primer taller de geotecnia
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PRIMER TALLER DE GEOTECNIA
LUIS ALEJANDRO VELANDIA MENDOZA
ANDRES FELIPE TORRES MENDIETA
DAVID GARCIA JIMENEZ
PROFESOR: FABIAN ALVAREZ SIERRA
INGENIERO CIVIL, IC
PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE INGENIERIA- INGENIERIA CIVIL
ESPECIALIZACION EN GEOTECNIA VIAL Y PAVIMENTOS BOGOTA
2016
TALLER N°1 1. Investigue sobre fisuramiento de suelos (10 puntos):
Cómo se identifican los suelos fisurados?
Suelos Expansivos Todas las arcillas tienen, de una forma u otra, la propiedad de contraerse cuando pierden humedad y de expandirse cuando la ganan de nuevo según las condiciones ambientales. Como minerales activos se reconocen la montmorillonita, la vermiculita, etc; la particularidad de éstos radica en que tienen la propiedad de "absorber" moléculas de agua dentro de su propia estructura molecular. Los daños que presentan las edificaciones cimentadas superficialmente en estos suelos se manifiestan progresivamente mediante fisuramiento, agrietamientos y giros de conjunto de los muros y elementos estructurales, a causa de movimientos desiguales de sus cimientos, especialmente en los años de prolongados períodos de verano e invierno, como los causados por los fenómenos del Niño y de la Niña.
Identificación de suelos fisurados. Fisuras o gritas que se forman en las superficies de las arcillas durante los ciclos alternativos de humedecimiento y secado. Durante los periodos geológicos un depósito puede contener bloques de arcilla sueltos. Se pueden observar fácilmente las gritas por contracción en el suelo en el fondo de pozos de agua secos, en patios y otras superficies de terreno después de prolongados o intensos periodos secos. A veces las fisuras visibles pueden ser de varios metros de longitud y uno o más metros de profundidad, y de 5 a 30 mm de ancho. Estas arcillas se encuentran normalmente por encima del nivel freático, pero los cambios geológicos regionales pueden trasladar los depósitos de arcillas fisuradas a ciertas profundidades o por debajo de los lagos o los océanos existentes.
En las presiones de conducción en la recuperación de muestras pueden colapsar los tubos de pared delgada, y en el uso de tubos de pared gruesa tienden a producir perturbaciones en muestras excesivas. Cuando el muestrador corta fisuras, la recuperación puede ser con un tubo por partes y piezas de suelo pero si se recupera una muestra “inalterada”, la fuerza puede ser afectada por cualquier fisura que aparezca en la muestra pueden dar resultados bastante elevados y poco realistas. Por estas razones, se requiere un considerable juicio de ingeniera para saber interpretar los parámetros de diseño en una arcilla fisurada. Una de las consideraciones a tener en cuenta es el control del agua en el medio ambiente.1 Debe sospecharse la expansivita o retracción de las arcillas cuando:
El terreno sea muy duro de excavar y en él aparezcan fisuras, lisos o planos
de aspecto jabonoso.
Las excavaciones expuestas al sol se degradan rápidamente, agrietándose y
desprendiéndose terrones de forma cúbica.
Existan grietas en la superficie del terreno en tiempo seco.
Se aprecien grietas en muros, tapias o edificios de una planta.
Los taludes naturales presenten deslizamientos superficiales o reptaciones.
El límite líquido sea 2 60 e IP 2 35, con más del 85 Y o pasando por el tamiz
n." 200.
Los análisis mineralógicos indiquen la presencia de montmorillonita o aloysita.
A pesar de estas indicaciones resulta muy difícil calibrar el grado de expansividad del terreno por lo que debe recurrirse a detallados ensayos de laboratorio (presión de hinchamiento, hinchamiento libre. doble edómetro, relaciones succión-humedad, etc).
Cómo se determinan parámetros de resistencia y compresibilidad en suelos fisurados?
2. De acuerdo con la información obtenida del perforador, se tienen los siguientes datos de un suelo:
A) Es una arena con arcilla, color amarillo y gris; muy húmedo y suelto. La muestra tiene unas piedritas y abundantes puntos rojos oscuros y amarillos oscuros. Se encontraron raíces muy finas y motas de algodón.
En el laboratorio se realizaron ensayos cuyos resultados se muestran a continuación:
Análisis granulométrico
Según la granulometría este material (suelo) está conformado por 35% de grava,
27% de arenas y 38 porciento de finos.
HUMEDAD = 21% LL = 40% LP = 27% IP = 13%
LIMITES DE ATTERBERG
Tamiz Peso Retenido % Retenido acumulado % Pasa
3" 0,0 0,0 100,0
3/4 20,0 20,0 80,0
No. 4 15,0 35,0 65,0
No. 10 7,0 42,0 58,0
No. 40 13,0 55,0 45,0
No. 200 7,0 62,0 38,0
GRADACION DEL SUELO
CLASIFICACION DE SUELO REALIZADA MEDIANTE LA USCS
Según esta clasificación nos muestra un material grueso (arena) en el cual pasa más
del 50% el tamiz número 4, tiene más del 12 % pasa tamiz 200 y presenta un índice
de plasticidad mayor del 7%, describiendo de esta manera una arena arcillosa (SC).
Según la carta de plasticidad se tiene: por su cercanía a la línea A la cual divide los
limos y las arcillas, podemos decir que este material es una arena arcillosa o una
arena-limosa de baja plasticidad.
Con los datos básicos de laboratorio, como es el contenido de humedad en este
caso de un 21% podemos determinar el índice de liquidez, este es el índice
utilizado para medir a escala el contenido de humedad natural de una muestra de
suelo, respecto de los límites líquido y plástico (indirectamente sirve para tener una
medida aproximada de la resistencia del material).
IL = (Wn - Wp) / (Wl-Wp)
Dónde: Wn es la humedad natural, Wp es el límite plástico, Wi es el límite líquido
El IL contribuye a evaluar el grado de desecación comparativo en diferentes
muestras de suelo. También, el IL refleja los efectos de contenido de humedad sobre
una muestra de suelo remoldeada y saturada.
El comportamiento del suelo según este resultado es que demostrara fractura rígida
al ser sometido a corte, porque el contenido de natural de humedad es menor al
límite plástico. En este caso el suelo estará en estado sólido a semisólido.
Igualmente podemos determinar el índice retracción o contracción mediante la
siguiente formula:
El índice de contracción es el contenido de humedad por debajo del cual no se
produce reducción adicional de volumen o contracción en el suelo. Los cambios en
el volumen de un suelo fino se producirán por encima de la humedad
correspondiente al límite de contracción.
Como la humedad natural y el índice de retracción son prácticamente iguales el
suelo no tendrá cambios volumétricos adicionales considerables con cambios de
humedad (pérdida o ganancia).
Ensayos de penetración estándar
Análisis del suelo en función del ensayo de penetración estándar.
Con un N (corregido) de 29.5 obtenemos que el suelo tiene una densidad
medio densa.
Descripción del suelo
Según la granulometría se tiene un material con las siguientes proporciones grava
35%, arena 27% y finos del 38%.presenta un tamaño máximo nominal de 1”. Según
la clasificación unificada USCS se tiene un suelo clasificado como arena limosa a
arena arcillosa de baja plasticidad, de color amarillo y gris, con presencia de
oxidación rojiza, que nos da a entender que hay presencia de agua, presenta
plasticidad media, índice de liquidez menor a cero, lo que nos da a entender que el
suelo se deseca y que puede presentar cambios volumétricos al entrar en contacto
de agua, el registro de campo indica que el nivel freático se encuentra a un nivel de
1.5 m de profundidad lo que da a entender que ese no es el nivel real del nivel
freático ya que no coinciden con los ensayos de laboratorio. Se cataloga como
suelo cohesivo debido a que presenta un índice de plasticidad del 13% en un 45%
del material que pasa el tamiz del tamiz N40, este suelo tiene una densidad medio
suelta.
Determine mediante el empleo de correlaciones los siguientes parámetros geo-mecánicos para el suelo descrito en A)
Resistencia al corte no drenada (Su) del suelo por medio de 3
metodologías.
1. Según Schmertman 1975
Con un Ip =13% qu = N / 8.75 qu = 29.5/8.75=3.37 Kg/cm2
Su =qu / 2 Su= 3.37 / 2 = 1.68Kg/cm2
2. Nixon (1979)
Su = 12N Su = 12 * 29.5 = 354 Kpa
Su = 3.6098 Kg/cm2
3. Stroud (1974) ; IP < 20
Su = (6-7)N Su = 7*29.5 = 206.5 Kpa Su = 2.10 Kg/cm2
Angulo de fricción interna por 3 metodologías
4. Meyerhof (1965)
Φ = 23.7+ 0.57Ncorr- 0.0006 (Ncorr)² Φ = 39.99⁰
5. Peck, hanson y thornburn
Φ = 27.1+0.3Ncorr – 0.00054 (Ncorr)² Φ = 35.48⁰
6. Shioi and Fukui (1982)
Φ = (15Ncorr) ^ 0.5 +15 Φ = 36.03⁰
Resistencia al corte drenada (c’ y ’)
7. Hatanaka and Uchida (1996)
∅'= (15.4N) ^ 0.5 +20 ∅'= 41.31⁰
Módulo de elasticidad (E) en función de Su y en función de N (ensayo de
penetración estándar)
8. Webb (1974)
E = 3.3 (Ncorr+15) E = 146.85 Kg/cm2 E = 14.40 Mpa
9. Hankey y Wroth en función de (Su) promedio: Su (KN/m2)
E =22*Su E =22*(241.24) = 4713.28 KN/m2 E= 4.7 Mpa
Parámetros de consolidación
Cc (Coeficiente de virgen compresión) por medio de 3 metodologías 1. Terzaghi y Peck (1967)
Cc = 0.007(LL-10) Cc = 0.007(40-10) = 0.21
2. Skempton
Cc = 0.0097 (LL-16.4) Cc = 0.0097 (40-16.4) = 0.22
3. Koppula (1981)
Cc = 0.0093Wn Cc = 0.0093 (21) = 0.195
Cr (Coeficiente de re-compresión) por medio de 2 metodologías
1. Skempton
Ce= 0.10Cc Cr = 0,1(0.208) = 0.0208
2. Cr = Cc/8 Cc = 0.208/8 = 0.026
C (Coeficiente de consolidación secundaria)
1. Cὰ = 0.5 Cc Cὰ = 0.5(0.208) = 0.104
esfuerzo de pre-consolidación por medio de 3 metodologías
1. Mesri (1975)
Su / σv = 0.22 σv = Su / 0.22 σv = 2.46 / 0.22 = 11.18Kg/cm2
2. Larsson (1977)
Su / σv = 0.23 ± 0.04 σv = ((2.46 / 0.19) + (2.46 / 0.27))/2 = 11.03 Kg/cm2
3. Lambe y whitman (1969)
Su / σv =0.14 +0.003*Ip σv = (2.46 / (0,14+(0.003*13))) = 13.74 Kg/cm2
K (permeabilidad)
Según las relaciones volumétricas, se tienen parámetros de vacíos, porosidad y saturación.
t = 16 kN/m3 = 1.6 Kg/cm3 ;
⁄
;
Como la relación de vacíos y la porosidad es por debajo de los parámetros base
para este tipo de material, asumiremos el valor mínimo de e = 0.55 y n = 35%, de
esta manera calcularemos una permeabilidad empleando el método de Tavenas.
Con un e = 0.55 la curva IP+CF = 0.13 + 0,38 = 0.51, con estos datos se obtiene un
K como se indica en la figura este valor nos muestra un comportamiento
impermeable.
Potencial de colapso por 3 metodologías
1. Priklonski (1952)
Kd = (humedad natural – limite plástico) / índice de plasticidad
Kd = (21- 27) / 13 = -0.46 ; Kd < 0: suelo con alto potencial de colapso
2. Gibbs
Asumiendo una densidad seca de 2.7 podemos determinar el riesgo a
colapsar.
Gd < 2.6 / (1+ (0.026*LL)) ; 2.7 < 2.6 / (1+ (0.026*40)) ; 2.7 < 1.27
Se obtiene que el suelo sea no colapsarle
3. U.S.B.R
Se obtuvo un suelo con mediano potencial de colapso
4. NSR-10
γd crit = 1 / ((1/Gs) +LL) ; γd crit = 1 / ((1/2.7) +40) = 0.024 ;
γd crit < 1 ; Suelo es colapsable
Presión de expansión por medio de 2 metodología
1. Según Correlación entre % de expansión, límite líquido y contenido de
agua (Vijayvergiya y Ghazzaly,1973
Con un LL =40% y una humedad = 21% tenemos una presión de expansión de 0.38
2. Según Nayak y Christensen (1970)
Pp = (3.5817*10^-2)(0.13)^1.12((0.38)^2/(0.21)^2) + 3.7912 = 3.8 Kgf/cm2
3. De acuerdo con la información obtenida del perforador, se tienen los
siguientes datos de un suelo.
A) Es un limo con buena cantidad de arena gris y verde, algo plástico, con
piedras amarillas, seco y medio compacto.
Los ensayos de laboratorio realizados a una muestra de suelo arrojaron los
siguientes resultados:
Análisis granulométrico
Según la granulometría este material (suelo) está conformado por 14% de grava,
50% de arenas y 36 porciento de finos. Es un material en el cual predomina el
tamaño arena y partículas finas.
HUMEDAD = 13% LL = 26% LP = 23% IP = 3%
LIMITES DE ATTERBERG
Tamiz Peso Retenido % Retenido acumulado % Pasa
3" 0,0 0,0 100,0
3/4 12,0 12,0 88,0
No. 4 2,0 14,0 86,0
No. 10 11,0 25,0 75,0
No. 40 21,0 46,0 54,0
No. 200 18,0 64,0 36,0
GRADACION DEL SUELO
Clasificación de suelos según la USCS
Según esta clasificación nos muestra un material grueso (arena) en el cual pasa más
del 50% el tamiz número 4, tiene más del 12 % pasa el tamiz 200 y presenta un
índice de plasticidad menor del 4%, describiendo de esta manera una arena limosa
(SM).
Según la carta de plasticidad se tiene: por su cercanía a la línea A la cual divide los
limos y las arcillas podemos decir que este material es una arena arcillosa o una
arena-limosa de baja plasticidad.
Con los datos básicos de laboratorio como es el contenido de humedad en este caso
de un 13% podemos determinar el índice de liquidez, este es el índice utilizado para
medir a escala el contenido de humedad natural de una muestra de suelo, respecto
de los límites líquido y plástico (indirectamente sirve para tener una medida
aproximada de la resistencia del material).
IL = (Wn - Wp) / (Wl-Wp)
Dónde: Wn es la humedad natural, Wp es el límite plástico, Wi es el límite líquido
El IL contribuye a evaluar el grado de desecación comparativo en diferentes
muestras de suelo. También, el IL refleja los efectos de contenido de humedad sobre
una muestra de suelo remoldeada y saturada.
El comportamiento del suelo según este resultado es que demostrara fractura rígida
al ser sometido a corte, porque el contenido de natural de humedad es menor al
límite plástico. En este caso el suelo estará en estado sólido a semisólido.
Igualmente podemos determinar el índice retracción o contracción mediante la
siguiente formula:
El índice de contracción es el contenido de humedad por debajo del cual no se
produce reducción adicional de volumen o contracción en el suelo. Los cambios en
el volumen de un suelo fino se producirán por encima de la humedad
correspondiente al límite de contracción.
Como la humedad natural es menor al índice de contracción el suelo no tendrá
cambios volumétricos considerables con cambios de humedad (pérdida o
ganancia).
Ensayo de penetración estándar
Análisis del suelo en función del ensayo de penetración estándar.
• Con un N (corregido) de 6,5 obtenemos que el suelo tiene una densidad
suelta.
Descripción del suelo
Según la granulometría se tiene un material con las siguientes proporciones grava
14%, arena 50% y finos del 36% y presenta un tamaño máximo nominal de 1”. Se
puede realizar una primera descripción la cual describe una arena limosa o arenosa
de baja plasticidad con pocas gravas. Según la clasificación unificada USCS se tiene
6" 12" 18" N (campo) N (CORREGIDO) PROFUNDIDAD ( m )
3 4 5 9 3.0
2 4 6 10 3.5
3 32 4 7 4.0
8,7 6,5PROMEDIO =
ENSAYO DE PENETARCION ESTANDAR (SPT)
un suelo clasificado como arena limosa a arena arcillosa, de color verde y gris,
presenta plasticidad ligeramente plástica , presenta una densidad suelta, índice de
liquidez por debajo de cero lo que nos da a entender que el suelo se deseca y que
puede presentar cambios volumétricos al entrar en contacto de agua, el registro de
campo indica que el nivel freático se encuentra a un nivel de 0.5 m de profundidad lo
que da a entender que ese no es el nivel real del nivel freático ya que no coinciden
con los ensayos de laboratorio, se cataloga como suelo granular debido a que
presenta un índice de plasticidad del 3% en un 54% del material que pasa el tamiz
del tamiz N40.
B) Determine mediante correlaciones los siguientes parámetros geo-
mecánicos para el suelo.
Angulo de fricción interna del suelo por medio de 6 metodologías
1. Meyerhof (1965)
Φ = 23.7+ 0.57Ncorr- 0.0006 (Ncorr)² Φ = 27.17⁰
2. Peck, hanson y thornburn
Φ = 27.1+0.3Ncorr – 0.00054 (Ncorr)² Φ = 29.02⁰
3. Shioi and Fukui (1982)
Φ = (15N) ^ 0.5 +15 Φ = 24.87⁰
4. Hatanaka
Φ = 20 + (12.5 Ncorr ) ^0.5 Φ = 29.01⁰
5. Muromachi
Φ = 20 + 2.18 (Ncampo)^0.5 Φ = 26.43⁰
6. Peck, hanson, thomburn, wolff
Φ = 15 + (9.37*Ncampo)^0.5 Φ = 24.02⁰
Resistencia al corte drenada (c’ y ∅’)
1. Hatanaka and Uchida (1996)
∅'= (15.4Ncorr) ^ 0.5 +20 ∅'= 30.0⁰
Módulo de elasticidad (E)
1. Webb (1974)
E = 3.3 (Ncorr+15) ; E = 70.95 Kg/cm2 ; E = 6.95 Mpa
2. Hankey y Wroth en función de (Su) promedio: Su (KN/m2)
E =22*(29Ncorr^0.72) ; E =22*(111.60) = 2455.37 KN/m2 ;
E= 2.47 Mpa
3. J.E. Bowles
E = 300(N+6) E = 300(6.5+6) = 3.75 Mpa
K (permeabilidad) (1 punto)
1. Según Hazen (1930)
K = A (D10)^2 = 12 (0.0013)^2 = 2.08x10^-5 mm/seg ; Baja impermeabilidad
Determine si el suelo es colapsarle por 2 metodologías
1. Priklonski (1952)
Kd = (humedad natural – limite plástico) / índice de plasticidad
Kd = (13 - 23) / 3 = - 3.33 ; Kd < 0: suelo con alto potencial de
colapso
2. Gibbs
t = 13 kN/m3 = 1.3 Kg/cm3
⁄ = 11.5 KN/m3
4) Problemas Presentados en Suelo del punto 2 y 3
Suelo del punto 2
Según la clasificación USCS nos muestra una arena arcillosa a arena limosa
de baja plasticidad que presenta un índice de liquidez menor a cero lo cual
muestra que este material es duro y requiere mucha agua para estar en
equilibrio químico, presentara cambios volumétricos por desecación
presentándose cuando existan cambios de humedad considerables.
Este material a pesar que se llame principalmente arena tendrá un
comportamiento de un suelo cohesivo debido a que presenta un índice
plástico del 13 % en un 45 % del total del material (pasa tamiza #40), su
comportamiento cohesivo es debido principalmente al contenido de arcillas.
En este tipo de suelos puede llegar a presentar asentamientos en el tiempo
(consolidación).
Se tiene la humedad del material muy parecida al de contracción (Lc) esto
puede llegar a manifestar que el suelo tenga un comportamiento de
problemas de agrietamiento, generándose una permeabilidad secundaria,
entrando una gran cantidad de agua por medio de las fisuras debido al
desequilibrio químico que presenta el suelo y esto lleva a cambios
volumétricos.
Los problemas de cambios de volumen de este suelo son debido a
desecación y no a minerales arcilloso expansivos.
Presenta una densidad muy densa, una consistencia muy firme y en términos
de plasticidad media, lo que el suelo es denso descartando de esta manera
suelos licuables y dispersivos.
La expansión pueden ser considerados como procesos de inestabilidad
estructural, el comportamiento deformacional del suelo varía con los cambios
de las condiciones ambientales (ejemplo, cambios de humedad), sin
modificación del estado de esfuerzo exterior.
Weq = 0.47LL +3.6
Weq = 0.47*40 +3.6 = 22.4 ; Wn = 21%
Wn < Weq si la Wn es inferior a la Weq el suelo buscará equilibrarse
De acuerdo al potencial de colapso determinado en la NSR-10 el suelo presenta un rango de colapsividad de medio a alto.
Suelo del punto 3
Según la clasificación USCS nos muestra una arena limosa a arena arcillosa
de baja plasticidad que presenta un índice de liquidez menor a cero, lo cual
muestra que este material es duro, esta dureza es debida a la capacidad de
desecarse lo cual no se ve reflejado con el ensayo SPT (N), requiere mucha
agua para estar en equilibrio químico, presentara cambios volumétricos por
desecación presentándose cuando existan cambios de humedad
considerables.
Este material tendrá un comportamiento de un suelo granular debido a que
presenta un índice plástico del 3 % en un 54 % del total del material (pasa
tamiza #40).
Según el ensayo de SPT (N) presenta un densidad suelta, lo que podemos
relacionar con que el material es poroso, es un material permeable, presenta
un consistencia muy firme luego de determinarse el Su, una plasticidad
ligeramente plástica esto se debe a que su límite plástico es muy cercano a
30% en donde se comporta como un limo.
Con las características anteriores podemos concluir que este suelo tiene
problemas de colapsividad, ya que es un material poroso que cuando el agua
entra en su interior lo desestabiliza quitando el material cementante que une
cada partícula de arena, de esta manera se pierde la fricción entre partículas.
Weq = 0.47LL +3.6
Weq = 0.47*40 +3.6 = 22.4 ; Wn = 21%
Wn < Weq = si la Wn es inferior a la Weq el suelo buscará equilibrarse
De acuerdo al potencial de colapso, el suelo presenta un rango de
colapsibilidad de medio a alto.
Observando el Ncorr de 6.5 a una profundidad de 3.5 se podría pensar que
existiera unas condiciones iguales a profundidad y que en el caso que fueran
depósitos limosos y/o arenosos, poco consolidados, con nivel freático a pocos
metros de profundidad, con un límite liquido mayor a 35%, índice de
plasticidad menor a 6%, y que se encuentra en zonas en donde se pueda
presentarse un sismo de magnitud moderada a grande podría existir el
fenómeno de licuación.
Debido a alta permeabilidad y su densidad suelta, se podría presentar la auto-
erosión de suelo que posteriormente provocará tubificación y pérdida del
mismo.
5. Determine los parámetros de resistencia con la metodología de A. González
para los suelos descritos en el ejercicio 2 y 3.
Peck
Suelo 1 arena arcillosa a arena limosa
Φ’ = 28.5 + 0.25N1-45
Donde N145 = Cn x N
Según Skempton Cn = 2/(1+Rs), para Rs = 0, Cn = 2
Donde N145 = 2 x 29.5
Φ’ = 28.5 + 0.25 (29.5) = 43.25⁰
Suelo 2 arena limosa a arena arcillosa
Φ’ = 28.5 + 0.25N1-45
Donde N145 = Cn x N
Según Skempton Cn = 2/(1+Rs), para Rs = 0, Cn = 2
Donde N145 = 2 x 6.5
Φ’ = 28.5 + 0.25 (13) = 31.75⁰
Suelo 1
Registro de perforación
SUELO 1 DESCRIPCION SPT
COTA INICIAL COTA FINAL N
1 2.5 3.0 0.5 36
2 3.0 3.5 0.5 42
3 3.5 4.0 0.5 40
PROFUNDIDAD
Grava gruesa - fina l imo arci l losa con a lgo de arena a grava gruesa – fina
arci l lo l imosa con a lgo de arena amari l la y gris con oxidaciones , con a lgo
de ra íces y motas de a lgodón, con humedad y plasticidad media, densa.
ESPESOR DE
LA CAPA
Determinación de esfuerzos y presión de poros
σ' = σt-u
σ'= Esfuerzo efectivo
σt= Esfuerzo total
u = Presión de poros
Corrección por confinamiento según Seed - Idriss
Cn =1 – k*log (Rs) ; Rs = esfuerzo efectivo / presión atmosférica
K = 1.41 si el Rs < 1
Determinación de Φ’
Φ’ = 28.5 + 0.25N1-45
Determinación de esfuerzo cortante
COTA INICIAL COTA FINAL
1 2,5 3 16 48 40 8
2 3 3,5 16 56 48 8
3 3,5 4 16 64 56 8
PESO UNITARIO
(KN/m3)
ESFUERZO
VERTICAL (KN/m3)
ESFUERZO VERTICAL
EFECTIVO (KN/m3)POROS (U)
PROFUNDIDADSUELO 1
SPT
COTA INICIAL COTA FINAL N
1 2,5 3 0.5 40 1,41 36 1,56 56,16
2 3 3,5 0.5 48 1,41 42 1,47 61,74
3 3,5 4 0.5 56 1,41 40 1,39 55,6
N1-45ESFUERZO VERTICAL
EFECTIVO (KN/m3)K
Cn (seed-
Idriss)SUELO 1
PROFUNDIDAD ESPESOR DE
LA CAPA
SUELO 1 N1-45 Φ '
1 56,16 42,5
2 61,74 43,9
3 55,6 42,4
Promedio 43,0
Esfuerzo
COTA INICIAL COTA FINAL cortante
1 2,5 3 40 42,5 36,65
2 3 3,5 48 43,9 46,19
3 3,5 4 56 42,4 51,13
Φ 'SUELO 1PROFUNDIDAD ESFUERZO
VERTICAL EFECTIVO
Calculo de la cohesión
Suelo 2
Registro de perforación
Determinación de esfuerzos y presión de poros
σ' = σt-u
σ'= Esfuerzo efectivo ; σt= Esfuerzo total
u = Presión de poros
Corrección por confinamiento según Seed - Idriss
Cn =1 – k*log (Rs) ; Rs = esfuerzo efectivo / presión atmosférica
K = 1.41 si el Rs < 1
Esfuerzo
COTA INICIAL COTA FINAL cortante
1 2,5 3 40 42,5 36,65 0,0032
2 3 3,5 48 43,9 46,19 1,76
3 3,5 4 56 42,4 51,13 14,6
Φ ' CohesionSUELO 1PROFUNDIDAD ESFUERZO
VERTICAL EFECTIVO
SUELO 2 DESCRIPCION SPT
COTA INICIAL COTA FINAL N
1 1.5 2.0 0.5 9
2 2.0 3.0 1.0 10
3 3.0 3.5 0.5 7
PROFUNDIDAD ESPESOR DE
LA CAPA
Arena media - fina l imo arci l losa con poco de grava a arena media - fina
l imo arci l loso con poco de grava gris y verde con baja humedad,
l igeramente plástica y dens idad suelta
COTA INICIAL COTA FINAL
1 1,5 2 13 26 19,5 6,5
2 2 3 13 39 26 13
3 3 3,5 13 45,5 39 6,5
PESO UNITARIO
(KN/m3)
ESFUERZO
VERTICAL (KN/m3)
ESFUERZO VERTICAL
EFECTIVO (KN/m3)POROS (U)PROFUNDIDADSUELO 2
SPT
COTA INICIAL COTA FINAL N
1 1,5 2 0.5 19,5 1,41 9 1,89 17,01
2 2 3 1.0 26 1,41 10 1,64 16,4
3 3 3,5 0.5 39 1,41 7 1,42 9,94
N1-45ESFUERZO VERTICAL
EFECTIVO (KN/m3)K
Cn (seed-
Idriss)SUELO 2
PROFUNDIDAD ESPESOR DE
LA CAPA
Determinación de Φ’
Φ’ = 28.5 + 0.25N1-45
Determinación de esfuerzo cortante
Calculo de la cohesión
6. Diseñe un material de filtro y verifique el criterio de permeabilidad
A) El suelo descrito en el ejercicio No. 2
SUELO 2 N1-45 Φ '
1 17,01 32,8
2 16,4 32,6
3 9,94 31,0
Promedio 32,1
Esfuerzo
COTA INICIAL COTA FINAL cortante
1 1,5 2 19,5 32,8 12.56
2 2 3 26 32,6 16,62
3 3 3,5 39 31,0 23,43
Φ 'SUELO 2PROFUNDIDAD ESFUERZO
VERTICAL EFECTIVO
Esfuerzo
COTA INICIAL COTA FINAL cortante
1 1,5 2 19,5 32,8 12.56 0,0068
2 2 3 26 32,6 16,62 0,0076
3 3 3,5 39 31,0 23,43 0.0035
Φ ' CohesionSUELO 2PROFUNDIDAD ESFUERZO
VERTICAL EFECTIVO
Según la granulometría realizada sobre la muestra, nos damos cuenta que para
poder diseñar el filtro necesitamos un D15 el cual no tenemos, por lo tanto debemos
prolongar la granulometría manteniendo el comportamiento original del material, de
esta manera obtenemos un los datos necesarios para el diseño.
D15 mat. prot = 0.005 mm; D85 mat. Prot =28 mm
Criterios de diseño límite inferior del filtro:
(D15 filtro / D85 Mat. Protegido) ≤ 5 D15 filtro ≤ 5* D85 Mat. Protegido
D15 filtro = 5 * 28mm = 140 mm
5 ≤ (D15 filtro / D15 Mat. Protegido) ≤ 40
(D15 filtro / D15 Mat. Protegido) ≤ 5 D15 filtro ≤ 5* D15 Mat. Protegido
D15 filtro = 5 * 0.005 = 0.025 mm
(D15 filtro / D15 Mat. Protegido) ≤ 40 D15 filtro ≤ 40* D15 Mat. Protegido
D15 filtro = 40 * 0.005 = 0.2 mm
Calculo de drenaje
(D15 filtro / tamaño máximo) > 2 D15 filtro > 2 * tamaño máximo
D85 Mat. Protegido ≤ 3” = 76.2 mm
Dos factores principales influyen al seleccionar el material de un filtro: la
granulometría para el material del filtro debe ser tal que:
a) El suelo por proteger no sea lavado hacia el filtro.
b) Que no se genera una carga de presión hidrostática excesiva con un coeficiente
inferior de permeabilidad.
D15(F) / D85(B) < 5 ; 0.2 / 28 < 5 ; 0.00714 < 5 cumple (a)
D15(F) / D15(B) > 4 ; 0.025 / 0.005 > 4 ; 5 > 4 cumple (b)
B) El suelo descrito en el ejercicio No. 3
Tamiz Peso Retenido % Retenido acumulado % Pasa
3" 0,0 0,0 100,0
3/4 12,0 12,0 88,0
No. 4 2,0 14,0 86,0
No. 10 11,0 25,0 75,0
No. 40 21,0 46,0 54,0
No. 200 18,0 64,0 36,0
GRADACION DEL SUELO
arena limosa a arena arcillosa
Según la granulometría realizada sobre la muestra, nos damos cuenta que para
poder diseñar el filtro necesitamos un D15 el cual no tenemos, por lo tanto debemos
prolongar la granulometría manteniendo el comportamiento original del material, de
esta manera obtenemos un los datos necesarios para el diseño.
D15 mat. prot = 0.015 mm; D85 mat. Prot =5 mm
Criterios de diseño límite inferior del filtro:
(D15 filtro / D85 Mat. Protegido) ≤ 5 D15 filtro ≤ 5* D85 Mat. Protegido
D15 filtro = 5 * 5mm = 25 mm
5 ≤ (D15 filtro / D15 Mat. Protegido) ≤ 40
(D15 filtro / D15 Mat. Protegido) ≤ 5 D15 filtro ≤ 5* D15 Mat. Protegido
D15 filtro = 5 * 0.015 = 0.075 mm
(D15 filtro / D15 Mat. Protegido) ≤ 40 D15 filtro ≤ 40* D15 Mat. Protegido
D15 filtro = 40 * 0.015 = 0.6 mm
Calculo de drenaje
(D15 filtro / tamaño máximo) > 2 D15 filtro > 2 * tamaño máximo
D85 Mat. Protegido > 3” = 76.2 mm
Dos factores principales influyen al seleccionar el material de un filtro: la
granulometría para el material del filtro debe ser tal que:
a) El suelo por proteger no se lavado hacia el filtro.
b) Que no se genera una carga de presión hidrostática excesiva con un coeficiente
inferior de permeabilidad.
D15(F) / D85(B) < 5 ; 0.6 / 28 < 5 ; 0.0214 < 5 cumple (a)
D15(F) / D15(B) > 4 ; 0.075 / 0.015 > 4 ; 5 > 4 cumple (b)
7. Analice el informe de suelos adjunto desde el punto de vista de
caracterización de suelos, parámetros de resistencia, parámetros de
compresibilidad y condiciones especiales que pudieran tener estos suelos.
Observando los perfiles de exploración en los alrededores de la escuela, podemos
decir que la perforación 1 y 3 corresponden a materiales menos alterados o que
no presentan depósitos de materiales en la parte superior por lo que no tiene la
misma configuración a las demás perforaciones. De esta manera podemos deducir
que el material que controla el comportamiento de inestabilidad o que hace
manifestar los problemas en la escuela es un material tipo limo (ML), este material
de acuerdo a las correlaciones con el ensayo SPT (N) presenta una consistencia
medio firme, y una densidad suelta a una profundidad aproximada de 3.5 metros de
profundidad.
Este material se encuentra soportado sobre material granular fino (SM), el cual por
su permeabilidad facilita el flujo de agua al interior de los estratos, facilitando el
movimiento de reptación observado en el lugar.
En general en toda las perforaciones a una profundidad promedio de 4 metros se
determinó mediante ensayos de atterberg que la humedad natural de los materiales
se encuentra entre el limite líquido y el limite plástico de esta manera no existirán
cambios volumétricos. Al realizarse un checheo se observó que al determinarse los
límites de contracción estos arrojan resultados que al compararse con la humedad
natural de los materiales son menores, esto causa cambios bruscos de volumen al
cambiar los contenidos de humedad o al hacer contacto el agua de infiltración con el
material, produciendo y reflejándose en la superficie los agrietamientos.
El problema principal en este suelo son los cambios de volumen regidos por
alteraciones en el contenido de humedad y la alta permeabilidad presentada,
producida por la alta concentración de agua de escorrentía.
En general es un suelo expansivo, que sufre de cambios de volumen debido a que
su humedad natural se encuentra por encima del límite de contracción, presenta un
potencial de colapso bajo al igual que potencial de licuación.
En el caso de la perforación 3, es la que más cerca se encuentra a la casa,
presentara cambios de volumen debido a que presenta humedades naturales por
debajo de límite plástico y por debajo del límite contracción. Esta perforación
muestra una estratigrafía muy variada pero en general tiene este comportamiento.
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