La mecanica de suelos y las cimentaciones de construcciones industriales

LA MECANICA DE SUELOS Y LAS CIMENTACIONES

Prof. Dr. Jorge A. Capote Abreu

LA MECÁ ME CÁNICA NICA DE SUELO S Y LAS LAS CIME CI MENTA NTACI CIONE ONES S EN LAS LAS CONSTRUCCI ONES I NDUSTRIALES NDUSTRIALES

Introducción En estos apuntes se se trata el suelo y el terreno como un element o básico básico que partici par ticipa pa de las construcciones en general, y que desarrollaremos especialmente aplicado a las Construcciones Construcciones Industriales. E l suelo o terreno desde la selección selección de la implantación de la Ind ustria hasta como soporte del Edificio industrial juega un papel determinante, bien como elemento estructural-soporte de lo que se le coloca coloca encima, bien como mate rial aprovechable para terraplenes ter raplenes y/o y/o re llenos, llenos, bien incluso incluso como mat erial de construcción construcción en diques, presas u otras otra s obras de tierra s comunes comunes en nuestra s Obras Industriales. Luego es menester analizar el suelo, según el uso us o y/o empleo que del mismo hagamos en nuestra O bra. A)

Como Como lugar lugar de Implanta ción ción de la Industr ia El análisis de las características del suelo y/o y/o terreno como lugar de implantación de un Complejos Industrial lo desarrollamos en la UD4 de estas Notas de Clases, y tiene como vertientes principales las topográficas, edafológi eda fológicas, cas, geológicas geológicas e hidrogeológic hidro geológicas. as.

B)

Como elemento elemento soporte de las cimenta cimenta ciones ciones El análi aná lisi siss de las particularidades particularidades del suelo o t erreno erre no como element o soporte de las diferentes tipos de cimentaciones de las Obras Industriales, es un estudio particularizado de su estructura y componentes físico-químicos y el comportamiento de estos ante las cimentaciones superficiales, profundas, con cargas estáticas o dinámicas aplicadas aplicadas sobre el mismo.

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C)

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Como elemento estructural En t oda obra de tierr as y en especial en las de carácter cará cter industrial se se realiz re alizan an rellenos (terraplenes o pedraplenes); se hacen obras de sostenimiento o contención; se realizan excavaciones superficiales y subterráneas; se crean infraestr ucturas uctur as para las obras viales, viales, propias pro pias o inducidas de la industr industr ia y en todas toda s ellas ellas el suelo o terreno juega juega un papel pap el como elemento estructura l.

D)

Como pr oducto Es una manera de ver el suelo o terreno como material de construcción. De las Canteras de Prestamos o de las Canteras de Grava o Piedras nos abastecemos de los materiales fundamentales para nuestras Obras. Minas a cielo abiertas o subterráneas nos proporcionan de estos importantes important es componentes componente s de la construcción construcción industrial.

E)

Como Acuífero E l suelo o terreno , es nuestra gran reserva de agua y en muchas ocasiones le mantenemos como grandes reservas acuíferas subterráneas o superficiales.

De todo ello se desprende que e l suelo suelo o terr eno, no es sólo sólo un elem elem ento portante o de soporte de las construcciones sino que participa y aporta innumerables elementos aprovechables.

En este Capítulo, nos encargaremos fundamentalmente del suelo o terreno como elemento element o porta nte de d e las cimenta cimenta ciones ciones de las Construcciones Construcciones Industriales.

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EL SUELO COMO ELEMENTO PORTANTE DE LAS CIMENTACIONES Las cargas cargas que transmite tr ansmite la cimenta cimenta ción ción a las capas del terre no causan ten siones siones y por ta nto, deformaciones en la capa del terre no soporte. Como e n todos los materiales, mate riales, la deformación depende de la tensión y de las propiedades del terreno soporte. Estas deformaciones tienen lugar siempre y su suma produce asientos de las superficies de contacto entr e la cimenta cimenta ción ción y el terreno. terr eno. La conducta del terreno bajo tensión está afectada por su densidad y por las proporciones prop orciones relativas de agua y aire que llenan sus huecos. Estas Esta s propiedades propiedad es varían varían con el el tiempo y dependen depen den en cierto cierto modo de ot ros muchos factores. factores. *

Variación del volumen de huecos como consecuencia consecuencia de la compactación compactación del terreno.

*

Variación del volumen de huecos como consecuencia consecuencia del dezplazamiento de las partículas.

*

Variación del volumen de huecos como consecuencia consecuencia de la deform deform ación ación de las partículas del d el terre terreno no..

Los cimientos constituyen los subsistemas de cualquier edificación que transmi tran smiten ten directa mente las cargas de esta hacia el suelo o terreno; su función es distribuir las cargas del edificio, dispersándolas en el suelo adyacente, de modo que éste y los materiales que los sostienen tengan t engan suficient suficientee fuerza fuer za y rigidez rigidez para soportarlas sin sufrir deformaciones excesivas. Debido De bido a las interacci inter acciones ones de suelos y cimientos, las cara cterístic cter ísticas as de los suelo o terrenos sobre los que se construye influyen de modo determinante en la selección del tipo y tamaño de los cimientos usados; estos últimos a su vez, afectan signif signific icativ ativamen amente te e l diseño diseño de la superestructur a, el tiempo de construcción construcción del edificio y, y, en consecuencia, consecue ncia, los costos costos de la obra . Por t anto, para pa ra lograr u na e dific dificación ación segura segura y económica económica es e s fundamental fundamenta l disponer disponer de cierto conocimiento conocimiento de la mecánica de suelos y del diseño de cimenta ciones. ciones.

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El estudio estu dio de los suelos, sus propiedades, propieda des, y comportamien comport amiento, to, desde el e l punto de vista de la ingeniería civil, es el campo de la Mecánica d e Suelos. Suelos. En el presente capítulo se estudia la a plicación plicación de la me cánica cánica de suelo al diseño diseño y la construcción construcción de cimenta cimenta ciones ciones para edificaci edificaciones ones industriales. industriales. Pr opiedades opiedades Físicas de los suelos o terr ter r enos Los geólogos geólogos definen definen los suelos suelos o terre te rrenos nos como rocas alter adas, mientras qu e los ingenieros prefieren pr efieren definirlos d efinirlos como el mate rial que sostiene o carga el edificio edificio por su base. Los materiales mater iales que están pr esentes en e n los suelos suelos naturales natur ales se clasif clasific ican an en e n cuatro cuatr o tipos: -

arena ar ena s y grava, limos, arcillas materia mate ria orgánica.

Las La s arenas y grava son materiales granulares n o plásticos. plásticos. Las La s arcillas, arcillas, se componen de partículas mucho mucho más pequeñas, pe queñas, exhiben exhiben propiedades de plasticidad y son son muy cohesivas. cohesivas. Los limos son mater iales intermedios interm edios en el tamaño de sus partículas par tículas y se comportan , de modo mod o típico, típico, como materiales mate riales granular granulares, es, aunque puede p uedenn ser alg a lgoo plásticos. plásticos. La mater ia orgánica orgánica consta principalmente d e desechos d esechos vegetales. vegetales. El origen de las capas de suelo o terreno (edafológicas) y la forma como se depositan, arro ja mucha luz sobre su natur aleza y variabilidad ariabilidad en e l campo. Los suelos son de dos orígenes: residual y sedimentario. Los suelos residuales se forman in situ situ por p or la intemperizaci intempe rización ón química de las rocas y, y, puesto pue sto que jamás jam ás han sido pertu pe rturbad rbados os físic físicame amente nte,, conservan conservan las características cara cterísticas geológ geológic icas as menores menor es del material rocoso de origen. origen. (En (E n el campo, la la tra nsición nsición de roca a suelo suele ser gradual. gradua l.)) CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES

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Los suelos sedimentarios son transportados y depositados por la acción de ríos, mares, glaciares y vientos. En general, el mecanismo de sedimentación regula la granulometría granulomet ría (tamañ (t amañoo de las partíc part ículas), ulas), sus variaciones, variaciones, y la estratigrafí estra tigrafíaa y uniformidad de las capas edafológicas. Para la completa completa identificaci identificación ón de un suelo o terre no el ingeniero ingeniero ne cesita cesita saber lo siguiente: -

tamaño granulometría forma orientación com posición posición quím ica de las partículas partículas las fracciones coloidales coloida les y sedimentables sedim entables que contiene. con tiene.

No obstante, las propiedades físicas del suelo pueden hacerse variar considerablemente mediante la incorporación de pequeñas cantidades de sustancias químicas químicas la aplicación aplicación de métodos métod os electroquímicos. electroquímicos. Cuando las propiedades propiedade s superficiales superficiales de las partículas son importante s, las las formas de éstas adquiere n por lo menos meno s la la misma importancia que la granulometr ía. En condiciones condiciones normales, norm ales, una cara cterística signif significativ icativaa es la ubicación relativa de las part ículas ículas dentro dent ro de l suelo, lo lo que determina dete rmina la resistencia resistencia a los desplazamientos desplazamientos intern os y constituy constituye, e, por lo menos, una medida cualitativa cualitativa de las fuerzas de re sistencia sistencia a las fuerzas corta cortantes ntes y a la compresión. Se han re alizado alizado muchos mu chos inten intentos tos de clasificac clasificación ión de los suelo o terr enos con base en propiedades comunes e identificables. Sin embargo, conforme se ha ido acumulando información acerca de las propiedades de los suelos, los sistemas de clasificación se han torna do cada vez más elaborados e laborados y complejos complejos.. U na de d e las principales difi dificultades cultades consiste consiste en que se quieren utilizar utilizar las mismas clasificaciones para distintos usos; por ejemplo, un sistema utilizable para el diseño de carretera carret erass ya ya no es e s tan útil cuando cuando e l problema se relaciona básicamente básicamente con el diseño diseño de cimentaciones para edificios industriales.

Esta dos de la la mater ma ter ia que afecta afectann el comporta comporta miento de los los suelos suelos CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES

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U n suelo o terreno cualquiera pu ede exhibir exhibir propiedades propiedades sólidas, visco viscosas sas,, plásticas plást icas o líquidas; líquidas ; por tanto, cuando es posible predecir su verdadero estado físico, el diseño estructura l de las cimentaciones cimentaciones se realiza realiza toma ndo en cuenta esa e sa información. información. En contraste, contr aste, los los sólidos son materiales que tienen den sidad, sidad, elasticidad y resistencia interna constantes, que se ven poco afectados por cambios normales de te mpera tura, tura , variaciones variaciones en la humeda hum edadd o vibracione vibracioness de intensidad infer ior a los valore valore s sísmic sísmicos. os. La deformación por fuerzas cortantes ocurre a lo largo de dos conjuntos de planos para lelos, lelos, cuy cuyoo ángulo es constante pa ra cada mater ma terial ial e indepe independiente ndiente de d e la naturaleza natur aleza o intensidad de las fuerzas exter externas nas que inducen a la deformación. de formación. Estas Est as propieda prop iedades des básicas de los sólidos sólidos sirven sirven para par a el diseño de cimentaciones sólo sólo mientra mient rass los suelos suelos siguen siguen siendo sólidos. Pero Per o si los cambios en las la s condiciones modifican las estructuras del suelo, de modo que éstas ya no se comportan como sólidos, dichas propiedade s se anulan y otro conjunto de reglas vienen vienen a gobernar e l nuevo estado físic físico. o. Casi todos los suelos suelos se comportan como sólidos, sólidos, aunque sólo sólo dentro den tro de un u n cierto límite de carga, el cual depende d e muchos factores externo externos, s, como flujo flujo de humedad, hume dad, temperatu tempe ratura, ra, vibraciones, ibracione s, edad del d el suelo y, en algunos a lgunos casos, velocidad de d e carga. car ga. No existe existe subdivisión subdivisión evident evidentee entre en tre los esta dos líquidos, plá sticos st icos y viscoso. iscoso. Estos tres estados de la materia tienen la propiedad común de que es muy difícil cambiar su volumen, aunque su forma cambia continuamente . Su Su diferencia estriba en la cant idad de fuerzas necesarias para comenzar su movimiento. movimiento. En el caso de los estados plástico y vis viscoso coso existe existe un valor mínimo m ínimo necesario, necesar io, pero en el caso de los líquidos, fuerzas prácticamente insignificantes ocasionan el movimiento. Cuando la fuerza deja de ser aplicada, los mate riales plásticos plásticos dejan de mov moverse, erse, pero per o los de tipo viscoso viscoso y líquidos sig siguen uen mov m oviéndo iéndose se indefinidamente indefinidame nte hasta h asta que qu e ent ran e n  juego  juego fuerzas contrarr estantes. estante s. En general, la divis división ión entre ent re los estados sólido sólido y plástic plásticoo depende de pende del porcentaje porcent aje de humedad del suelo. Dicho porcent aje, sin sin embargo, emba rgo, no es una constante , ssino ino que disminuye disminuye al aumenta aum entarr la presión a qu e está sometido el mat erial. Por ta nto, en los suelos suelos anegados, la la posibili posibilidad dad de ev e vitar de splazamientos splazamientos o pérd idas de agua se traduce en la eliminación eliminación de problemas pr oblemas por cambio de volumen volumen o por a sentamiento.

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Humedad del suelo El agua suele estar pre sente en los suelos o terrenos ter renos en forma d e una de lgada lgada capa absorbida a la superficie superficie de las partículas o como líquido líquido libre libre entre entr e éstas. é stas. Si el contenido de agua de un suelo está principalmente en forma de capa, o humedad absorbida, entonces no se comporta como líquido. Todos los sólidos tienden a absorber o condensar en su superficie cualquier líquido (y gas) que entra entr a en contacto conta cto con ellos. ellos.

POROS

AGUA

Va

Vh

Vw V

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SÓLIDO

Vs

Vs - es más constante ue V El tipo de ión, o de e lemento metálico, m etálico, presente en la composición composición química química de un un sólido, influye considerablemente en la cantidad de agua que éste pueda absorber. Por tanto, tant o, los procedimientos procedimientos de intercambio iónico para la estabilizaci estabilización ón de los suelos suelos y el control de la percolación percolación forman forman pa rte import ante de d e la mecánica mecánica de suelo. Las capas delgadas de a gua son más fuerte s que el agua de p oros. En 1920, 1920, Terzaghi estableció esta bleció que las pe lículas lículas de a gua de meno m enoss de 5.04 x 10-5 mm de espesor se comportan como semi-sólidos semi-sólidos;; no hierven ni se congelan congelan a tempe raturas ratu ras normales. nor males. En consecuencia consecuencia con lo anterior, ante rior, los suelos o terrenos terre nos saturados saturad os se congelan congelan con más facili facilidad dad que los suelos suelos anegados, y los cristales cristales de hielo crecen al toma r humeda h umedadd libre de los poros. Luego un deshielo repentino libera grandes cantidades de agua, lo que suele tener ten er drásticos dr ásticos resultados. resultado s. Cuando Cuand o los líquidos líquidos se se evaporan, lo primero qu e hacen es e s forma formarr capas, por lo lo que se requiere req uiere un considerable aume nto térmico té rmico para efectuar e l cambio cambio de estado e ntre la película película líquida líquida y el vapor. vapor. Por consig consiguiente, uiente, el efecto de temperatur tempe ratur a sobre el estado físi físico co del suelo se e xplica plica en e n té rminos de la reducci red ucción ón de l espesor de las capas de líquido líquido al elevarse elevarse dicha tempe ratura. ratu ra.

La presencia de humedad en el suelo o terreno es fundamental para controlar la CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES

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compactación. La mejor manera de efectuar la compactación de suelos, sea por medios artificiales o naturales, es bajo condiciones de humedad bastante definidas, ya que la redistribución redistribución de las partículas partículas del suelo para que ocupen un menor men or volumen volumen no es posible posible cuando se carece de sufic suficiente iente humedad hume dad pa ra cubrir cada gránulo. La película película de a gua hace las veces de lubricante, lo que facilita los movimientos relativos de las partículas, y su tensión te nsión capilar las sostiene sostiene e n su sitio. sitio. Desde De sde luego, si si los los gran granos os son de menor men or diámet diám etro ro se necesita más agua a fin de lograr mejor estabilización que en el caso de partículas más gruesas.

Resistencia de los suelos suelos a la pr esión esión Ya desde d esde antes a ntes de 1640 1640,, Gali Ga lileo leo señaló la difere diferencia ncia entr e sólidos, sólidos, semi-lí semi-líquidos quidos y líquidos. Este naturalista aseveraba que los semi-líquidos, a diferencia de los líquidos mantienen su forma cuando se les apila, y que, si se les hace un hueco o cavidad en la superfic super ficie ie , la la agitación hace ha ce que se rellene r ellene el e l hueco, mientr as que en e n los sólidos, sólidos, la cavidad cavidad no se rell re llena. ena. Esta E sta es una descripc descripción ión muy burda de la propiedad llamada pendiente natural de los mater mat eriales iales granular es, una pr opiedad opied ad muy mu y fácil de observar en arenas arena s limpi limpias as y secas, secas, aunque los suelo suelo o te rrenos rren os con diversas diversas cantidades de arcilla arcilla y humedad humeda d tienen difere diferentes ntes pendientes. Es importante no confundir el ángulo de reposo natural con el ángulo de fricci fricción ón interna, intern a, aunque muchos autore s han seguido a Woltmann, quien, al trad ucir ucir los escritos de Coulomb, cometió ese err or. Fue Coulomb (177 ( 1773) 3) quien aplic a plicóó a los suelos las leyes leyes funda fundament ment ales de la fricción. Él descubrió que la resistencia resistencia a lo largo de una superficie superficie de falla falla dentro den tro de d e un suelo es función tanto de la carga por unidad de área como de la superficie de contacto. Puede considera considera rse como la primera contribución contribución importante importa nte a la Mecánica de Suelos. La resis re sistencia tencia de los suelos a la la deformación deform ación depende, depen de, sobre todo, tod o, de su resistencia a la fuerza cortante. Esta resistencia equivale, a su vez, a la suma de dos componentes:  fricción y cohesión . La resis r esistencia tencia friccional friccional surge surge de la irregularidad de los contactos contactos entre en tre partíc part ículas ulas y es proporcional a la fuerza perpendicular entre ellas. La cohesión que es la resistencia máxima a la tensión de un suelo, es resultado de las fuerzas de atracción que hay entre gránulos en contacto íntimo y no depende de la pr esión normal. Sin Sin embargo em bargo es muy raro encontra encon tra r esta cohesión ver verdad dader era; a; lo más común común e s que los los suelos suelos tengan cierta cierta resi re sistencia stencia friccional. CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES

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PROP IEDADES IEDADES DEL SUELO IM PORTANTES PORTANTES EN INGENIERÍA Las propiedades propieda des edafológicas edafológicas normalmente normalment e muy import importante antess sson on las que se exponen exponen a continuación. Densidad: La cantidad de ma teria sólida sólida presente pre sente por unidad de volumen volumen recibe r ecibe el nombre de densidad en seco del material. material. En e l caso de los suelos granula res y orgánico-fibrosos, orgánico-fibrosos, la densidad en seco es el factor factor más importa nte de sde el punto de vista ista de sus propiedades ingenieriles. Una Un a de esas e sas propiedad propie dades es es el estado o grado de compactación, compacta ción, que se expresa expresa generalmente en términos té rminos de densidad relativa, relativa, o razón (como por centaje) de la diferen diferenci ciaa entre entr e la de nsidad del suelo natur al en seco y su su densi de nsidad dad e n seco mínima, dividida dividida entre la diferencia que hay en sus densidades máxima y mínima en seco. Sin embargo, durante la construcción de rellenos ingenieriles, el grado de compactación suele especificarse como el cociente de densidad real en seco, in situ, dividida entre la densidad máxima en seco, determinada con una prueba de laboratorio diseñada par a el cálculo cálculo de la relación humedad-den sidad sidad (ASTM ( ASTM Dl557 o D698). D698 ). Fricció Fricciónn In terna : La fricción fricción pura de Coulomb Cou lomb equivale equivale a la simple resistencia resistencia a la fuerza cortan te e n la teoría de la elasticidad. elasticidad. La fricci fricción ón interna suele expresarse expresarse geométricament e como el ángulo de fricci fricción ón interna (phi), donde t a n = f , el coeficiente de fricción. Entonces la componente fricci friccional onal de la re sistencia sistencia a la cortante , Tma x de una un a masa ma sa de suelo, equivale equivale a N tan , donde N es la fuerza fuerza perpen pe rpendicul dicular ar que actúa sobre dicha masa. Los valores de (phi) van van desde unos un os 281 en e l caso caso de arenas aren as sueltas y limos limos no plásticos, hasta unos 481 en e l de arena a rena s sueltas y gravil gravillas. las. El valor aumen ta junto con la densidad, la angularidad y la granulometría de las partículas; disminuye cuando el suelo contiene mica; es relativamente indiferente a la velocidad de carga y el tamaño de las partíc part ículas; ulas; y puede aumentar aumen tar o disminuir bajo cargas repe titivas titivas o cícl cíclic icas. as. Muchos Mucho s ingenier ingenieros os utilizan utilizan el e l valor valor de Tma x como equivalente equivalente de la resi re sistencia stencia total a la fuerza cortante (suposición que también se hace en casi todas las ecuaciones para el cálculo cálculo de la presión en suelo o te rrenos). rren os).

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Es la máxima máxima resis r esistencia tencia del suelo a la te nsión. Resulta de la compleja interacción interacción de muchos factores, como la adherencia coloidal de la superficie de las partículas, la tensión capilar de las películas de agua, la atracción electrostática de las superficies cargadas, las condiciones condiciones de dr enaje ena je y el historial de esfuerzos. e sfuerzos. Sólo existe existe verd verdade aderam rament entee cohesión en el caso de arcillas arcillas que tienen contacto de canto con cara e ntre sus partíc part ículas. ulas. Los suelo o terrenos no plásticos de grano fino pueden exhibir una cohesión aparente cuando están en condiciones condiciones de saturación satu ración parcial. El valor de cohesión que se utiliza al diseñar depende directamente de las condiciones de drenaje bajo la carga impuesta, así como del método de prueba que se emplee para pa ra calcularlo, calcularlo, por lo que todo se debe evaluar evaluar cuidadosament e. Compresibilidad: Esta propiedad define las características de esfuerzo-deformación del suelo. La aplicación de esfuerzos agregados a una masa de suelo origina cambios de volumen y desplazamientos. Estos desplazamientos, cuando ocurren a nivel de la cimentación, provocan asentamientos en ella. La limitación de los asentamientos a ciertos valores permisibles suele regir el diseño de las cimentaciones, sobre todo cuando los suelo o terrenos son granulares. En el caso de los suelos granu granulares, lares, la compresibili compresibilidad dad se expresa expresa e n té rminos del módulo de d e Young Young E, el cual suele sue le considerar consider arse se equiv eq uivalente alente al a l módulo secante secante de la curva curva de esfuerzo-deformación, obtenida por medio de una prueba triaxial estándar. El módulo disminuye al aumentar el esfuerzo axial, pero se incrementa al elevar la presión de confinamiento confinamiento y al someter la muestra a cargas repe titivas. titivas. La comprensibilidad de las arcillas saturadas se expresa como el índice de compresión C c, junto con una evaluación de la máxima presión a la que hayan sido sometidos antes. Ambos valores valores se calculan calculan por medio de pruebas prueba s de laborat orios unidimensionales unidimensionales estándar de consolidación consolidación (ASTM (ASTM D2435). D2435). C c, representa el cambio en la proporción de vacíos por ciclo logarítmico de esfuerzo y es una función del historial de esfuerzos del terr te rreno eno.. Para fines fine s prácticos, es necesario nece sario saber sabe r el valor valor de ntr o de los límites límites específ específic icos os de esfuerzos que se desea mane jar. CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES

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Permeabilidad: Es la capacidad de una masa de suelo o terreno de permitir el flujo de líquidos a través de un gradiente h idráulico. idráulico. En el diseño de cimenta cimentaci ciones, ones, por lo gener al lo único que es necesario saber es la permeabilidad en condiciones de saturación. Las permeabilidades de casi todos los tipos de suelo son muy variables y dependen en gran medida de variaciones relativament relativament e pequeña pe queñass de la masa ed afológic afológica. a. Puesto que gener almente de pende del d el tamaño y la la continuidad del espacio espacio poroso del suelo y, en consecuencia, del tamaño de las partículas de éste, la permeabilidad es típicament típicament e una propiedad anisotrópica cuyo cuyo valor valor es e s más alto en la dirección dirección horiz hor izontal ontal que e n la vert vertic ical. al. Los valores valores de perme p erme abilidad abilidad de las distintas clasificaciones del suelo o terreno varían por un factor de más de 10 millones, lo que se ha constatado directamente directamente por medio de pruebas de permeabilidad en el campo o en el laboratorio, e indirectamente por pruebas de consolidación y análisis del tamaño de las partículas. Las mejores cuantificaci cuantificaciones ones se obtienen con pruebas prueba s de bombeo e n pozos a cielo cielo abierto en el e l campo.

Otras propiedades: Existen Existen algunas otras propiedade s menores de los suelo o terre nos que, en ciertos casos, casos, adquiere n relev r elevancia. ancia. Por ejemplo, el conten contenido ido de mat eria or gánica del suelo suelo puede afectar la fijeza fijeza de cualquiera de las propiedades inducidas por tratamiento. Así los suelos muy ricos en materia vegetal descompuesta, que contienen ácidos tánicos, no son adecuados para la estabilizaci estabilización ón con cemento. cemen to. A modo de e jemplo, los los suelo o ter renos con un alto contenido de polvo polvo de caliza caliza se debilitan con el flujo flujo de agua a gua a tra vés del suelo o se desintegran con la pe rcolación de aguas de albañal o algunos algunos otros otr os líquidos líquidos residuales. residuales.

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IDENTIFICACIÓN, IDENTI FICACIÓN, MUESTREO M UESTREO Y EVA EVALUACIÓ LUACIÓN N DE SUELOS Para facilitar la aplicación de la experiencia previa al estudio de las condiciones nuev nue vas del suelo, es necesario dispone r de un sistema sistem a estánda está ndarr de identific ide ntificaci ación ón de suelos suelos o terrenos. ter renos. Con ese fin, la la clasifi clasificaci cación ón de estos se basa gener almente en propiedad p ropiedades es físic físicas as que se evalúan según procedimientos normalizados. Las pruebas de evaluación de las propiedades propiedad es de los suelos suelos o de sus reacciones reacciones ante ant e cargas constan de procedimientos de laborator io y campo. Ident ificació ificaciónn de suelos s uelos Las investig investigaciones aciones de campo para la identificaci identificación ón de suelo o terren te rrenos os se puede n hacer por medio de levanta levantamientos mientos superficiales, superficiales, estudios aéreos o análisis análisis explorator exploratorios ios geofísi geofísicos cos o superficiales superficiales.. El conocimiento completo de la estructur a geológica geológica de un á rea permite hacer una u na identif ident ific icación ación definida definida a partir part ir de la inspección inspección superficial. superficial. Junto con una clasificación mineralógica de las capas más externas, la inspección permite cuando menos identificar la estructura de ciertos suelos. Sin embargo, no basta para conocer el comportamiento del suelo, a menos que se hayan encontrado previamente condiciones idénticas. En casi todos los países existen mapas geológicos geológicos y/o y/o agronómicos agron ómicos del suelo o terreno, te rreno, junto con informe informess detallados, det allados, que son bastant e útiles para este fin. En Estados Unidos, por ejemplo, dichos mapas son publicados por el U.S. Departament of  Agriculture, U.S. Geological Survey y sus correspondientes oficinas estatales. En España los edita el Instituto Geográfico Nacional, Instituto G eológico y Minero, Mine ro, y el Ministerio Minister io de Agricultura. Agricultura . Los levant levant amientos amien tos viejos viejos tienen gran valor para p ara la localización localización de las línea líneass originales originales de playas playas y arr oyos, oyos, así como como par p araa conocer la existencia de cambios superficiales. Para grandes Obr as, se se precis pr ecisaa o deta d etall llan an los mapas existentes existentes y/o y/o en depende de pendencia ncia de la magnitud de la Obra se confeccionan específicamente para ella. En el Anexo... se muestra un ejemplo del editado por el M.O.P.T. para la construcción construcción de la línea de l AVE en el tramo G etafe-Córdoba. etafe-Córdoba. Es necesaria una inspecci inspección ón completa de l sitio sitio de obra a fin fin de complement ar los CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES

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datos obtenidos a partir de mapas y levantamientos, y en la mayor parte de los casos ayudará también a aclarar las cuestiones de uniformidad. Además, la inspección de las estructura s vecinas vecinas servirá servirá pa ra destacar algunas algunas de las posibles posibles dific dificultades. ultades. La inspección aerofotogramétrica se ha desarrollado hasta el punto en que es factible factible hacer una r ápida e valuación de los suelos, suelos, a muy bajo bajo costo en grande s áreas. Los datos que se obtienen mediant e fotografías aéreas aér eas estere oscópicas, oscópicas, obtenidas obten idas de vuelos propios y/o de satélites, correlacionadas con patrones normalizados, permiten identificar los tipos de suelos o terrenos en base a su color, textura, características de drenaje dren aje y cubierta cubierta vegetal. Clasificación de los suelos: El sistema sistema de clasifi clasificaci cación ón de suelos más aceptado acepta do es la la Unifield Soil Classification ( Clasificación Clasificación Unificada de Suelos) Suelos) que se presenta en la Tabla... En ella se encuentran criterios definidos definidos para la nomenclatura de los suelos y una lista en la que éstos é stos se se agrupan a grupan dentro den tro de d e divisi divisione oness fijas fijas conforme al a l tamaño tama ño de sus partículas par tículas y a los resultados resultad os de prueba pru eba de laboratorio laborator io acerca d e sus caracter ísticas ísticas físi físicas. cas. Explor Explor ación Sub-super ficial ficial Esta es la fase de campo del análisis de suelos o terrenos y del diseño de sub-estructura sub-estructura s, por lo que es muy importa importante. nte. La obtención de información inadecuada, imprecisa o errónea en esta fase del trabajo es la causa más común de que se produzcan diseños excesivamente costosos de excav excavación ación y cimentación, que a demás demá s quedan queda n expuestos a fallas. Por tant t anto, o, la palabra clave clave es: exploración. exploración . La finalidad finalidad de e ste tr abajo es esclarecer, med iante técnicas explorato exploratorias rias,, la natura na turaleza leza de las condiciones condiciones sub-superfici sub-superficiales ales del sitio sitio de obra correspondiente y su su impacto sobre e l diseño. diseño. Por consigui consiguiente ente,, el traba jo se debe planific planificar ar y ejecutar de modo que r evele evele la natura na tura leza de los suelos, suelos, y no se debe de be re alizar alizar como un simple procedimiento rutinario. rutinar io. Así el tipo y magnitud de las técnicas técnicas de exploración, exploración, de las prue bas in situ y de los métodos mét odos de muestreo mue streo se deben de ben elegir con base en las incógnitas incógnitas asociada asociadass al terre ter reno, no, los peligros geológicos que cabe esperar razonablemente, la carga que va a imponer la estructura por construir y el grado grado de asentamientos asent amientos que puede tolerar la edificaci edificación ón ya ya terminada. La intensidad inte nsidad y metodolog meto dología ía del tr abajo explorat exploratorio orio varían mucho (no (n o existe existe ningún método métod o estándar está ndar aplicable aplicable a todos los casos, casos, y no conviene conviene imponerlo). En zona s bastante urbanizadas, urba nizadas, donde las condicione condicioness supe superfici rficiales ales y características cara cterísticas CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES

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ingenieriles del terreno ya se conocen bastante bien gracias a trabajos previamente reali rea lizados zados en otras ot ras estructur as, una investig investigación ación apropiada p odría consistir consistir en hacer un trabajo traba jo pequeño de confirmación confirmación de datos, incl incluso uso cuando la estructura en un proceso de diseño sea una edificaci edificación ón grande. grande . Por el contrario, cuando se va a implantar una estructura ligera en una región aislada, con malas condiciones sub-superficiales, conviene realizar una investigación exhaustiva. exhaustiva. Alguno Algunoss reglament re glamentos os de construcción exigen exigen programa progra ma de ex e xploración plora ción del suelo; suelo; sin sin embargo, emba rgo, no se debe olvidar olvidar que sólo sólo se tr ata de los criterios mínimos. mínimos. Por tanto, ta nto, el pliego liter literal al a dichas exig exigencias encias no constituyen una pr áctica ingenieril prud ente. ent e. La mejor norma es: e s: el ingeniero ingeniero de cimentación cimentación debe estar razonablemente seguro de que no quedan incógnita incógnita s de import import an cia respecto re specto al te rreno rr eno,, y debe conocer cuá les son son las caracter caracterís ísticas ticas más determinante dete rminante s de los materiales mate riales del subsuelo. subsuelo. Conforme a esta filosofía profesional general, a menudo es recomendable hacer investigaciones subsuperficiales subsuperficiales en dos do s o más fases, cada una un a de las cuales aportan un número mayor de detalles. Se puede comenzar por unos cuantos barre nos o algún algún otro otr o tipo de exploración exploración en la que se manejen inter-espacios grande grande s. A partir de estas técnicas se pueden establecer la estratig estrat igrafía rafía y propiedades propieda des generales del suelo suelo o terren te rreno. o. Luego se planifica una segunda fase, cuya finalidad es llenar los huecos que dejó la primera, confirmar la uniformidad o predecibilidad del terreno y delinear y definir definir cualquier anomalía. En una tercera fase de deta lle lle sólo sólo se a cabará de definir definir las anomalías ano malías o se re alizaran alizaran las pruebas especiales impuestas por los problemas específic específicos os de la edificación edificación que se está diseñan diseñando. do.

Técnicas Técnicas de d e detección detección r emotas Estos métodos aportan pruebas indirectas de la naturaleza de los minerales del subsuelo. No indican de modo directo las propiedades ingenieriles del terreno, pero sí  permiten conocer las profundidades de los estratos en muchos casos, así como hacer evaluaciones evaluaciones cualitativas cualitativas de los materiales. mate riales.

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Las inspecciones aéreas son muy apropiadas cuando es necesario explorar grandes extensiones. Ver Tabla... Clasificación Unificada de Suelos, incluyendo datos de identificación y descripciones. El análisis de fotografías aéreas estereoscópicas ester eoscópicas ordinarias, fotografías fotografías infrarrojas térmicas y de colores falsos, fotografías multiespectrales de satélite satélite o imágenes de radar aé reo de soslay soslayoo puede pu ede revelar la t opografía y drenaje dren aje superficial superficial de los ter renos, las caracterís caracter ísticas ticas lineales lineales que reflejan la estructura geológicas de éstos, su tipo de suelo superficial y, a menudo, el tipo de r oca subyacente. subyacente. Estas técnicas son particularmente útiles para localizar sumideros rellenos en regiones de tipo karst, karst, donde estos e stos pueden estar e star muy próximos próximos entre sí. La exploración geofísica aporta gran información muy rápidamente y es muy económica como manera de complementar los datos obtenidos mediante barrenos o perforacione per foracioness explora explorator torias. ias. Las técnicas geofísicas geofísicas incluy incluyen en reflexión reflexión y refra cción cción sísmica, prueba pru ebass sísmicas sísmicas de tiro y galería, galería , resistiv re sistividad idad eléctrica, elé ctrica, cuantific cuant ificacione acioness micrograv microgra vimétricas imét ricas y elaboración de perfiles acústicos del subsuelo. La exploración sísmica de los subsuelos es resultado secundario de las prácticas estandarizadas de exploración petrolera para la detección de discontinuidades en la estructur estr ucturaa del suelo. Los principios que entran ent ran en juego son son las conocidas conocidas caracte característi rísticas cas de transmis tra nsmisión, ión, reflex reflexión ión y refracción de las onda s sonoras al pasar a tr avés avés de materiales mate riales con distintas densidade densidades. s. El método méto do consiste consiste en registrar el tiempo que ta rdan rda n las ondas onda s sonora sonorass inducidas inducidas por explosi explosiones ones o golpes golpes de martil mart illo lo en llegar a diversos diversos puntos de l terr eno.

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En una técnica pare cida, cida, se utiliza utiliza la variación variación en la conductividad conductividad eléctric e léctricaa de d e las diversas densidades del suelo y de las discontinuidades de contacto de las capas. Para el método microgravimétrico se utilizan pequeñísimas variaciones en el campo de gravedad, lo que permite ubicar ubicar huecos subsuperfici subsuperficiales ales o cambios en el tipo de roca. La elabor ación de perfil pe rfiles es del subsuelo se emplean en estudios marinos para obtener un registro continuo, a pa rtir de d e la reflexión reflexión sísmica, sísmica, de los contactos estratig estrat igráfic ráficos os del subsuelo subsuelo marino. m arino. En muchos casos, los métodos geofísicos permiten obtener un buen cuadro de propiedades del suelo o terreno, profundidad de las capas y profundidad hasta la roca subyacente. subyacente. Sin embargo, no cabe espera r que produzcan p roduzcan más que un cuadr o prome dio o estadísticos estadísticos de las condici condiciones, ones, o que permitan permita n más má s que una u na identifi iden tificaci cación ón aprox a proximada imada de los tipos de suelos. No obstante obstan te la información infor mación que se obtiene obtien e de e llos es una guía guía excel excelente ente para programar una investigación exploratoria completa y puede ser inapreciable para deducir la información correspondiente al terreno ubicado entre barrenos muy distantes entre sí. Explor Explor ación in situ y técnicas de pr ueba Existe una amplia variedad de técnicas para la investigación in situ de las condiciones subsuperficiales del suelo. Algunos de esos métodos se han estanda e standa rizado y muchos de ellos se se utilizan en todo el mundo. a)

Pozos Pozos y zanjas zanja s de pr ueba a cielo cielo abierto

Estos Esto s métodos permiten per miten hacer ha cer una obser vación vis visual ual directa y posibilitan la toma manual de muestras del suelo, aunque están limitados limitados a profundidades pr ácticas ácticas de 3 ó 4 m. Las zanjas son útiles para ubicar los puntos de contacto con estratos que se profundizan agudamente. Los pozos de prueba pr ueba son un medio rápido y económico económico de obtene r información del subsuelo, subsuelo, pero no se de ben util ut iliz izar ar por po r separa do, a menos que se conozcan conozcan los mater iales que hay ha y por debajo de bajo del pozo o cuando esta información no tiene importancia. Los suelos descubiertos con los pozos o zanjas a cielo abierto se muestrean fácilmente clavando a mano tubos t ubos de pared par ed delg de lgada ada e n el fondo o los taludes de la excav excavación. ación. CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES

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b)

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Sondas

Se trata de sondas taladradas o clavadas, sin toma de muestras, cuya finalidad es localiz localizar ar la roca r oca madre y obtener obtene r cortes corte s destinados a la identificaci identificación ón del de l suelo suelo o terre te rreno. no. Las sondas clav clavadas adas permiten per miten evaluar ade cuadamente cuadame nte las propiedade prop iedadess del suelo. suelo. Las sondas sondas para la localiz localización ación de la roca madre ma dre también aportan apor tan información información sobre la solidez solidez relativ relativaa de ésta, lo que se se mide a part ir de la veloci velocidad dad de penetr pe netración ación de la barrena cuando é sta es sometida a una presión descendente constante.

c)

Perforaciones

El método méto do tradic tra dicional ional de exploración exploración del subsuelo subsuelo consis consiste te en perforar (taladrar) (ta ladrar) y examinar agujeros y el material que de ellos se extrae. Sin embargo muchos de los problemas de construcción construcción de cimientos, cimientos, que a menudo son muy costosos costosos,, resultan de l uso de métodos inapropiado de muestreo por horadación o de una confianza excesiva en la extrapolación de los resultados. En consecuencia, para la planificación y ejecución de las exploraci exploraciones ones del suelo o te rreno mediante perforaciones se se de be recurrir re currir a una u na ev e valuación aluación ingenieril ingenieril e xperta. pert a. Sólo cabe esperar que una perforación permita conocer a ciencia cierta las condiciones que prevalecen en el sitio en que ésta se práctica. En consecuencia, la información información así obtenida p uede ser representa re presenta tiva tiva o no n o de las condici condiciones ones que prevalecen prevalecen entre ent re una u na perfora pe rforación ción y otra. otr a. Por ta nto el e l número y ubicación ubicación de las horadaciones requieren una buena experiencia y juiciosa evaluación. En muchos reglamentos municipales y estatales de construcción se especifican un número mínimo de perforaciones para cada tamaño de terreno. La información así  obtenida, sin embargo, puede ser insuficiente para el diseño y la construcción de los cimientos. Muy a menudo, después de haber realizado las perforaciones que exigen los reglamentos, se ret ira del sitio el equipo de perforaci perfora ción; ón; luego, durante la excav excavación ación o construcción de los cimientos, se descubren capas de discontinuidad en el sitio. Cuando Cuan do ya ya se está e n esa fase de la constr ucción, ucción, el costo costo de nuevas perforaciones perfora ciones es muy elev elevado; ado; no obstante, es e s necesario hacerlas. Sin Sin ex e xcepción, cepción, el costo de esta e xploración ploración representa repre senta apenas una pequeña parte pa rte del de l desperdicio que representaría, de otro modo, el sobrerefuerzo de la cimentación para compensar la falta de información, o las revisiones de corrección que serían necesarias durante duran te la construcción de los cimientos cimientos de la industria. CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES

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La estrategia estra tegia más usual para re alizar alizar las perfora ciones ciones complementar ias es elegi elegirr el punto intermedio de la distancia entre las perforaciones previas que arrojan resultados difere diferentes. ntes. Luego si si la la nuev nue va per foración foración no re presenta un promedio prom edio razonable de las dos previas, se efectúa otra perforación entre el par que tiene la mayor discrepancia. Según sean los resultados, es probable que se necesiten más perforaciones. De esta manera se puede precisar razonablemente r azonablemente la ubicación ubicación de los cambios cambios encontrados encontrados en las condic condiciones iones del terren ter renoo y se elimina elimina la necesi ne cesidad dad de d e hacer exageraciones exageraciones innecesarias en la cimenta ción. Las perforaciones se ejecutan por medio de extensiones para barrenas rotatorias. Dur ante la perforación se utiliza utiliza un líquido líquido circulante circulante cuya cuya función función es ret irar el mat erial desprendido. A fin de evitar evitar la contaminación contaminación de las muestras de suelo que se toma n con la barre na, en genera l conv conviene iene usar el e l método de perforación con taladro girat giratorio orio y lodo bentonítico como líquido circulante circulante . Independientemente del método al que se recurra, se debe t ener mucho cuidado cuidado para que el nivel del líquido dentro del agujero jamás sea inferior al nivel del manto friático, incluso durante el intervalo en que se están retirando de la perforación los implementos implementos de la barrena. Dur ante la per foración foración y el muestreo de pe rforaciones, es necesario que un ingeniero, geólogo o técnico capacitado lleve una bitácora. (Ve r Fig F ig..........  Bitácora de perforación de suelos ) en la que anote las profundidades de perforación a que se toman muestras o realizan pruebas, las profundidades donde ocurren cambios de estratos e stratos y la profundidad de l manto friático; además conviene anotar también los resultados de cualquier prueba realizada in situ, situ , como como la prueba e stándar de pe netración (ASTM (ASTM D 1586). 1586). Por otra otr a parte, par te, las bitácoras deben mante ner una un a descripción descripción completa completa de t odos los los materiales mate riales encontrados o de tectados en las escorias escorias y muestras. muestra s. Cuando la barr ena topa top a con rocas, en la bitácora se anota el tipo de m aterial ate rial extraído, extraído, haciendo re ferencia a la longitud longitud y porcentaje de la distancia perforada en la roca; cualquier filón intemperizado o interrupción en el material del suelo; y cualquier fractura y su inclinación. En el caso de muchas formaciones rocosas, la la e valuación de la designación designación de calidad calidad de la roca (RQD; RQD ; del inglés su anot ación en la bitácora son un buen indicador de la solidez solidez rock quality designation ) y su del estrato r ocoso.

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Las perforaciones son un método que permite muestrear los subsuelos y hacer pruebas al mismo mismo tiempo. La prueba más común en perforaciones es la la prueba prue ba estándar en penet ración ( SPT SP T del inglés Standard ( ASTM D 1586). 1586). En dicha prueba, prue ba, se Stan dard Penetration Penetration T est ) (A clav clavaa en el fondo de la p erforación, mediante golpes golpes con una masa de 63 kg (140 lbs) lbs) que qu e se deja caer caer desde una altura de 75 cm, cm , un muestreador de barril barr il hendido, o cuchara, cuchara, de 5 cm (2 pulg) pulg) de diámetro extern externo. o. Se registra registra el núm ero de d e golpes necesarios para incrustar incrustar 30 cm (12 pulg) pulg) la cuchara , y esa cifra recibe el nombr e de valor N en golpes/pie. N es un indicador de la densidad de los suelos granulares y puede reflejar la resistencia de las arcillas arcillas no moldeables. En la Tabla sigui siguiente ente se muestran muestra n valores valores de N para par a suelos sue los clasifi clasificados cados como pobres y por lo tanto t anto de inacepta ble aplicación aplicación en cimentaciones.

Tipos de Suelos

Valor de N

Suelos Su elos Orgánicos Orgánicos

< 4

Suelos Su elos Arcillosos Arcillosos

< 4

Suelos Arenosos

< 10

La STP (Standard Penetration Test) da por resultado muestras moderadamente alteradas, pero aceptables para la observación, clasificación y evaluación conforme a índices. Sin embargo el número de golpes está sujeto a muchas influencias durante la perforación y muestreo, así  como a ciertos factores de los materiales penetrados. Por tanto, N es una medida Penetrometro dinamico que se debe evaluar muy cuidadosamente . Para más det alles véase véase la referencia re ferencia Bibliográfic Bibliográficaa .... Otros medios de prueba en perforaciones son la cizalla cizalla de a spas, spas , que sirve sirve pa ra medir in situ la resistencia de las arcillas y los suelos orgánicos a la fuerza cortante, y el manómetro, en el que una membrana vertical expansible, colocada dentro de una perforaci perfora ción, ón, mide la rigidez rigidez y la resistencia resistencia del suelo circundante .

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Los aparatos de muestreo de suelos y rocas se deben elegir con cuidado para optimizar la colecci colección ón de mate rial y reduci redu cirr al mínimo las alteraciones en la mu estra. Las rocas macizas macizas y no intempe rizadas se muestrean generalmente con barrenas barre nas girato giratorias rias con brocas de diaman te. Estas Esta s exis existen ten e n varios varios tamañ os, desde las AX hasta las de 10 cm (4.5 pulg) pulg) de diámetro d iámetro e xterno. ter no. La broca NX es la de uso más frecuente, aunqu e las de mayor mayor tamaño extrae extraenn más material ma terial cuando las rocas están intemper izadas, izadas, fracturada fracturadass o porosas. También mejora la cantidad de ma terial obtenido cuando se usan barrena s de varios varios tubos. En la figura figura .... .... se se presenta pr esenta una u na bitácora como e jemplo del trabajo de p erforación de roca. La barrena STP es un muestread or relativamen relativamente te bueno para pa ra la mayor mayor part e de los suelos, aunque aunq ue la muestra e xhibe altera ciones moderad as. En el e l caso caso de los suelo o terrenos arcillosos de consistencia firme a dura, se obtienen muestras relativamente intactas mediante el uso de tubos de Shelby, Shelby, de pared delgada, introducido con mecanismos hidráulicos. Cuándo los suelo o terrenos son arcillosos blandos o arenosos sueltos, un muestrea dor de pistón pistón da mejores resultados. Los suelo suelo o te rrenos rren os densos y las rocas muy intemperiz intemper izadas adas se pueden muestre ar con los muestrea dores Tipo Dennison o Pitcher . El sondeo con un pe netrómet ro cónico cónico es una técnica técnica completamente eficaz eficaz cuando cuando se usa en combinación con muestreos por perforación. En el cono holandés impulsado hidráulica o mecánicamente se utiliza una punta cónica para medir la resistencia a la penetración; pene tración; detrá s de esa punta va una manga o camisa, camisa, con la la que se mide la re sistencia sistencia por fricc fr icción. ión. Estos dos valore valore s son son buenos bue nos indicadores indicador es de la re siste sistencia ncia y rigidez del suelo, por lo que son índices índices relativament relativament e confiables confiables del tipo de suelo de que se trata. trat a. Los penetrómetr penetr ómetros os cónicos cónicos también se impulsan dinámicamen dinámicamente te con una masa m asa como se hace con el STP. STP . Así obtenidos, los los resultados de la pru eba son análog an álogos os a la cuenta de golpes de la STP y sirven para los mismos fines aplicando las correcciones apropiadas. Pr uebas de labora labora torio Básicamente, las pruebas de laboratorio generan datos más exactos sobre las propiedades ingenieriles del suelo o terreno que las interpretaciones de las pruebas simples de campo (siempre que las muestras sean en verdad erd ad repre re presenta sentativ tivas as de las condiciones del subsuelo). El análisis análisis de suelos en laborator ios se se ha desarrollado hasta convertirse en una maraña de pruebas interrelacionadas, con una variedad de criterios y métodos. método s. CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES

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La Ame rican Society Society for Testing and Ma terials (ASTM (ASTM)) publica publica periódic pe riódicamente amente un resumen de esos procedimientos procedimientos (SPT ( SPT 479, 479, Special Procedures for Testing Soil and Rock for Engineer E ngineering ing Purposes). Muchas Mu chas de las técnicas de prueba pr ueba son ex e xclusiv clusivamen amente te aplic a plicables ables a ciertos grupos de suelos, por lo que los datos resultan incorrectos cuando cuando se intenta su utilización de alguna otra manera. Cuando estructuras afectables por los asentamientos, grandes terr aplenes, presas o taludes pronu nciados nciados se van van a cimenta cimenta r sobre suelos blandos blandos o de propiedades inciertas, conviene realizar pruebas de laboratorio sobre muestras representativas. Sin embargo, dichas pruebas son costosas y lentas, por lo que, salvo en proyectos muy importa importantes, ntes, genera genera lmente sólo se realizan unas cuantas de ellas. ellas. Por todo lo anterior, anter ior, las muestras para análisis análisis se se deben de ben escoger cuidadosame cuidadosamente. nte. *

Las La s pruebas de índice, como las de los límites de Atterberg, de densidad y de distribución granu lométrica, lomét rica, sirven sirven para par a clasificar clasificar y caracter cara cterizar izar los suelos, suelos, conocer sus características ingenieriles generales, evaluar su aptitud como material de relleno re lleno y estimar su poten po tenciali cialidad dad de d e corre cción cción mediante las técnicas técnicas de mejora del terreno. ter reno. Es común realizar varias varias de estas pruebas en cada estra to de inter és.

*

Las La s pruebas de compresibilidad , como las de consolidación y de compre com presión sión triaxial, generan gener an valores que p ermite er mitenn evaluar los asentamientos asent amientos que ocurren ocurren bajo carga. carga. Las Las pruebas de consolidación se hacen sobre suelos plásticos, mientras que las de compresión triaxial se destinan a suelos granulares. Asimismo, las pruebas de consolidación y la máxima máxima pre p resión sión a que ha h a sido sometido somet ido el suelo con anterioridad. Las pruebas de compresión triaxial también sirven para evaluar la rigidez de las arenas (una propiedad que aumenta al elevarse la presión de confinamiento) y el incremento de resistencia resistencia de las arcillas arcillas por consolidación. consolidación.

*

Las La s   pruebas de resistencia en laboratorio miden la resistencia del suelo a fin de calcular calcular su capacidad d e carga, la re sistencia sistencia a los empujes later ales de la p ropia tierra y la estabilidad estabilidad de los taludes. La resi re sistencia stencia de las arena s se mide por me dio de pruebas triaxiales y directas de esfuerzo cortante. Las pruebas con cizalla de aspas, compresión y confinamiento y compresión triaxial, que se realizan en laboratorio, son aplicables a los suelos de tipo cohesivo.

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Al efectuar las prue bas de re sistencia, sistencia, es necesario que las condiciones condiciones de dre naje durante duran te ellas reproduzcan lo más fielmente posible las condiciones que prevalecerán en el estrato del suelo o terreno cuando se imponga la carga esperada. espera da. Todas To das las pr uebas, salvo salvo la triaxial, triaxial, se realizan en condiciones no drenadas y se aproximan aproximan a las condici condiciones ones de carga rápida d el terreno, como sucede con la mayoría de las cimenta ciones y excavaci excavacione oness para constru con strucci cción. ón. Las prueba s triaxiales triaxiales permiten r ealizar los estudios bajo condiciones condiciones no dre nadas, nada s, consolidadas consolidadas no dre nadas y consoli consolidadas dadas dre nadas. nada s. Las pruebas prueba s que se rea lizan lizan en condiciones drenadas sirven para conocer factores como la estabilidad bajo un terr aplén después d espués de haber disipado disipado las presiones excesi excesivvas en los poros. Si exis existe te la posibili posibilidad dad de que las ar enas saturadas satur adas sueltas quede n sometidas a cargas sísmicas, su resistencia a cargas cíclicas y su potencial de licuefacción se miden mediante pruebas prue bas tr iaxiales iaxiales cícl cíclic icas. as.

MEJ ORA DEL SUELO O TERRENO

El suelo como material ingenieril, se diferencia de la piedra, la madera y otros materiales naturales por el hecho de que puede pue de ser modific modificado ado para pa ra da rle las característi características cas deseadas. La mejora del suelo es una práctica antiquísima que permite construir en terr enos con condiciones condiciones margi mar ginales, nales, por lo que se emplea con frecuencia en la ingeniería geotécnica contemporánea.

La corrección se realiza a través de métodos aplicados in situ o mediante la construcción de rellenos artificiales. En cualquier caso, los objetivos son una mayor capacidad capa cidad de car ga y la prev pre vención de asenta mientos. Se Se han desarrollado de sarrollado muchas técnicas, como densif de nsificaci icación, ón, sobrecar ga, nivelación nivelación y constru construcci cción ón de rellenos, que gozan gozan de d e amplia a mplia aceptación. Estos métodos han sido la causa, en buena medida, del creciente uso de terrenos marginales a bajo costo.

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Rellenos Rellenos ar tificiales tificiales En el e l presente capítulo, el término térm ino relleno se refiere a los materiales térr eos que se usan principalmente principalmente para nivelar nivelar o elevar elevar la superfici superficiee del de l terreno, terr eno, y no a las estructuras de contención, como como diques de tierra. tierra . Sin Sin embargo, e mbargo, casi todos los principios principios gener gener ales que se presentan present an son aplicables aplicables a ambos tipos de obra s. La mayor parte de los terre nos necesitan necesitan a lgún lgún tipo de r elleno artificial, artificial, al menos para asentar las losas (firmes) para pisos y pavimentos. No obstante, esos rellenos presentan muchos problemas, como compactación inadecuada, cambios de volumen y asentamient asent amientos os imprevistos imprevistos causados por su pr opio peso. A fin de obviar obviar e sos problemas, los rellenos se consideran elementos estructurales del proyecto, de modo que también se diseñan con esmer o. Los materiales mater iales y su gran granulometr ulometr ía, colocaci colocación, ón, grado de compa ctación y, ocasionalmente, ocasionalmente, espesor, deben ser cuidadosamente elegidos elegidos para soportar las cargas cargas previstas. Existen Existen dos tipos básicos básicos de relleno: r elleno: el que se ha ce en seco mediante maquinaria maquinar ia y técnicas ordinarias de movimiento de tierras, y el que se realiza en húmedo con dragas hidráulicas. hidráulicas. Este último tipo es el que se suele u tilizar tilizar para par a la construcción construcción de bordes de contención de aguas o para grandes rellenos. Hay una amplia variedad de materiales y tamaños de partículas que resultan adecuados para rellenos en la mayor parte de los casos, aunque se debe evitar el uso de materia mater ia orgánica orgánica y basura. La economía sugiere sugiere que el banco de mater iales iales de rellenos esté lo más cerca posibl po siblee del de l lugar lugar de la obra y, sin embar go, esto mismo cancela can cela la posibilidad posibilidad de usar ciertos tipos de mater ial. Por e jemplo, es probable que los factores económicos impidan impidan el e l secado secado de d e suelos de grano fino saturados con agua. En casi todos los rellenos, el tamaño máximo de los fragmentos para la capa de 45 cm situada inmediatamente por debajo de los cimientos, losas losas o a la superficie superficie del terr eno, debe ser d e 7,5 cm de diámet ro, es decir, decir, una sexta sexta pa rte del espesor. La prueba más común para evaluar la utilidad aproximada de los suelos como material de relleno y fijar una especificación de compactación mínima es la prueba de relación humedad-densidad (ASTM ( ASTM D698 y D1557), D1557 ), a la también se da el nombre de prueba Proctor. Proctor . En la figura .... se presenta un ejemplo de prueba Proctor, Proctor , con los resultados corre spondientes a arenas, are nas, limos limos y arcill arcillas, as, así como como la línea línea de saturación sat uración del de l 100%, 100%, o de cero bur bujas de aire.

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Es necesario realizar varias pruebas sobre el material de relleno y establecer su relación estándar de humeda d -densidad. El punto más elevado elevado de la curva curva repr esenta la máxima densidad obtenible en laboratorio, según el método de prueba, y el contenido óptimo de humedad. Las dos pruebas de la ASTM representan diferentes niveles de trabajo de compactación. No obstante , en el campo se puede realizar una compactación más intensa que en el laboratorio. De este modo, es factible que exista una diferente relación de humedad-densidad humeda d-densidad en el terreno; ter reno; por tant o, los los resultados resultados de la prueba Proctor no debe n ser considerados como una propiedad inherente del material. Las curvas indican el contenido de humed ad y el control que se necesita necesita en el campo a fin de obtener la densidad densidad especificada. Compactación de terrenos El grado necesario ne cesario de compactación de los rellenos se expresa expresa normalmente nor malmente como un porcentaje porcent aje mínimo de la máxima máxima densidad en seco, obtenida mediante me diante una prueba de laboratorio, laborator io, que se debe lograr dent ro de ciert ciertos os límites límites estipulados estipulados de humed ad. Por lo general se especifican densidades que representan del 90 al 100% de densidad máxima , cuando el contenido de humedad es del 2 al 4% del contenido óptimo de humedad. (La prueba ASTM D1557 sirve como punto de referencia cuando se necesita una gran capacidad capa cidad de carga car ga y baja compresibili compr esibilidad dad;; la la ASTM D698 D 698 es adecuada ade cuada si los requisitos re quisitos no son tan estrictos, como como sucede en zonas de e stacionamiento stacionamiento ,aparcamiento) . En casi todos los rellenos, rellenos, basta con un 90 a 95% 95% de la densidad máx má xima; la compactación del 100% 100% e s necesaria en el caso de carreteras, zapatas de cimentación y otras estructuras de las edificaci edificaciones ones industriales inten samente cargadas. Nótese que las densidades del campo pueden repr esentar más del 100% 100% del valor valor máximo máximo calculado calculado e n laboratorio. Además, si se hace un trabajo de compactación más intenso, esas densidades se pueden lograr lograr con humeda des por de bajo de la curva establecida establecida en el laboratorio. No obstante, no se debe sobrecompactar los materiales de grano fino que estén en el lado seco de la curva óptima, ya ya que luego pueden pued en ex e xpandirse pan dirse y aflojarse aflojarse al saturar los con con agua.

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Los rellenos ordinar ios, en las construcciones industriales, se construyen en capa s de 10 a 60 cm de espesor. Cada capa se compacta ant es de colocar colocar la siguiente. siguiente. El E l grado grado de de compactación real se determina por medio de pruebas de densidad, efectuadas en el campo, sobre sobre mue stras de cada capa. Par a ese fin, es necesario necesario medir la de nsidad nsidad húme da y el contenido de hume dad, aparte apar te de calcular calcular la densidad en seco. Las Las densidades se miden miden en el campo con los métodos de cono de arena (ASTM D1556) o de globo volumétrico (ASTM D 2167 2167), ), si la muestra n o está alterada a lterada,, o en caso contrario con el medidor nu clear clear de humedad-densidad (Densímetro Nuclear). A menudo basta con una prueba por cada 350 a 900 m 3 de relleno. En proyectos a gran escala, en los que se utiliza maquinaria pesada de compactación, es posibl posiblee te nder capas de 45 a 60 cm y más de espesor. e spesor. Sin Sin embar go, en casi todos los proyectos los espesores de las capas deben ser limitados al máximo que garanticen la de nsidad exig exigida ida los equipos de compactación disponibles disponibles en O bra. Por lo general no es necesario compactar los rellenos rellenos hidráulicos que se construyen construyen con suelos dragados en el momento de colocarlos; algunos, incluso, jamás se compactan. En estos casos, un fenómeno común es la segregación de las fracciones de limos y arcillas arcillas dentro dent ro del de l mater ial dragado, pero e sto no tiene efectos nociv nocivos; sin sin embargo, se debe evitar evitar la acumulación de estos e stos materiales mate riales finos finos en los huecos adyacentes a los bordes o debajo de estructuras. El uso adecuado de diques internos, vertederos y técnicas de decantaci decanta ción ón impide ta l acumulación. acumulación. Siempre Siempre se debe te ner pr esente que los rellenos rellenos son cargas muert as muy pesadas, por lo que pueden someter a esfuerzos muy intensos los estratos subyacentes del suelo, incluso incluso los profundos. Una capa de 30 cm de relleno r elleno compactado equivale, equivale, en carga, a 1.5 niveles niveles de un u n edif ed ific icio io ordinario de oficinas. oficinas. Se Se pueden pu eden presentar present ar problemas indeseables, tales como, si si una edif ed ific icación ación está plantad a a horcajadas encima de la línea línea de conte nción de un relleno, es muy probable que ocurra un asentamiento diferencial perfectamente delineado. Los rellenos hidráuli hidráu licos cos profundos llegan llegan a ocasionar hundimientos hundimiento s superficiales superficiales del orden de varios decímetros. Las estructuras a poyadas poyadas en pilotes, pilotes, con firmes firmes (losas a nivel nivel del te rreno) asentados en rellenos re llenos profundos, pueden, conforme el e l relleno se asienta, sufrir sufrir daños dañ os ocasionado ocasionadoss por la diferencia de movimiento de los firmes, entradas de servicio y entradas principales respecto a la estructura piloteada.

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Los tirantes de anclaje que se ut iliz ilizan an pa ra los bordos de contención de a guas y que pasan a través del relleno hidráulico llegan a tener sobrecargas debidas al asentamiento subsecuente subsecuente del re lleno; lleno; a fin fin de evitar evitar esas sobrecargas sobrecargas,, los tirantes tirantes deben de ben quedar qued ar alojados alojados dentr o de tubos ante s de cubrirlos cubrirlos con con el relleno. Densificación Para la densificación se utilizan utilizan varias técnic té cnicas as diferente s, que en e n general gener al consisten consisten en alguna forma de vibración. La densificación es la compactación in situ de los suelos, principalmente principalmente de tipo granular, con el objeto de au menta r su densidad. La posibil posibilidad idad de aplicar estos método s depende, depend e, como se se muestra muestr a en el figura figura... ...,, del tamaño tam año de las partículas par tículas del suelo. En consecuencia, la distribución granulométrica es un factor que debe ser evaluado evaluado cuidadosament e antes an tes de escoger escoger e l método de de nsific nsificación. ación. Las arena s limpias limpias pueden ser densificadas densificadas fácil fácilmente mente hasta una profundidad de 1.8 m mediante el simple simple paso de un a pesada aplanadora aplanado ra vibrator vibrator ia con rodillo rodillo de acero. acer o. La frecuencia de vibración es ajustable en cierto grado, aunque en general se obtienen resultados óptimos dentr o de los límites límites de 25 a 30 Hz. Hz. (Por debajo deb ajo del de l nivel nivel de 1.8 m, la densif den sificaci icación ón e s mínima e incluso se da el caso de que se aflojen los 30 30 cm superficiales superficiales si se se insiste en la compactación.) Los métodos de vibroflotación y Terra-Probe incrementan las densidades de las arenas mediante la inserción repetida de las sondas vibratorias. Los huecos cilíndricos que se forman con el vibrador se rellenan luego con arena acarr eada de l terreno. Los puntos de inserción inserción del vibrador suelen ir agrupados, con una separación típica típica de d e 1.5 m en los sitios donde se van van a erig er igir ir las columnas de l edificio. edificio. Con este método mé todo se obtienen de nsidades nsidades relativas de un 85 % o más en toda tod a la profundidad de inserción, la la cual puede ser de más de 12 m. Estas Esta s técnicas, sin sin embargo, em bargo, no sirven sirven cuando cuan do el contenido de partíc part ículas ulas finas finas del suelo suelo es de más de un 15 % o cuando hay materia orgánica en forma coloidal en cantidades de más del 5 % en peso. Los pilotes de compa compactación ctación son de una alternat alte rnativ ivaa que se emplea em plea para densific densificar ar las arenas aren as y permitir el uso subsecuente subsecuente de cimientos poco profundos. Los pilotes pilotes pueden ser de cualquier mate rial, aunque generalmente son de madera o se trata de un pilote de arena por sustitución, el cual cual se construye hincando en e l terreno terr eno un u n casquillo casquillo que luego se rellena con are na. El E l volumen volumen que desplazan d esplazan los pilotes y la vibración vibración que p rovoca la opera ción de hinca, densific densifican an el suelo circundante .

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Por lo general, el elemento e structural de los cimientos cimientos no se apoya directamente sobre el pilote de compactación, sino sino en la masa densi de nsifi ficada. cada. Por lo común, los pilotes pilotes de compactación se usan bajo las mismas condiciones estructurales y subterráneas de las técnicas de vibroflotación ibroflotación y Terr a-Probe. Ot ra técnic t écnicaa para pa ra la de nsific nsificación ación en gran escala es la compactación dinámica, dinámica , un método dis d iseñado eñado por p or Techniques Louis Menard, Mena rd, que consiste consiste en dejar caer grande s pesas desde una buena bue na altura sobre el terre no. Las pesas van van de 10 a 40 ton de pe so y las alturas desde las cuales se dejan caer llegan a ser de hasta 30 m; m ; la distancia entre los sitios de impacto es de hasta 18 m, de centro cent ro a centro cen tro.. En cada punt p untoo se realiz rea lizan an varios impactos impactos y es necesario dar varias de estas pasadas sobre el terreno. Con esta técnica se pueden densific densificar ar suelo o te rrenos rren os con casi todos los tamaños de partíc part ículas ulas y materiales, mate riales, como como se apre cia en la figura... figura... Es posible posible compactar arenas are nas sueltas, para que alcancen alcancen estados que van van de densos de nsos a muy densos, den sos, a profundidade profun didade s de 7,5 a 10,5 m, m , mediante e l uso de pesas de 15 ton que dejan caer desde una altura de 24 m . Si las las pesas pe sas son de 40 ton, ton , las las profundidade profun didadess de densif den sificaci icación ón se amplían hasta 12 a 15 m, con un mayor incremento en la densidad. En el caso de las arenas are nas y limos limos no plásticos, plásticos, se se pue den lograr asent amientos forzados del terre no de hasta 60 cm. cm . En esta técni té cnica, ca, la la densi de nsifi ficaci cación ón se rea liza liza como si el terr eno hubiera sido sido sometido a una serie de miniterr emotos; emoto s; la compactación es el resultado de un a licuefacci licuefacción ón par cial cial (donde el suelo suelo o terreno ter reno e stá saturado de agua) y del paso del tren de o ndas. En las masas saturada s se se producen prod ucen mayores presiones presiones en los poros, por lo que es necesario aguardar la disipaci disipación ón de esas presiones antes de hacer las siguiente siguiente pasada de d e golpes; de lo contra rio, el efecto del golpe se nulifica y no hay mayor compactación. En la figura .... se dan los resultados de un trabajo de compactación dinámica, en gran escala, realizado en Bangladesh. Bangladesh. Dic D ichos hos resultados se e xpresan como una gráfica gráfica de los valores valores promedio prom edio de la prueba estándar de penetración (SP ( SPT T), antes y después de la compactación, según la profundidad. Sc= suelo competente Sd= suelo densificado Snc= suelo no competente Sg= relleno de grava

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Los diferent diferentes es métodos para mejorar m ejorar los terre nos, deben ser, ante t odo, económicos. económicos. Las ventajas ventajas de estas técnicas en compara ción ción con otros o tros mét odos de cimenta cimentaci ción, ón, como las cimentaciones profundas (pilotes «in situ», módulos portantes, etc.), son las siguientes: §

§

No pr ecisan excavaciones, excavaciones, no planteando problemas ambientales ambientales con el tra nsporte y la eliminación eliminación de residuos. Condiciones simples de cimentación, son similares a los suelos natur ales con sufic suficiente iente capaci capa cidad dad de d e carga.

La técnic té cnicaa de ejecuci e jecución ón es mediante median te la introducción intro ducción del vibrador vibrador en el e l terre no, por su propio pe so y con ayuda ayuda de la inyecci inyección ón de agua a presión por su punta. Creaci Crea ción ón de un estado e stado de licuefacc licuefacción ión local mediante vibración vibración que facili facilita ta la pene traci tra ción ón del de l vibrador vibrador y su conjunto conjunto en e l suelo suelo hasta ha sta alcanzar la la profundidad re querida en cada caso, arrastrando arr astrando e l agua agua en su circulaci circulación ón inversa a los finos finos procedentes procede ntes de d e la perforaci perfora ción. ón. Alcanzada la profundidad deseada se disminuye la inyección de agua en punta comenzando entonces ent onces la aportación apor tación de grava. grava. El vibrado vibradorr sube y baja vibrando vibrando e inyectand inyectandoo agua, arrastra ndo a su vez grava, grava, la cual se se compacta e n el interior de l terre no formando la columna; durante esta operación se forma un cono superficial debiéndose de aportar la grava grava de forma rápida r ápida y continuada continuada con una pala auxili auxiliar. ar. La ex e xtracción lenta y escalonada escalonada de l vibrador vibrador por tongadas to ngadas crea una zona den sifi sificada cada cuyo cuyo diámetro diámetr o depende de las características del terreno y la potencia potencia empleada.

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Sobrecargas En ocasiones, ocasiones, los materiales mate riales adecuados de ciment cimentación ación descansan en ar cill cillas as blandas y comprimibles, comprimibles, en las que p ueden uede n ocurrir asentamientos asentam ientos indeseables. En t ales casos, casos, el terreno se puede volver utilizable si se sobrecarga la superficie. La finalidad de la sobrecarga e s cargar y consolidar consolidar por antici ant icipado pado las arcillas, arcillas, lo que cancela la posibilidad posibilidad de asentamientos ulteriores por debajo de las estructuras. Otra finalidad concurrente es el incremento de la resistencia resistencia de l suelo arcillos arcilloso. o. En la práctica, prá ctica, el proceso es muy simple simple cuando la arcil a rcilla la está cubierta por los suelos superficialmente sólidos, pues la capacidad de carga no es un problema. El área que se desea mejorar se carga con tierra floja, amontonada, hasta que el peso de ésta es equivalente equivalente a la carga que se impondrá posteriormente al construir construir la estructura definitiv definitiva. a. (Si existen existen arcill a rcillas as muy plásticas o capas muy grue grue sas con escaso dre naje int erno, er no, tal ta l vez vez se necesite hacer drenajes de arena a fin de lograr la consolidación dentro de un plazo razonable). Conviene Conviene vigil igilar ar los asentamientos asentam ientos de la super fici ficiee orig or iginal inal del terr eno y de la capa ar cill cillosa osa durante dura nte la colocación colocación de la sobrecarga y después de ésta. E l relleno debe permanecer perma necer e n el sitio hasta que deje de haber asentamientos. Luego se retira retira la sobrec sobrecarg argaa y se erig er igen en las estr ucturas. Si la la sobrecarga sobre carga se rea liza liza en forma adecuada, a decuada, las estru cturas ya no deben de ben estar sometidas a asenta mientos ocasionados ocasionados por consolidaci consolidaciones ones primarias; sin sin embargo, conviene evaluar la posibilidad de que ocurran asentamientos a causa de la compresión secundaria, sobre todo si los los suelo o terrenos terre nos tienen un a lto contenido orgánico. Esta técnica es eficaz en grandes extensiones de terreno. Las limitaciones son la necesidad de u n re lleno lleno tempor al de bajo ba jo precio y los prolongados prolongados períodos que a veces se necesitan necesitan para el asentamiento. Lechadeado La inyecci inyección ón de materiales mat eriales cement cement antes ante s o algún algún otro agente químico químico de ese tipo en los suelos y masas rocosas los mejora al rellenar huecos o provocar su compactación. El lechadeado suele usarse pa ra rellenar r ellenar hue cos presentes en las masas rocosas, rocosas, típicamente típicamente las rocas de carbona tos, a fin de r estringir estringir las filtra filtraci ciones ones o evitar evitar e l colapso colapso estructural. estru ctural. Para cada fin específic específicoo se ha n creado crea do mater ma teriales iales y métodos métod os especiales. especiales. Por ejemplo, la inyección inyección de geles de fraguad o rápido rá pido es muy eficaz eficaz para la e stabilización stabilización de a renas re nas flojas; la inyección de lechada de cemento a alta presión se traduce en una compactación localiz localizada ada de las arenas are nas flojas. flojas. E l Jet-Grounting es una técnica técnica de mejora de terre no y de cimentaciones cimentaciones consi consistente stente en la inyección de lechada moderna de ampliamente difundida en las soluciones de cimenta cimenta ciones ciones de las grand grandes es obras. CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES

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E l  Jet-Grouting, es una técnica diferente a las demás demá s de consolidación consolidación porque destruye la estructura e xistent istentee del suelo y transforma a la vez vez en una homogénea masa m asa con la mezcla mezcla de una sustancia aglutinante y los granos del suelo. La maquinaria empleada e s altamen altamente te especializ especializada ada (ver figura) figura) e integrada por un complejo de equipos, a saber: ¬ Silos de material aglutinante; - Mezcladora (batching plant); ® Bomba de alta pre sión; sión; ¯ Bomba mezcladora; ° Compresor; ± Perforadora.

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Drenaje La profundizaci profund ización ón permane per mane nte de la capa freát ica casi casi superficial, en el caso de los suelo o terrenos de arena fina o limo, mejora notablemente las capas superficiales, sobre todo cuando se trata de cimentar caminos, zonas de estacionamiento (aparcamiento) y construcciones residenciales de poca elevación. El drenaje es eficaz porque disminuy disminuyee la resis r esistencia tencia de los suelos al haber un aumento aume nto de la cantidad y presión del agua de los poros. En los suelos granulares, granulare s, el manto de a gua freática se puede pr ofundizar mediante el uso de bombas y pozos verticales, llevando luego el agua hacia cuencas o resumideros ubicados ubicados fuera del ter reno en cuestión. En el caso de los limos, limos, cuy cuyoo dre naje re sulta sulta difíc difícil il mediante esos medios, medios, se puede recurrir r ecurrir a la electro-osmosis electro-osmosis o drenaje dre naje eléctrico. En e ste método métod o se aplica el principio principio de que el agua fluye fluye haci ha ciaa el cátodo cuando se hace pa sar una corriente directa a trav tra vés de suelos satur saturados ados de ella; luego, luego, el agua se expulsa expulsa de e ste sitio por bombeo. Se debe tomar medidas para man tener tene r abatido el niv nivel del agua freá tica. Por ejemplo, se deben intercepta r y desviar desviar del terreno ter reno los aportes de agua superficiales superficiales y subterráneos. subterrá neos. Con ese fin, la la superficie superficie del terre te rreno no debe ser modificada modificada de forma que se controle el flujo de aguas superficiales; y para ello son muy útiles los parte aguas. Éstos, que se ubican aproximadamente a lo largo de las líneas de contorno topográfico, topográfico, son particul par ticularme armente nte útiles para la estabilizaci estabilización ón de los los taludes de tierra .

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DISEÑO DE CIMENTACIONES CIMENTACIONES La elecc e lección ión de los criterios criterios norm ativos ativos del diseño de cimentaciones -tipo de cimientos, su profundidad y carga permis perm isibl iblee o carga de a poyopoyo- suele ser un pr oceso repetitiv repet itivo. o. Para que brinden un apoyo adecuado, todas las cimenta cimenta ciones ciones deben d eben cumplir cumplir dos requisi re quisitos tos simultáneos: a)

Capacidad de carga por apoyo apoyo adecuada cimenta cimenta ción. ción.

b)

Asentamientos estructura les tolerables.

Aunque relacionados, estos dos requisitos no se satisfacen automáticamente al mismo mismo tiempo. tiempo . Una cimentación con insuficiente capacidad de apoyo también se asienta excesiv excesivame amente nte;; pero lo mismo puede sucede rle a una cimentación cimen tación con capacidad capacidad adecuada. Por tanto, los dos factores, capacidad de carga, o apoyo, y asentamiento, asentamiento , deben ser revisados revisados para basar el diseño de los cimientos cimientos en la condición condición que resulte crítica. Pasos Pa sos del Diseño de Cimentaciones En la práctica, el procedimiento general que se sigue sigue para el diseño diseño de cimientos cimientos consiste: 1.   Determinar la capacidad de carga inherente al tipo o tipos de cimentación posibles, dadas las condiciones del subsuelo y los requisitos estructurales del proyecto. 2. Reducir Redu cir las capacidades últimas de carg carga calculadas m ultiplicándolas ultiplicándolas por un factor de seguridad de 2 a 3. El factor de seguridad más alto se utiliza donde se tiene menor  certeza acerca de las condiciones del subsuelo. 3. Calcular los asentamientos asentam ientos que pueden ocurrir ocurrirle le a una cimentación cim entación con capacidad capacidad de carga permisible reducida y con las cargas estructurales previstas.

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4. Si los asentamientos son estructuralmente aceptables, calcular los costos de los tipos de cimentación cimen tación satisfactorios, satisfactorios, sobre sobre una un a base que permita com paraciones, paraciones, com o el precio precio  por tonelada de carga carga en colum co lumnas nas o el costo costo por m etro etro cuadr cuad rado en área área constr con struida. uida.   Dichos costos deben incluir todos los elementos estructurales del sistema de cimentación, cimen tación, com o el casquete (rem (rem ate) de los pilotes y cualquier trabajo trabajo de m ejora ejora del suelo que qu e se considere necesario; necesario; no se deben d eben olvidar o lvidar siquiera siquiera los costos excepcion excepcionales, ales, com o la elim eliminación inación de aguas. aguas. Tam T am bién es necesari necesario o ponderar pon derar el tiem tiempo po que se requiere requiere   para la construcción. Si todos los demás factores son iguales, optar siempre por el sistema de menor costo.

5. Si los asentamientos asentam ientos son inaceptables en todos todo s los tipos tipos de cimentación cim entación consider con siderados, ados, explorar explorar otras alter alternativas, nativas, com o m ejora ejora del suelo, reubicación del d el edificio, edificio, dism inución de las presiones o cargas de apoyo, diferentes profundidades de apoyo y revisión de la superestructura. superestructura. Repetir los los casos 3 y 4 hasta que qu e se encuentre encu entre una cim entación segura segura y lo m ás económ ica posible. posible.

En resumen se debe garantizar la resistencia y economía del de l sistema cimiento . El Prof. Eduardo Torroja decía: en definitiva el problema ha de plantearse con estas cuatro prem prem isas o conjunto conjun to de d e ellas: ellas: -

Finalidad Utilitaria. Utilitaria.

-

Función Estructural o Estática.

-

E xigencia xigencia E stética.

-

L imitaci imitación ón Económ ica. ica.

Capa cidad de car ga o apoyo apoyo de los los cimient cimientos. os. La capacidad de carga o apoyo es una característica de cada sistema de suelocimentación, y no sólo una cualidad intrínseca del suelo. Los distintos tipos de suelo difieren en capacidad de carga, pero también ocurre que en un suelo específico dicha capacidad capacidad varía con el e l tipo, forma, forma, tamaño ta maño y profundidad profundidad del de l elemento de cimentación que aplica aplica la presión. p resión.

"Razón Raz ón y Ser de los tipos estructurales". estructurales". Ed uardo To rroja rroja Miret - Colección Co lección T extos Universitari Universitarios os n0  13. CSIC. CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES

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Existen dos tipos básicos de cimentación: superficial y profunda. profunda . Asimismo, hay algunas algunas variaciones variaciones de cada tipo. t ipo. Las La s cimenta cimenta ciones ciones super ficiales ficiales constan de zapatas (llamadas zarpa s en algunos países) aisl a islada adas, s, corr corridas idas y ligada ligada s, y cimenta ciones flotant flotantes es compensadas. Las La s cimentaciones profundas constan de cajones perforados (pozos descendentes) y muchas variedades de pilotes de concreto hincables o colados en su sitio.

En las Construcciones Construcciones IndustrialesI ndustriales-Emp Empresariales resariales existen existen una enorme variedad de tipos de cimentaciones superficiales superficiales y profundas de acuerdo a las estructur as que deben soportar, vgr. Intercambiadores de calor, Torres, Chimeneas, Chimenea s, Tanques, Esferas, Naves, etc.

ilotes

vi a de de ata atado do

El problema que se plantea es la transmisión de unas cargas del proceso y exter exteriores iores al terre no de la forma má s económica, económica, que depender dep ender á como hemos vis visto to de; -

Naturaleza del terreno Profundidad Profund idad y Ancho de la cimentación ciment ación Característic Cara cterísticas as de la estructura .

Al final final del Capitulo hemos he mos reunidos varios ejemplos de cimentaciones industriales, a modo de refere ncia e ilustración. ilustración. CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES

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