Cimentaciones en Suelos Expansivos

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA DEPARTAMENTO ACADEMICO DE MECANICA DE SUELOS DISEÑO DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES EN SUELOS EXPANSIVOS POR:

MANUEL F . CORREA MOROCHO

1.00

12-09-12

Generalidades El problema de los denominados suelos expansivos alcanza décadas atrás, siendo reconocido al final de la década del 30. La presencia en el Perú de "Suelos Expansivos" Expansivos" es evidente en la zona Norte y Sur. De aquí que se trata de dar un alcance y establecer el panorama real de la presencia de arcillas expansivas en un proyecto de cimentación, para luego tomar  precauciones en el diseño estructural de las cimentaciones apoyadas en este tipo de suelo.

2.00

Reconocimiento de los suelos expansivos Un suelo expansivo, implica no solamente la tendencia a aumentar de volumen cuando aumenta el contenido de agua, sino también la disminución de volumen o contracción si el agua se va perdiendo. Una manera de poder observar si un suelo tiene potencial de hinchamiento o si presenta expansividad es mediante las siguientes metodologías:

Análisis Mineralógico : es determinar las propiedades básicas de las arcillas, mediante técnicas adecuadas de laboratorio, los minerales que conforman la arcilla se pueden evaluar cuantitativamente.

Método de los índices : Los ensayos de propiedades índices del suelo pueden ser  usados para la evaluación del potencial de hinchamiento de los suelos expansivos. Estos ensayos son fáciles de realizar y deberían ser incluidos en los ensayos rutinarios en la investigación para un estudio de mecánica de suelos en aquellas áreas donde existen antecedentes de presencia de suelos expansivos. Podrían incluir los siguientes ensayos estándar. Límite líquido ........ (LL). Límite plástico........ (LP). Límite de contracción... (LC).

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Holtz y Gibbs (1956) demostraron que el índice plástico y el límite líquido son índices útiles para determinar las características de expansión de las arcillas Cuadro N 2 Seed, Woodwuard y Lundgren, considerando que el potencial de hinchamiento está definido como el porcentaje de hinchamiento de una muestra confinada lateralmente, la cual ha sido humedecida bajo una carga de 1.0 lb/pul 2 después de ser  compactada a la máxima densidad seca y al óptimo contenido de humedad, siguiendo la Norma del ensayo Proctor Modificado ASTM-D1557. Estos autores

2.44

S  = 60 *  K  *  I  P 

establecieron la siguiente relación: Donde : S

= potencial de hinchamiento

IP

= Índice plástico

K=3.6 x 10-5

(constante)

Una relación entre el potencial de hinchamiento de las arcillas y el índice de plasticidad es como la que se presenta en cuadro1

CUADRO N°1 Indice de plasticidad:%

Potencial de hinchamiento

0  – 15

Bajo

10  – 35

Medio

20  – 55

Alto

60

Muy alto

G.F. Sowers en 1961, propuso una correlación basándose en las propiedades índices de los suelos susceptibles a cambios de volumen Cuadro 4

CUADRO N°4 Probabilidad de cambios de

Índice plástico

volumen al producirse

Límite de Regiones

Regiones

 Áridas

húmedas

Pequeña

0  – 15

0 -30

>12

Pequeña y moderada

15  – 30

30 - 50

10 - 12

Moderada a severa

>30

>50

Pc ...............................................(2)

de (1) y (2) tenemos 0.159 B3 +16.279 B2  –89.35 =0

B = 2.32 m. Entonces: Pc = P/B2 = 89.35/ 2.322 = 16.6 Tn/m2 EXPOSITOR: ING. MANUEL F. CORREA MOROCHO PROFESOR FIC - UNI 14

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qadm = 16.279 + 0.159 B = 16.6 Tn/m 2 Se cumple 1era condición Pc

≤

qadm

 Análisis por Fuerza Expansiva:

Pc

≥

Pexp



Presión de Contacto = Pc = P/B 2 = 89.35/2.322

= 16.6 Tn/m2



Presión Expansiva = P exp = 0.93kg/cm2

= 9.3 Tn/m2

Se cumple 2da condición Pc

≥

Pexp

3 Diseñ o es tru ctu ral d e la cim entac ión 

B = 2.32 0.3+d

0.3

1. Condición Diseño: V U  /  = V C  Vu /





= (1/

)

x (Pu-Wu(0.3+d)(0.3+d) =

(1/) x 189.53  – 

16.6(0.3+d)2………(1) Vc = 1 . 06  f ´c  b 0  d  = 1.06 x 210 x 4(0.3+d) x d = 61.443 x10x(0.3d+d 2)



…(2)

(1)= (2) 189.53  –16.6(0.3+d)2 = 0.85x (61.443 x10x(0.3d+d 2)) d = 0.455m. 

Usar: h = 0.6m,

dprom = 0.6-(R+3/4) = 0.6-(7.5+1.91) = 0.51m > d

2. Diseño por flexión  Mu 

Wu  S    Lv 2

2

= 16.6 x 2.32 x 2.02 / 2 = 38.89 Tn-m

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DISEÑO DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES EN SUELOS EXPANSIVOS  Mu

 As 

    fy  ( d  

a

38 . 89  10

= )

2

5

 

3 . 63  

 

2  

0 . 9  4200   51 

= 20.648 cm2



 As min = 0.0018 x 232 x 50.1 = 20.92cm 2 En sentido longitudinal



n = As / As1/2 = 20.648 / 1.27 = 16.25 17 s=

 B  2 R   1 / 2 n 1

= (2.32-2x0.075-0.0127) / (17-1) = 0.13m

Usar : 17 1/2 @0.13m. 

En sentido Transversal  Ast = As x B/L = As = 20.648 cm2 n = 17

s = 0.13 m

Usar : 17 1/2 @0.13m.

1.30m

H =0.6m 17

1/2

@0.13m.

B = 2.40m.

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