES DEL ENSAYO

Proctor Método

Masa del Altura de Número de Golpes

martillo ( kg ) caída (cm) capas por capa

ESTÁNDAR D 2,50 30,48 3 56

DATOS DEL MOLDE

Diámetro (cm) Volumen

(cm3) Peso ( g )

15,24 2183,00 7150,00

DATOS DE LA MUESTRA

Masa inicial Humedad

inicial Masa inicial Masa de la Masa de la bandeja

seca ( g ) ( g ) húmeda (g) bandeja (g) + suelo húmedo (g)

------- ------ 5000,00 180,00 5180,00

PRUEBA No. 1 2 3 4

Masa Molde + Suelo húmedo

(g) 11540,00 11720,00 11820,00 11840,00

Masa de suelo húmedo

(g) 4390,00 4570,00 4670,00 4690,00

Densidad húmeda (g/cm³) 2,011 2,093 2,139 2,148

CONTENIDOS DE AGUA

Recipiente (N°) 91 96 105 107 22 28 145 180

Masa del recipiente

(g) 29,70 29,40 29,50 29,80 28,30 28,60 28,50 28,10

Masa Recipiente + Suelo húmedo

(g) 320,70 320,40 284,70 285,00 293,10 293,40 295,00 295,00

Masa Recipiente + Suelo seco

(g) 316,30 315,60 274,20 273,80 276,30 275,40 274,70 274,60

Contenido de agua (%) 1,54 1,68 4,29 4,59 6,77 7,29 8,25 8,28

DATOS PARA LA CURVA DE COMPACTACIÓN

Contenido de agua

(%) 1,61 4,44 7,03 8,26

Densidad seca (g/cm³) 1,979 2,004 1,999 1,984

120

CURVA DE COMPACTACIÓN

RESULTADOS

DENSIDAD SECA MÁXIMA= 2,006 g/cm3

CONT. DE AGUA ÓPTIMO = 5,13 %

Los resultados obtenidos por medio del ensayo de compactación Proctor Estándar, nos

muestran que la densidad seca máxima corresponde a un valor de 2,006 g/cm3, valor que

es obtenido con un contenido de agua óptimo de 5,13%

1.955

1.960

1.965

1.970

1.975

1.980

1.985

1.990

1.995

2.000

2.005

2.010

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00

DEN

SID

AD

SEC

A

(g/

cm³)

CONTENIDO DE AGUA (%)

121

3.2.2.1. REGISTRO FOTOGRÁFICO DEL ENSAYO DE COMPACTACIÓN EN

EL MATERIAL DE MEJORAMIENTO

Ensayo de Compactación

Fotografía 3. 16.- Pesaje de muestras

Fotografía 3. 17.- Horno de secado

Fotografía 3. 18.- Ensayo de compactación

Fuente: Autores

3.2.3. PESO UNITARIO DEL SUELO IN SITU

La determinación del peso unitario del suelo in situ o densidad de campo se lo realiza con

la finalidad de determinar el grado de compactación del suelo en obra, alcanzado por

medio de la utilización de diferentes equipos que permiten la compactación del suelo.

La determinación del grado de compactación in situ, consiste en la comparación de los

valores de peso unitario seco y contenido de humedad obtenidos en campo y laboratorio.

122

El procedimiento que se ha adoptado para determinar la densidad en campo es el

comúnmente conocido como Método del Cono y Arena. Dicho procedimiento consiste

en obtener el peso y volumen del suelo húmedo excavado en un pequeño agujero

cilíndrico hecho en la capa de suelo previamente compactado en obra, para

posteriormente calcular el contenido de humedad de esta masa de suelo y determinar así

el peso Unitario Seco del suelo en campo. Aplicando este proceso se ha obtenido los

siguientes resultados:

ENSAYO DE DENSIDAD EN CAMPO

MÉTODO DE ENSAYO

Cono y Arena

MASA DE LA ARENA EN EL CONO Y EL ORIFICIO DE LA

PLACA - BASE

PESO UNITARIO SECO DE LA

ARENA

ϒd arena (g/cm3) Wc (g)

1,522 1182,46

MASA DEL SUELO HÚMEDO

Agujero N° Peso suelo húmedo (g)

1 2617,00

VOLUMEN DE AGUJERO

Masa inicial frasco + arena Masa final frasco +

arena Volumen Agujero

Wi (g) Wf (g) Wi-Wf-Wc /

ϒdarena (cm3)

6212,00 3188,00 1209,95

CONTENIDOS DE AGUA

Recipiente (N°) 105,00 346,00

Masa del recipiente (g) 270,00 231,00

Masa Recip. + Suelo húmedo (g) 1643,00 1681,00

Masa Recip. + Suelo seco (g) 1524,00 1552,00

Contenido de agua (%) 9,49 9,77

Contenido de agua prom. (%) 9,63

PESO UNITARIO DEL SUELO EN CAMPO RESULTADOS OBTENIDOS

EN LABORATORIO

Húmedo ϒ (g/cm3) 2,163 Humedad Óptima

(%) 5,13

Seco ϒd (g/cm3) 1,973 Peso Unitario Seco

ϒd (g/cm3) 2,006

123

COMPARACIÓN DE RESULTADOS

Grado de Compactación (%)

98,36

Diferencia Contenido de Agua (%)

4,49

Cabe señalar que los datos de Peso Unitario Seco de la Arena y la Masa de Arena en el

Cono y el Orifico de la Placa – Base, son valores determinados previamente en laboratorio

y se los considera de calibración del equipo.

Peso Unitario Seco de la Arena = 1,522 g/cm3

Masa de Arena en el Cono y el Orifico de la Placa – Base = 1182,46 g

Los resultados obtenidos aplicando el método de cono y arena, nos indican que el Peso

Unitario Seco en Campo da un valor de 1,973 g/cm3 con una humedad de 9,63%. Valores

que al ser comparados con los resultados obtenidos en Laboratorio, cuyo valor para Peso

unitario Seco fue de 2,006 g/cm3, nos dan un valor de Grado de Compactación en Campo

del 98,36%, valor aceptable para desarrollar procesos de cimentación.

124

3.2.3.1. REGISTRO FOTOGRÁFICO DEL ENSAYO DE COMPACTACIÓN EN

EL MATERIAL DE MEJORAMIENTO Y PESO UNITARIO EN EL

SITIO

Peso Unitario del Suelo in Situ

Fotografía 3. 19.- Equipo de Cono y

Arena

Fotografía 3. 20.- Placa Base sobre

suelo compactado

Fotografía 3. 21.- Ensayo de Cono y

Arena

Fotografía 3. 22.- Pesaje de Arena

Restante en Frasco

Fuente: Autores

125

3.2.4. ENSAYO DE CORTE DIRECTO EN EL MATERIAL DE

MEJORAMIENTO

Para la determinación de los parámetros de resistencia al corte del material empleado

como mejoramiento, se debe desarrollar ensayos de corte a gran escala. Esto debido a que

los equipos disponibles son para suelo de grano fino.

Los parámetros de resistencia al corte para el desarrollo del presente proyecto, han sido

tomados de los estudios desarrollados en la Tesis de “Alternativas de Reforzamiento y

Contención de Suelos” la misma que ha sido elaborado por la Ing. Pamela Arias y el Ing.

Rodrigo Yánez en la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Central del Ecuador.

Se ha considerado asumir dichos valores debido a la complejidad que conlleva realizar el

ensayo de corte a gran escala sobre material granular y principalmente, por que el suelo

empleado como material de mejoramiento responde a características muy similares con

respecto a la grava empleada en la Tesis de “Alternativas de Reforzamiento y Contención

de Suelos”. Con la finalidad de justificar lo anteriormente señalado, se recomienda

visualizar la siguiente Comparación de resultados:

3.2.4.1. COMPARACIÓN DE RESULTADOS OBTENIDOS PARA EL

MATERIAL DE MEJORAMIENTO Y PARA LA GRAVA EMPLEADA

EN LA TESIS DE RESPALDO

Como se mencionó anteriormente, en el presente proyecto se plantea adoptar los

parámetros de resistencia al corte obtenidos en la tesis “Alternativas de Reforzamiento y

Contención de Suelos”.

126

Para justificar el párrafo anterior, se procederá a realizar una comparación entre los

resultados obtenidos principalmente en la aplicación de ensayos de granulometría y

compactación para cada uno de los materiales empleados.

3.2.4.1.1. COMPARACIÓN DE RESULTADOS OBTENIDOS EN ENSAYOS DE

GRANULOMETRÍA

GRANULOMETRÍA PARA MATERIAL DE MEJORAMIENTO

TAMIZ ABERTURA

(mm)


(gr)

PESO RETENIDO

ACUMULADO (gr)

% RETENIDO

% PASA

2" 50,800 0,00 0,00 0,00 100,00

1½" 38,100 539,54 539,54 14,46 85,54

1" 25,400 438,54 978,08 26,22 73,78

3/4" 19,050 304,28 1282,36 34,37 65,63

1/2" 12,700 320,18 1602,54 42,96 57,04

3/8" 9,525 235,65 1838,19 49,27 50,73

N°4 4,750 624,20 2462,39 66,01 33,99

N°10 2,000 486,66 2949,05 79,05 20,95

N°40 0,425 350,38 3299,43 88,44 11,56

N°200 0,075 382,76 3682,19 98,70 1,30

< N°200 < 0,075 48,37 3730,56 100,00 0,00

GRANULOMETRÍA PARA GRAVA DE TESIS DE RESPALDO

TAMIZ ABERTURA

(mm)


(gr)

PESO RETENIDO

ACUMULADO (gr)

% RETENIDO

% PASA

2" 50,800 0,00 0,00 0,00 100,00

1½" 38,100 3180,00 3180,00 17,87 82,13

1" 25,400 2346,00 5526,00 31,04 68,96

3/4" 19,050 1279,00 6805,00 38,23 61,77

1/2" 12,700 1437,00 8242,00 46,30 53,70

3/8" 9,525 1075,00 9317,00 52,34 47,66

N°4 4,750 3120,00 12437,00 69,87 30,13

N°10 2,000 1432,00 13869,00 77,92 22,08

N°40 0,425 2124,00 15993,00 89,85 10,15

N°200 0,075 1714,00 17707,00 99,48 0,52

< N°200 < 0,075 93,00 17800,00 100,00 0,00

127

De esta manera se ha obtenido los siguientes porcentajes de suelos gruesos y finos tanto

para el material de mejoramiento como para la grava ensayada:

MATERIAL DE MEJORAMIENTO GRAVA – TESIS DE RESPALDO

GRAVA 66 % GRAVA 70 %

ARENA 33 % ARENA 29 %

FINOS 1 % FINOS 1 %

Como se puede observar existen pequeños porcentajes diferencia en lo que corresponde

a suelos gruesos, mientras que en el porcentaje de finos, ambos suelos presentan la misma

cantidad de este tipo de material.

Ahora, analizando la curva granulométrica para los dos tipos de suelos se ha obtenido lo

siguiente:

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

90.00

100.00

0.0100.1001.00010.000100.000

% P

ASA

ABERTURA TAMIZ (mm)

COMPARACIÓN DE CURVAS GRANULOMÉTRICAS

128

Coeficiente de Uniformidad

Material de Mejoramiento

Grava – Tesis de Respaldo

45,59 42,86

Coeficiente de Curvatura

Material de Mejoramiento

Grava – Tesis de Respaldo

2,89 3,05

Como se puede observar tanto en la gráfica de comparación de curvas granulométricas y

en los valores de Coeficiente de Uniformidad y Coeficiente de Curvatura, existe una

semejanza muy grande entre los dos tipos de suelos, por lo cual podríamos proceder a

definir que ambos materiales cumplen las mismas características granulométricas.

3.2.4.1.2. COMPARACIÓN DE RESULTADOS OBTENIDOS EN ENSAYOS DE

COMPACTACIÓN

DATOS PARA LA CURVA MATERIAL DE MEJORAMIENTO

Contenido de agua (%) 1,61 4,44 7,03 8,26


1.955

1.960

1.965

1.970

1.975

1.980

1.985

1.990

1.995

2.000

2.005

2.010

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00

DEN

SID

AD

SEC

A

(g/

cm³)


129

DATOS PARA LA CURVA DE TESIS DE RESPALDO

Contenido de agua (%) 1,72 4,88 6,64 7,99


Los resultados obtenidos para los dos tipos de suelos son:

RESULTADOS MATERIAL DE MEJORAMIENTO

Densidad Seca Máxima = 2,006 g/cm3

Cont. De agua óptimo = 5,13 %

RESULTADOS GRAVA TESIS DE RESPALDO

Densidad Seca Máxima = 2,041 g/cm3

Cont. De agua óptimo = 5,09 %

Al comparar los valores de densidad seca máxima y humedad óptima de ambos suelos,

se puede decir que el material de mejoramiento cumple las mismas características con

respecto a la grava ensayada en la Tesis de Respaldo, debido a la similitud de los

resultados obtenidos.

2.01

2.015

2.02

2.025

2.03

2.035

2.04

2.045

1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00

DEN

SID

AD

SEC

A

(g/

cm³)


130

3.2.4.1.3. RESULTADOS OBTENIDOS EN ENSAYOS DE PESO UNITARIO DE

SUELO IN SITU

MATERIAL DE MEJORAMIENTO

RESULTADOS DE LABORATORIO RESULTADOS EN CAMPO

Humedad Óptima (%)

Peso Unitario Seco ϒd (g/cm3)

Humedad en Campo (%)


5,13 2,006 9,63 1,973

Grado de Compactación (%) 98,36

GRAVA – TESIS DE RESPALDO

RESULTADOS DE LABORATORIO RESULTADOS EN CAMPO

Humedad Óptima (%)


Humedad en Campo (%)


5,09 2,041 6,93 2,005

Grado de Compactación (%) 98,25

Observando los resultados obtenidos de grado compactación tanto del material de

mejoramiento y de la grava de la Tesis de respaldo, se verifica que en ambos casos se ha

alcanzado grados de compactación semejantes, con lo cual podemos decir que este tipo

de suelos han alcanzado grados de compactación muy semejantes después de haber sido

compactados con equipos diferentes.

Por todos los aspectos analizados anteriormente, se puede justificar el uso de los

parámetros de resistencia al corte obtenidos en la tesis “Alternativas de Reforzamiento y

Contención de Suelos”. Esto debido a que el material de mejoramiento cumple

características muy similares a la grava analizada.

131

Por lo mencionado anteriormente, y una vez justificada la procedencia de los resultados

de los parámetros de resistencia al corte, los resultados adoptados son los siguientes:

ENSAYO ESFUERZO NORMAL

ESFUERZO CORTANTE

No. Kg/cm2 Kg/cm2

1 0,00 0,00

2 1,11 1,70

Fuente: ARIAS, Pamela.; YÁNEZ, Rodrigo. “Alternativas de Reforzamiento y

Contención de Suelos”



RESULTADOS

COHESIÓN ÁNGULO DE

FRICCIÓN

Kg/cm2 ( ° )

0,00 50,0



0

0.25

0.5

0.75

1

1.25

1.5

1.75

2

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00

Esfu

erz

o c

ort

ante

de f

alla

(Kg/c

m2)

Esfuerzo Normal (Kg/cm2)

132

De esta manera se ha logrado determinar el ángulo de fricción adoptado para el material

de mejoramiento responde a un valor de 50° y una cohesión de 0,00 𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ .

COHESIÓN ÁNGULO DE

FRICCIÓN

Kg/cm2 ( ° )

0,00 50,0

A continuación se detalla el procedimiento desarrollado para la realización del ensayo de

corte en el proyecto de graduación “Alternativas de Reforzamiento y Contención de

Suelos”, para el mismo que se ha empleado una caja de corte de 1,00 x 1,00 x 1,00m:

Procedimiento para el desarrollo del ensayo de corte sobre suelo granular

1. Colocar el suelo en tres capas: dos de 20cm y una de 10cm, ya que la altura de la caja inferior y superior son 50cm respectivamente.

2. Compactar cada capa de suelo de acuerdo a los resultados obtenidos del ensayo de compactación en laboratorio, comparando el trabajo con ensayos de densidad de campo. Para este procedimiento se debe recurrir a la ayuda de un apisonador vibratorio, el mismo que debe ser empleado el tiempo suficiente de acuerdo a cada tipo de suelo y al grado de compactación que se obtenga.

3. Ubicar los topes entre la caja inferior y superior a fin de evitar rozamiento entre las cajas.

4. Desarrollar el mismo proceso de colocación y compactación de capas una vez que la parte superior de la caja esté debidamente acoplada a la inferior.

5. Enganchar el deformímetro de un extremo directamente a la caja superior y del otro al tecle con el que se aplica la carga.

6. Determinar la deformaciones que se produzcan una vez que el dial esté en con el frente de la caja superior.

7. Realizar intervalos de carga de 0,05Ton en intervalos de tiempos iguales, haciendo lecturas de deformaciones en cada intervalo.

8. Finalizar el ensayo cuando las lecturas de deformaciones aumenten bruscamente, momento en el cual se produce la falla del material por corte.

Tabla 3. 1.- Procedimiento para el desarrollo del ensayo de corte sobre suelo granular



133

3.2.4.2. REGISTRO FOTOGRÁFICO DEL PROCEDIMIENTO DE ENSAYO DE

CORTE DIRECTO DESARROLLADO EN TESIS DE “ALTERNATIVAS

DE REFORZAMIENTO Y CONTENCIÓN DE SUELOS”

Fotografía 3. 23.- Compactación del

suelo en capas

Fotografía 3. 24.- Ensayo de Densidad

de Campo en Grava

Fotografía 3. 25.- Colocación del

deformímetro y dinamómetro previo al

ensayo de corte

Fotografía 3. 26.- Ejecución del Ensayo

de Corte



134

3.3. ENSAYOS EN SUELO NATURAL

En el sector El Beaterio, al sur de la ciudad de Quito, existe la presencia de suelos finos

de consistencia blanda, los cuales se caracterizan principalmente por tener una baja

capacidad de carga. Es por ello que se ve necesario el recurrir a la implementación de

distintos métodos para el mejoramiento de la capacidad de carga del suelo, para lo cual

se debe identificar las características del suelo fino sobre el cual serán transmitidas las

cargas. Las características tanto físicas como mecánicas del suelo en análisis se

determinaron mediante la realización de los siguientes ensayos en laboratorio:

Ensayo de Clasificación SUCS

Ensayo Triaxial

3.3.1. ENSAYO DE CLASIFICACIÓN SUCS SOBRE EL SUELO NATURAL

La clasificación SUCS se basa principalmente en la evaluación de los resultados

obtenidos en ensayos de laboratorio, identificando principalmente sus características

granulométricas y de plasticidad.

De esta manera, una vez realizados los ensayos de granulometría y plasticidad del suelo

fino natural, procedente de sector El Beaterio y considerando los criterios de clasificación

SUCS en laboratorio, se ha procedido con la tabulación de resultados de la siguiente

manera:

GRANULOMETRÍA

TAMIZ ABERTURA

(mm)


(gr)

PESO RETENIDO

ACUMULADO (gr)

% RETENIDO % PASA

N°4 4,750 - - - 100,00

N°10 2,000 0,09 0,09 0,10 99,90

N°40 0,425 3,86 3,95 4,47 95,53

N°200 0,075 23,36 27,31 30,94 69,06

< N°200 < 0,075 69,06

135

PESO HÚMEDO INICIAL + RECIPIENTE = 156,29 gr

PESO DEL RECIPIENTE = 29,08 gr

PESO HÚMEDO INICIAL = 127,21 gr

PESO SECO = 88,27 gr

GRAVA 0 %

ARENA 31 %

FINOS 69 %

HUMEDAD NATURAL

N° TARRO PESO

HÚMEDO PESO SECO PESO TARRO % HUMEDAD

% PROMEDIO

199 47,03 34,96 7,58 44,08 44,11

140 47,06 34,98 7,61 44,14

LIMITE LÍQUIDO

N° TARRO N°

GOLPES PESO

HÚMEDO PESO SECO

PESO TARRO

% HUMEDAD

LÍMITE LÍQUIDO

146 14 33,54 23,91 7,30 57,98

56,70 222 22 32,34 23,41 7,73 56,95

323 28 31,64 23,02 7,74 56,41

90 41 30,63 22,43 7,70 55,67

60.00

80.00

100.00

0.010.1110

% P

ASA

ABERTURA TAMIZ (mm)

CURVA GRANULOMÉTRICA

136

LIMITE PLASTICO (ASTM D4318)

N° TARRO PESO

HÚMEDO PESO SECO PESO TARRO % HUMEDAD

LÍMITE PLÁSTICO

258 17,54 14,60 7,19 39,68

39,81 450 17,56 14,54 6,97 39,89

217 17,57 14,62 7,22 39,86

HUMEDAD NATURAL: 44,11 %

LIMITE LIQUIDO: 56,70 %

INDICE PLASTICO: 16,89

CLASIFICACION SUCS: MH

(Limo Arenoso de Alta Compresibilidad)

Una vez realizado el análisis y considerando los criterios de clasificación SUCS, se ha

llegado a la determinación del tipo de suelo, el cual resulta ser un Limo Arenoso (Alta

Compresibilidad), debido a que está compuesto por un 31% de arena y su límite líquido

es de 56,70%. De acuerdo a la clasificación SUCS se lo identifica con los símbolos MH

(prefijo M, del sueco Mo a Mjala) y (sufijo H: High Compressibility).

55.500

56.00

56.500

57.00

57.500

58.00

58.500

10 100

% D

E H

UM

ED

AD

# DE GOLPES

HUMEDAD vs # DE GOLPES.

137


PARA LA CLASIFICACIÓN SUCS SOBRE EL SUELO NATURAL

Fotografía 3. 27.- Tamizado con

columna de Tamices


Tamiz N°4


Tamiz N°200

Fotografía 3. 30.- Proceso de

determinación de Límite Líquido

Fotografía 3. 31.- Pesaje de muestras de

suelo natural

Fotografía 3. 32.- Proceso de secado

sobre suelo natural

Fuente: Autores

138

3.3.2. ENSAYO TRIAXIAL SOBRE SUELO NATURAL

El proceso de ensayo triaxial se lo realiza al interior de una cámara llena de agua, la misma

que genera presiones en todos los sentidos sobre la probeta cilíndrica recubierta de una

membrana impermeable, para posteriormente con el equipo triaxial aplicar las presiones

necesarias para que ocurra la falla de la probeta.

Fotografía 3. 33.- Equipo Triaxial en Laboratorio de Suelos UCE

Fuente: Autores

Para el desarrollo del ensayo triaxial, se ha obtenido una Muestra de Suelo Inalterada, la

cual ha sido extraída en el sitio mismo del proyecto , ubicado en el Sector El Beaterio al

sur de la ciudad de Quito.

Para el presente análisis se ha desarrollado un Ensayo Triaxial No Consolidado – No

Drenado (UU), el cual impide el drenaje del líquido confinante durante toda la ejecución

del ensayo, actividad que permite determinar la resistencia al esfuerzo cortante de un

suelo fino parcialmente saturado. De esta manera se ha obtenido los siguientes resultados:

139

Diam. Sup. = 7,02 cm Área Sup. = 38,70 cm² Anillo Carga Esf. Desv.

Diam. Med. = 7,00 cm Área Med. = 38,48 cm² LC-2 P Δσ

Diam. Inf. = 7,02 cm Área Inf. = 38,70 cm² 10 -3 pulg cm ε 10 -4 pulg kg cm ² kg/cm ²

Altura = 14,00 cm Área Inic. = 38,56 cm² 0 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 38,5579 0,0000

Masa = 880,00 gr Volumen = 539,81 cm3 10 0,2540 0,0181 0,0340 3,4694 38,5649 0,0900

20 0,5080 0,0363 0,0670 6,8367 38,5719 0,1772

30 0,7620 0,0544 0,0900 9,1837 38,5789 0,2380

N° Recip. 107 σ3 = 0,70 kg/cm² 40 1,0160 0,0726 0,1050 10,7143 38,5859 0,2777

Masa Recip. = 72,50 gr Calib. Anillo = 0,9083 kg 50 1,2700 0,0907 0,1260 12,8571 38,5929 0,3331

Masa Hum. = 946,20 gr Portapesas = 0,50 60 1,5240 0,1089 0,1430 14,5918 38,5999 0,3780

Masa Seca = 678,80 gr ϒ = 1,63 g/cm3 70 1,7780 0,1270 0,1560 15,9184 38,6069 0,4123

Humedad = 44,10 % ϒd = 1,13 g/cm3 80 2,0320 0,1451 0,1700 17,3469 38,6140 0,4492

90 2,2860 0,1633 0,1810 18,4694 38,6210 0,4782

100 2,5400 0,1814 0,1930 19,6939 38,6280 0,5098

125 3,1750 0,2268 0,2220 22,6531 38,6456 0,5862

150 3,8100 0,2721 0,2550 26,0204 38,6631 0,6730

175 4,4450 0,3175 0,2740 27,9592 38,6807 0,7228

200 5,0800 0,3629 0,2910 29,6939 38,6983 0,7673

250 6,3500 0,4536 0,3240 33,0612 38,7336 0,8536

300 7,6200 0,5443 0,3420 34,8980 38,7689 0,9002

350 8,8900 0,6350 0,3570 36,4286 38,8043 0,9388

400 10,1600 0,7257 0,3750 38,2653 38,8398 0,9852

450 11,4300 0,8164 0,3810 38,8776 38,8753 1,0001

500 12,7000 0,9071 0,3920 40,0000 38,9109 1,0280

550 13,9700 0,9979 0,3920 40,0000 38,9465 1,0270

σ3 = 0,700 kg/cm^2 CENTRO = 1,214

Δσf = 1,028 kg/cm^2 RADIO = 0,514

σ1 = 1,728 kg/cm^2

CONSIDERACIONES

DIMENSIONES

CONTENIDO HUMEDAD

PROBETA N°1:

DEFORMACIÓN ESFUERZO

PROBETA N°1:

Anillo LC-9

ΔL

Deform.

Unitaria

Área

Corregida

0,0000

0,1000

0,2000

0,3000

0,4000

0,5000

0,6000

0,7000

0,8000

0,9000

1,0000

1,1000

0,0000 0,2000 0,4000 0,6000 0,8000 1,0000 1,2000

Esf.

Des

v. Δ

σ(k

g/cm

²)

Deform. Unitaria (ε)

ESFUERZO DESVIADOR - DEF. UNITARIA

140






20 0,5080 0,0363 0,1640 16,7347 38,5719 0,4339

30 0,7620 0,0544 0,1980 20,2041 38,5789 0,5237

N° Recip. 102 σ3 = 1,40 kg/cm² 40 1,0160 0,0726 0,2310 23,5714 38,5859 0,6109



Masa Seca = 695,70 gr ϒ = 1,66 g/cm3 70 1,7780 0,1270 0,3060 31,2245 38,6069 0,8088

Humedad = 44,00 % ϒd = 1,15 g/cm3 80 2,0320 0,1451 0,3160 32,2449 38,6140 0,8351

90 2,2860 0,1633 0,3330 33,9796 38,6210 0,8798

100 2,5400 0,1814 0,3450 35,2041 38,6280 0,9114

125 3,1750 0,2268 0,3730 38,0612 38,6456 0,9849

150 3,8100 0,2721 0,4060 41,4286 38,6631 1,0715

175 4,4450 0,3175 0,4250 43,3673 38,6807 1,1212

200 5,0800 0,3629 0,4390 44,7959 38,6983 1,1576

250 6,3500 0,4536 0,4650 47,4490 38,7336 1,2250

300 7,6200 0,5443 0,4730 48,2653 38,7689 1,2449

350 8,8900 0,6350 0,4890 49,8980 38,8043 1,2859

400 10,1600 0,7257 0,5070 51,7347 38,8398 1,3320

450 11,4300 0,8164 0,5200 53,0612 38,8753 1,3649

500 12,7000 0,9071 0,5330 54,3878 38,9109 1,3978

550 13,9700 0,9979 0,5440 55,5102 38,9465 1,4253

600 15,2400 1,0886 0,5570 56,8367 38,9823 1,4580

650 16,5100 1,1793 0,5570 56,8367 39,0181 1,4567

σ3 = 1,400 kg/cm^2 CENTRO = 2,129

Δσf = 1,458 kg/cm^2 RADIO = 0,729

σ1 = 2,858 kg/cm^2

CONTENIDO HUMEDAD CONSIDERACIONES

PROBETA N°2: PROBETA N°2:

DIMENSIONES DEFORMACIÓN ESFUERZO

Anillo LC-9 Deform.

Unitaria

Área

CorregidaΔL

0,0000

0,2000

0,4000

0,6000

0,8000

1,0000

1,2000

1,4000

1,6000

0,0000 0,2000 0,4000 0,6000 0,8000 1,0000 1,2000 1,4000

Esf.

Des

v. Δ

σ(k

g/cm

²)



141






20 0,5080 0,0363 0,2740 27,9592 38,5719 0,7249

30 0,7620 0,0544 0,3240 33,0612 38,5789 0,8570

N° Recip. 35 σ3 = 2,10 kg/cm² 40 1,0160 0,0726 0,3640 37,1429 38,5859 0,9626



Masa Seca = 701,30 gr ϒ = 1,66 g/cm3 70 1,7780 0,1270 0,4700 47,9592 38,6069 1,2422

Humedad = 44,05 % ϒd = 1,15 g/cm3 80 2,0320 0,1451 0,4950 50,5102 38,6140 1,3081

90 2,2860 0,1633 0,5150 52,5510 38,6210 1,3607

100 2,5400 0,1814 0,5300 54,0816 38,6280 1,4001

125 3,1750 0,2268 0,5460 55,7143 38,6456 1,4417

150 3,8100 0,2721 0,5600 57,1429 38,6631 1,4780

175 4,4450 0,3175 0,5750 58,6735 38,6807 1,5169

200 5,0800 0,3629 0,5900 60,2041 38,6983 1,5557

250 6,3500 0,4536 0,6200 63,2653 38,7336 1,6333

300 7,6200 0,5443 0,6400 65,3061 38,7689 1,6845

350 8,8900 0,6350 0,6600 67,3469 38,8043 1,7356

400 10,1600 0,7257 0,6800 69,3878 38,8398 1,7865

450 11,4300 0,8164 0,7000 71,4286 38,8753 1,8374

500 12,7000 0,9071 0,7050 71,9388 38,9109 1,8488

550 13,9700 0,9979 0,7100 72,4490 38,9465 1,8602

600 15,2400 1,0886 0,7150 72,9592 38,9823 1,8716

650 16,5100 1,1793 0,7200 73,4694 39,0181 1,8830

700 17,7800 1,2700 0,7230 73,7755 39,0539 1,8891

750 19,0500 1,3607 0,7230 73,7755 39,0898 1,8873

σ3 = 2,100 kg/cm^2 CENTRO = 3,045

Δσf = 1,889 kg/cm^2 RADIO = 0,945

σ1 = 3,989 kg/cm^2

CONTENIDO HUMEDAD CONSIDERACIONES

PROBETA N°3: PROBETA N°3:

DIMENSIONES DEFORMACIÓN ESFUERZO

Anillo LC-9 Deform.

Unitaria

Área

CorregidaΔL

0,0000

0,2000

0,4000

0,6000

0,8000

1,0000

1,2000

1,4000

1,6000

1,8000

2,0000

0,0000 0,2000 0,4000 0,6000 0,8000 1,0000 1,2000 1,4000 1,6000

Esf.

Des

v. Δ

σ(k

g/cm

²)



142

Una vez determinado el esfuerzo desviador de falla (Δσf) para cada esfuerzo confinante

(σ3) aplicado a la probeta, se registra el valor de (σ1) y se obtiene el centro y radio de los

correspondientes círculos de Mohr a partir de los cuales se determina la Cohesión y el

respectivo Ángulo de fricción de las probetas de suelo ensayadas.

De esta manera se ha logrado determinar el ángulo de fricción del Limo Arenoso de Alta

Compresibilidad, proveniente del sector El Beaterio, el cual corresponde a un valor de

13,64° y una cohesión de cuyo valor es de 0,234 𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ .

PROBETA Esf. Confinante Esf. Desviador Final Esf. Normal Desviador CENTRO RADIO

N° σ3 (kg/cm2) Δσf (kg/cm2) σ1 (kg/cm2) (kg/cm2) (kg/cm2)

1 0,700 1,028 1,728 1,214 0,514

2 1,400 1,458 2,858 2,129 0,729

3 2,100 1,889 3,989 3,045 0,945

RESULTADOS OBTENIDOS

ÁNGULO DE

FRICCIÓN

kg/cm2 ( ° )

0,234 13,64

COHESION

143


TRIAXIAL SOBRE EL SUELO NATURAL

Fotografía 3. 34.- Toma de muestra

inalterada en campo

Fotografía 3. 35.- Desarrollo del

ensayo Triaxial

Fotografía 3. 36.- Falla de Probetas N°1, N°2 y N°3 respectivamente

Fuente: Autores

144

CAPÍTULO IV

4. APLICACIÓN ESPECÍFICA

El sector El Beaterio ubicado al sur de la ciudad de Quito se caracteriza por tener suelos

de baja consistencia, razón por la cual se ha considerado este sitio para desarrollar un

análisis exhaustivo de las características tanto físicas como mecánicas del mismo, con la

finalidad de evaluar la capacidad de carga que dicho suelo posee cuando sobre este se

asiente cimentaciones superficiales.

De esta manera, el presente proyecto ha sido ejecutado en un terreno ubicado en el Sector

El Beaterio, el mismo que ha sido facilitado por su propietario para el desarrollo de las

distintas actividades realizadas en campo, tales como:

Extracción de muestras inalteradas de suelo.

Excavaciones sobre el suelo natural.

Desarrollo de ensayos de penetración estándar SPT.

Ejecución de ensayos de placa.

Fotografía 4. 1.- Ubicación del proyecto Sector El Beaterio

Fuente: Google Earth

145

El ingreso al sitio del proyecto, se lo puede realizar por medio de vehículos, para lo cual

se debe tomar la Av. El Beaterio hasta el Terminal de Combustibles El Beaterio, sitio

desde el cual se debe recorrer una distancia aproximada de 1916 por medio de una vía

adoquinada, hasta llegar a la ubicación del proyecto, tal como lo muestra la siguiente

figura:

Fotografía 4. 2.- Vía de acceso principal al sitio del proyecto


La ubicación exacta del terreno en el cual se ha desarrollado el presente proyecto, se

encuentra georreferenciado por las siguientes coordenadas:

Coordenadas: Norte: 9965577,73

Este: 774273,09

Cota: Z: 2938 m.s.n.m.

Tabla 4. 1.- Coordenadas Geográficas de Ubicación del Proyecto

Fuente: Autores

146

4.1. INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA

Con el fin de caracterizar el terreno de cimentación, se planificó una exploración

semidirecta mediante perforaciones de 5,00m y ejecución de ensayos de penetración

estándar con el fin de definir para el proyecto los siguientes aspectos:

Selección del tipo y profundidad de cimentación.

Determinación de la capacidad de carga del suelo.

Estimación de los posibles asentamientos que experimentará el suelo con las

distintas aplicaciones de carga.

Determinación de la ubicación del nivel freático.

Las muestras recuperadas durante la perforación fueron descritas y seleccionadas para su

posterior análisis en laboratorio.

4.1.1. RESULTADOS DEL ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR (SPT)

Las perforaciones fueron realizadas en un terreno de características pobres en cuanto a

capacidad de carga y las mismas han sido ubicadas dentro del área prevista de

construcción como se indica en la siguiente figura:

Fotografía 4. 3.- Ubicación de perforaciones para el ensayo SPT


147

Los resultados de la perforación, descripción de suelos, características y ensayos de

penetración se muestran en los siguientes registros:

SONDEO N°1:

NF N60

0,00

-0,50 7 M-1

-1,00 17 M-2

-1,50 20 M-3

-2,00 22 M-4

-2,50 7 M-5

-3,00 6 M-6

-3,50 6 M-7

-4,00 5 M-8

-4,50 4 M-9

-5,00 6 M-10

-5,50 41 M-11

-6,00

-6,50

-7,00

-7,50

-8,00

-8,50

REGISTRO DE PERFORACIÓN

PROYECTO: “MEJORAMIENTO DE LA CAPACIDAD DE CARGA DE TERRENOS DE CONSISTENCIA BLANDA A MEDIA, POR LA

INCLUSIÓN DE UNA CAPA DE SUELO GRANULAR COMPACTADO.”

PERFORACIÓN

MODELO-P1

OBRA: CIMENTACIÓN

UBICACIÓN: EL BEATERIO - QUITO - PICHINCHA

SECTOR: EL BEATERIO

FECHA: NOVIEMBRE - 2014

PROF.

(m)

ES

TR

AT

IGR

AF

IA

DESCRIPCION DE SUELOSPENETRACION ESTANDAR NF

MU

ES

TR

A N

º

20 40 60 80

Limo color café oscuro, humedad media,

plasticidad baja y consistencia blanda.

Limo arenoso, colo café, humedad media,

plasticidad media y consistencia media

Limo arenoso color café amarillento, humedad

alta, plasticidad alta y consistencia blanda.

Limo arenoso, color café oscuro, humedad alta,

plasticidad alta y consistencia blanda.

Arena con gravilla, color café oscuro, humedad

alta, plasticidad alta y consistencia blanda.

148

SONDEO N°2:

De los resultados obtenidos en los ensayos SPT, se considera que el Sondeo N°2 presenta

valores más realistas de acuerdo a las condiciones existentes en el suelo del Sector El

Beaterio, el mismo que en el tramo (0,00-1,50m) se encuentra constituido por suelo

orgánico de color negro con presencia de materia orgánica en descomposición, con

humedad media, plasticidad alta y consistencia blanda; en el tramo (1,50-2,50m) presenta

un suelo orgánico de color negro con una humedad alta y consistencia blanda; en el tramo

(2,50-3,00m) se conforma de un limo arenoso de color negro con humedad media,

plasticidad media y consistencia alta; en el tramo (3,00-5,00m) constituido por un limo

NF N60

0.00

-0.50 2 M-1

-1.00 2 M-2

-1.50 2 M-3

-2.00 2 M-4

-2.50 4 M-5

-3.00 48 M-6

-3.50 18 M-7

-4.00 13 M-8

-4.50 10 M-9

-5.00 19 M-10

-5.50

-6.00

-6.50

-7.00

-7.50

-8.00

-8.50

Suelo orgánico color negro, humedad alta y

consistencia blanda.

Limo arenoso, color café oscuro, humedad media,

plasticidad media y consistencia media.

MU

ESTR

A N

º

20

Limo arenoso, color negro, humedad media,

plasticidad media y consistencia alta.

Suelo orgánico, color negro, olor a materia

organica, presencia de raices, en descomposicion,

humedad media, plasticidad alta y consistencia

blanda.

REGISTRO DE PERFORACIÓN

PERFORACIÓN

MODELO-P2

PROF.

(m)

ESTR

ATI

GR

AFI

A

PROYECTO: “MEJORAMIENTO DE LA CAPACIDAD DE CARGA DE TERRENOS DE CONSISTENCIA BLANDA A MEDIA, POR LA

INCLUSIÓN DE UNA CAPA DE SUELO GRANULAR COMPACTADO.”

OBRA: CIMENTACIÓN

UBICACIÓN: EL BEATERIO - QUITO - PICHINCHA

SECTOR: EL BEATERIO

FECHA: NOVIEMBRE - 2014

40

DESCRIPCION DE SUELOS

60

PENETRACION ESTANDAR NF

80

149

arenoso de color café oscuro con humedad, plasticidad y consistencia media. De esta

manera, hemos descartado los resultados obtenidos en el Sondeo N°1, debido a que el

mismo presenta valores muy elevados de resistencia a la penetración estándar en los

estratos superficiales del terreno, lo cual no representa una realidad considerando el tipo

de suelo blando que existe en el Sector El Beaterio.

El presente proyecto trata principalmente sobre la evaluación de la capacidad de carga de

suelos de baja consistencia cuando sobre estos se apoya una cimentación superficial.

Mediante esta consideración, se ha establecido una profundidad de cimentación de 0,45m,

a partir de la cual se ha empleado los valores de resistencia a la penetración estándar

obtenidos en el Sondeo N°2; el mismo, a dicha profundidad presenta un suelo

caracterizado por tener un valor de N = 2golpes, el mismo que permite determinar la

cohesión del suelo mediante la siguiente expresión.

𝑐 = 𝐾 ∗ 𝑁𝐹 (𝐸𝑐. 2.22)

Dónde:

𝑁𝐹 = 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑛𝑒𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑠𝑡á𝑛𝑑𝑎𝑟 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 = 2

𝐾 = 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑢𝑛 𝑟𝑎𝑛𝑔𝑜 𝑑𝑒 (3,50 − 6,50) 𝑘𝑁𝑚2⁄ = 6,50 𝑘𝑁

𝑚2⁄

𝑐 = 𝐾 ∗ 𝑁𝐹

𝑐 = 6,50 ∗ 2

𝑐 = 13,00 𝑘𝑁𝑚2⁄

𝑐 = 0,133𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄

150

Comparando los valores obtenidos de cohesión, se tiene que el resultado obtenido

mediante el ensayo triaxial es del orden de 22,93 𝑘𝑁𝑚2⁄ , cuyo valor es mayor al obtenido

mediante correlaciones, el mismo que ha arrojado un resultado de 13,00 𝑘𝑁𝑚2⁄ .


SPT EN CAMPO

Fotografía 4. 4.- Armado del equipo

SPT

Fotografía 4. 5.- Desarrollo del

ensayo SPT

Fotografía 4. 6.- Hincamiento del

penetrómetro

Fotografía 4. 7.- Toma de muestras

en el ensayo SPT

Fuente: Autores

151

4.2. DISEÑO DEL MEJORAMIENTO

El diseño que se plantea en el presente proyecto, consiste en la inclusión de una capa de

suelo granular compactado sobre el suelo natural. Para ello se ha definido una altura libre

de desplante de 0,45m en excavaciones diferentes, en las cuales se evalúa la capacidad de

carga sobre el suelo natural y sobre el suelo natural con una, dos y tres capas de

mejoramiento respectivamente, las cuales han sido debidamente compactadas.

Para el diseño del mejoramiento se considerará los criterios previamente establecidos de

Capacidad de Carga Última sobre Suelos Estratificados, los mismos que serán aplicados

para evaluar la capacidad de carga cuando el terreno en estudio presente una

estratificación conformada por Un Estrato Superior Con Suelo Granular Fuerte y un

Estrato Inferior con Suelo Fino Suave Saturado.

Considerando que previamente se ha planteado un estrato superior conformado por arena

fuerte y un estrato inferior conformado por arcilla suave saturada, la misma se caracteriza

por tener un ángulo de fricción ∅2 = 0. En base a lo detallado, se evalúa la capacidad de

carga sobre suelo natural y con material de mejoramiento, para lo cual las ecuaciones

empleadas serán las siguientes:

𝑞𝑢 = 1.20𝑐 ∗ 𝑁𝑐 + 𝛾 ∗ 𝐷𝑓 (𝐸𝑐. 2.41)

𝑞𝑏 = (1 + 0.2𝐵

𝐿) 5.14 𝑐2 + 𝛾1(𝐷𝑓 + 𝐻) (𝐸𝑐. 2.58)


2𝛾1𝐵𝑁𝛾(1)𝐹𝛾𝑠(1) (𝐸𝑐. 2.59)

𝑞𝑢 = (1 + 0.2𝐵

𝐿) 5.14 𝑐2 + 𝛾1𝐻2 (1 +

𝐵

𝐿) (1 +

2𝐷𝑓

𝐻)

𝐾𝑠 tan ∅1

𝐵+ 𝛾1𝐷𝑓 (𝐸𝑐. 2.60)

152


𝑞𝑢 ≤ 𝛾1𝐷𝑓𝑁𝑞(1)𝐹𝑞𝑠(1) +1

2𝛾1𝐵𝑁𝛾(1)𝐹𝛾𝑠(1)

𝑞2

𝑞1=

𝑐2𝑁𝑐(2)

12 𝛾1𝐵𝑁𝛾(1)

=5.14 𝑐2

0.5 𝛾1𝐵𝑁𝛾(1) (𝐸𝑐. 2.61)

Los resultados del ensayo triaxial desarrollado sobre la muestra inalterada extraída del

Sector El Beaterio, dan un ángulo de fricción ∅2 = 13,64°. Sin embargo, el presente

diseño será desarrollado para el caso más crítico, en el cual el estrato inferior conformado

por un suelo fino se encuentra saturado, por lo cual su ángulo de fricción responde a un

valor de ∅2 = 0. Mientras que el valor de cohesión será el obtenido por medio de las

correlaciones empleadas en el ensayo SPT, el mismo que da un valor de 0,133𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ .

Por otro lado, las ecuaciones anteriormente descritas presentan ciertas variaciones, debido

a que el Factor de Capacidad de Carga 𝑁𝑐 debe ser determinado considerando la relación

𝐷𝑓/𝐵, para lo cual se toma la Teoría de Skempton para cimentaciones sobre suelos finos,

en donde el Factor de Capacidad de Carga 𝑁𝑐 es determinado a partir de la Tabla 2.11

La aplicación de la Teoría de Skempton se la realiza considerando a la placa como una

zapata de dimensión 𝐵 = 0,4572𝑚 desplantada a una profundidad 𝐷𝑓 = 0,45𝑚; de esta

manera se ha obtenido el siguiente valor de Factor de Capacidad de Carga 𝑁𝑐:

𝐷𝑓

𝐵=

0,45𝑚

0,4572𝑚= 0,984

Interpolando el valor obtenido anteriormente en la Tabla 2.11 obtenemos:

𝐷𝑓

𝐵= 0,984 → 𝑁𝑐 = 7,6808

153

Dónde:

𝐷𝑓 = 𝑃𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒 (𝑚)

𝐵 = 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (𝑚)

Empleando el valor de 𝑁𝑐 = 7,6808 obtenido de la aplicación de la Teoría de Skempton,

las ecuaciones (𝐸𝑐. 2.58), (𝐸𝑐. 2.60), (𝐸𝑐. 2.61) quedan definidas respectivamente de la

siguiente manera:

𝑞𝑏 = (1 + 0.13𝐵

𝐿) 7.6808 𝑐2 + 𝛾1(𝐷𝑓 + 𝐻) (𝐸𝑐. 4.1)

𝑞𝑢 = (1 + 0.13𝐵

𝐿) 7.6808 𝑐2 + 𝛾1𝐻2 (1 +

𝐵

𝐿) (1 +

2𝐷𝑓

𝐻)

𝐾𝑠 tan ∅1

𝐵+ 𝛾1𝐷𝑓 (𝐸𝑐. 4.2)

𝑞2

𝑞1=

𝑐2𝑁𝑐(2)

12 𝛾1𝐵𝑁𝛾(1)

=7.6808 𝑐2

0.5 𝛾1𝐵𝑁𝛾(1) (𝐸𝑐. 4.3)

Para el cálculo de carga admisible se ha asumido un Factor de seguridad de 3, el cual es

comúnmente adoptado para los diferentes cálculos en Mecánica de Suelos.

𝐹𝑆 = 3

La capacidad de carga última sobre el suelo natural ha sido determinada empleando la

Teoría de Skempton, la misma que plantea la siguiente ecuación:

𝑞𝑢 = 1.20𝑐 ∗ 𝑁𝑐 + 𝛾 ∗ 𝐷𝑓 (𝐸𝑐. 2.41)

Por otro lado, los factores de forma, factores de capacidad de carga y el coeficiente de

corte por punzonamiento han sido determinados por medio de la Tabla 2.12, Tabla 2.13

y Figura 2.24 respectivamente.

154

Aplicando la teoría de suelos estratificados, los resultados obtenidos mediante la

aplicación de la ecuación (𝐸𝑐. 2.41) son los siguientes:

DATOS PARA EVALUACION DE LA CAPACIDAD DE CARGA EN SUELO NATURAL

C2 Nc(2)

γ2 Df

(t/m2) (t/m3) (m)

1.30 7.6808 1.66 0.45

VALORES DE CAPACIDAD DE CARGA EN SUELO NATURAL

qu qa

(t/m2) (kg/cm2) (t/m2) (kg/cm2)

10.7320 1.07 3.58 0.36

La capacidad de carga última calculada sobre suelo natural, equivale a un valor de

𝑞𝑢 = 1,07𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ , lo cual a su vez, considerando un Factor de seguridad de 3, nos

permite determinar un valor de carga admisible de 𝑞𝑎 = 0,36𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ .

Por otro lado, aplicando la teoría de suelos estratificados, los resultados obtenidos

mediante la aplicación de las ecuaciones (𝐸𝑐. 2.59), (𝐸𝑐. 4.1), (𝐸𝑐. 4.2) y (𝐸𝑐. 4.3) son

los siguientes:

DATOS PARA EVALUACION DE LA CAPACIDAD DE CARGA EN SUELO CON MEJORAMIENTO

B L H Df C2 γ1 Φ1 Nq(1) Nγ(1) Nc(2) Nq(2) q2/q1 Ks

(m) (m) (m) (m) (t/m2) (t/m3)

0,46 0,46 0,15 0,45 1,30 2,04 50 319,07 762,89 7,6808 1,00 0,03 5,18

0,46 0,46 0,30 0,45 1,30 2,04 50 319,07 762,89 7,6808 1,00 0,03 5,18

0,46 0,46 0,45 0,45 1,30 2,04 50 319,07 762,89 7,6808 1,00 0,03 5,18

155

VALORES DE CAPACIDAD DE CARGA EN SUELO CON MEJORAMIENTO

qb qt qu qa

(t/m2) (kg/cm2) (t/m2) (kg/cm2) (t/m2) (kg/cm2) (t/m2) (kg/cm2)

12,51 1,25 855,44 85,54 20,88 2,09 6,96 0,70

12,82 1,28 855,44 85,54 32,04 3,20 10,68 1,07

13,12 1,31 855,44 85,54 45,67 4,57 15,22 1,52

La capacidad de carga última calculada sobre suelo natural con mejoramiento de 0,15m

equivale a un valor de 𝑞𝑢 = 2,09𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ , lo cual a su vez, considerando un Factor de

seguridad de 3, permite determinar una carga admisible 𝑞𝑎 = 0,70𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ .





𝑐𝑚2⁄ .

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

5.00

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Cap

acid

ad d

e C

arga

(kg

/cm

2)

Espesor de mejoramiento (m)

Capacidad de CargaÚltima

Capacidad de CargaAdmisible

156





𝑐𝑚2⁄ .

Comparando los resultados obtenidos de capacidad de carga admisible sin mejoramiento

y con mejoramiento, obtenemos los siguientes incrementos de capacidad de carga

admisible expresados en porcentajes:

MÉTODO TEÓRICO

CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE

INCREMENTO CAPACIDAD DE CARGA

(kg/cm²) (kg/cm²) (%)

Suelo Natural 0,36 0,00 0,00

Mejoramiento de 0,15m 0,70 0,34 94,55



Aplicando una capa de mejoramiento de 0,15m sobre el suelo natural y mediante la

aplicación de la Teoría de Suelos estratificados, obtenemos un incremento del 94,55%

con respecto a la capacidad de carga admisible del suelo natural.







157

4.3. COLOCACIÓN Y TENDIDO

Previamente a la colocación y tendido del material de mejoramiento, se ha procedido a

realizar excavaciones con la finalidad de mantener una profundidad libre de desplante de

0,45m independientemente del espesor de la capa de mejoramiento que se desea colocar

para su posterior evaluación mediante el ensayo de placa. Esto quiere decir que, el espesor

de la capa de mejoramiento va a ser variable, pero la profundidad de desplate se

mantendrá constante a -0,45m con respecto al nivel natural del terreno.

Se ha desarrollado 4 excavaciones diferentes, en las cuales se ha pretendido evaluar la

capacidad de carga tanto sobre suelo natural y sobre suelo natural con una, dos y tres

capas de mejoramiento respectivamente, las cuales deben ser debidamente compactadas.

En primera instancia, se realiza el proceso de colocación y tendido de una capa de

mejoramiento sobre el suelo natural. Para ello se excava una profundidad de 0,60m con

la finalidad de colocar una capa de mejoramiento de 0,15m y de esta manera dejar una

profundidad libre de desplante de 0,45m.

La capa de mejoramiento ha sido colocada manualmente de tal manera que forme una

superficie homogénea que facilite el proceso de compactación, el mismo que ha sido

desarrollado por medio de un apisonador vibratorio de las siguientes características:

Peso: 70kg

Fuerza de impacto: 1370kg

Índice de percusión: 640-680 golpes/min

Potencia: 3,0Hp

La compactación de cada capa de material de mejoramiento, ha sido desarrollada en dos

etapas de dos minutos de duración cada una, lo cual nos ha permitido alcanzar un grado

de compactación ideal para los fines deseados, obteniendo un valor de 98,36% de acuerdo

158

al procedimiento desarrollado para la determinación de la densidad en campo del material

de mejoramiento.

Posteriormente se realiza el segundo proceso de colocación y tendido, considerando que

ahora se coloca dos capas de mejoramiento sobre el suelo natural. Para ello se excava una

profundidad de 0,75m con la finalidad de colocar dos capas de mejoramiento de 0,15m

cada una, de tal manera de dejar una profundidad libre de desplante de 0,45m.

El proceso de compactación se lo realiza de la misma manera que se detalló

anteriormente, considerando que cada capa de 0,15m ha sido compactada en dos etapas

de dos minutos de duración cada una.

Finalmente se realiza el último proceso de colocación y tendido considerando tres capas

de mejoramiento de 0,15m cada una, las mismas que serán compactadas en dos intervalos

de 2 minutos, tal como se detalló anteriormente. Para esto, es necesario excavar 0,90m

bajo la superficie natural del terreno, con la finalidad de mantener una profundidad libre

de desplante de 0,45m una vez que las capas de mejoramiento estén debidamente

conformadas.

4.4. VERIFICACIÓN CON EL ENSAYO DE PLACA

El ensayo de placa se lo ha desarrollado con la finalidad de comparar los valores de

capacidad de carga obtenidos de manera teórica, con los valores obtenidos mediante la

aplicación del ensayo en el sitio mismo del proyecto.

El ensayo de placa ha sido desarrollado en el Sector de El Beaterio al Sur de la Ciudad de

Quito, para lo cual, el equipo y materiales empleados para aplicación del ensayo de placa

se detallan a continuación:

159

Placa de carga circular ∅ = 18,00𝑝𝑢𝑙𝑔

Extensómetros 𝐴 ± 0,001𝑝𝑢𝑙𝑔

Gato Hidráulico 𝐴 ± 1000𝑙𝑏𝑠

Volqueta con Carga 𝑉 = 8,00𝑚3

Pistones

Vigas para sujeción de extensómetros

Cabe señalar que las cargas han sido aplicadas sobre el suelo hasta provocar la falla del

mismo, lo cual fue comprobado por medio de las lecturas realizadas por extensómetros,

las mismas que demostraban asentamientos excesivos sobre el suelo.

El ensayo de placa ha sido desarrollado sobre las siguientes superficies:

Sobre suelo natural

Sobre suelo natural con una capa de mejoramiento de 0,15m.

Sobre suelo natural con dos capas de mejoramiento de 0,15m cada una.

Sobre suelo natural con tres capas de mejoramiento de 0,15m cada una.

A continuación se detalla la aplicación del ensayo de placa para los diferentes estados:

4.4.1. ENSAYO DE PLACA SOBRE SUELO NATURAL

La altura de desplante sobre la cual se ha desarrollado el ensayo de placa sobre suelo

natural es de 0,45m. De esta manera y siguiendo los procedimientos respectivos, se ha

obtenido los siguientes resultados:

160

ENSAYO DE PLACA DE CARGA

ENSAYO N°: 01 FECHA: nov-14 DIAMETRO DE PLACA:

18.00 pulg

UBICACIÓN: Beaterio - Sur Quito AREA PLACA : 1641.73 cm2

DESCRIPCIÓN DEL SUELO:

Limo Arenoso de Alta Compresibilidad

DESCRIPCIÓN DEL SONDEO:

Excavación a -0,45m en suelo natural.

PRIMER CICLO DE CARGA Y DESCARGA

CARGA PRESION NORMAL

LECTURA DE DEFORMÍMETRO x10-3 pulg

(a+b+c)/3

Δ (mm)

(lbs) (kg) (kg/cm2) a b c x10-3 pulg

mm

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0.00 0,00 0,00 0,00

1000,00 393,70 0,24 158,00 111,00 165,00 144,67 3,67 3,67

2000,00 787,40 0,48 275,00 223,00 231,00 243,00 6,17 2,50

3000,00 1181,10 0,72 342,00 368,00 373,00 361,00 9,17 3,00

4000,00 1574,80 0,96 441,00 458,00 439,00 446,00 11,33 2,16

5000,00 1968,50 1,20 552,00 535,00 519,00 535,33 13,60 2,27

6000,00 2362,20 1,44 710,00 695,00 722,00 709,00 18,01 4,41

7000,00 2755,91 1,68 818,00 794,00 758,00 790,00 20,07 2,06

8000,00 3149,61 1,92 833,00 880,00 832,00 848,33 21,55 1,48

9000,00 3543,31 2,16 981,00 990,00 938,00 969,67 24,63 3,08

10000,00 3937,01 2,40 1326,00 1272,00 1204,00 1267,33 32,19 7,56

11000,00 4330,71 2,64 1648,00 1505,00 1421,00 1524,67 38,73 6,54

Graficando los resultados obtenidos del ensayo de placa sobre suelo natural, se procede a

realizar la curva de Carga vs. Asentamientos, esto con el fin de verificar el punto en el

cual empieza a desarrollar asentamientos considerables, los mismos que se producen una

vez que el suelo falla. La gráfica se presenta a continuación:

161

Se puede verificar que el suelo natural comienza a tener asentamientos considerables a

partir de los 1968,50kg de aplicación de carga. De tal manera se define que la presión

normal bajo la cual el suelo falla, es de 1,20𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ , la misma que representa la

capacidad de carga última del suelo, a la cual se tiene un asentamiento de 20,96𝑚𝑚.

Considerando un Factor de seguridad de 3, se determina el siguiente valor de carga

admisible 𝑞𝑎 = 0,40𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ .

4.4.2. ENSAYO DE PLACA SOBRE SUELO NATURAL CON

MEJORAMIENTO

Como se mencionó anteriormente, el ensayo de placa ha sido desarrollado para diferentes

capas de mejoramiento, como se detalla a continuación:

Sobre suelo natural con una capa de mejoramiento de 0,15m.

Sobre suelo natural con dos capas de mejoramiento de 0,15m cada una.

Sobre suelo natural con tres capas de mejoramiento de 0,15m cada una.

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

0.00 1000.00 2000.00 3000.00 4000.00 5000.00

Ase

nta

mie

nto

s (m

m)

Carga (kg)

162

4.4.2.1. ENSAYO DE PLACA SOBRE SUELO CON UNA CAPA DE MATERIAL

DE MEJORAMIENTO DE 0,15m

La altura de desplante sobre la cual se ha desarrollado el ensayo de placa sobre suelo con

una capa de mejoramiento de 0,15m es de 0,45m. De esta manera y siguiendo los

procedimientos respectivos, se ha obtenido los siguientes resultados:


ENSAYO N°: 02 FECHA: nov-14 DIAMETRO DE

PLACA: 18,00 pulg

UBICACIÓN: Beaterio - Sur Quito AREA PLACA : 1641,73 cm2



DESCRIPCIÓN DEL SONDEO:

Excavación a -0,60m en suelo natural, con una capa de mejoramiento de 0,15m.




(a+b+c)/3

Δ (mm)


mm

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

1000,00 393,70 0,24 25,00 33,00 30,00 29,33 0,75 0,75

2000,00 787,40 0,48 70,00 75,00 80,00 75,00 1,91 1,16

3000,00 1181,10 0,72 121,00 136,00 141,00 132,67 3,37 1,46

4000,00 1574,80 0,96 175,00 196,00 201,00 190,67 4,84 1,47

5000,00 1968,50 1,20 211,00 239,00 241,00 230,33 5,85 1,01

6000,00 2362,20 1,44 260,00 294,00 299,00 284,33 7,22 1,37

7000,00 2755,91 1,68 311,00 351,00 352,00 338,00 8,59 1,36

8000,00 3149,61 1,92 375,00 420,00 420,00 405,00 10,29 1,70

9000,00 3543,31 2,16 436,00 484,00 481,00 467,00 11,86 1,57

10000,00 3937,01 2,40 501,00 553,00 547,00 533,67 13,56 1,69

11000,00 4330,71 2,64 559,00 620,00 611,00 596,67 15,16 1,60

12000,00 4724,41 2,88 638,00 712,00 694,00 681,33 17,31 2,15

13000,00 5118,11 3,12 739,00 804,00 783,00 775,33 19,69 2,39

14000,00 5511,81 3,36 848,00 917,00 888,00 884,33 22,46 2,77

15000,00 5905,51 3,60 998,00 1115,00 1050,00 1054,33 26,78 4,32

16000,00 6299,21 3,84 1325,00 1394,00 1318,00 1345,67 34,18 7,40

163

Graficando los resultados obtenidos del ensayo de placa sobre suelo con una capa de

mejoramiento de 0,15m, se procede a realizar la curva de Carga vs. Asentamientos, esto

con el fin de verificar el punto en el cual se empieza a desarrollar asentamientos

considerables, los mismos que se producen una vez que el suelo falla. La gráfica se

presenta a continuación:

Se puede verificar que el suelo con una capa de mejoramiento de 0,15m comienza a tener

asentamientos considerables a partir de las 4330,71kg de aplicación de carga. De tal

manera se define que la presión normal bajo la cual el suelo falla, es de 2,64𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ a la

cual se tiene un asentamiento de 15,16𝑚𝑚. Considerando un Factor de seguridad de 3,

se determina un valor de carga admisible 𝑞𝑎 = 0,88𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ .

4.4.2.2. ENSAYO DE PLACA SOBRE SUELO CON DOS CAPAS DE

MATERIAL DE MEJORAMIENTO DE 0,15m CADA UNA


dos capas de mejoramiento de 0,15m cada una, es de 0,45m. De esta manera y siguiendo

los procedimientos respectivos, se ha obtenido los siguientes resultados:

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

0.00 1000.00 2000.00 3000.00 4000.00 5000.00 6000.00 7000.00

Ase

nta

mie

nto

s (m

m)

Carga (kg)

164



PLACA: 18,00 pulg




DESCRIPCIÓN DEL SONDEO: Excavación a -0,75m en suelo natural, con dos capas de mejoramiento de

0,15m cada una.




(a+b+c)/3

Δ (mm)


mm

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

1000,00 393,70 0,24 36,00 38,00 39,00 37,67 0,96 0,96

2000,00 787,40 0,48 52,00 52,00 55,00 53,00 1,35 0,39

3000,00 1181,10 0,72 80,00 78,00 85,00 81,00 2,06 0,71

4000,00 1574,80 0,96 107,00 103,00 106,00 105,33 2,68 0,62

5000,00 1968,50 1,20 135,00 130,00 135,00 133,33 3,39 0,71

6000,00 2362,20 1,44 158,00 150,00 159,00 155,67 3,95 0,57

7000,00 2755,91 1,68 184,00 172,00 183,00 179,67 4,56 0,61

8000,00 3149,61 1,92 212,00 199,00 210,00 207,00 5,26 0,69

9000,00 3543,31 2,16 239,00 224,00 232,00 231,67 5,88 0,63

10000,00 3937,01 2,40 272,00 254,00 268,00 264,67 6,72 0,84

11000,00 4330,71 2,64 309,00 283,00 296,00 296,00 7,52 0,80

12000,00 4724,41 2,88 337,00 310,00 322,00 323,00 8,20 0,69

13000,00 5118,11 3,12 385,00 346,00 365,00 365,33 9,28 1,08

14000,00 5511,81 3,36 425,00 381,00 400,00 402,00 10,21 0,93

15000,00 5905,51 3,60 469,00 418,00 436,00 441,00 11,20 0,99

16000,00 6299,21 3,84 521,00 455,00 478,00 484,67 12,31 1,11

17000,00 6692,91 4,08 574,00 497,00 532,00 534,33 13,57 1,26

18000,00 7086,61 4,32 631,00 545,00 572,00 582,67 14,80 1,23

19000,00 7480,31 4,56 694,00 586,00 610,00 630,00 16,00 1,20

20000,00 7874,02 4,80 724,00 676,00 701,00 700,33 17,79 1,79

21000,00 8267,72 5,04 815,00 776,00 799,00 796,67 20,24 2,45

22000,00 8661,42 5,28 940,00 876,00 903,00 906,33 23,02 2,79

23000,00 9055,12 5,52 1084,00 1004,00 1095,00 1061,00 26,95 3,93

165

Graficando los resultados obtenidos del ensayo de placa sobre suelo con dos capas de

mejoramiento de 0,15m cada una, se procede a realizar la curva de Carga vs.

Asentamientos, esto con el fin de verificar el punto en el cual se empieza a desarrollar

asentamientos considerables, los mismos que se producen una vez que el suelo falla. La

gráfica se presenta a continuación:

Se puede verificar que el suelo con dos capas de mejoramiento de 0,15m cada una,

comienza a tener asentamientos considerables a partir de las 6299,21𝑘𝑔 de aplicación de

carga. De tal manera se define que la presión normal bajo la cual el suelo falla, es de

3,84𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ a la cual se tiene un asentamiento de 12,31𝑚𝑚. Considerando un Factor de

seguridad de 3, se determina el siguiente valor de carga admisible 𝑞𝑎 = 1,28𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ .

4.4.2.3. ENSAYO DE PLACA SOBRE SUELO CON TRES CAPAS DE

MATERIAL DE MEJORAMIENTO DE 0,15m CADA UNA


tres capas de mejoramiento de 0,15m cada una, es de 0,45m. De esta manera y siguiendo

los procedimientos respectivos, se ha obtenido los siguientes resultados:

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

0.00 2000.00 4000.00 6000.00 8000.00 10000.00

Ase

nta

mie

nto

s (m

m)

Carga (kg)

166



PLACA: 18,00 pulg




DESCRIPCIÓN DEL SONDEO: Excavación a -0,90m en suelo natural, con tres capas de mejoramiento de

0,15m cada una.




(a+b+c)/3

Δ (mm)


mm

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

1000,00 393,70 0,24 15,00 13,00 18,00 15,33 0,39 0,39

2000,00 787,40 0,48 55,00 27,00 30,00 37,33 0,95 0,56

3000,00 1181,10 0,72 90,00 47,00 56,00 64,33 1,63 0,69

4000,00 1574,80 0,96 125,00 69,00 82,00 92,00 2,34 0,70

5000,00 1968,50 1,20 151,00 89,00 101,00 113,67 2,89 0,55

6000,00 2362,20 1,44 181,00 109,00 127,00 139,00 3,53 0,64

7000,00 2755,91 1,68 205,00 126,00 147,00 159,33 4,05 0,52

8000,00 3149,61 1,92 238,00 150,00 172,00 186,67 4,74 0,69

9000,00 3543,31 2,16 265,00 170,00 190,00 208,33 5,29 0,55

10000,00 3937,01 2,40 296,00 195,00 219,00 236,67 6,01 0,72

11000,00 4330,71 2,64 326,00 216,00 240,00 260,67 6,62 0,61

12000,00 4724,41 2,88 355,00 239,00 262,00 285,33 7,25 0,63

13000,00 5118,11 3,12 386,00 264,00 290,00 313,33 7,96 0,71

14000,00 5511,81 3,36 417,00 289,00 314,00 340,00 8,64 0,68

15000,00 5905,51 3,60 463,00 325,00 396,00 394,67 10,02 1,39

16000,00 6299,21 3,84 485,00 350,00 418,00 417,67 10,61 0,58

17000,00 6692,91 4,08 537,00 376,00 448,00 453,67 11,52 0,91

18000,00 7086,61 4,32 555,00 413,00 487,00 485,00 12,32 0,80

19000,00 7480,31 4,56 635,00 485,00 557,00 559,00 14,20 1,88

20000,00 7874,02 4,80 688,00 569,00 644,00 633,67 16,10 1,90

21000,00 8267,72 5,04 791,00 680,00 754,00 741,67 18,84 2,74

22000,00 8661,42 5,28 920,00 878,00 932,00 910,00 23,11 4,28

23000,00 9055,12 5,52 1302,00 1205,00 1254,00 1253,67 31,84 8,73

167

Graficando los resultados obtenidos del ensayo de placa sobre suelo con tres capas de

mejoramiento de 0,15m cada una, se procede a realizar la curva de Carga vs.

Asentamientos, esto con el fin de verificar el punto en el cual se empieza a desarrollar

asentamientos considerables, los mismos que se producen una vez que el suelo falla. La

gráfica se presenta a continuación:

Se puede verificar que el suelo con tres capas de mejoramiento de 0,15m cada una,

comienza a tener asentamientos considerables a partir de las 7480,31𝑘𝑔 de aplicación de

carga. De tal manera se define que la presión normal bajo la cual el suelo falla, es de

4,56𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ a la cual se tiene un asentamiento de 14,20𝑚𝑚. Considerando un Factor de

seguridad de 3, se determina el siguiente valor de carga admisible 𝑞𝑎 = 1,52𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ .

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

0.00 2000.00 4000.00 6000.00 8000.00 10000.00

Ase

nta

mie

nto

s (m

m)

Carga (kg)

168

4.4.3. RESUMEN DE RESULTADOS OBTENIDOS EN ENSAYO DE PLACA

RESUMEN DE RESULTADOS OBTENIDOS

UBICACIÓN: Beaterio - Sur Quito

DIAMETRO DE PLACA:

18,00 plg

AREA PLACA :

1641,732 cm2

DESCRIPCIÓN DEL SUELO: Limo Arenoso de Alta Compresibilidad

DETALLE DEL SONDEO CARGA

PRESION NORMAL


(a+b+c)/3

(kg) (kg/cm2) a b c (x10-3plg) (mm)

Suelo Natural 1968,50 1,20 552,00 535,00 519,00 535,33 13,60

1 capa de mejoramiento de 0,15m 4330,71 2,64 559,00 620,00 611,00 596,67 15,16

2 capas de mejoramiento de 0,15m 6299,21 3,84 521,00 455,00 478,00 484,67 12,31

3 capas de mejoramiento de 0,15m 7480,31 4,56 635,00 485,00 557,00 559,00 14,20

DETALLE DEL ENSAYO DE PLACA CARGA qu qa

(kg) (Ton/m2) (kg/cm2) (t/m2) (kg/cm2)

Suelo Natural 1968,50 11,99 1,20 4,00 0,40

1 capa de mejoramiento de 0,15m 4330,71 26,38 2,64 8,79 0,88

2 capas de mejoramiento de 0,15m 6299,21 38,37 3,84 12,79 1,28

3 capas de mejoramiento de 0,15m 7480,31 45,56 4,56 15,19 1,52

169

Comparando los resultados obtenidos de capacidad de carga admisible desarrollando ensayos

de placa sobre el suelo sin mejoramiento y con mejoramiento, obtenemos los siguientes

incrementos de capacidad de carga admisible expresados en porcentajes:

ENSAYO DE PLACA

CAPACIDAD DE CARGA

ADMISIBLE

INCREMENTO CAPACIDAD DE CARGA

(kg/cm²) (kg/cm²) (%)

Suelo Natural 0,40 0,00 0,00

1 capa de mejoramiento de 0,15m 0,88 0,48 120,00

2 capas de mejoramiento de 0,15m 1,28 0,88 220,00

3 capas de mejoramiento de 0,15m 1,52 1,12 280,00

Aplicando una capa de mejoramiento compactada de 0,15m sobre el suelo natural y

desarrollando el ensayo de placa, obtenemos un incremento del 120,00% con respecto a la

capacidad de carga admisible del suelo natural.

Aplicando dos capas de mejoramiento compactadas de 0,15m cada una sobre el suelo natural

y desarrollando el ensayo de placa, obtenemos un incremento del 220,00% con respecto a la


Aplicando tres capas de mejoramiento compactadas de 0,15m cada una sobre el suelo natural

y desarrollando el ensayo de placa, obtenemos un incremento del 280,00% con respecto a la


170

4.4.4. ESQUEMATIZACIÓN DE LOS ENSAYOS DE PLACA DESARROLLADOS

Figura 4. 1.- Ensayo de placa sobre suelo natural

Fuente: Autores

Figura 4. 2.- Ensayo de placa sobre 1 capa de mejoramiento

Fuente: Autores

APOYO DE

EXTENSÓMETROS

TERRENO

NATURAL

PLACA DE

CARGA

EXTENSÓMETROS

A ± 0.001plg

CAMA DE ARENA

e = 1cm

GATO HIDRÁULICO

A ± 1000 lbs

0,75

0,45

0,75

APOYO DE

EXTENSÓMETROS

TERRENO

NATURAL

PLACA DE

CARGA

EXTENSÓMETROS

A ± 0.001plg

GATO HIDRÁULICO

A ± 1000 lbs

1 CAPA DE MEJORAMIENTO

e = 15cm

CAMA DE ARENA

e = 1cm

0,45

0,15

171

Figura 4. 3.- Ensayo de placa sobre 2 capas de mejoramiento

Fuente: Autores

Figura 4. 4.- Ensayo de placa sobre 3 capas de mejoramiento

Fuente: Autores

0,75

APOYO DE

EXTENSÓMETROS

CAMA DE ARENA

e = 1cm

PLACA DE

CARGA

TERRENO

NATURAL

2 CAPAS DE MEJORAMIENTO

e = 15cm c/u

EXTENSÓMETROS

A ± 0.001plg

GATO HIDRÁULICO

A ± 1000 lbs0,45

0,15

0,15

0,75

APOYO DE

EXTENSÓMETROS

PLACA DE

CARGA

CAMA DE ARENA

e = 1cm

EXTENSÓMETROS

A ± 0.001plg

TERRENO

NATURAL

3 CAPAS DE MEJORAMIENTO

e = 15cm c/u

GATO HIDRÁULICO

A ± 1000 lbs

0,15

0,15

0,15

0,45

172

4.4.5. REGISTRO FOTOGRÁFICO DEL PROCEDIMIENTO DE ENSAYO DE

PLACA EN CAMPO

Fotografía 4. 8.- Limpieza y desbroce

del terreno

Fotografía 4. 9.- Preparación de

excavaciones

Fotografía 4. 10.- Excavaciones para el

desarrollo del ensayo de placa

Fotografía 4. 11.- Apisonador vibratorio

(Sapo)

173

Fotografía 4. 12.- Proceso de

compactación capas mejoramiento

Fotografía 4. 13.- Centrado de placa

base

Fotografía 4. 14.- Equipo para el

desarrollo de ensayo de placa

Fotografía 4. 15.- Determinación de

deformaciones y cargas aplicadas

174

Fotografía 4. 16.- Desarrollo del ensayo de placa mediante la

aplicación de cargas

Fotografía 4. 17.- Agrietamiento en pared lateral de la excavación

Fuente: Autores

175

4.5. COMPARACIÓN DE RESULTADOS OBTENIDOS POR MEDIO DEL

MÉTODO TEÓRICO Y POR EL ENSAYO DE PLACA

Se verifica que tanto por el método teórico y por medio de la aplicación del ensayo de placa

en campo, se obtienen incrementos de carga con respecto a la capacidad de carga admisible

del suelo en estado natural, siempre que sobre éste se apliquen capas de mejoramiento.

Comparando los resultados obtenidos tanto por el método teórico y por medio de la

aplicación del ensayo de placa en campo se ha obtenido los siguientes resultados:

COMPARACIÓN DE RESULTADOS OBTENIDOS

CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE (kg/cm²)

MÉTODO TEÓRICO

ENSAYO DE PLACA

Suelo Natural 0,36 0,40

Mejoramiento de 0,15m 0,70 0,88



Los resultados tanto por el método teórico y por medio de la aplicación del ensayo de placa

en campo están íntimamente relacionados, ya que los valores obtenidos se asemejan entre

sí, aunque las pequeñas variaciones existentes pueden deberse principalmente a la

manipulación de los equipos en campo.

176

4.6. GUÍA PARA EL MEJORAMIENTO DE LA CAPACIDAD DE CARGA

GENERAL

Para utilizar el diseño de mejoramiento detallado previamente, existen parámetros o

requisitos que deben cumplir los suelos tanto natural como de mejoramiento.

Los parámetros necesarios para que el suelo natural sea considerado apto para aplicar este

tipo de mejoramiento deben ser:

Suelos finos de consistencia blanda. ø

Suelos finos sin fricción ∅ = 0,00

De igual manera para que el suelo granular sea apto para utilizarlo como material de

mejoramiento debe cumplir con los siguientes requisitos:

Material granular tipo Sub-base Clase II (Tamaño máximo 5cm).

Grado de compactación del 95% al 100%.

Tendido y compactación en capas de 15cm de espesor.

El presente estudio puede ser utilizado como una guía práctica para el mejoramiento de la

capacidad de carga con suelos finos de baja consistencia.

Con las recomendaciones sobre el uso del material de mejoramiento, las condiciones de

tendido y compactación y de acuerdo a los porcentajes de incrementos de capacidad de carga

obtenidos por medio del método teórico y por medio de la aplicación del ensayo de placa, se

llega a la conclusión que existe una mejora en la capacidad de carga del siguiente orden:

177

MÉTODO TEÓRICO INCREMENTO DE CAPACIDAD DE

CARGA

Suelo Natural 0,00

Suelo Natural con Mejoramiento de 0,15m 105,00



El siguiente flujograma detalla de manera didáctica el procedimiento necesario para aplicar

el método de mejoramiento empleando capas de mejoramiento de material granular sobre

suelo blando:

178

Cumple con

la altura de

desplante?

NO

de cimentación deseado.

El suelo natural

posee las siguientes

características?

*Suelo fino de

consistencia blanda

*Suelo fino sin

fricción ø = 0,00

Incremento de

la capacidad

portante del suelo:

No se garantiza

alcanzar los

incrementos de

capacidad de

carga esperados

Verificar que la densidad

de compactación se

encuentre en el rango:

2,006 - 2,041 g/cm3

se aplicará el mejoramiento

El material de mejoramiento

cumple con las siguientes

condiciones?

*Sub-base Clase II

*Grado de compactación

del 95% al 100%

*Tendido y compactación

en capas de 15cm

SI

USO DE LA GUÍA DE

MEJORAMIENTO DE

LA CAPACIDAD DE

CARGA DE SUELOS

NO

SI

NO

1 Capa 30%

2 Capas 95%

3 Capas 155%

Excavación de la superficieLa altura de

desplante debe

ser 0,45m

Repetir el proceso de

compactación sobre el

material de mejoramiento

Con respecto a la

capacidad de carga

del suelo natural

SI

Se debe conservar una altura

NO

del terreno hasta el nivel

FIN

libre de desplante

No se garantiza

alcanzar los

incrementos de

capacidad de

carga esperados

SI

Realizar la colocación y tendido

del material de mejoramiento

mediante capas compactadas de

0,15m de espesor.

La densidad de

compactación se

encuentra en el

rango

establecido?

del suelo

Limpieza del área en la cual

179

CAPÍTULO V

5. PRESUPUESTO DEL PROYECTO

De acuerdo a la importancia del proyecto es necesario elaborar un presupuesto detallado en

el cual se debe especificar cada rubro, donde se especifique costos de movilización,

realización de ensayos, alquiler de maquinaria, imprevistos, entre otros.

El presupuesto que se detalla a continuación será expresado para que una persona particular

tenga conocimiento del costo que implica el desarrollo del presente proyecto, cabe señalar

que los ensayos han sido realizados por los Autores, los mismos que han sido ejecutados en

El Laboratorio de Mecánica de Suelos de la Universidad Central del Ecuador y en el Sitio de

trabajo en Campo, teniendo la accesibilidad a los materiales y equipos necesarios para

realizar las distintas pruebas, con lo cual, en nuestro caso particular el presupuesto se ve

considerablemente reducido.

5.1. ACTIVIDADES A REALIZAR

A continuación se detallan las actividades a realizar para el desarrollo del proyecto “Guía

para el mejoramiento de la capacidad de carga en terrenos de consistencia blanda a media”:

Trabajo de reconocimiento del suelo en el campo.

Ensayo en Campo: Extracción de muestra inalterada, Penetración Estándar SPT

Densidad en Campo, Ensayo de Placa en el sitio de estudio (sobre suelo natural y con

mejoramiento).

Ensayos en Laboratorio: Clasificación SUCS, Compactación, Compresión Triaxial.

180

5.2. ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS

PROYECTO: “GUÍA PARA EL MEJORAMIENTO DE LA CAPACIDAD DE CARGA EN TERRENOS DE CONSISTENCIA BLANDA A MEDIA”

RUBRO N° 001: ENSAYO DE COMPACTACIÓN EN SUELO DE MEJORAMIENTO

UNIDAD: u

A.- EQUIPO Y MAQUINARIA

Descripción Cantidad Costo

Ensayo Costo Total

Equipo para ensayo de compactación

1 19,00 19,00

B.- MANO DE OBRA

Trabajador / Categoría Cantidad Costo / Hora Rendimiento Costo

Ayudante D2 1 3,05 0,21 0,64

C.- MATERIALES

Descripción Unidad Cantidad P. Unitario Costo

Suelo de mejoramiento m3 0,025 17,50 0,44

RESUMEN COSTO

D.- COSTO DIRECTO DEL RUBRO

A+B+C 20,08

E.- COSTO INDIRECTO 5% 1,00

F.- COSTO TOTAL D+E 21,08

181


RUBRO N° 002: ENSAYO DE COMPRESIÓN TRIAXIAL UNIDAD: u

EN SUELO NATURAL



Ensayo Costo

Equipo para ensayo de compresión triaxial

1 65,00 65,00

B.- MANO DE OBRA


Ayudante D2 1 3,05 0,21 0,64

C.- MATERIALES


Suelo natural m3 0,05 0,00 0,00

RESUMEN COSTO


A+B+C 65,64



182


RUBRO N° 003: ENSAYO DE CLASIFICACIÓN SUCS UNIDAD: u

EN SUELO NATURAL



Ensayo Costo

Equipo para ensayo de clasificación SUCS

1 20,50 20,50

B.- MANO DE OBRA


Ayudante D2 1 3,05 0,21 0,64

C.- MATERIALES



RESUMEN COSTO


A+B+C 21,14



183


RUBRO N° 004: ENSAYO DE CLASIFICACIÓN SUCS UNIDAD: u

EN SUELO DE MEJORAMIENTO



Ensayo Costo

Equipo para ensayo de clasificación SUCS

1 20,50 20,50

B.- MANO DE OBRA


Ayudante D2 1 3,05 0,21 0,64

C.- MATERIALES



RESUMEN COSTO


A+B+C 21,40



184


RUBRO N° 005: ENSAYO SPT

EN SUELO NATURAL

UNIDAD: u


Descripción Cantidad Costo / Metro

Costo

Equipo para ensayo SPT 1 20,00 20,00

B.- MANO DE OBRA


Ayudante D2 2 3,05 0,21 1,28

C.- MATERIALES



RESUMEN COSTO


A+B+C 21,28



185


RUBRO N° 006: ENSAYO DE DENSIDAD EN CAMPO UNIDAD: u

EN SUELO MEJORAMIENTO



Ensayo Costo

Equipo para ensayo de densidad en campo

1 15,00 15,00

B.- MANO DE OBRA


Ayudante D2 1 3,05 0,21 0,64

C.- MATERIALES



RESUMEN COSTO


A+B+C 17,39



186


RUBRO N° 007: ENSAYO DE PLACA UNIDAD: u

EN SUELO NATURAL Y DE MEJORAMIENTO



Ensayo Costo

Equipo para ensayo de placa

1 500,00 500,00

B.- MANO DE OBRA


Ayudante D2 2 3,05 0,210 1,28

C.- MATERIALES



RESUMEN COSTO


A+B+C 503,56



187

5.3. PRESUPUESTO

1. ENSAYOS EN LABORATORIO

DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD P.U. SUBTOTAL

1.1 ENSAYO DE COMPACTACIÓN

Suelo de mejoramiento u 1 21,08 21,08

1.2 ENSAYO DE COMPRESIÓN TRIAXIAL

Suelo Natural u 3 68,92 206,76

1.4 ENSAYO DE CLASIFICACIÓN SUCS

Suelo Natural u 1 22,20 22,20


TOTAL 1 = 272,51

2. ENSAYOS EN CAMPO


ENSAYO DE DENSIDAD EN CAMPO - CONO Y ARENA


ENSAYO SPT

Suelo Natural u 10,50 22,34 234,57

ENSAYO DE PLACA

Suelo Natural y de mejoramiento

u 4 528,74 2114,96

TOTAL 2 = 2367,79

3. GASTOS OPERATIVOS


MATERIALES

Plástico negro impermeable m2 10 1,20 12,00

Linterna u 1 8,00 8,00

SUBTOTAL 1 = 20,00

188

DESCRIPCIÓN CANTIDAD HORAS COSTO/HORA SUBTOTAL

MANO DE OBRA

Peón Categoría I 2 32 3,00 192,00

Ayudante de Campo 1 8 5,00 40,00

SUBTOTAL 2 = 232,00

EQUIPO Y HERRAMIENTAS

Pico 2 16 0,20 6,40

Pala 2 16 0,20 6,40

Barra 1 16 0,20 3,20

Nivel 1 16 0,20 3,20

Flexómetro 1 16 0,20 3,20

Carretilla 1 8 0,20 1,60

Gallineta 1 1 25,00 25,00

Volqueta 1 8 25,00 200,00

Vibro Compactador 1 4 10,00 40,00

SUBTOTAL 3 = 289,00

TOTAL 3 = 541,00

4. GASTOS ADMINISTRATIVOS


DVD u 5 0,80 4,00

Resma de papel u 10 4,00 40,00

Tintas impresora u 4 8,00 32,00

Copias u 500 0,02 10,00

Empastado del trabajo de grado

u 6 18,00 108,00

TOTAL 4 194,00

TOTAL = 1+2+3+4 3375,30

IMPREVISTOS 5% 168,77

PRESUPUESTO TOTAL = 3544,07

189

El presupuesto referencial para el desarrollo del presente proyecto, ha sido determinado

considerando los costos de ensayos que actualmente se manejan en el laboratorio de

Mecánica de Suelos de la Universidad Central del Ecuador.

Adicionalmente, se ha considerado los gastos a los que se ha recurrido para desarrollar

los trabajos en campo que han permitido ejecutar el presente proyecto. De esta manera,

el presupuesto referencial para el desarrollo de la “Guía para el mejoramiento de la

capacidad de carga en terrenos de consistencia blanda a media”, asciende a un monto

aproximado de $3544,07 (Tres mil quinientos cuarenta y cuatro dólares con 07/100)

PRESUPUESTO CONSIDERANDO

GASTOS TOTALES $3544,07

Ahora bien, considerando que los ensayos de laboratorio y de campo no han representado

un gasto para desarrollar el proyecto, el presupuesto desciende a un valor aproximado de

$771,75 (Setecientos setenta y un dólares con 75/100).

PRESUPUESTO FINAL DEL PROYECTO

$771,75

190

CAPÍTULO VI

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

6.1. CONCLUSIONES

SUELO NATURAL

El suelo existente en el Sector El Beaterio ubicado al Sur de la Ciudad de Quito, se

encuentra conformado por un 31% de arena y 69% de finos, a su vez, presenta un

límite líquido de 56,70%, por lo cual, aplicando los criterios de clasificación SUCS

se define al suelo natural como un MH (Limo Arenoso de Alta Compresibilidad).

El limo arenoso de alta compresibilidad existente en el Sector El Beaterio presenta

una resistencia a la penetración estándar de N=2golpes a una profundidad de

cimentación de 0,45m, lo cual caracteriza al suelo por tener una baja capacidad de

carga y una consistencia blanda.

Por medio de correlaciones empleando el valor de N=2golpes obtenido del ensayo de

penetración estándar, se ha logrado determinar la cohesión del suelo natural del Sector

El Beaterio, la misma que responde a un valor de 0,13𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ el cual permite

identificar al suelo como un material de baja capacidad de carga.

Mediante la aplicación de ensayos triaxiales sobre muestras inalteradas obtenidas en

el Sector El Beaterio, se ha logrado determinar que el ángulo de fricción de dicho

suelo responde a un valor de 13,64° y una cohesión de 0,234 𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ , valor que

difiere al obtenido por medio de las correlaciones del ensayo de penetración estándar,

lo cual se debe principalmente a que la muestra inalterada obtenida en campo para la

realización de ensayos triaxiales no fue extraída del mismo nivel de cimentación

considerado para la determinación de la cohesión por medio de correlaciones en el

191

ensayo SPT. Sin embargo, ambos valores de cohesión, permiten identificar al suelo

por tener una baja capacidad de carga.

Tomamos el valor de cohesión obtenido por medio de correlaciones en el ensayo SPT

como un valor real, debido a que el mismo ha sido determinado a la profundidad de

cimentación especificada, obteniendo un valor de 0,13𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄

SUELO MEJORAMIENTO

De conformidad a los resultados obtenidos por medio de la realización de ensayos de

granulometría, el suelo empleado como material de mejoramiento se encuentra

conformado por un 66% de grava, 33% de arena y 1% de finos; a su vez se ha obtenido

un valor de Coeficiente de Uniformidad Cu = 45,59 y de Coeficiente de Curvatura

Cc = 2,89 por lo cual, aplicando los criterios de clasificación SUCS se define al suelo

de mejoramiento como una GW (Grava Bien Gradada).

El material de mejoramiento cumple con las condiciones y parámetros para considerar

a un suelo como una Sub-Base Clase II de acuerdo a lo que establecen las

Especificaciones Generales para la Construcción de Caminos y Puentes del

Ministerio de Obras Públicas 001-F 2002. Esto pudo ser comprobado por medio de

la aplicación del ensayo de granulometría, del cual se obtuvo una curva

granulométrica del material de mejoramiento, la misma que en un gran porcentaje se

encuentra dentro de los límites establecidos para ser considerado como material de

mejoramiento Sub-Base Clase II.

El ensayo de compactación desarrollado sobre el material de mejoramiento, nos ha

permitido determinar una densidad seca máxima de 2,006𝑘𝑔

𝑐𝑚3⁄ y una humedad

óptima del 5,13%. Dichos valores han permitido desarrollar una adecuada

compactación de la Sub-Base Clase II empleada como material de mejoramiento en

campo, el mismo que ha sido comprobado por medio del ensayo de Peso Unitario del

Suelo in Situ con el uso del equipo de Cono y Arena, a partir del cual se ha logrado

192

determinar que el Peso Unitario Seco en Campo arroja un valor de 1,973 g/cm3 con

una humedad de 9,63% con lo cual se ha obtenido un Grado de Compactación en

Campo del 98,36% valor aceptable considerando la importancia del proyecto, el

mismo que trata de cimentaciones superficiales sobre el cual no serán asentadas

estructuras de gran magnitud. Cabe señalar que el grado de compactación mínimo

para terraplenes debe ser del 95%, para sub-rasantes el 100% y para obras que no

requieran gran exigencia se reduce a un 90%.

Los parámetros de resistencia al corte para el desarrollo del presente proyecto, han

sido adoptados de los estudios desarrollados en la Tesis de “Alternativas de

Reforzamiento y Contención de Suelos” por Arias-Yánez (2010), esto debido a la gran

similitud en la propiedades físicas y mecánicas de los materiales empleados en ambos

proyectos de graduación, lo cual pudo ser comprobado en base a la comparación de

los resultados obtenidos mediante el desarrollo de ensayo de granulometría y

compactación. De esta manera, los valores de ángulo de fricción adoptado para el

material de mejoramiento responde a un valor de 50° y una cohesión de

0,00 𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ .

CAPACIDAD DE CARGA

Por medio de la aplicación de la Teoría de Skempton de capacidad de carga, se ha

podido determinar la capacidad de carga última del suelo en estado natural, el cual

responde a un valor de 𝑞𝑢 = 1,07𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ , mientras que el valor de carga admisible

considerando un Factor de Seguridad 𝐹𝑆 = 3 es de 𝑞𝑎 = 0,36𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ , valor que

representa una baja capacidad de carga y el mismo no se considera apto para la

cimentación de estructuras, motivo por el cual se ha procedido a emplear el método

de mejoramiento considerando la inclusión de capas de material granular que

responde a las características de una Sub-base Clase II.

Empleando las ecuaciones de capacidad de carga en suelos estratificados y

considerando el caso en el que el estrato superior es un suelo grueso fuerte y el estrato

193

inferior es un suelo fino suave saturado, se ha podido determinar el valor de capacidad

de carga última sobre suelo natural con mejoramiento de 0,15m, el cual equivale a un

valor de 𝑞𝑢 = 2,09𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ , mientras que el valor de carga admisible considerando

un Factor de Seguridad 𝐹𝑆 = 3 es de 𝑞𝑎 = 0,70𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ , valor que puede representar

un suelo blando, el mismo que comparado con el obtenido en estado natural ha

incrementado un 94,55%.








𝑐𝑚2⁄ , valor que identifica al suelo

como un material semi-duro, el mismo que comparado con el obtenido en estado

natural ha incrementado un 198,50%.








𝑐𝑚2⁄ , valor que identifica al suelo

como un material duro, el mismo que comparado con el obtenido en estado natural ha

incrementado un 325,55%.

Mediante la aplicación del ensayo de placa, se puede determinar de manera semi.-

empírica que la capacidad de carga última, bajo la cual el suelo en estado natural falla

a una profundidad de cimentación de 0,45m es de 1,20𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ , valor que ha sido

establecido en base a los asentamientos excesivos que se evidenciaron el momento de

ejecución del ensayo.

194

Al aplicar un Factor de Seguridad 𝐹𝑆 = 3 sobre el resultado de capacidad de carga

última del suelo natural, se ha determinado la capacidad de carga admisible, la misma

que responde a un valor de 𝑞𝑎 = 0,40𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ , valor que representa a un suelo muy

blando que no se considera apto para cimentar estructuras.

Cuando se coloca una capa de mejoramiento compactado de 0,15m sobre el suelo

natural, la capacidad de carga última a una profundidad de cimentación de 0,45m es

de 2,64𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ , valor que ha sido determinado en base a los asentamientos excesivos

que se evidenciaron el momento de ejecución del ensayo.


última del suelo natural con una capa de mejoramiento de 0,15m, se ha determinado

la capacidad de carga admisible sobre dicha superficie, la misma que responde a un

valor de 𝑞𝑎 = 0,88𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ , valor que representa a un suelo semi-duro, el mismo que

comparado con el obtenido en estado natural ha incrementado un 120,00%.

Cuando se coloca sobre el suelo natural dos capas de mejoramiento compactado de

0,15m cada una, la capacidad de carga última a una profundidad de cimentación de

0,45m es de 3,84𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ , valor que ha sido determinado en base a los asentamientos

excesivos que se evidenciaron el momento de ejecución del ensayo.


última del suelo natural con dos capas de mejoramiento de 0,15m cada una, se ha

determinado la capacidad de carga admisible sobre dicha superficie, la misma que

responde a un valor de 𝑞𝑎 = 1,28𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ , valor que representa a un suelo semi-duro,

el mismo que comparado con el obtenido en estado natural ha incrementado un

220,00%.

Cuando se coloca sobre el suelo natural tres capas de mejoramiento compactado de

0,15m cada una, la capacidad de carga última a una profundidad de cimentación de

195

0,45m es de 4,56𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ , valor que ha sido determinado en base a los asentamientos

excesivos que se evidenciaron el momento de ejecución del ensayo.


última del suelo natural con tres capas de mejoramiento de 0,15m cada una, se ha

determinado la capacidad de carga admisible sobre dicha superficie, la misma que

responde a un valor de 𝑞𝑎 = 1,52𝑘𝑔

𝑐𝑚2⁄ , valor que representa a un suelo duro, el

mismo que comparado con el obtenido en estado natural ha incrementado un

280,00%.

Existe una variación entre los valores de capacidad de carga última obtenidos tanto

por el método teórico y práctico, lo cual se debe principalmente a que en el método

teórico se ha considerado el caso más crítico cuando el suelo fino del estrato inferior

se encuentra saturado y adicionalmente porque el valor de cohesión es determinado

por medio de correlaciones considerando el número de golpes obtenido en el ensayo

SPT.

Al comparar los resultados de capacidad de carga última obtenidos tanto por el

método analítico y por el método semi-empírico, podemos observar que los valores

son similares, por lo cual podemos concluir que los dos métodos fueron desarrollados

de una adecuada manera, y que las variaciones existentes pudieron haberse producido

por que los valores de cohesión y ángulo de fricción del suelo de mejoramiento son

determinados de investigaciones previas y no es precisamente del material ensayado.

196

6.2. RECOMENDACIONES

Toda obra civil como paso previo a iniciar los procesos constructivos, deberá analizar

los resultados obtenidos de los estudios de suelos realizados en la etapa de factibilidad

del proyecto, los mismos que son desarrollados por equipos técnicos consultores y

deberán garantizar la veracidad de los resultados obtenidos.

Todos los ensayos de suelos desarrollados en laboratorio deben ser realizados

considerando las apreciaciones de los diferentes equipos y verificando la correcta

calibración de los mismos, esto con la finalidad de obtener los resultados más exactos

de las muestras ensayadas, a fin de que los resultados obtenidos tengan el respaldo

técnico necesario y el diseñador pueda tener la confianza necesaria para proceder con

el diseño de la cimentación de estructuras.

El número de perforaciones debe ser el necesario para cubrir el área en estudio y a su

vez se debe establecer de acuerdo a la importancia de la obra. Se recomienda realizar

mínimo dos perforaciones cada 300,00m2 o para estructuras de hasta dos plantas. A

su vez, se recomienda que la separación máxima entre perforaciones no sobrepase los

20 o máximo 30 metros dependiendo del tipo de terreno sobre el cual se desarrolle el

estudio.

El ensayo SPT debe ser desarrollado procurando principalmente que el martillo tenga

una trayectoria completamente vertical y que la altura de caída del mismo sea la

establecida en el ensayo, esto con el fin de obtener el número de golpes exactos que

el suelo en estudio es capaz de soportar.

El ensayo de placa debe ser desarrollado procurando cumplir las siguientes

condiciones:

- La placa debe ser ubicada completamente horizontal.

- El gato hidráulico debe estar ubicado los más centrado posible con respecto a

la placa.

197

- El pistón debe estar colocado verticalmente y apoyado en una zona segura

sobre el chasis de la volqueta.

- Los extensómetros deben estar en contacto directo sobre la placa y los mismos

deben ser apoyados en vigas horizontales que se encuentre apoyadas en una

zona donde deformaciones que experimenta el suelo no afecte el nivel inicial

de los extensómetros.

- La aplicación de cargas con el gato hidráulico debe ser desarrollada hasta que

la lectura de los extensómetros se haya estabilizado.

Los diferentes cálculos desarrollados en los estudios de suelos deben ser realizados

con los valores reales del suelo en estudio. En caso de no disponer de algún parámetro

del suelo y sí se cuenta con valores obtenidos de estudios anteriores, dichos valores

pueden ser empleados en el análisis siempre y cuando el suelo en estudio cumpla

ciertas propiedades físicas y mecánicas con respecto al suelo del cual se han obtenido

los valores por medio de estudios previos. El presente proyecto ha adoptado los

parámetros de resistencia al corte obtenidos en los estudios desarrollados en la Tesis

de “Alternativas de Reforzamiento y Contención de Suelos” por Arias-Yánez (2010),

debido a la gran similitud en la propiedades físicas y mecánicas de los materiales

empleados en ambos proyectos de graduación, lo cual ha sido comprobado en base a

la comparación de los resultados obtenidos mediante el desarrollo de ensayos de

granulometría y compactación.

Se debe considerar todas las recomendaciones brindadas por profesionales con

experiencia en estudios de suelos y en todas las áreas de la construcción, debido a que

la teoría es complementada con la práctica y viceversa, por tal motivo el criterio de

los profesionales es de gran importancia el momento de tomar decisiones finales.

198

BIBLIOGRAFÍA:

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California 1983.

2. BRAJA, Das M. “Fundamentos de Ingeniería Geotécnica”. Cuarta Edición.

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3. CRAIG, Robert F. “Mecánica de Suelos”. Primera Edición. México D. F. 1976.

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México D. F. 1971.

5. BOWLES, Joseph E. “Propiedades Geofísicas de los Suelos”. Primera Edición.

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6. BOWLES, Joseph E. “Foundation Analysis and Design”. Quinta Edición.

Singapur 1997.

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México D. F. 2004.

8. GONZÁLEZ, Fernando. “Fundamentos de la Mecánica de Suelos”. Primera

Edición. Quito 2005.

9. ÁVILA, Aníbal. “Mecánica de Suelos”. Primera Edición. Quito 2004.

10. UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR. “Guía académica de prácticas de

laboratorio”. Primera Edición. Quito 2010.

11. ARIAS, Pamela.; YÁNEZ, Rodrigo. “Alternativas de Reforzamiento y

Contención de Suelos”. Tesis previa a la obtención del título de Ingeniero Civil

en la Universidad Central del Ecuador. Quito (2010)

199

12. NATHANIEL, Fox; COWELL Michael J. “Manual de Referencia de Sistema de

Refuerzo de Suelo Geopier”. California 2007.

13. QUIJADA, Claudia. “Mejoramiento de suelos en base a los métodos de

vibroflotación y vibrosustitución”. Tesis para optar al título de Ingeniero

Constructor en la Universidad Austral de Chile. Valdivia 2008. Recuperado de:

http://cybertesis.uach.cl/tesis/uach/2008/bmfciq.6m/doc/bmfciq.6m.pdf

14. MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS Y COMUNICACIONES MOP 001-F

2002. “Especificaciones generales para la construcción de caminos y puentes”.

Quito 2002.

15. MINISTERIO DE DESARROLLO URBANO Y VIVIENDA. “Norma

Ecuatoriana de la Construcción - Geotecnia y Cimentaciones”. Quito 2011.

http://cybertesis.uach.cl/tesis/uach/2008/bmfciq.6m/doc/bmfciq.6m.pdf

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