BALOTARIO SUELOS.

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BALOTARIO MODULO – CURSO DE MECANICA DE SUELOS APLICADA DOCENTE: ING. GUSTAVO ADOLFO AYBAR ARRIOLA.

I.-CUESTIONARIO: 1. - Exploración Geotécnica. 2.- Ensayo de Compactación Proctor CBR control del grado de compactación. 3.- Ensayo de corte directo. 4.- Estabilización de suelos. 5.- Licuación de suelos. 6.-Aplicacion de la norma RNE-050 para estudios de suelos en la localidad donde labora. 7.- Interacción suelo estructura-amplificación sísmica fenómeno de resonancia. 8.-Colapsibilidad de suelos potencial de colapso. 9.-Problemas de suelos dispersivos. 10.-Clasificacion de suelos métodos SUCS y ASHTO. 11.- Cimentaciones superficiales. 12.- Plateas de cimentación tipos usos. 13.-Cimentaciones en suelos arenosos y cimentaciones en suelos arcilloso. 14.-Dinamica de suelos. 15.-Usos de geomenbranas y geosintéticos como estabilizadores de suelos.

II.- RESPUESTAS: 1.-EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA. Una exploración geotécnica es la recopilación de información necesaria para realizar un análisis adecuado e integral de la zona de estudio. Objetivo:  Determinar la ubicación y espesor de los estratos de suelo.  Ubicar la napa de agua.  Determinar la profundidad de la roca basal y sus características  Obtención de muestras para su posterior caracterización.  Llevar a cabo ensayos en terreno y/o en el laboratorio para definir problemas especiales que puedan generarse durante o después de la construcción. Pasos: 1) Estudio preliminar. 2) Reconocimiento del terreno. 3) Exploración.

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4) Ensayos de laboratorio. 5) Interpretación y análisis. 1) ESTUDIO PRELIMINAR.- Consiste en revisar material ya publicado. Estos datos permiten a menudo reducir la extensión de la exploración. Mapas geológicos. Representan los tipos de suelo y roca expuestos en la superficie, muestran la extensión de formaciones geológicas, fallas, deslizamientos de tierra importantes, etc. Ayuda a predecir posibles problemasa interpretar los datos obtenidos de la exploración del terreno. Reportes geotécnicos. Se pueden obtener de proyectos realizados en la cercanía, los mismos que son de gran ayuda incluye sondajes, ensayos de suelo, e información relevante. Fotografías aéreas deslizamientos de tierra, fallas, problemas de erosión, etc. Ayudan a comprender la topografía del terreno y patrones de drenaje. 2) RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Consiste en recorrer el sitio y evaluar visualmente las condiciones locales, sirve para responder si hay evidencia de construcciones previas en el sitio, si hay evidencia de problemas de estabilidad de taludes, si existen construcciones cercanas, condiciones de drenaje, tipos de suelo y/o rocas se encuentran en la superficie, si existen problemas de acceso que puedan limitar los tipos de exploración. 3) EXPLORACIÓN Sirve para obtener el perfil de subsuelo, tomar muestras de suelo, realizar ensayos insitu pare estimar parámetros de los materiales, y determinar la profundidad de la roca basal y el nivel freático, cuando es poca la profundidad se recurre a calicatas y/o zanjas, cuando son profundas se realizan perforaciones. Calicatas.- Suelo expuesto, no es posible realizarlos en suelos arenosos, sobre todo bajo la napa. Sondajes.-Consiste en realizar una perforación y extraer muestras del fondo mayormente en diámetro entre 75 y 600 mm, y una profundidad entre 2 y 30 m.El método de sondaje depende de las condiciones del suelo. Existe una gran variedad de equipos (pueden ser operados a mano o montados en camiones).Se puede realizar otros ensayos de penetracion como: sondajes de rotacion, sondajes sondajes con barrena, sondajes con barrena hueca, No existe una regla absoluta para especificar el número de sondajes ni la profundidad; se requiere juicio y experiencia del ingeniero. En general el número de sondajes debería aumentar a medida que:  La variabilidad del suelo aumenta.  La carga aumenta.

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La estructura sea mas crítica.

4) ENSAYOS DE LABORATORIO.- Se utilizan cuando es difícil obtener muestras inalteradas, en arenas por ejemplo sirven para estimar propiedades y parámetros del suelo. Ensayos típicos en terreno son:  Ensayo de penetración estándar (SPT)  Ensayo de penetración de cono (CPT)  Placa de carga  Ensayo de corte in-situ (Vane shear tests, VST)  Ensayo de penetración estándar (SPT) Permite tomar muestras y realizar ensayo in-situ. La muestra sin embargo es alterada se utiliza para estimar parámetros como la densidad relativa, ángulo de fricción y cohesión. Se introduce un tubo hueco cilíndrico mediante golpes de un martillo de 63.5 Kg. de una altura de 76 cm, se introduce el tubo 45 cm, registrando el número de golpes necesario para avanzar tramos de 15 cm. NSPT = número de golpes necesarios para avanzar los últimos 30 cm. Este resultado debe ser corregido antes de poder ser utilizado (N). Suelos muy sueltos tienen valores típicos de N menores a 5. Suelos muy resistentes tienen valores del orden de 50 o superior.  Ensayo de penetración de cono (CPT) Este ensayo mide la resistencia de punta del cono y la resistencia por fricción.Es un ensayo rápido y entrega un perfil continuo. La desventaja es que es relativamente caro y no se obtienen muestras. Es más adecuado para suelos con cohesión. 2.- ENSAYO DE COMPACTACIÓN PROCTOR CBR CONTROL DEL GRADO DE COMPACTACIÓN. El ensayo de compactación determina la curva decompactación para una determinada energía de compactación. Esta curva considera en abscisas el contenido de humedad y en ordenadas la densidad seca. Con lo que se puede obtener la humedad óptima que es la que corresponde a la densidad máxima. Con lo que se determinar la cantidad de agua de amasado a usar cuando se compacta el suelo en terreno para obtener la máxima densidad seca para una determinada energía de compactación. Dondeel agua juega un rol importante, sobre todo en los suelos finos, que contengan más de un 50% de finos sino a la fracción fina que controla su comportamiento. Fracción fina, que para gravas puede ser sobre un 8% y para arenas sobre un 12% (Holtz1973), lleva a limitar el uso de la densidad relativa y por lo tanto, obliga a su reemplazo por el ensayo de compactación.

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El agua en poca cantidad, se encuentra en forma capilar produciendo tensiones de compresión entre las partículas constituyentes del suelo que llevan a la formación de grumos difíciles de desintegrar y que terminan por dificultar la compactación. Mirado desde un punto de vista físico-químico, se produce una tendencia ala floculación entre las partículas arcillosas, lo que produce uniones entre partículas difíciles de romper. El aumento del contenido de humedad hace disminuir la tensión capilar y a nivel físico- químico facilita la separación de las partículas haciendo que una misma energía de compactación produzca mejores resultados en el grado de consistencia del suelo, representado por un menor índice de vacíos y un mayor peso unitario seco. Si por otra parte, el agua pasa a existir en una cantidad excesiva antes de iniciar la compactación, ella dificultará el desplazamiento de las partículas de suelo debido a la baja permeabilidad del suelo y por ende a la dificultad de su eliminación produciendo una disminución en la eficiencia de la compactación. En consecuencia, existirá para un determinado suelo fino y para una determinada energía de compactación, una humedad óptima para la cual esta energía de compactación producirá un material con densidad seca máxima. Al compactar un suelo se persigue lo siguiente:  Disminuir futuros asentamientos  Aumentar la resistencia al corte  Disminuir la permeabilidad Para asegurar una compactación adecuada deben realizarse canchas de prueba en terreno que permitirán definir los equipos decompactación más adecuados para esos materiales, los espesores de capa y número de pasadas del equipo seleccionado para cumplir con las especificaciones técnicas de densidad seca. El control de la obra final se realizará a través de determinaciones de los parámetros densidad seca y humedad de compactación de los rellenos colocados. Las especificaciones para la compactación en terreno exigen la obtención de una densidad mínima que es un porcentaje de la densidad máxima seca obtenida en el laboratorio. Una práctica común para numerosas obras es exigir a lo menos el 95% del Proctor. MODIFICADODENSIDAD MÁXIMA (PROCTOR MODIFICADO) MTC E 115 Con el Proctor modificado se obtiene el peso específico seco máximo y humedad optima, y realizar el control de compactación de campo, establecer la especificación de compactación (Grado de compactación), junto con la curva de saturación para controlar la saturación. Ventajas:  Aumento de la resistencia y disminución de la capacidad de deformación que se obtiene al sujetar el suelo a técnicas que aumentan su peso específico.  Las partículas de menor tamaño son obligadas a ocupar los vacios dejados por las de mayor dimensiona.

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Cuando el suelo esta compactado aumenta o incrementa su valor soporte y hace más estable, al mismo tiempo que se disminuye su porosidad.  Como las partículas se encuentran firmemente adheridas después de la compactación la masa del suelo será más densa por lo que directamente su volumen de vacios quedara reducido a un mínimo y consiguientemente la capacidad adsorbente del suelo quedara enormemente reducida por efectos de la compactación en conclusión se mejoraran las siguientes características. a) Resistencia al corte. b) Comprensibilidad. c) Relación, esfuerzo, deformación. d) Densidad del suelo. C.B.R (CALIFORNIABEARINGRATIO) MTC E 132 Es un ensayo que establece la relación entre la resistencia a la penetración de un suelo y capacidad de soporte para el tratamiento superficial de las carreteras, ver resultados de ensayos de laboratorio. La relación de soporte de California conocida como C.B.R, consiste en medir la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de densidad y humedad cuidadosamente controladas. Se expresa en porcentajes como la razón de la carga unitaria que se requiere para introducir un pistón dentro del suelo, a la carga unitaria requerida para introducir el mismo pistón a la misma profundidad en una muestra tipo. Los valores de carga unitaria para las diferentes profundidades de penetración dentro de la muestra patrón están determinados. El C.B.R que se usa para proyectar, es el valor que se obtiene para una penetración de 0.1 da mayor C.B.R. C.B.R = Carga unitaria / Carga unitaria patrón x 100 (%) Los ensayos de C.B.R se hacen usualmente sobre muestras compactadas al contenido óptimo para el suelo específico, determinado utilizando el ensayo de compactación estándar. 3.- ENSAYO DE CORTE DIRECTO Objetivo: Determinar la cohesión y el ángulo de rozamiento interno que permitan establecer la resistencia al corte de los suelos ensayados. Descripción del ensayo: Consiste básicamente en someter una muestra de suelo de sección cuadrada de 2.5 cm de espesor, confinada lateralmente dentro de una caja metálica a una carga normal (S) y a un esfuerzo tangencial (T), los cuales se aumentan gradualmente hasta hacer fallar a la muestra por un plano preestablecido por la forma misma de la caja (consta de dos secciones, una de las cuales es móvil y se desliza respecto a la otra que es fija produciendo el esfuerzo de corte.

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En el ensayo se determinan cargas y deformaciones. Equipo:  Dial de corte horizontal  Dial de corte vertical  Pesas de carga  Horno  Cuchillo de arco con alambre acerado  Muestra inalterada  Máquina de corte directo (placa de 5x5x5, caja de corte) El aparato de corte directo consta de una caja de corte y dispositivos para aplicación de cargas verticales y horizontales así como también deformaciones verticales y horizontales. Finalidad: Determinar la resistencia de una muestra de suelo, sometida a fatigas y/o deformaciones que simulen las que existen o existirán en terreno producto de la aplicación de una carga; para conocer esto en laboratorio se usa el aparato de corte directo, siendo el más típico una caja de sección cuadrada o circular dividida horizontalmente en dos mitades. Dentro de ella se coloca la muestra de suelo con piedras porosas en ambos extremos, se aplica una carga vertical de confinamiento (Pv) y luego una carga horizontal (Ph) creciente que origina el desplazamiento de la mitad móvil de la caja originando el corte de la muestra (figura 1.).

Figura 1. Esquema del aparato de corte directo. Fuente: Geotecnia LNV., 1993.

El ensayo induce la falla a través de un plano determinado. Sobre este plano de falla actúan dos esfuerzos:  Esfuerzo normal (σn), aplicado externamente debido a la carga vertical (Pv).  Esfuerzo cortante (τ), debido a la aplicación de la carga horizontal. Estos esfuerzos se calculan dividiendo las respectivas fuerzas por el área (A) de la muestra o de la caja de corte y deberían satisfacer la ecuación de Coulomb: τ = c + σn * Tg( Φ ) Según esta ecuación la resistencia al corte depende de la cohesión (c) y la fricción interna del suelo (Φ). Al aplicar la fuerza horizontal, se van midiendo las deformaciones y con estos valores es posible

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graficar la tensión de corte (τ), en función de la deformación (εh) en el plano de esta tensión de corte. De la gráfica es posible tomar el punto máximo de tensión de corte como la resistencia al corte del suelo. Los valores de τ se llevan a un gráfico en función del esfuerzo normal (σn), obteniendo la recta intrínseca (figura 2), donde τ va como ordenada y σn como abscisa. El ángulo que forma esta recta con el eje horizontal es el ángulo Φ y el intercepto con el eje, la cohesión c.

Los ensayos de corte directo en laboratorio se pueden clasificar en tres tipos según exista drenaje y/o consolidación de la muestra, por lo tanto los valores de c y Φ dependen esencialmente de la velocidad del ensayo y de la Permeabilidad del suelo: 1) ENSAYO NO CONSOLIDADO NO DRENADO (UU). Es un ensayo rápido, donde el corte se inicia antes de consolidar la muestra bajo la carga normal (Pv); si el suelo es cohesivo y saturado, se desarrollará exceso de presión de poros. Generalmente la recta intrínseca en el diagrama de τ contra σ es horizontal, donde τ =Cu. No se permite el drenaje de la muestra en todo el ensayo. 2) ENSAYO CONSOLIDADO NO DRENADO (CU). En este ensayo se permite que la muestra drene ó se consolide durante la aplicación de la carga vertical, de modo que en el momento de aplicar el esfuerzo de corte las presiones instersticiales sean nulas, pero no durante la aplicación del esfuerzo cortante. La tensión de corte es rápida para que la presión de poros no pueda disiparse en el transcurso del ensayo. Estos ensayos no se usan en suelos permeables y es necesario medir el movimiento vertical durante la consolidación (drenaje) para saber cuándo se ha producido por completo. Por lo tanto, la ecuación de Coulomb se transforma en: τ= ccu+ σ* Tg( υcu ) = ccu+ ( σ+ μ) * Tg (υcu) 3) ENSAYO CONSOLIDADO DRENADO (CD). La velocidad de corte es lenta, se permite el drenaje de la muestra durante todo el ensayo siendo las presiones instersticiales nulas durante la aplicación del esfuerzo cortante (μ =0), esto implica que: σ=σ’, c=c’, υ=υ’. Por otro lado, según la forma en que se aplica el esfuerzo horizontal, los ensayos de corte se pueden clasificar en dos tipos: 1) ENSAYOS DE TENSIÓN CONTROLADA. Se aplica el esfuerzo horizontal, se miden las deformaciones hasta llegar hasta la

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estabilización, luego se aumenta la fuerza horizontal y así sucesivamente, hasta que llega el momento en que las deformaciones no se estabilizan, lo que nos indica que hemos sobrepasado la carga de rotura. 2) ENSAYOS DE DEFORMACIÓN CONTROLADA. La mitad móvil de la caja se desplaza a una velocidad determinada; los esfuerzos horizontales se van midiendo con un anillo dinamométrico conectado en serie con la fuerza horizontal (figura 3.5.) Preparación de la muestra: Se puede realizar sobre muestras inalteradas a fin de obtener resultados que se aproximen a las características que tiene el suelo en su estado natural. Se puede realizartambien sobre muestras alteradas, previamente preparadas en el laboratorio a fin de obtener características similares de compacidad y contenido de humedad a los que tendrá puesto en obra. Además se puede ensayar la muestra tal como viene del campo o como haya sido preparada en el laboratorio utilizando el molde respectivo o tallando 4 probetas cuadradas con las siguientes dimensiones 5*5*1.8 cm. Procedimiento:  Se determina el peso, el volumen y el contenido de humedad de la muestra correspondiente.  Colocar la muestra en la caja de corte directo e inmovilizarla con ayuda de los seguros.  Enseguida colocamos la placa con los resaltos sobre la muestra.  Se coloca la esfera de acero sobre la placa de reparto y situar sobre ella, el yugo de aplicación de la carga vertical. Bajar dicho yugo con ayuda del tornillo de seguridad de la palanca de carga.  Sobre el yugo colocar el extremo móvil de un deflectómetro para medir las deformaciones verticales de la caja.  Colocar en la palanca las pesas necesarias para dar una presión vertical prevista. Leer el asiento registrado en el deflectómetro vertical.  Mover el volante del aparato hasta que el pistón toque la caja.  Encerar el deflectometro de desplazamiento vertical y el del anillo de carga  Quitar los seguros de la carga.  Comenzar el corte con una velocidad constante equivalente a 1 división del anillo por segundo (0.002 mm/seg).  Tomar lecturas del deflectometro de deformaciones horizontales, verticales y del anillo de carga dada 30 divisiones (30 segundos).  El corte se continúa hasta alcanzar una estabilización de las lecturas del deflectometro del anillo de carga o hasta superar las dos unidades de la caja de 6 mm.

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Después de descargar el aparato accionado el volante en el sentido contrario. Quitar el deflectometro de corrimiento vertical. Quitar la caja de yugo y desmontar la caja de corte.  Las cargas en el plano de corte pueden conocerme mediante el ábaco respectivo. Estas operaciones se repiten tres o cuatro veces, diferenciándose los ensayos en la presión vertical aplicada.

Método para suelos no cohesivos. Se pesa una muestra de arena (seca o de humedad conocida) suficiente para hacer tres ensayos a la misma densidad. Se ensambla la caja de corte, se obtiene la sección (A) de la muestra y se coloca la arena en la caja junto al pistón de carga y la piedra porosa. Se aplica la carga vertical (Pv) y se coloca el dial para determinar el desplazamiento vertical (se debe incluir el peso del pistón de carga y la mitad superior de la caja de corte en el peso Pv). En ensayos consolidados se comienza cuando el asentamiento se ha detenido; en suelos no cohesivos esto puede hacerse a partir de la aplicación de Pv. Se separa la caja de corte, se fija el bloque de carga y se ajusta el deformímetro para medir el desplazamiento cortante (en ensayos saturados se debe saturar la muestra el tiempo necesario). Luego se comienza a aplicar la carga horizontal midiendo desde los deformímetros de carga, de cambio de volumen y de desplazamiento cortante. Si el ensayo es del tipo deformación controlada se toman esas lecturas a desplazamientos horizontales de 5, 10 y cada 10 o 20 unidades. La tasa de deformación unitaria debe ser del orden de 0,5 a no más de 2 mm/min. y deberá ser tal que la muestra falle entre 3 y 5 minutos. Se repite el procedimiento por lo menos en dos muestras utilizando un valor distinto de carga vertical (se sugiere doblar la carga). Método para suelos cohesivos. Se moldean 3 o 4 probetas de una muestra de suelo inalterada, utilizando un anillo cortante para controlar el tamaño. Se ensambla la caja de corte, se saturan las piedras porosas y se mide la caja para calcular el área (A) de la muestra. Se colocan la muestra en la caja de corte, las piedras porosas y el pistón de carga sobre el suelo, la carga normal Pv y se ajusta el deformímetro vertical. Para un ensayo consolidado es necesario controlar el deformímetro vertical igual que en el ensayo de consolidación para determinar cuando la consolidación haya terminado. Luego, se separan las mitades de las cajas de corte dejando una pequeña separación y se empalma la cabeza de carga, asegurando que la carga normal refleje la fuerza normal más el peso del bloque de carga y la mitad superior de la caja de corte. Se acopla el deformímetro de deformación cortante y se fija en cero tanto el deformímetro horizontal como vertical (en ensayos saturados se llena la caja con agua y se espera la saturación de la muestra). Aplicar la carga de corte tomando lecturas del deformímetro de carga, de desplazamientos de corte y verticales (cambios de volumen).En ensayos de deformación controlada, las lecturas se toman a desplazamientos horizontales de 5, 10 y cada 10 o 20

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unidades. La tasa de deformación unitaria debe ser la misma que en el caso anterior (no más de 2 mm/min.) y tal que falle entre 5 a 10 minutos, a menos que el ensayo sea consolidado drenado. La velocidad de deformación para este último, debería ser tal que el tiempo para que ocurra la falla (tf) sea: tf=50*t50, donde t50 es el tiempo necesario para que ocurra el 50% de la consolidación bajo la carga normal Pv. Al finalizar el ensayo, se remueve el suelo y se toman muestras para determinar el contenido de humedad. El procedimiento se repetirá para las muestras adicionales. CALCULOS La fuerza cortante en el estrato del suelo puede ser calculado con la siguiente expresión. Fuerza cortante= Anillo de carga * factor de calibración Donde el factor de calibración: es 0.134161 La resistencia de esfuerzo cortante se determina mediante la expresión: Resistencia esfuerzo cortante = fuerza cortante/25

Esquema de corte directo Determinación de la cohesión c y el Angulo de fricción

Curva Intrínseca

c

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4.- ESTABILIZACION DE UN SUELO Proceso mediante el cual se someten los suelos naturales a cierto mejoramiento o tratamiento de modo que podamos aprovechar sus mejores cualidades obteniéndose un suelo firme y estable capaz de soportar la carga necesaria así como las condiciones mas severas del clima del suelo a fin de hacerlo apto para su uso en bases y sub bases de pavimento” El proceso consiste en aumentar la densidad de un suelo, compactándolo mecánicamente. Objetivo: Hacer más estable el suelo. Se estabiliza un suelo cuando:  Suelo de subrasante desfavorable, o muy arenoso o muy arcilloso.  Materiales para base o sub-base en el límite de especificaciones. Condiciones de humedad desfavorables.  En repavimentación, aprovechando los materiales existentes. Como se estabiliza: 1) Aumentar la densidad de un suelo, compactándola mecánicamente. 2) Mezclando a un material de granulometría gruesa, otro que carece de esa característica. 3) Estabilizando un suelo mezclándole cemento portland, cal hidratada, asfalto o cloruro de sodio. El uso de la cal está limitado a suelos que contengan minerales arcillosos, con los cuales hacer la “acción puzolánica” que lentamente cementando las partículas del suelo. La utilidad de la cal es para aquellos casos en los que no se necesite pronta resistencia. Este aglomerante es muy adecuado para bajar la plasticidad de los suelos arcillosos o para contrarrestar el alto contenido de humedad en terracerías o en bases y sub bases, siempre que éstas no sean muy arenosas. 3.1.SUELO-CEMENTO Este método de estabilización es usado en el mundo, es sencillo de hacer y no se necesita equipo especial de construcción. En nuestro país no se han usado mucho las capas de subsuelo-cemento. Sólo se emplea como un material que sirve para disminuir la plasticidad en suelos fuera de especificaciones. Este papel de modificador, es muy limitado para el cemento. Al mezclar un suelo con cemento, se produce un nuevo material, duro, con mejores características que el usado como agregado. Esta estabilización no es tan sensible a la humedad como la hecha en asfalto. Pueden usarse todos los suelos para efectuarla, excepto los altamente orgánicos, aunque los más convenientes son los granulares, de fácil disgregado. Los limos, las arenas limosas y arcillas, todas las gravas y las arenas, son agregados adecuados para producir este material suelo-

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cemento, que tienen excelentes cualidades, que respecto a la de los suelos granulares. 3.2.SUELO-CAL El uso de cal para mejorar suelos con mayor plasticidad, mejorando su resistencia a la compresión sin confinar, produciendo una textura granular más abierta. La cantidad de cal es de un 2 a 8% en peso. Para que la cal reaccione convenientemente se necesita que el suelo tenga minerales arcillosos, o sea sílice y se pueda lograr la acción puzolánica, que aglomerará adecuadamente las partículas del suelo esto debe recordarlo el ingeniero de pavimentos. El suelo-cemento adquiere su resistencia rápidamente, ya que solo se necesita que el cemento se hidrate adecuadamente. En cambio el suelo-cal, necesita la reacción química de los iones calcio y los minerales arcillosos, que lentamente adquieren resistencia. En cambio el suelo-cal, necesita la reacción química de los iones calcio y los minerales arcillosos, que lentamente adquieren resistencia. Una capa sub base para pavimento de concreto hecho de suelo cemento, permite iniciar la colocación de cimbras al rendir la compactación y empezar a colocar concreto a los dos días. Una ventaja del suelo cal es que su periodo de curado puede iniciarse más tarde, en cambio, el suelo-cemento requiere curado inmediato. Por lo general, las arenas no reaccionan favorablemente con la cal y no pueden estabilizarse con ella. 3.3.SUELO-ASFALTO En algunos casos conviene estabilizar un material usando algún producto asfáltico para elaborar capas base o sub base. A esta base asfáltica también se los conoce como base negras. El uso de productos asfálticos (asfaltos rebajados, emulsiones asfálticas y cemento asfálticos) está limitado a suelos granulares o de partículas gruesas. Es muy difícil estabilizar un material arcilloso, por los grumos de esos suelos. La estabilización con asfalto puede tener dos fines:  Reducir la absorción de agua del material, usando poca cantidad de asfalto.  Incrementar la resistencia de un material usando mayor cantidad de asfalto, como en la base asfáltica. 5.- LICUACION DE SUELOS Es el proceso que conduce a esta pérdida de firmeza o rigidez es conocido como licuación del suelo. Este fenómeno está principalmente, más no exclusivamente, asociado con suelos saturados poco cohesivos. El término licuación, incluye entonces todos los fenómenos donde se dan excesivas deformaciones o movimientos como resultado de transitorias o repetidas perturbaciones de suelos saturados poco cohesivos.

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La licuación se define como “la transformación de un material granular de un estado sólido aun estado licuado como consecuencia del incremento de la presión de agua de poros” (Youd,1973). La causa más dramática de daños a edificaciones y obras civiles durante un terremoto es el fenómeno licuación, el cual es un proceso en el cual el suelo cambia de un material firme a un material viscoso semi-líquido y bajo condiciones similares a una arena movediza. La licuación ocurre cuando suelos arenosos son sometidos a vibración, por lo tanto, cuando un estrato de suelo se licua y empieza a fluir por la acción del terremoto, éste no es capaz de soportar el peso de cualquier suelo o estructura encima de él, debido a esto, es posible que ocurran una serie de efectos, algunos catastróficos, como: deslizamientos, flujos, hundimiento o inclinación de edificaciones, volcanes de arena, asentamientos diferenciales, etc., como ha quedado evidenciado en numerosos terremotos ocurridos en diferentes partes del mundo. Factores que determinan el fenómeno de licuación:

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Magnitud del movimiento sísmico.-Está relacionada con la magnitud de los esfuerzos y deformaciones inducidos en el terreno por este movimiento. Dependiendo de la distancia hipocentral, la magnitud producirá cierto valor de aceleración máxima en la roca basal, la cual sufrirá amplificación, dependiendo de las condiciones locales del suelo, hasta llegar a la superficie, de esta manera la propagación de las ondas de corte durante un terremoto a través del esqueleto del suelo, producirá una complicada distribución de esfuerzos de corte en función del tiempo, causando así deformaciones en la masa de suelo cuya magnitud dependerá de la magnitud del terremoto. Duración del movimiento sísmico.- La duración de un movimiento sísmico es corto (entre 5 a 40 segundos), pero si este es intenso, predominará la condición no drenada, es decir la disipación de la presión de poros se verá restringida, y por el contrario se evidenciará el aumento de la misma, produciendo en algún momento condiciones de esfuerzo efectivo nulo, y por lo tanto licuación. Granulometría del suelo.- Los suelos más susceptibles a sufrir licuación son aquellos que poseen una granulometría uniforme, siendo las arenas finas uniformes las que son más propensas a licuar que las arenas gruesas uniformes. Algunos autores indican que las arenas limosas poseen mayor resistencia a sufrir licuación con respecto a las arenas limpias o con escaso contenido de finos. El problema de licuación será más serio si el suelo tiene un coeficiente de uniformidad mayor o igual a 2. Densidad Relativa .- Durante la ocurrencia de un terremoto, una arena suelta puede sufrir licuación mientras que este mismo suelo en un estado más compacto puede no evidenciar el fenómeno. Una arena con un valor de resistencia a la penetración estándar de 40 golpes/30cm (densidad relativa de70 a 80%) puede mostrar evidencias de licuación en la forma de volcanes de arena, pero no es probable que experimente más del 10% de deformación por corte

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bajo la influencia de la vibración sísmica, aún después de que se hayan desarrollado altas presiones de poros. En contraste con ello, arenas con valor de 20 golpes/pie (densidad relativa de 30 a 60%), pueden desarrollar relaciones de presiones de poro de 100% y experimentar deformaciones por corte muy grandes del orden del 25-30%, bajo la acción de los esfuerzos de corte aplicados. Profundidad del nivel freático.- Es una condición necesaria para que ocurra licuación. La presión de poros, producida por el agua que ocupa los vacíos existentes entre las partículas del material debido a la posición del nivel freático, se incrementa por efecto de la vibración producida en el movimiento sísmico. Por consiguiente, la ubicación del nivel freático cuando se produzca un terremoto en un depósito arenoso, será de mucha importancia porque regirá la condición de saturación y por lo tanto, influirá también en el esfuerzo efectivo.

Efectos dañinos que produce la licuación: Son tres tipos de falla del terreno asociados al fenómeno de licuación de suelos: 1) Desplazamiento lateral.- Es el tipo más común de falla del terreno por licuación de suelos, involucra el movimiento lateral de las capas superficiales como resultado de la licuación y la pérdida transitoria de la resistencia de las capas inferiores, estoocurre generalmente en terrenos relativamente llanos (con pendientes comprendidas entre el 0.5 y5%). En condiciones normales el desplazamiento lateral tiene un rango de pocos metros, y en condiciones anormales pueden ocurrir desplazamientos laterales de varias decenas de metros acompañados de grietas en el terreno y desplazamientos diferenciales verticales. Los desplazamientos laterales muy a menudo distorsionan las cimentaciones de edificios, dañan las tuberías de desagües y otras estructuras a lo largo de la zona afectada. El daño ocasionado por este tipo de falla no es siempre espectacular y raras veces catastrófico, sin embargo es muy destructor. En el terremoto de Alaska de 1964 se dañaron 266 puentes hasta el punto de requerir reemplazo o grandes trabajos de reparación. Este tipo de falla es particularmente destructiva para las tuberías. Por ejemplo, casi todas las roturas de tuberías en la ciudad de San Francisco durante el terremoto de 1906 ocurrieron en áreas de desplazamiento lateral; cuando surgieron incendios en la ciudad, no se pudo contar con agua de las tuberías para extinguir el fuego. Existen técnicas de estabilización contra fallas de desplazamiento lateral, pero son relativamente caras y sólo únicamente justificables en lugares críticos. Las técnicas de estabilización incluyen la remoción, compactación, inyección, drenaje o la utilización de contrafuertes. 2) Falla de Flujo.-Son las fallas del terreno más catastróficas causadas por el fenómeno de licuación. Los flujos pueden movilizarse a grandes distancias (decenas de metros) a altas velocidades (decenas de Km/h). Los flujos pueden involucrar suelo completamente licuado o bloques de suelo firme viajando sobre una capa de suelo

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licuado. Este tipo de falla se desarrolla generalmente enarenas saturadas, sueltas, con pendiente del terreno mayor que 5%.Muchas de las mayores y más dañinas fallas de flujo se han desarrollado bajo agua en áreas costeras. Por ejemplo las fallas de flujo submarinas que afectaron grandes secciones de los puertos de Seaward, Whittier y Valdez en Alaska. Estas fallas adicionalmente generaron grandes olas que causaron daños adicionales y pérdidas de vidas. La falla en Valdez durante el terremoto de Alaska de 1964, involucró 75 millones de metros cúbicos de sedimentos deltaicos y ocasionó la destrucción del puerto. Esta falla ocasionó desplazamientos laterales de 5 metros en la población detrás del puerto, ocasionando daños adicionales. No se han desarrollado medidas prácticas para estabilizar fallas de flujo similares a las presentadas. En el caso de Valdez, se trasladó a la población 6 Km al noroeste, en un terreno más estable. En tierra firme, las fallas de flujo han sido más catastróficas aunque menos frecuentes que los flujos submarinos. Durante el terremoto de Kansu, China de 1920 se produjeron varias fallas de flujo cuyo tamaño fue de hasta 1.6 Km de largo y ancho. Se cree que la presión del aire, en vez de la presión de poros generó dichas fallas. No existen técnicas prácticas para prevenir este tipo de falla. Las fallas de flujo pequeñas durante los terremotos son comunes en terrenos montañosos húmedos y arenosos. Por ejemplo, en los depósitos de arena eólica de San Francisco en el terremoto de 1906 y en los depósitos volcánicos de Tokachioki, Japón y Chile. Otro de los efectos de falla por flujo por licuación inducida por sismo, han sido los evidenciados en depósitos y presa de relaves antiguas, construidas por el método de aguas arriba, algunas de ellas con consecuencias catastróficas para los recursos humanos y económicos y para el medio ambiente. Este tipo de fallas han sido muy comunes en décadas pasadas obligando a mejorar las técnicas de construcción de presas de relaves en áreas de alta actividad sísmica. 3) Pérdida de la capacidad portante .- Cuando el suelo que soporta una edificación licua y pierde su resistencia, pueden ocurrir grandes deformaciones en el suelo, que ocasionan que la edificación se asiente, se incline o sumerja. Aunque esta es una falla espectacular, es la menos común producida por licuación. 6.-APLICACIÓN DE LA NORMA E.050 PARA ESTUDIOS DE SUELOS EN LA LOCALIDAD DONDE LABORA. Aplicación de las Técnicas de Investigación La investigación de campo se realizará de acuerdo a lo indicado en la presente Norma, respetando las cantidades, valores mínimos y limitaciones que se indican en esta y adicionalmente, en todo aquello que no se contradiga, se aplicará la “Guía normalizada para caracterización de campo con fines de diseño de ingeniería y construcción” NTP 339.162 (ASTM D 420) a) b)

Pozos o Calicatas y Trincheras Perforaciones Manuales y Mecánicas

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b-1) Perforaciones mediante Espiral Mecánico b-2) Perforaciones por Lavado con Agua. c) Método de Ensayo de Penetración Estándar (SPT) NTP 339.133 (ASTM D 1586) d) Ensayo de Penetración Cuasi-Estática Profunda de Suelos con Cono y Cono de Fricción (CPT) NTP339.148 (ASTM D 3441) e) Cono Dinámico Superpesado (DPSH) UNE 103-801:1994 f) Método de ensayo normalizado para la auscultación con penetrómetro dinámico ligero de punta cónica (DPL) NTP339.159 (DIN 4094) g) Método Normalizado para Ensayo de Corte con Veleta de Campo en Suelos Cohesivos NTP 339.155 (ASTM D 2573) h) Método de Ensayo Normalizado para la Capacidad Portante del Suelo por Carga Estática y para Cimientos Aislados NTP 339.153 (ASTM D 1194) La aplicación de la norma E.050 para estudios de suelos, se emplea en todo el territorio peruano, la misma que considera los criterios mínimos necesarios, esta norma no considera los efectos de los fenómenos de geodinámica externa y no se aplica en los casos que haya presunción de la existencia de ruinas arqueológicas; galerías u oquedades subterráneas de origen natural o artificial. En ambos casos deberán efectuarse estudios específicamente orientados a confirmar y solucionar dichos problemas. En la ciudad del cusco, por contar con gran cantidad de restos arqueológicos, dependiendo del tipo de construcción en el caso de necesitarlo es el Ministerio de Cultura conjuntamente con las Municipalidades, los encargados de3 hacer seguimiento del mismo, solicitándose muchas veces estudios arqueológicos y planes de monitoreo arqueológico para continuar con el normal proceso de ejecución de la obra asignada de carácter obligatorio en respaldo del patrimonio existente, muchas veces esto dificulta el proceso de construcción sobretodo generando ampliaciones de plazo y restricciones en el caso de encontrarse una evidencia arqueológica. Obligatoriedad de los estudios a. Casos donde existe obligatoriedad Es obligatorio efectuar el EMS en los siguientes casos:  Edificaciones en general, que alojen gran cantidad de personas, equipos costosos o peligrosos, tales como: colegios, universidades, hospitales y clínicas, estadios, cárceles, auditorios, templos, salas de espectáculos, museos, centrales telefónicas, estaciones de radio y televisión, estaciones de bomberos, archivos y registros públicos, centrales de generación de electricidad, sub-estaciones eléctricas, silos, tanques de agua y reservorios, empresas prestadoras de servicios públicos, entidades públicas y privadas e instalaciones militares en general.  Cualquier edificación no mencionada en a) de uno a tres pisos, que ocupen individual o conjuntamente más de 500 m2 de área techada en planta.

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 Cualquier edificación no mencionada en a) de cuatro o más pisos de altura, cualquiera que sea su área.  Edificaciones industriales, fábricas, talleres o similares.  Edificaciones especiales cuya falla, además del propio colapso, represente peligros adicionales importantes, tales como: reactores atómicos, grandes hornos, depósitos de materiales inflamables, corrosivos o combustibles, paneles de publicidad de grandes dimensiones y otros de similar riesgo.  Cualquier edificación que requiera el uso de pilotes, pilares o plateas de fundación.  Cualquier edificación adyacente a taludes o suelos que puedan poner en peligro su estabilidad. En los casos en que es obligatorio efectuar un EMS, de acuerdo a lo indicado en este numeral, el informe del EMS correspondiente deberá ser firmado por un Profesional Responsable (PR). b. Casos donde no existe obligatoriedad de elaborar un EMS de acuerdo al numeral  Sólo en caso de lugares con condiciones de cimentación conocida debidas a depósitos de suelos uniformes tanto vertical como horizontalmente, sin los problemas especiales de cimentación indicados en el Capítulo 6, con áreas techadas en planta de primer piso menores que 500 m2 , de hasta tres pisos y sin sótano, el PR podrá asumir los valores de la Presión Admisible del Suelo, profundidad de cimentación y cualquier otra consideración concerniente a la Mecánica de Suelos, basándose en no menos de 3puntos de investigación hasta la profundidad mínima “p” indicada en el numeral 2.3.2.c. Estos datos, incluyendo los perfiles de suelos, plano de ubicación de los puntos de investigación y fotografías, deberán figurar en un Informe Técnico que deberá elaborar el PR, el que no constituye un EMS.

En general las entidades encargadas de hacer cumplir la norma e050 son En la región del Cusco el Gobierno Regional, Municipalidades, Provinciales, Distritales y Entidades privadas que efectúan obras en el ámbito de la Region del Cusco. Esta norma como refiere tanto para obras horizontales como verticales se hace cumplir de acuerdo a lo establecido en la misma siendo incluso incluida en estudios previos(elaboración de Perfiles) las cuales se profundizan mas exactamente en el proceso de elaboración del expediente técnico. En el ámbito de la región del cusco se tiene diferentes laboratorios que nos pueden garantizar la veracidad de los resultados como son SENCICO, Laboratorio de Mecanica de Suelos de la Universidad Nacional San antonio Abad del Cusco, Laboratorio de la Universidad Andina del Cusco, laboratorio de suelos del Gobierno Regional del Cusco, Del MTC, entre otros. Como ente que vela por el cumplimiento de la norma es el CAP y el CIP del Cusco.

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7.INTERACCIÓN SUELO ESTRUCTURA - AMPLIFICACIÓN SÍSMICA FENÓMENO DE RESONANCIA Entre los problemas estructurales más comunes y peligrosos se encuentra el llamado primer piso blando, es decir el primer entrepiso de un edificio cuenta con una rigidez considerablemente menor en relación con el siguiente nivel. El problema en este caso es que la amplificación dinámica de la respuesta, y por tanto la distorsión de entrepiso a la que estará sujeto el piso blando, no se disminuye al aumentar la rigidez cuando se considera únicamente el comportamiento elástico. Desde el punto de vista de la dinámica del sistema, tanto el primer piso blando como los efectos de interacción suelo estructura se reflejan en un cambio de la rigidez, lo que lleva a pensar que ambos fenómenos podrían tener características similares. Si se hace una analogía entre ambos efectos (interacción suelo estructura y entrepiso blando), se piensa lógico considerar la presencia de un primer piso blando como un estrato de suelo en el cuál está desplantada una estructura equivalente a los niveles superiores, en otras palabras, un caso de base flexible igual al de los efectos de interacción suelo estructura. De esta manera, se puede ver que la diferencia principal desde el punto de vista estructural entre ambos efectos es la menor capacidad de deformación que tiene el piso blando antes de colapsar, en comparación a las deformaciones que puede sufrir el suelo sin fallar. La respuesta sísmica de la estructura está íntimamente ligada a la forma como los movimientos sísmicos del terreno afectan la estructura a través de su cimentación. Las características dinámicas del suelo subyacente, la rigidez, disposición de la cimentación y el tipo de sistema estructural de la edificación interactúan entre sí para caracterizar los efectos sísmicos sobre ella. En ese sentido la respuesta de la estructura ante las solicitaciones estáticas verticales y dinámicas (sismo) puede variar con respecto al estimativo que se realiza sin tener en cuenta la interacción suelo estructura en los siguientes aspectos:    

La distribución de esfuerzos y deformaciones bajo la cimentación varía por la presencia de suelos blandos Los períodos de vibración de la edificación generalmente aumentan. Aumenta el amortiguamiento viscoso equivalente del sistema estructuracimentación-suelo. Dado que la cimentación puede rotar y trasladarse, los desplazamientos de la estructura se incrementan, magnificando los efectos P-Δ (deficiente desempeño

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de columnas debido a la presencia de efectos de segundo orden), especialmente en los edificios de gran altura. Cambian las fuerzas cortantes horizontales producidas por el movimiento sísmico. Cambian todas las solicitaciones en los elementos estructurales.

Los efectos de interacción suelo estructura no deben confundirse con los efectos de sitio, los causados por la amplificación de la onda sísmica al viajar desde la roca hasta la superficie Al considerar la estructura cimentada sobre un suelo flexible y no sobre un soporte rígido se modifican significativamente los parámetros dinámicos de la estructura, así como las características del movimiento del terreno cerca a la cimentación. El fenómeno de interacción suelo-estructura puede ser discriminado en dos aspectos diferentes: a) Interacción "cinemática": Es el fenómeno asociado a la modificación del ambiente sísmico como consecuencia de una inclusión rígida o casi rígida en un medio deformable. Esto ocurre con las plateas de fundación asentadas en suelos cuya rigidez es muy inferior a la propia de la platea. b) Interacción "dinámica": Es el fenómeno asociado a la modificación de amplitudes y frecuencias como consecuencia del acoplamiento dinámico entre la superestructura y el suelo de fundación. Ambos efectos se combinan de manera tal que los movimientos del suelo en la superficie libre en el lugar de observación, cuando no hay efectos producidos por construcciones, son muy diferentes de los observables en el mismo punto una vez construida la estructura, para el mismo evento sísmico.

Amplificación sísmica fenómeno de resonancia Este fenómeno se presenta durante sismos que afecten zonas de suelo blando con profundidades de sedimentos superiores a los 70 m el cual consiste en un movimiento armónico de la superficie del terreno el que es transmitido a los edificios los cuales vibran de una manera particular

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Existen dos parámetros que influyen enmayor medida sobre la forma del espectro de larespuesta, o su contendido de la frecuencia, sonel tipo de sismo y las condiciones locales delsuelo. La influencia de estos dos parámetros sobrela forma de la respuesta se produce como resultadodel fenómeno de la resonancia. En realidad, elhecho de que un sismo concreto tenga una predominanciade energía centrada en un campo de frecuenciaen particular provoca que el espectro de larespuesta tenga amplitudes mayores en esemismo campo de la frecuencia. Dos aspectos quepueden producir diferencias en los espectros sonla distancia del emplazamiento a la fuente sísmicay las características locales del suelo. Las grandesdistanciashipocentrales tienden a disminuir loscomponentes de alta frecuencia del movimientolocal del suelo. Asimismo, los suelos blandos tambiéntienden a amplificar los componentes de bajafrecuencia del movimiento del suelo, mientras queen el caso de los suelos duros, los componentesde alta frecuencia se amplifican. Finalmente, los depósitos de suelo tipo que pueden amplificar el movimiento sísmico tienen las siguientes características: consistencia blanda, con un grado de consolidación bajo, caracterizados por velocidad de ondas sísmicas de cizalla bajas y el caso típico es la arcilla. También es importante el espesor de los sedimentos y las características de la columna estratigráfica. Las causas de esta amplificación del suelo se deben, principalmente, al contraste de impedancias entre dos medios en contacto y al efecto de resonancia debida a la diferencia de frecuencias entre la correspondiente al depósito sedimentario y a la del movimiento sísmico. Los principales factores que intervienen en la respuesta sísmica del suelo incluyen la edad del depósito de suelo, el comportamiento no lineal del mismo y la potencia de la columna litológica. Los estudios de respuesta sísmica del suelo (conocidos como estudios de zonación sísmica) tienen que describir claramente las propiedades geotécnicas y dinámicas del depósito de suelo. Las características geotécnicas más importantes son el índice de plasticidad, la densidad y la historia de tensiones del suelo estudiado. Las propiedades dinámicas más importantes son la rigidez y el amortiguamiento del material y dependen de la deformación experimentada durante la sacudida sísmica. Dichas propiedades también varían en función de las características físicas del suelo. En definitiva, los estudios de respuesta sísmica deben mostrar los perfiles de variación de la velocidad de las ondas sísmicas de cizalla con la profundidad, perfiles de densidad del material y perfiles de variación del módulo de corte con la profundidad.

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En estudios futuros relacionados con la respuesta sísmica del suelo sería interesante analizar lainfluencia de las variaciones del nivel freático en la amplificación sísmica ya que introducenvariaciones en la historia de tensiones del suelo. Asimismo se podrían estudiar posibles efectostopográficos, interacciones suelo-estructura y valorar el grado de daño estructural queproducirían posibles eventos sísmicos. 8.- COLAPSABILIDAD DE SUELOS POTENCIAL DE COLAPSO Se identifican como suelos Colapsables aquellos depósitos formados por arenas limos y en algunos casos cementados por arcillas y sales que si bien resisten cargas considerables en estado seco sufren pérdidas de su conformación estructural acompañadas de severas reducciones en el volumen exterior cuando su humedad aumenta o se saturan, definiendo este término como cualquier disminución rápida de volumen del suelo, producida por el aumento de cualquiera de los siguientes factores:     

Contenido de humedad (w) Grado de saturación (Sr) Tensión media actuante (τ) Tensión de corte (σ) Presión de poros (u)

El colapso por hundimiento son aquellos suelos, en que un aumento en el contenido de humedad, provoca una brusca disminución de volumen, sin la necesidad de un aumento en la presión aplicada. Por tanto se advierte: Por un lado una destrucción o un cambio en la estructura que el suelo tenía originalmente, y por el otro lado, un agente externo: el agua, que provoca este fenómeno. En el proceso de consolidación de suelos saturados (Teoría clásica de Terzaghi) también se produce una disminución de volumen, pero puede decirse que en muchos aspectos el colapso es lo contrario de la consolidación. Tipos de suelo colapsables:  Aluviales y Coluviales  Eólicos  Cenizas volcánicas  Suelos residuales Este tipo de suelos se caracterizan por poseer estructura macro porosa, con relación de vacíos (e), entre relativamente alto, a muy alto, granulometría predominantemente fina,

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con predominio de fracciones de limos y de arcilla. El tamaño de los granos es generalmente poco distribuido y con los granos más grandes escasamente meteorizados. La mayoría de las veces, la cantidad de la fracción arcilla es relativamente escasa, pero sin embargo, tiene una influencia importante en el comportamiento mecánico de la estructura inter granular. Para determinar el tipo de colapsabilidad del suelo se hacen pruebas de consolidación de laboratorio (ensayos de colapso: endométricos, triaxiales, etc.), en estas pruebas se reproduce el efecto de saturación súbita del terreno cuando se lo somete a una carga de magnitud prefijada. Además de los ensayos en laboratorio, se realiza una estimación del emplazamiento y se consideran los siguientes puntos:   

Cota del nivel freático y sus oscilaciones estacionales Antigüedad del terreno y consolidación Determinar tipo de cimentaciones a construir

Los ensayos y análisis de colapsabilidad de estos suelos se identifican cuando el volumen de vacíos iguala a la cantidad de agua en el límite líquido para mayor cantidad de agua o menor volumen de vacíos el suelo es inestable Diseño de cimentaciones en suelo no susceptibles a la humedad Para fines de diseño real de cimentaciones, se llevan a cabo algunas pruebas de carga estándar en campo en depósitos de loes en Nebraska y en Iowa, en la figura siguiente note que las relaciones carga-asentamiento son esencialmente lineales hasta cierta presión crítica, pcr, en la cual se tiene una ruptura de la estructura del suelo y por consiguiente un asentamiento considerable. Las rupturas repentinas de la estructura de suelos son más comunes en suelos con contenido de agua natural alto que en suelos normalmente secos.

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Resultados de prueba de carga estándar en depósitos tipo Loes en Iowa y Nebraska. Si se toman suficientes precauciones en el campo para impedir que la humedad se incremente bajo las estructuras, se construyen cimentaciones corridas y losas de cimentación sobre suelos potencialmente colapsables. Sin embargo, las cimentaciones deben proporcionarse de manera que los esfuerzos críticos en el campo nunca se excedan. Un factor de seguridad de aproximadamente 2.5 a 3 debería usarse para calcular la presión admisible del suelo, o

Donde: padm : presión admisible del suelo pcr: presión crítica FS : factor de seguridad (entre 2.5 y 3) Los asentamientos diferenciales y totales de esas cimentaciones deben ser similares a los de las cimentaciones diseñadas para suelos arenosos. Las cimentaciones continuas son más seguras que las cimentaciones aisladas sobre suelos colapsables, ya que minimizan efectivamente los asentamientos diferenciales. En la construcción de estructuras pesadas, como silos para granos, sobre suelos colapsables, a veces son permitidos asentamientos de aproximadamente 1 pie (0.3 m). En este caso no es probable que ocurra una inclinación de la cimentación debido a que no hay una carga excéntrica. El asentamiento total esperado para tales estructuras debe estimarse por medio de pruebas de consolidación estándar en muestras con contenido de agua de campo. Sin carga excéntrica, las cimentaciones exhibirán un asentamiento uniforme sobre depósitos tipo loes; sin embargo, si el suelo es de naturaleza aluvial natural o residual, el asentamiento podrá no ser uniforme. La razón es la no uniformidad generalmente encontrada en los suelos residuales. En la construcción de estructuras pesadas deberá tenerse un cuidado extremo al plantarlas sobre suelos colapsables. Si se esperan grandes asentamientos deberán considerarse cimentaciones a base de pilotes o pilas perforadas. Ese tipo de cimentaciones transfieren la carga a un estrato con mayor capacidad de carga.

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Diseño de cimentaciones en suelo susceptibles a la humedad Si es probable que el estrato superior de suelo se humedezca y se colapse algún tiempo después de la construcción de la cimentación, deben considerarse varios procedimientos para evitar la falla de la cimentación, tales como: Si la profundidad esperada de humedecimiento es aproximadamente de 5 a 6.5 pies (4.5 a 2 m) desde la superficie del terreno, el suelo debe ser humedecido y recompactado por medio de rodillos pesados. Zapatas corridas y losas pueden construirse sobre el suelo compactado. Una alternativa a la recompactación por medio de rodillos pesados es el apisonado pesado a veces denominado cornpactación dinámica, consistente principalmente en dejar caer repetidamente un gran peso sobre el terreno. La altura de caída varía de 25 a 100 pies (8 a 30 m). Si las condiciones son favorables, zanjas de cimentación se inundan con soluciones de silicato de sodio y cloruro de calcio para estabilizar el suelo químicamente. El suelo se comportará como una arenisca blanda y resistirá el colapso al saturarse. Este método tiene éxito sólo sí las soluciones penetran a la profundidad deseada; el método es entonces principalmente aplicable a depósitos de arena fina. Los silicatos son algo costosos y en general no se usan. Sin embargo, en algunas partes de Denver, los silicatos han sido usados con mucho éxito. La inyección de una solución de silicato de sodio (estos son muy costoso y en general no se usan), se usa para suelos colapsables secos y para suelos colapsables húmedos que se compriman bajo el peso adicional de la estructura a construirse sobre ellos. Cuando el estrato de suelo es susceptible al humedecimiento hasta una profundidad de aproximadamente 10 m, se usan varios procedimientos para ocasionar el colapso del suelo antes de la construcción de la cimentación. Dos de ellos son la vibroflotación y el embalse. La vibroflotación se usa con éxito en suelos de drenaje libre. El procedimiento de embalse (por medio de la construcción de diques de baja altura) se utiliza en sitios que no tienen capas impermeables. Sin embargo, aún después de la saturación y del colapso del suelo por embalse, algún asentamiento adicional del suelo llega a ocurrir después de la construcción de la cimentación. Si el precolapso del suelo no es práctico, las cimentaciones pueden extenderse más allá de la zona de posible humedecimiento, requiriendo pilotes y pilas perforadas. El diseño

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de estas cimentaciones debe tener en consideración el efecto de la fricción negativa que resulta del colapso de la estructura del suelo y del asentamiento asociado de la zona de humedecimiento subsecuente. Medidas preventivas   

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9.-

Remoción del suelo colapsable, cuando su profundidad y espesor lo hacen factible Restricción o minimización del humedecimiento, por medio de drenaje y reglamentación del uso de agua Transferencia de las cargas a suelos inertes, mediante cimentaciones profundas o semiprofundas, cuando la profundidad de estos es razonable. Debed tenerse en cuenta sobre los pilotes la posible fricción negativa originada en el fenómenocolapsable Estabilización por inyección de agentes químicos, puede aplicarse localmente o en reparación de estructuras dañadas. Su costo lo hace prohibitivo en grandes extensiones. Prehumedicimiento, se recomienda el procedimiento en combinación con algún tipo de sobrecarga de manera que se logre el colapso anticipado del material defectuoso, es importante verificar el destino del agua agregada, porque es factible que a causa de la estratificación natural, su flujo se efectúe más horizontalmente que en forma vertical y no se logre el efecto esperado. Compactación, puede lograrse con compactadores vibratorios convencionales, en combinación con humedecimiento moderado. También debe considerarse la factibilidad de instalar pilotes de desplazamiento por hincado o pilotes de grava, hasta la profundidad requerida para pasar la capa potencialmente problemática. Diseño estructural tolerable, en los casos donde se demuestra que el asentamiento resultante del colapso no es inadmisible, debe diseñarse la estructura para resistir dicho movimiento sin distorsión ni daño aparente. PROBLEMAS DE SUELOS DISPERSIVOS O ERODABLES

En la naturaleza existen ciertos suelos finos que son altamente erosionables, conocidos como suelos dispersivos. En el pasado, los suelos arcillosos fueron considerados altamente resistentes a la erosión al fluir agua, pero en los últimos años tiende a ser mas claramente sobreentendido que en la naturaleza existen ciertas arcillas que son altamente erosionables. Estos suelos son conocidos como suelos formados por arcillas dispersivas. Por la naturaleza de su mineralogia y la quimica del agua en la masa del suelo, son susceptibles a la separación de las partículas individuales y a la posterior erosión a través de grietas en el suelo bajo la filtración de flujos.

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La dispersión es un proceso por el cual un suelo deflocura espontáneamente cuando esté expuesto al agua que tenga poco o nada de velocidad hidráulica. Se piensa que la dispersión generalmente es causada por la repulsión electrostática entre las partículas de la arcilla, resultando en la formación de una suspensión coloidal estable del suelo. Los suelos dispersivos son aquellos que por la naturaleza de su mineralogía y la química del agua en el suelo, son susceptibles a la dispersión y a la posterior erosión de estas muy pequeñaa partículas a través de grietas o fisuras finas o de hendiduras en el suelo. Son altamente erosivos a bajos gradientes hidráulicos del flujo del agua. Incluso en algunos casos en agua en reposo. Tipos de ensayos: Los suelos dispersivos no pueden ser identificados con una clasificación visual del suelo o con un índice de normas de ensayos tales, como el análisis granulométrico o los limites de Atterberg y por lo tanto a causa de ésto han sido ideados otros ensayos. Las arcillas deben ser ensayadas por características dispersivas como un procedimiento, de rutina realizable durante los estudios para presas de tierra y otras estructuras hidráulicas en el cual estas puedan ser empleadas. A continuación presentaremos algunos de los ensayos de laboratorio que algunos autores han usado para la identificación de este tipo de suelo. El Ensayo de Crumb El ensayo de Emerson Crumb (Emerson, 1967) fue desarrollado como un procedimiento simple para identificar el comportamiento dispersivo en campo, pero ahora es muy frecuente usado en el Laboratorio. El ensayo de Crumb entrega una buena indicación del potencial de erodibilidad de los suelos de arcillas; sin embargo un suelo dispersivo puede a veces dar una reacción no dispersiva en el ensayo de Crumb. Si el ensayo de Crumb señala dispersión, lo más probable es que el suelo sea dispersivo. Aqui cito los principales ensayos: •Ensayo de Pinhole Test ( ASTM D 4647-93, USBR 5410-89) •Sales Solubles en el Agua de Poros •Ensayo del Doble Hidrómetro (ASTM D 4221-90, USBR 5405-89) •Ensayo de Crumb (USBR 5400-89)  El Ensayo del Doble Hidrómetro

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El ensayo del Servicio de Conservación del Suelo de EEUU, también conocido como Ensayo del Doble Hidrómetro, o el Ensayo de Dispersión en Porcentaje (Norma de la Asociación de Australia de 1980). Este ensayo implica dos ensayos del Hidrómetro en suelos tamizados a través del tamiz de 2.36 mm. Los ensayos del Hidrómetro son conducidos con y sin dispersante.

Porcentaje de Dispersión como es determinado en el ensayo del doble

Hidrómetro

La dispersión en porcentaje es: donde: A = porcentaje de suelos más finos que 0.005 mm para el ensayo sin dispersante. B = porcentaje de suelos más finos que 0.005 mm para el ensayo con dispersante. Sherard et al. (1976) señalan que los suelos con un porcentaje de dispersión mayor que el 50% son susceptibles a la dispersión y a las fallas de tubificación en presas, y aquellos con un porcentaje de dispersión menor que el 15 % no son susceptibles. Ellos también señalaron que existe una buena correlación entre el ensayo de Dispersión en Porcentaje y el Ensayo de Pinhole. El Ensayo de Pinhole La clasificación de dispersión de Pinhole, conocido también como el Ensayo de Pinhole, o el ensayo de PinholeSherard (Normas de la Asociación de Australia, 1980) Este ensayo fue desarrollado por Sherard et. al (1976). Un hueco de 1.0 mm de diámetro es perforado en el suelo a ser ensayado, y a través del agujero se pasa agua bajo diferentes cargas y duraciones variables. El suelo es tamizado a través del tamiz de 2.36 mm y compactado aproximadamente en el límite plástico a una proporción de densidad del 95 % (las condiciones a simular en un terraplén de presa con una fisura o agujero en el suelo).Dibujo Esquemático del Equipo del Ensayo de Pinhole Identificación in situ:

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La presencia de quebradas profundas y fallas por tubificación en pequeñas presas. La erosión en grietas de los caminos. La erosión tipo tunel a lo largo de las quebradas o las arcillas unidas en roca. La presencia de agua nublada en presas pequeñas y charcos de agua luego de la lluvia.

Observación directa de dispersión en una muestra pequeña de suelo

10.- CLASIFICACIÓN DE SUELOS MÉTODOS SUCS Y AASHTO Teniendo en cuenta que en la naturaleza existe una gran variedad de suelos, laingeniería de suelos ha desarrollado algunos métodos de clasificación de losmismos. Cada uno de estos métodos tiene prácticamente, su campo deaplicación según la necesidad y uso que los haya fundamentado. El objetivo de la clasificación de suelos es de ordenarlos en grupos en base a su granulometría, esto nos facilita la comparación de sus propiedades entre distintos tipos de suelos. La clasificación del suelo es de suma importancia para la creación del modelo geotécnico y el diseño de cimentaciones en un terreno en específico, debido a que se requiere conocer el tipo de suelo en el lugar a realizar la futura obra de índole civil. Existen dos métodos estándar de clasificación se suelos según su granulometría que son: Sistema de clasificación según SUCS (Sistema Unificado de Clasificación de Suelos). La clasificación SUCS se usa para cimentaciones. Sistema de clasificación según AASHTO (Asociación Americana de Funcionarios de Carreteras Estatales y Transporte). La clasificación AASHTO se usa en vías.

Serie de

Tamizado

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Clasificación de suelos métodos SUCS Este sistema clasifica los suelos en dos amplias categorías: “suelos de grano grueso que son de naturaleza tipo grava y arenosa con menos del 50% pasando la malla 200 y los suelos de grano fino con 50% o más pasando la malla 200”. Para clasificar apropiadamente un suelo utilizando este sistema, deben conocerse lo siguiente:  El porcentaje de grava, el porcentaje de arena, el porcentaje de limo y arcilla  Los coeficientes de uniformidad y curvatura  El límite líquido e índice de plasticidad. Los primeros cinco datos se obtienen a partir de un análisis granulométrico. El método SUCS presenta diversa nomenclatura; para suelos granulares, las siglas son G (grava), S (arena), W (bien graduada) y P (mal graduada). Para suelos finos la nomenclatura es M (limo), C (arcilla), H (alta compresibilidad) y L (baja compresibilidad). Y para los suelos orgánicos la sigla es Pt (turba). A continuación se muestra un cuadro con un resumen de las divisiones principales, símbolos del grupo, nombres típicos e identificación de laboratorio

DIVISIONES PRINCIPALES

SUELOS DE GRANO GRUESO

GRAVA S Más de la mitad

Símbolo NOMBRES s del TÍPICOS grupo

Gravas limpias GW (sin o con pocos finos)

Gravas, bien graduadas, mezclas grava-arena, pocos finos o sin finos.

IDENTIFICACIÓN LABORATORIO

DE

Determinar Cu=D60/D10>4 porcentaje Cc=(D30)2/D10x de grava y D60 entre 1 y 3 arena en la

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Más de la mitad del material retenido en el tamiz n° 200

de la fracción gruesa es retenida por el tamiz n° 4 (4,76 mm)

GP

GM Gravas con finos (apreciable cantidad de finos) GC

SW Arenas ARENA limpias (pocos o sin S Más de finos) SP la mitad de la fracción gruesa pasa por el tamiz Arenas con SM n° 4 finos (4,76 (apreciable mm) cantidad de finos) SC

curva Gravas mal granulométr graduadas, mezclas ica. Según el grava-arena, pocos porcentaje finos o sin finos. de finos (fracción inferior al Gravas limosas, tamiz mezclas grava- número 200). Los arena-limo. suelos de grano grueso se clasifican Gravas arcillosas, como sigue: mezclas grava- GW,GP,S arena-arcilla. W,SP. >12%>GM,GC,S Arenas bien M,SC. graduadas, arenas 5 al 12%con grava, pocos >casos finos o sin finos. límite que requieren Arenas mal usar doble graduadas, arenas símbolo. con grava, pocos finos o sin finos.

Arenas limosas, mezclas de arena y limo.

Arenas arcillosas, mezclas arenaarcilla.

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No cumplen con las especificaciones de granulometría para GW. Límites de Atterber g debajo de la línea A o IP7.

Encima de línea A con IP entre 4 y 7 son casos límite que requiere n doble símbolo .

Cu=D60/D10>6 Cc=(D30)2/D10x D60 entre 1 y 3 Cuando no se cumplen simultáneamente las condiciones para SW. Límites de Atterber g debajo de la línea A o IP7.

Limos y arcillas: Límite líquido menor de 50 SUELOS DE GRANO FINO Más de la mitad del material pasa por el tamiz n° 200

Limos y arcillas: Límite líquido mayor de 50

ML

Limos inorgánicos y arenas muy finas, limos limpios, arenas finas, limosas o arcillosas, o limos arcillosos con ligera plasticidad.

CL

Arcillas inorgánicas de plasticidad baja a media, arcillas con grava, arcillas arenosas, arcillas limosas.

OL

Limos orgánicos y arcillas orgánicas limosas de baja plasticidad.

MH

Limos inorgánicos, suelos arenosos finos o limosos con mica o diatomeas, limos elásticos.

CH

Arcillas inorgánicas de plasticidad alta.

OH

Arcillas orgánicas de plasticidad media a elevada;

interme dios que precisan de símbolo doble.

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limos orgánicos.

Suelos muy orgánicos

PT

Turba y otros suelos de alto contenido orgánico.

LIMITES DE ATTERBERG Carta de Plasticidad

IP = 0.9 0( LL

IP = 0.73(LL-20)

El sistema unificado de clasificación de suelos no se concreta a ubicar el material dentro de uno de los grupos enumerados, sino que abarca, además, una descripción del mismo, tanto alterado como inalterado. Esta descripción puede jugar un papel importante en la formación de un sano criterio técnico y, en ocasiones, puede resultar de fundamental importancia para poner de manifiesto características que escapan a la mecánica de las pruebas que se realizan. En los suelos gruesos en general, deben proporcionarse los siguientes datos: nombre típico, porcentajes aproximados de grave y arena, tamaño máximo de las partículas, angulosidad y dureza de las mismas, características de su superficie, nombre local y geológico y cualquier otra información pertinente de acuerdo con la aplicación ingenieril que se va a hacer del material. En suelos gruesos en estado inalterado, se añadirán datos sobre estratificación, compacidad, cementación, condiciones de humedad y características de drenaje. En suelos finos, se proporcionaran en general, los siguientes datos: nombre típico, grado y carácter de su plasticidad, cantidad y tamaño máximo de las partículas gruesas, color del suelo húmedo, olor, nombre local y geológico y cualquier otra

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información descriptiva pertinente de acuerdo con la aplicación que se vaya a hacer del material. Respecto del suelo en estado inalterado, deberá agregarse información relativa a su estructura, estratificación consistencia en los estados inalterados y remoldeados, condiciones de humedad y características de drenaje Clasificación de suelos métodos AASHTO Esta clasificación Es una de las populares en carreteras y originalmente fue desarrollada por los ilustres geotécnicos Terzaghi y Hogentogler, inspirada en el modelo de Casagrande.Considera la categoría de los suelos granulares; gravas, arenas y zahorras; está compuesta por los grupos A-1, A-2 y A-3, y su comportamiento en explanadas es, en general, de bueno a excelente, salvo los subgrupos A-2-6 y A-2-7, que se comportan como los suelos arcillosos debido a la alta plasticidad de los finos que contiene, siempre que el porcentaje de estos supere el 15%. Los grupos incluidos por los suelos granulares son los siguientes: A-1: Corresponde a una mezcla bien graduada de gravas, arenas (gruesa y fina) y finos no plásticos o muy plásticos. También se incluyen en este grupo las mezclas bien graduadas de gravas y arenas sin finos. A-1-a: Incluye los suelos con predominio de gravas, con o sin material fino bien graduado A-1-b: Incluye suelos constituidos principalmente por arenas gruesas, con o sin material fino bien graduado. A-3: Corresponde a suelos constituidos por arena fina de playa o de duna, de origen eólico, sin finos limosos o arcillosos o con una pequeña cantidad de limo no plástico. También incluyen este grupo, los depósitos fluviales de arena fina mal graduada con pequeñas cantidades de arena gruesa o grava. A-2: Este grupo comprende a todos los suelos que contienen un 35% o menos de material que pasa por el tamiz nº 200 y que no pueden ser clasificados en los grupos A1 y A-3, debido a que el porcentaje de finos o la plasticidad de estos están por encima de los límites fijados para dichos grupos. Por todo esto, este grupo contiene una gran variedad de suelos granulares que estarán entre los correspondientes a los grupos A-1 y A-3 y a los grupos A-4, A-5, A-6 y A-7. A-2-4 y A-2-5: En estos subgrupos se incluyen los suelos que contienen un 35% o menos de material que pasa por el tamiz nº 200 y cuya fracción que pasa por el tamiz nº 40 tiene las características de los grupos A-4 y A-5, de suelos limosos. En estos subgrupos están incluidos los suelos compuestos por grava y arena gruesa con contenidos de limo o índices de plasticidad por encima de las limitaciones del grupo A1, y los suelos compuestos por arena fina con una proporción de limo no plástico que excede la limitación del grupo A-3.

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A-2-6 y A-2-7: En estos subgrupos se incluyen suelos como los descritos para en los subgrupos A-2-4 y A-2-5, excepto que los finos contienen arcilla plástica con tienen las características de los grupos A-6 y A-7. La categoría de los suelos limo-arcillosos está compuesta por los grupos A-4, A-5, A-6 y A-7, cuyo comportamiento en explanadas ve de regular a malo. En esta categoría los suelos se clasifican en los distintos grupos atendiendo únicamente a su límite líquido y a su índice de plasticidad, según las zonas del siguiente gráfico de plasticidad. De esta forma se clasifican también los suelos del grupo A-2 en los distintos subgrupos. La clasificación realizada de esta manera se complementa con el índice de grupo, que permita caracterizar mejor cada suelo dentro de los grupos, ya que estos admiten suelos con porcentajes de finos y plasticidad muy diferentes. El índice de grupo de obtiene mediante la siguiente expresión: (

)[

(

)]

(

)(

)

Siendo: F: % en peso que pasa por el tamiz 200 del material inferior a 75 mm, expresado en número entero. LL: Límite líquido IP: Índice de plasticidad. Cuando se aplica esta fórmula se deberá observar las siguientes reglas. Cuando el IG calculado resulte negativo, será reportado como cero Se reporta el número entero más cercano Cuando se calcule el IG de los suelos pertenecientes a los subgrupos A-2-6 y A-2-7, deberá emplearse solo la porción de la fórmula que contenga el IP El IG generalmente se muestra entre paréntesisdespués del símbolo de grupo. Debido al criterio que define a los subgrupos A-1-a, A-1-b, A-2-4, A-3-5 y al grupo A-3, sus IG = 0, por lo que en la clasificación usualmente se omite el IG de dichos suelos. Originalmente el IG fue utilizado directamente en el diseño de espesores de pavimentos por medio del Método del Indice de Grupo, pero este enfoque ya ha sido superado por metodología más racionales y los valores de índice de grupo se usan actualmente sólo como una guía.

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11.- CIMENTACIONES SUPERFICIALES. Las Cimentaciones Superficiales reparten la fuerza que le transmite la estructura a través de sus elementos de apoyo sobre una superficie de terreno bastante grande que admite esas cargas. Se considera cimentación superficial cuando tienen entre 0,50 m. y 4 m. de profundidad, y cuando las tensiones admisibles de las diferentes capas del terreno que se hallan hasta esa cota permiten apoyar el edificio en forma directa sin provocar asientos excesivos de la estructura que puedan afectar la funcionalidad de la estructura; de no ser así, se harán Cimentaciones Profundas. Debe considerarse como posible que en un mismo solar se encuentren distintos tipos de terreno para una misma edificación; ésto puede provocar asientos diferenciales peligrosos aunque los valores de los asientos totales den como admisibles. Existen varios tipos de Cimentaciones Superficiales, los cuales se detallan a continuación: Terreno Firme a Profundidad Asequible Cimentación Continua de Mampostería u Hormigón en Masa. Cimentación Continua de Hormigón Armado. Macizos Aislados de Hormigón en Masa. Zapatas Aisladas de Hormigón Armado (rígidas y flexibles). Terreno Firme a Profundidad Media A esta profundidad no permite las cimentaciones enunciadas en ítem anterior pero no justifican la cimentación profunda: Cimentación por pilares y arcos. Cimentación por pilares y vigas. Terreno Firme a Gran Profundidad (Pero con posiblidad de cimentación superficial con tensiones bajas) Cimentación por vigas flotantes de hormigón armado.

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Cimentación por losa de hormigón armado.

12.-PLATEAS DE CIMENTACIÓN TIPOS USOS. Las Cimentaciones por Losa, también conocidas como Cimentaciones por Placa o Plateas de Fundación, son aquellas Cimentaciones Superficiales que se disponen en plataforma, la cual tiene por objeto transmitir las cargas del edificio al terreno distribuyendo los esfuerzos uniformemente. Estas losas llevan una armadura principal en la parte superior para contrarrestar la contrapresión del terreno y el empuje del agua subterránea, y una armadura inferior, debajo de las paredes portantes y pilares, para excluir en lo posible la producción de flechas desiguales. En casos de terrenos de poca resistencia para cimentación (inferior a 1 kg/cm2), puede ocurrir que las zapatas de los pilares aislados tiendan a juntarse. La cimentación por losa es una buena solución cuando: 

La construcción posee una superficie pequeña en relación al volumen (rascacielos, depósitos, silos).



La base de cimientos calculada resulta tal que la transmisión de carga a 45º representa una profundidad excesiva.



El terreno tiene estratificación desigual y son previsibles asientos irregulares



El terreno de asiento es flojo y de gran espesor y los pilotes a colocar serían exageradamente largos.

Cimentaciones corridas. El uso de cimentaciones corridas es muy común sobre todo cuando se trata de edificios o casas-habitación con estructura libre o especial; se pueden inclusive tener una combinación de concreto y piedra, si el terreno es suficientemente resistente para soportar ducha carga. Hay puntos en toda la estructura de la cimentación que se tiene una superposición de cargas (en un cruce de ejes) que se debe tomar en cuenta y que puede ser necesario el empleo de refuerzos (dados).

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Si se tiene un terreno poco resistente se utilizara, por supuesto, la cimentación corrida, la cual se presta tanto para el tipo de estructura de muros de carga como para una estructura sobre columnas; en el caso de cimentación de un muro de carga la zapata se diseña y calcula por flexión y adherencia, calculando su superficie de acuerdo con la resistencia o fatiga unitaria del terreno; si la cimentación es para una estructura sobre columnas, la liga debe hacerse por medio de contratrabes, las cuales soportan los esfuerzos de flexión producidos por la reacción del terreno y las transmiten de reacción a las columnas. Cimentaciones directas Básicamente se consideran cuatro tipos: zapatas aisladas, combinadas o corridas, emparrillados y losas. a) Zapatas aisladas Las zapatas aisladas son bloques de hormigón armado de planta cuadrada o rectangular. Normalmente soportan un único pilar salvo en casos excepcionales, por ejemplo cuando por motivos de la longitud de la sección del edificio se requiere duplicar la estructura en algún punto para establecer juntas de dilatación. Se utilizan cuando el terreno es firme, con presiones medias altas y se esperan asientos diferenciales reducidos.

Cuando las zapatas sufran una elevada excentricidad en una o las dos direcciones principales (soportes medianeros y de esquina) es necesaria la disposición de vigas centradoras o de atado entre las zapatas con objeto de disminuir los momentos aplicados. En todo caso, resulta conveniente la disposición de estos elementos en el perímetro de la cimentación al objeto de disminuir la incidencia de los asientos diferenciales.

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b) Zapatas combinadas o corridas Este tipo de cimentación se emplea cuando las zapatas aisladas se encuentran muy próximas o incluso se solapan. Las causas que originan esta situación son varias: la proximidad de los pilares, la existencia de fuertes cargas concentradas que pueden dar lugar a elevados asientos diferenciales, la escasa capacidad resistente del terreno o la presencia de discontinuidades en este. Si el número de pilares que soporta es menor de tres se denominan combinadas y corridas en caso contrario. También se utilizan para apoyar muros con capacidad portante (muros de carga o muros de contención de tierras) ya tengan o no soportes embutidos en cuyo caso la anchura de la zapata puede ser variable.

c) Emparrillados En el emparrillado, la estructura se asienta en una única cimentación constituida por un conjunto de zapatas corridas dispuestas en forma de retícula ortogonal. Este tipo de cimentación se emplea cuando la capacidad portante del terreno es escasa o cuando presenta una elevada heterogeneidad, lo que hace prever que puedan producirse asientos diferenciales importantes que constituyan un riesgo elevado para la integridad del edificio.

d) Losas La

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cimentación por losa se emplea como un caso extremo de los anteriores cuando la superficie ocupada por las zapatas o por el emparrillado represente un porcentaje elevado de la superficie total. La losa puede ser maciza, aligerada o disponer de refuerzos especiales para mejorar la resistencia a punzonamiento bajo los soportes individualmente (denominados pedestales si están sobre la losa y refuerzos si están bajo ella) o por líneas (nervaduras).

En particular, también cabe emplear este tipo de cimentaciones cuando se diseñan cimentaciones “compensadas”. En ellas el diseño de la edificación incluye la existencia de sótanos de forma que el peso de las tierras excavadas equivale aproximadamente al peso total del edificio; la losa distribuye uniformemente las tensiones en toda la superficie y en este caso los asientos que se esperan son reducidos. Si el edificio se distribuye en varias zonas de distinta altura deberá preverse la distribución proporcional de los sótanos así como juntas estructurales.

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La cimentación por losa en terrenos compresibles, al crear un hundimiento generalizado de los estratos inferiores, requiere un estudio adicional de los asientos inducidos en las edificaciones colindantes. 13.CIM ENT ACI ONE S EN SUE LOS ARE NOSOS Y CIMENTACIONES EN SUELOS ARCILLOSO. Cimentaciones de Estructuras Sismorresistentes: Cargas que debe trasmitir la cimentación al terreno. Tipos de terrenos. Efectos de las acciones dinámicas del sismo. Momento de Vuelco. Incremento sísmico. Interacción Suelo-Estructura. Clasificación de las fundaciones. Zapata aislada. Zapata medianera. Zapata corrida. Viga de fundación. Platea de fundación. Pozo de fricción o Pilarote. Pilotes, de fricción y de punta. Prevenciones en suelos potencialmente licuables. Cargas que debe trasmitir la cimentación al terreno: cuando se habla de cimentaciones se habla también de la parte más importante de una construcción y a la cual no debe ahorrarse ni materiales ni cuidados, pues a su deficiencia se deben siempre las grietas producidas al recibir una cimentación una carga superior a su capacidad resistente. Es un grave error reducir, por economía, las dimensiones, calidad y proporciones de los materiales a emplear en las fundaciones por cuanto será muy costoso pretender subsanar los defectos originados por estas deficiencias, lo cual no se logrará sin recurrir al refuerzo de los cimientos construídos defectuosamente, con el consiguiente incremento del costo original de la estructura. La función de una cimentación ante un sismo es brindar al edificio una base rigida y capaz de trasmitir al suelo las acciones que se generan por la interacción entre los movimientos del suelo y de la estructura, sin que se produzcan fallas o deformaciones excesivas en el terreno. De una fundación correcta depende el éxito de una estructura. La cimentación de un edificio debe cumplir con: Trasmitir al terreno las cargas estáticas. Trasmitir las cargas dinámicas. Dimensiones ajustadas a la capacidad de resistencia del suelo en el tiempo.

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Que los asentamientos no superen los límites admisibles. Prevenir los asentamientos por sobreconsolidación. Prevenir la licuefacción del suelo en caso de sismos. Trabajar en conjunto, limitando los desplazamientos diferenciales, horizontales y verticales, entre los apoyos. Cuando es factible elegir el sitio donde se ubicará el edificio, es conveniente un lugar de terreno firme, libre de problemas de las amplificaciones locales del movimiento del terreno que suelen presentarse en los terrenos blandos, y de asentamientos excesivos y pérdida de capacidad de apoyo que ocurre en alguna arenas poco compactas con un sismo.

Tipos de terrenos. Los terrenos que pueden encontrarse al proyectar una cimentación se pueden clasificar en: Terreno vegetal: es un tipo de terreno absolutamente prohibido para cimentar una estructura, por pequeña que sea. Se exige siempre su remoción o excavación total hasta alcanzar el terreno natural. Se entiende por terreno vegetal a la capa o porción donde alcanza la vida de los vegetales de superficie, o en la que se encuentren las raices de los mismos. Un sondeo nos indicará a que distancia de la superficie dejan de encontrarse raíces vegeatles, vivas o en descomposición, y así, conocer exactamente hasta donde debe excavarse para remover la capa de suelo vegetal. Rellenos: Esta clase de terrenos, realizados siempre por intervención humana, se comporta de forma parecida al terreno vegetal. Por la gran reducción de huecos que sufre en el transcurso del tiempo, al irse ocupando los huecos grandes con los áridos que de las partes superiores van arrastrando las aguas, y por su falta de homogeneidad, sufren asientos grandes y desiguales, siendo necesario, por ello, profundizar las cimentaciones hasta que alcancen el terreno natural. El relleno se reconoce con facilidad porque en el se encuentran restos de mampostería, mortero,otros restos de obras, o bien cenizas u otros residuos de materia orgánica, según su origen sea de demoliciones o de residuos urbanos. Su estratificación “caprichosa” o irregular es, asimismo, inconfundible. Es posible que en algunos casos no se pueda identificar el relleno, en el caso de terrenos terraplenados, en ese caso debe apelarse a los especialistas en mecánica de suelos para conocer el nivel del terreno natural y su resistencia.

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Terrenos naturales: Prescindiendo de los terrenos formados por rocas óptimas para cimentar podemos dividirlos en dos grandes grupos, arcillosos y arenosos. Suelos Arcillosos:En mecánica de suelos se define como arcilla a las partículas de cualquier sustancia inorgánica menores a 0,02 mm., tamaño para el cual empiezan a tener influencia las acciones fisicoquímicas. Los terrenos arcillosos son en principio, los más peligrosos para cimentar. En ellos se pueden producir grandes asientos en un largo o aun larguísimo plazo de tiempo, y es en los que el conocimento de su comportamiento bajo cargas ha progresado más en los últimos años. Experimentalmente se determinó que el tiempo de asentamiento de los estratos arcillosos es proporcional al cuadrado de su espesor es decir, que si por ejemplo la fundación de un edificio descansa sobre un estrato de 2 metros de espesor y el asiento se produce en cuatro años, esta duración seria de 16 años si el espesor fuera de cuatro metros y de 100 años si el espesor fuera de diez metros. Si el espesor del estrato arcilloso es de muchos metros, hecho que se ha comprobado en algunos edificios famosos como el Duomo de Koenigsberg que 500 años despues de haber sufrido un cedimiento de 180 cm no ha llegado aún a su posición de equilibrio. Otro edificio conocide que ha sufrido el mismo fenómeno es la célebre Torre de Pisa, que recientemente ha sido consoliadada y reforzada en su cimentación. En este tipo de terrenos las pruebas de carga son inútiles para conocer su comportamiento. Lo que más influye en la duración del asentamiento es el contenido de agua del estrato y su permeabilidad, así como la del terreno adyacente, pues si una arcilla con un elevado contenido de agua es sometida a una carga, su asentamiento instantáneo es casi nulo, ya que el agua ( que es incomprensible ) es quien soporta la carga. La presión hace que el agua trate de fluir desocupando los huecos que ocupa la arcilla, pero este fluir es lento y dificultado cuanto más impermeable es el estrato, por lo que se comprende que en terrenos de arcilla muy pura y gran espesor el equilibrio demore muchos años en ser alcanzado. De lo dicho deducimos que puede cimentarse en terrenos arcillosos, pero cuidando que las cargas estén uniformemente repartidas en la planta del edificio, dando a las bases las dimensiones necesarias para que la carga por unidad de superficie sea la misma Suelos arenosos: se incluyen en esta categoría no solo los terrenos formados por partículas de tamaño superior a las partículas de arcilla, sino los que contengan cantidad o porcentajes de arcilla inferior al volumen de huecos que dejan las partículas de mayor tamaño, pues su comportamiento será como un suelo arenoso. La aplicación de las cargas en estos terrenos produce rápidamente un asiento, que termina cuando se llega a la posición de equilibrio. Según las cargas a que están sometidos, son los asientos que se producen. Estos son inversamente proporcionales al tamaño del árido, aumentando con el árido de menor tamaño. No pueden darse datos ni resultados prácticos debido a la gran variabilidad de clases de terrenos que pueden presentarse, pero todos ellos son

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buenos para cimentar. En este tipo de terreno puede realizarse una prueba de carga, sobre la mayor superficie posible para conocer el asiento. De lo anterior vemos que el comportamiento del suelo es complejo y no se puede manejar con una simple planilla como ocurre con los otros materiales. Toda estructura se divide en dos partes fundamentales, la que está sobre el suelo y la que está debajo del suelo, diferentes y que deben diseñarse razonamientos diferentes. Cargas admisibles: para el diseño de una cimentación debemos conocer la capacidad de carga del terreno, esta capacidad se determina generalmente mediante ensayo del suelo. La carga admisible depende de los siguientes elementos: Del tipo de terreno. De la construcción en si y su conjunto. De los asientos que se pueda producir. De las dimensiones de la cimentación. Del tiempo de carga en la construcción. De las vibraciones que puedan afectar a la construcción. La carga admisible depende de los asientos, que deben ser compatibles con la capacidad de deformación de la estructura, o depender unicamente de condiciones de resistencia. En este caso, es el cociente entre la carga de rotura del terreno y el coeficiente de seguridad. Como coeficiente de seguridad es habitual considerar 3 para la combinación más desfavorable de las acciones de peso propio, sobrecarga normal de uso y viento; y 2 para la combinación más desfavorable de las acciones de peso propio, sobrecargas máximas, viento y sismo. Asientos admisibles: Los asientos admisibles son los asientos ( totales y diferenciales ) máximos que tolera la estructura, incluyendo entrepisos y tabiques, sin que se produzcan daños, como fisuras, descensos o giros que inutilicen la obra. Definimos como distorsión angular al cociente entre el asentamiento diferencial entre dos columnas vecinas y la distancia entre ejes. Se acepta que si la distorsión es menor a 1/500 no aparecen fisuras en los muros de cierre; que hasta 1/360, se produce sólo una ligera fisuración en los cerramientos; hasta 1/250 no es visible a simple vista; para 1/180 puden aparecer lesiones en la estructuras de hormigón armado; y para 1/150 pueden dañarse las estructuras metálicas. Las estructuras metálicas admiten,en general, mayores deformaciones que las de hormigón, aunque las de hormigón armado tienen un mejor comportamiento frente a las deformaciones lentas debido a la fluencia del hormigón.

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Para evitar los asientos diferenciales debe procurarse que la tensión del terreno bajo las zapatas sea la misma. Sin embargo, como el terreno no es de calidad uniforme, hay inevitablemente asientos diferenciales que pueden alcanzar a 2/3 del asiento total. Puede admitirse un asentamiento total entre 2 y 4 cm para estructuras con mampostería, y entre 4 y 7 cm para estructuras con pórticos de hormigón armado o metálicos.

El asentamiento total depende, entre otros factores, de: La distribución de los distintos estratos de suelo y sus espesores, que deterrmina por medio de sondeos. Las características geotécnicas de cada suelo, en especial el índice de poros y el coeficiente de compresibilidad, que se conocen por medio de ensayos ( para arcillas ). La distribución de tensiones y el valor de la tensión máxima. Efectos de las acciones dinámicas del sismo: La respuesta de una estructura que está sometida a un sismo, depende de las características dinámicas de la estructura y de las características del sismo. Estas últimas dependen de las propiedades dinámicas del terreno de fundación y la distancia al epicentro. Del tipo de terreno dependen las frecuencias predominantes en las ondas del sismo y la distancia es importante por que las frecuencias más altas se van atenuando a medida que la distancia al foco es mayor.

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Es evidente que la naturaleza del terreno tiene una gran importancia en los colapsos de estructuras durante los terremotos. Se ha observado en general, que en suelos firmes. Las construcciones han sufrido menos daños que las estructuras cimentadas en suelos blandos. Pero por otro lado, se han reportado casos en que construcciones situadas en terrenos blandos han sufrido menos daños que otras ubicadas en terrenos firmes. Por ello se recomienda emplear estructuras flexibles en suelos firmes y estructuras rigidas en suelo blando, a pesar de que esto ocasiona problemas de cimentación para las estructuras rígidas apoyadas en suelo blando. Un factor a considerar es que la correlación entre el daño y la duración del sismo es mayor en los suelos blandos. 14.-DINAMICA DE SUELOS. La Dinámica de suelos es una parte de la mecánica de suelos que trata el comportamiento y respuesta del suelo durante la aplicación rápida de carga, uso de vibraciones para la mejora de propiedades de transmisión de ondas para evaluar las propiedades del terreno. El estudio de la dinámica del suelo muestra que sigue un proceso evolutivo al que son por completo aplicables los conceptos de la sucesión ecológica. La formación de un suelo profundo y complejo requiere, en condiciones naturales, largos períodos de tiempo y el mínimo de perturbaciones. Donde las circunstancias ambientales son más favorables, el desarrollo de un suelo a partir de un sustrato geológico bruto requiere cientos de años, que pueden ser millares en climas, topografías y litologías menos favorables. Los procesos que forman el suelo arrancan con la meteorización física y química de la roca bruta. Continúa con el primer establecimiento de una biota, en la que frecuentemente ocupan un lugar prominente los líquenes, y el desarrollo de una primera vegetación. El aporte de materia orgánica pone en marcha la constitución del edafon. Éste está formado por una comunidad de descomponedores, bacterias y hongos sobre todo, y detritívoros, como los colémbolos o los diplópodos, e incluye también a las raíces de las plantas, con sus micorrizas. El sistema así formado recicla los nutrientes que circulan por la cadena trófica. Los suelos evolucionados, profundos, húmedos y permeables suelen contar con las lombrices de tierra, anélidos oligoguetos comedores de suelo, en su edafon, lo que a su vez favorece una mejor mezcla de las fracciones orgánica y mineral y la fertilidad del suelo. 15.-USOS DE GEOMENBRANAS ESTABILIZADORES DE SUELOS.

Y

GEOSINTETICOS

COMO

Materiales utilizados para mejorar las propiedades del suelo. Su uso es novedoso y creciente por su fácil aplicación. Poseen propiedades mecánicas e hidráulicas, útiles para ciertos suelos.

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15.1 GEOSINTÉTICOS Son materiales fabricados a partir de varios tipos de polímeros derivados del petróleo, que mejoran las propiedades mecánicas de los suelos y hacen posible la ejecución de proyectos de ingeniería civil y geotécnica en difíciles condiciones. De igual forma los podemos usar simplemente para protección de los suelos. 15.1.1 BENEFICIOS a) b) c) d) e) f)

Reduce los costos en la construcción. Sirve como barrera contra la erosión de suelos. Funcionan como manto drenante, en reemplazo de estratos de material granular. Es inerte frente a la mayoría de agentes químicos. Refuerza el suelo, mejorando sus cargas últimas. Permite la construcción de taludes de gran inclinación, inclusive de muros verticales de gran altura.

15.1.2 FUNCIONES DE LOS GEOSINTÉTICOS Los Geosintéticos se utilizan para satisfacer las siguientes funciones: a. b. c. d. e.

Separación Filtración Drenaje Refuerzo Protección

a. SEPARACIÓN: La Separación impide el contacto entre dos superficies de distintas propiedades físicas, lo cual evita su mezcla y contaminación aunque permite el flujo libre de líquidos filtrándolos a través del geotextil, puede ser entre dos capas diferentes: por ejemplo, de suelo aportado o entre suelo natural y de aporte. Para evitar la mezcla de materiales debe soportar las cargas estáticas y dinámicas del material de aporte y del tráfico durante su colocación, así como también la retención de finos. El polipropileno lo mantiene estable ante la alcalinidad del cemento e inerte frente a los diversos elementos químicos presentes en el terreno. En la función de Separación deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos:      

Resistencia a la tracción. Resistencia al punzonamiento. Elongación a la rotura. Perforación dinámica por caída libre de cono. Abertura de poros eficaz. Espesor del geotextil.

b. FILTRACIÓN: La Filtración es la propiedad de retención de un material de ciertas partículas sometidas a fuerzas hidrodinámicas al tiempo que permite el pasaje de fluidos. La función de filtro debe garantizar su estabilidad hidráulica. En esta función de Filtración deben tenerse en cuenta los siguientes parámetros:

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  

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Permeabilidad. Abertura eficaz de los poros. Espesor del geotextil.

c. DRENAJE: El Drenaje es el proceso mediante el cual se realiza el pasaje de un lugar a otro de un fluido (líquido o gas), evacuándolo. De esta manera se efectúa la eliminación por evacuación en el espesor del geotextil sin producir el lavado de finos. En esta función de Drenaje deben tenerse en cuenta los siguientes parámetros:  Permeabilidad en el plano del geotextil.  Espesor del geotextil. d. REFUERZO: El Refuerzo del geotextil se consigue por las propiedades que poseen ciertos geotextiles, mejorando sus propiedades mecánicas y disminuyendo el nivel de cargas sobre el terreno porque realiza un trabajo de homogeneizar las cargas sobre una superficie extensa. Consideramos dos tipos de refuerzos: 

Refuerzo en la tracción, eliminando las fuerzas de vuelco. Por ej.: en muros de contención, por intercalación del geotextil hacia el interior del muro. Estabilización del suelo mediante confinamiento de partículas evacuando por supresión el agua contenida.



En esta función de Refuerzo deben tenerse en cuenta los siguientes parámetros:   

Curva de deformación. Resistencia mecánica a la tracción, punzonamiento y desgarro. Fluencia, fatiga y fricción contra el terreno, además ayuda a mejorar la calidad de soporte del suelo.

e. PROTECCIÓN: La función de Protección permite que el sistema geotécnico no se deteriore. El geotextil actúa protegiendo geomembranas impermeables; de modo que impide que se produzcan daños mecánicos de abrasión o punzonamiento. En esta función de Protección deben tenerse en cuenta los siguientes parámetros:   

Resistencia al punzonamiento. Perforación dinámica por caída libre de cono. Espesor (efecto colchón para protección de la geomembrana.

15.1.3 CLASIFICACIÓN DE GEOSINTÉTICOS a. GEOTEXTILES Son materiales flexibles y permeables a los fluidos Son fabricados de fibras sintéticas como el poliéster o polipropileno Son capaces de retener partículas de suelo mayores que el tamaño de sus poros.

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b. GEOMALLAS Son estructuras tridimensionales pero con la característica de ser mono o biorientadas Son fabricadas en polietileno de alta densidad, utilizando un proceso de extrusión, Tienen una mayor adherencia al terreno y una mayor durabilidad en el medio que los geotextiles.

c. GEOCOMPUESTOS Diseñado específicamente para estabilización de suelos donde se requiere tanto refuerzo como separación de una base granular y un subsuelo muy fino. Uniendo un geotextil no tejido a una geomalla, lo que permite una gran interacción con el suelo reforzado, completa separación de los diferentes tipos de suelo, una efectiva acción de filtración, gran resistencia a la tensión como un alto módulo elástico, gran resistencia a los daños durante la instalación y un excelente comportamiento a los agentes atmosféricos.

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BALOTARIO

d. GEOCELDAS Son sistemas tridimensionales de confinamiento celular fabricados en paneles de polietileno o polipropileno.  

Son muy resistentes para el confinamiento de cargas Se utiliza para aumentar la capacidad de carga de suelo, sin generar problemas de contaminación beneficiando al entorno ecológico.

CONTROL DE EROSIÓN a. b. c. d.

Mantos Temporales. Protección de taludes Mantos Permanentes. Protección de taludes, Revestimiento de canales, Riberas. Geoceldas. Protección de taludes, Protección de suelos áridos Formaletas Flexibles. Taludes, Obras Marítimas, Obras Fluviales.

SOLUCIONES A INFRAESTRUCTURA a. Geomallas. Muros de contención, Terraplenes. 15.2

GEOMEMBRANAS

Láminas de impermeabilización, cuya función principal es evitar el paso de agua y que se emplean en sistemas de impermeabilización tales como: túneles, vertederos, depósitos, almacenamiento de agua o cubiertas planas de edificación. Están fabricadas por diferentes tipos de resinas: caucho sintético, polipropileno, clorosulfunado, cloruro de polivinilo, polietileno de alta, media y de baja densidad

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Son láminas poliméricas impermeables fabricados en (PVC) o (PVU), polietileno de alta o baja densidad (PEAD/PEBD). Son recubrimientos sintéticos impermeables a fluidos y partículas cuya función es la de revestir canales, lagunas, depósitos de agua, además controlan la erosión. 

Se instalan en depósitos de hormigón o acero de cualquier dimensión para confinamiento de químicos, residuos sólidos e industriales y prolongar la duración de los tanques.

15.2.1 FUNCIONES Y APLICACIÓNES DE LAS GEOMEMBRANAS 

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La aplicación principal de las geomembranas es la impermeabilización en obras civiles, geotécnicas y ambientales en trabajos de manejo de desechos sólidos, rellenos sanitarios, lagunas de oxidación, minería, riego, acuicultura, agricultura, proyectos hidráulicos, canales de conducción, almacenamiento, lagunas de tratamiento de desechos de crudo, etc. Los principales campos de aplicación, están relacionados con obras para la protección del medio ambiente, rellenos sanitarios, piscinas para tratamiento de lodos, lagunas de oxidación, recubrimiento de canales, minería, acuicultura y recubrimiento de tanques, sin dejar a un lado aplicaciones en el campo de la geotecnia y la hidráulica. Recubrimientos para agua potable. Recubrimientos para reserva de agua. Recubrimientos para desperdicios líquidos. Recubrimiento para material radioactivo o desperdicios líquidos peligrosos. Recubrimiento para tanques de almacenamiento bajo tierra. Recubrimiento para espejos solares. Recubrimiento para canales de conducción de aguas. Recubrimiento para canales de conducción de desechos líquidos. Recubrimiento para material sólido, material de relleno y apilamiento de basuras. Recubrimiento para evacuación de lixiviados. Capas y cubierta para materiales de relleno y desperdicios sólidos.

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Recubrimiento para muros verticales: Sencillos o dobles con detección de fugas. Control de filtración en presas de tierra. Recubrimientos impermeables dentro de túneles. Para impermeabilizar la cara de tierra en presas de roca. Para impermeabilizar fachadas en mampostería en presas. Como control de filtración en reservorios flotantes. Como cubierta en reservorios flotantes para control de filtración. Como barrera para los olores en rellenos. Como barrera para vapores debajo de edificios. Para control de suelos expansivos. Para control de suelos susceptibles a congelamiento. Para prevenir infiltración de agua en áreas sensitivas. Para conducción de agua por senderos elegidos. Bajo autopistas para prevenir polución y para recoger derramamiento de líquidos peligrosos. Para actuar como estructura de confinamiento. Para ayudar a establecer uniformidad en la compresibilidad subsuperficial. Como recubrimiento impermeable bajo el asfalto. Para corregir perdidas por filtración en tanques ya existentes Como formas flexibles donde no se puede permitir perdida de material. Como encapsulamiento de arcillas expansivas.