cimentaciones.pdf
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1
INGENIERIA DE CIMENTACIONES
ENSAYO TRIAXIAL PARA UN
ESTUDIO GEOTÉCNICO
DOCENTE: ING. ROBERTO MARIANO GARCÍA LOAYZA
GRUPO: LOS NARUTOS
HANCCO SONCCO JOSEPH KHEN 120632
HUANCA PONCE DONALDO JOSUE 122095
QUISPE APAZA DAVID JUSTINIANO 121117
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y ARQUITECTURA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
PUNO, PERÚ del 2015
2
3
INDICE DE CONTENIDO
PRESENTACIÓN .......................................................................................................................................4
OBJETIVOS ................................................................................................................................................4
1. MEMORIA DESCRIPTIVA: ...............................................................................................................5
1.1 ANTECEDENTES: .....................................................................................................................5
1.2 OBJETIVOS: ...............................................................................................................................5
1.3 UBICACIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO: .............................................................................5
1.4 GEOLOGIA DEL ÁREA DE ESTUDIO: ..................................................................................5
2. INVESTIGACION DE CAMPO: ........................................................................................................7
2.1 MUESTREO Y REGISTROS DE EXPLORACIÓN ...............................................................7
2.2 ENSAYOS DE LABORATORIO ............................................................................................ 13
2.2.1 ENSAYO DE GRANULOMETRIA ..................................................................................... 13
2.2.2 ENSAYO DE LIMITES DE CONSISTENCIA Y CONTENIDO DE HUMEDAD .......... 14
2.2.3 ENSAYO TRIAXIAL ............................................................................................................ 16
2.3 TRABAJO DE GABINETE ...................................................................................................... 19
2.4 CONFORMACIÓN DEL SUBSUELO ................................................................................... 27
3. METRADO: ................................................................................................................................... 28
4
PRESENTACIÓN
Este trabajo ha de ser ayuda para profundizar los conocimientos de los estudiantes de la
Carrera Profesional de Ingeniería Civil, Universidad Nacional del Altiplano – Puno; en el Curso
de Ingeniería de Cimentaciones. En él los autores Joseph, Donaldo y David, estudiantes de
ingeniería civil de la UNAP, realizan el estudio con la experiencia obtenida como estudiantes en
los 4 años de estudio en dicha carrera, profundizados en el área de geotecnia y estructuras.
El presente trabajo es académico, en la que se desarrolla investigación acerca del
comportamiento y respuesta estructural del suelo; específicamente del que se encuentra a orillas
del Lago Titicaca, frente a fuerzas de edificaciones.
OBJETIVOS
El presente trabajo tiene como objetivo investigar los parámetros del suelo que se encuentra en
la zona de estudio.
Además analizar el comportamiento del suelo frente a fuerzas externas.
5 1. MEMORIA DESCRIPTIVA:
1.1 ANTECEDENTES:
Por iniciativa del Ing. Docente y los alumnos se realizará estudios de mecánica de suelos,
para la elaboración de un artículo de investigación; cave mencionar que en esta oportunidad a el
grupo ”LOS NARUTOS” se le encargo el desarrollo amplio y minucioso de la aplicación del
ensayo triaxial para dichos fines.
El requerimiento que se hará es para un pabellón de tres pisos.
1.2 OBJETIVOS:
El presente trabajo tiene como objetivo investigar las condiciones geológicas y
geotécnicas del suelo de fundación, para la estructura requerida; utilizando específicamente los
resultados y bondades del ensayo triaxial.
1.3 UBICACIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO:
El pabellón planteado será ubicado al lado Sur de la ciudad universitaria de la
“Universidad Nacional del Altiplano de Puno”, se ubica frente al edificio de Post Grados de la
misma universidad próximo al Lago Titicaca. Las variaciones de nivel van desde los 3810 msnm
hasta los 3820 msnm y geográficamente se encuentra entre los 70º00’50.26’’ de longitud y
15º49’34.35’’ de latitud. Anexo 1: Plano de Ubicación.
El área de influencia del proyecto abarca los 200 metros cuadrados
1.4 GEOLOGIA DEL ÁREA DE ESTUDIO:
El edificio se ubicara en la micro cuenca de Puno.
Geológicamente, la zona de estudio se encuentra en la unidad típica denominada Altiplano, que
se desarrolla sobre los 3,810m msnm; interrumpido por la fase tectónica que ocupa el Lago
Titicaca y las cumbres que flanquean el micro cuenca y meseta que se elevan hasta los 4,350m
msnm, caso de los cerros Cancharani y Negropeque. La sucesión de estratos está representada
por unidades litológicas que pertenecen al jurásico y llegan hasta el reciente, pero la más
conspicua de todas es la unidad volcánico Ancón que se ha constatado que puede pertenecer al
berriasiano superior, siendo equivalente lateral de las formaciones Puente Inga y Ventanilla.
Dentro del contexto geomorfológico a nivel regional, el área se localiza en la sub-unidad
identificada como "Depresión Central del Lago Titicaca" que forma parte de la unidad
geomorfológica regional denominada "Altiplano".
6 El sistema lacustre actual del Altiplano es el resultado de la evolución de un sistema más antiguo
que comienza desde el Pleistoceno Inferior con la transición al final del Plioceno. Constituye una
actividad neo tectónica que se extiende en dirección NO - SE que caracteriza todo el Cuaternario.
Es en el Pleistoceno inferior que se crea la fosa tectónica que va a ser ocupada por el Lago
Titicaca actual.
El relieve del terreno se encuentra disecada por quebradas de pendiente pronunciada y cauces
angostos que drenan sus aguas al Lago Titicaca; en general las quebradas siguen un
alineamiento rectilíneo, posiblemente influenciado por un control estructural (fracturas y
diaclasas).
Las Formaciones geológicas sedimentarias que afloran en toda su extensión en la microcuenca
y sobre la cual se asientan las zonas de expansión urbana de la ciudad de Puno, corresponden
las siguientes unidades litoestratigráficas: Formación Muni, Formación Ayavacas, Formación
Angostura, Formación Muñani y grupo Puno.
7
2. INVESTIGACION DE CAMPO:
Con la finalidad de confirmar el perfil estratigráfico del área de estudio, se ejecutó una
calicata cielo abierto, asignándole desde C-1, los cual está ubicada convenientemente en la
zona donde se encuentra la zapata más cargada.
Ubicación de la zapata más cargada
A continuación se presenta la información recopilada de la calicata realizada del estudio de
suelos con fines de cimentación de la estructura plantada que formara parte del proyecto:
“Pabellón de tres niveles”.
2.1 MUESTREO Y REGISTROS DE EXPLORACIÓN
Primeramente se realizara una clasificación de campo de forma manual y visual de cada uno
de los estratos registrados en la calicata, en los que se indican las diferentes características
de los estratos aflorantes tales como tipo de suelo (apróximado), espesor del estrato, color,
humedad, compacidad, etc., tal como se puede observar en el registro y fotos que se
muestran.
Se ubicó el lugar de la zapata más cargada en el terreno, de acuerdo al plano de
metrado de cargas.
8
9
Los que se pudo observar cuando se escavó la calicata es que por lo menos 1.20
metros de profundidad era material de relleno no controlado, relleno que contenía
desmonte de construcción.
Se observó: materiales como ladrillos, concreto, mangueras, alambres, retazos de
fierro de construcción, trapos.
Afloramiento de material de relleno
Se observa claramente la presencia de alambrones retorcisos
10
Presencia de bolsas y botellas de plástico
Llegando a excavar el segundo estrato; con profundidad de -1:20 a -1.50 se observó
material que fuese natural, de color marrón oscuro, no se logró apreciar el nivel
freático.
El estrato de suelo que se apreció mostro que en algún momento tuvo vegetación ya
que se encontró material orgánico con formas de raíces.
También se encontró partículas de suelo que probablemente fue arrastrado de la parte
alta de esa zona por efectos de lluvia y/o viento.
El suelo aparentemente es de clasificación: arena arcillosa con presencia de material
orgánico.
Separación clara de los dos estratos encontrados
11
Segundo estrato encontrado
Para el muestreo:
El tipo de muestra que se desea obtener es: muestra inalterada.
Se hizo el muestreo de la parte inferior de la calicata.
Tallando la muestra inalterada a una profundidad de 1.50m
12
Se extrajo una muestra de suelo del segundo estrato de aproximadamente
30cm*30cm.
Muestra inalterada
Se envolvió y etiquetó de la manera más adecuada la muestra para luego ser
trasladada al laboratorio para sus respectivos ensayos.
Muestra inalterada empaquetada.
13 2.2 ENSAYOS DE LABORATORIO
El ensayo que se realizó para conseguir los parámetros de resistencia del suelo es el ensayo
triaxial.
Además de los ensayos, como granulometría y límites de consistencia para la clasificación del
suelo.
2.2.1 ENSAYO DE GRANULOMETRIA
El análisis granulométrico se hará por cribado o también llamado tamizado
NOTA: Modifique solo las celdas rellenas de color azul
Peso de la muestra seca + recipiente (grs) : 1943.00
Peso del recipiente (grs) : 548.00
Peso de la muestra seca, Ws (grs) : 1395.00
Análisis por Tamizado y forma de Granos
TAMIZ Nº DIAMETRO (mm)
PESO RETENIDO
(grs) % RETENIDO % QUE PASA
2 50.800 0.000 100.000
1 25.400 0.000 100.000
3/4 19.100 0.000 100.000
1/2 12.700 0.000 100.000
3/8 9.520 2.110 0.151 99.849
4 4.760 3.400 0.244 99.605
10 2.000 10.190 0.730 98.875
20 0.840 26.900 1.928 96.946
40 0.420 60.150 4.312 92.634
200 0.074 451.110 32.338 60.297
FONDO 0.000 841.140 60.297 0.000
S 1395.000
ANALISIS GRANULOMETRICO - MECANICO
14
D10: 0.0123 CU: 6.000
D30: 0.0368 CC: 1.500
D60: 0.0736
Suelo Fino -
Debe calcular los Límites de Atterberg para Clasificar este Suelo
DISTRIBUCION GRANULOMETRICA
Clasificación General:
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.010.101.0010.00100.00
% q
ue
Pa
sa
Diámetro de la Partícula (mm)
# 4 # 200
2.2.2 ENSAYO DE LIMITES DE CONSISTENCIA Y CONTENIDO DE HUMEDAD
DETERMINACION DE LOS LIMITES DE ATTERBERG Y HUMEDAD NATURAL
LIMITE LÍQUIDO
Ensayo normalizado Humedad para la cual el número de golpes en la copa de Casagrande es de 25 para cerrar la ranura en 12,7 mm.
15
LIMITE PLASTICO
Ensayo normalizado Humedad mínima con la cual pueden moldearse cilindros de suelo de 3 mm de diámetro sin que estos se fisuren
NOTA: Modifique solo las celdas rellenas de color azul
1. DETERMINACION DEL LIMITE LIQUIDO
LATA Nº A B C
Peso suelo húmedo + lata 41.590 45.890 38.930
Peso suelo seco + lata 38.610 42.310 35.660
Peso de lata 26.960 27.860 21.580
Peso de suelo seco 11.650 14.450 14.080
Peso de agua 14.630 18.030 17.350
Contenido de Humedad % 25.579 24.775 23.224
Número de Golpes N 17 22 32
2. DETERMINACION DEL LIMITE PLASTICO 3. HUMEDAD NATURAL
LATA Nº D E F G
Peso suelo húmedo + lata 23.060 21.830 59.900 58.270
Peso suelo seco + lata 22.410 21.250 54.480 52.310
Peso de lata 18.050 17.300 26.940 22.190
Peso de suelo seco 4.360 3.950 27.540 30.120
Peso de agua 5.010 4.530 32.960 36.080
Contenido de Humedad % 14.908 14.684 19.680 19.788
DETERMINACION DE LIMITES DE ATTERBERG
RESULTADOS DEL ENSAYO DE LIMITES DE ATTERBERG
ENSAYO DE LIMITES DE ATTERBERG
materia orgánica no
humedad natural 19.73 %
limite liquido 24.53 %
limite plástico 14.80 %
índice de plasticidad 9.73 %
16
CLASIFICACION DEL SUELO SEGÚN S.U.C.S
RESULTADOS DE LA CLASIFICACION S.U.C.S.
PARAMETROS DE CLASIFICACION DEL SUELO
materia orgánica no
humedad natural 19.73 %
limite liquido 24.53 %
limite plástico 14.80 %
índice de plasticidad 9.73 %
Coeficiente de uniformidad 6
Coeficiente de curvatura 1.5
CLASIFICACION SEGÚN SUCS CL (arcillas inorgánicas de plasticidad baja a media, arcillas con gravas, arenas y limos)
2.2.3 ENSAYO TRIAXIAL
El objetivo fundamental es aplicar los resultados del ensayo triaxial en suelos a estructuras de
obras civiles; para esto es fundamental el conocimiento de este ensayo sus cálculos y
correlaciones. Se describirán los equipos a utilizar además del procedimiento del ensayo.
2.2.3.1 PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO
Primeramente una vez tenida la muestra inalterada se procede a tallar de acuerdo
al diámetro y a la altura que requiere el ensayo que es aproximadamente una
muestra cilíndrica de 14cm de altura y 7cm de diámetro.
17
Tenida ya la muestra tallada se procede a hacer el ensayo; caso contrario, no
teniendo disponible el equipo las muestras se deben de conservar en su estado
natural: la muestra debe ser guardada en un recipiente lo más impermeable
posible para evitar la pérdida de humedad, esto se consigue poniendo la muestra
sobre un pilar dentro de un recipiente llenado de agua y herméticamente cerrado.
Las muestras deben de ser medidas de la siguiente manera:
Tres medidas del diámetro en la parte superior.
Tres medidas del diámetro en la parte media.
Tres medidas del diámetro en la parte inferior.
Tres medidas de la altura.
18
Se pesa cada una de las muestras.
Se ensambla cada una de las muestras, una a la vez, en la cámara triaxial.
se cubre a la muestra con una membrana de ule, esta se sujeta con aros
de jebe para evitar que el agua sature la muestra.
Se ensambla la cámara triaxial.
Se llena con agua la cámara triaxial.
Se verifica que no tenga espacios con aire en la cámara triaxial, luego se
procede a aplicar la presión de celda correspondiente.
19
Se tara la deformación y la fuerza axial en cero. Se procede con el ensayo
anotando las deformaciones y cada fuerza que estos producen.
Ya terminado el ensayo se desensambla la cámara triaxial poniendo
nuevamente la presión de poros en cero, se procede a vaciar el agua de
la celda triaxial.
Se retira la capsula y la membrana.
Después de efectuado el ensayo se puede apreciar como falló la muestra,
también las deformaciones que se produjeron.
2.3 TRABAJO DE GABINETE
DETERMINACION DEL ANGULO DE FRICCION Y LA COHESION
CRITERIO DE ROTURA POR MOHR COULOMB
TEORIA DE ROTURA DE MOHR
Si en un sistema de ejes cartesianos ortogonales, llevamos sobre el eje de las abscisas a las tensiones normales, sobre el eje de las ordenadas a las tensiones tangenciales, y sobre él representamos los puntos correspondientes a cada par de valores dados en la ecuación de coulomb para todos los valores posibles de tensión tangencial y normal, hallaremos que el lugar geométrico de esos puntos es una circunferencia llamada circulo de mohr
20
ESPECIMEN 1
PARÁMETROS DEL ENSAYO TRIAXIAL
TIPO DE ENSAYO TRIAXIAL ensayo triaxial no consolidado no drenado (UU)
ESFUERZO DE CONFINAMIENTO 0.5 kg/cm2
VELOCIDAD DE PENETRACIÓN DEL ENSAYO
0.5 mm/min
21
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22
ESPECIMEN 2
PARÁMETROS DEL ENSAYO TRIAXIAL
TIPO DE ENSAYO TRIAXIAL ensayo triaxial no consolidado no drenado (UU)
ESFUERZO DE CONFINAMIENTO 1 kg/cm2
VELOCIDAD DE PENETRACIÓN DEL ENSAYO
0.5 mm/min
23
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2
24
ESPECIMEN 3
PARÁMETROS DEL ENSAYO TRIAXIAL
TIPO DE ENSAYO TRIAXIAL ensayo triaxial no consolidado no drenado (UU)
ESFUERZO DE CONFINAMIENTO 2 kg/cm2
VELOCIDAD DE PENETRACIÓN DEL ENSAYO
0.5 mm/min
25
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1.96
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EN
3
26
CALCULO DEL ANGULO DE FRICCION Y LA COHESION DEL SUELO
27
RESULTADOS DEL ENSAYO TRIAXIAL
Según la clasificación S.U.C.S. del suelo (CL ) para el calculo de la envolvente de falla se asumió
el siguiente criterio
El trazo de la envolvente de falla del suelo solo se consideró los especímenes 2 y 3 puesto que
según la clasificación del suelo (CL ) resulta un suelo arcilloso de baja a media plasticidad cuyo
Angulo de fricción interna no puede ser muy alto, pero si puede aceptar valores de cohesión
elevados.
PARÁMETROS RESISTENTES DEL SUELO
ANGULO DE FRICCION INTERNA 10 º
COHESION 0.5 Kg/cm2
2.4 CONFORMACIÓN DEL SUBSUELO
Con los datos obtenidos se logra identificar con exactitud la conformación del subsuelo:
0.3000 CL
Relleno no
controlado1.2000
1.2000
28
3. METRADO:
MEMORIA DESCRIPTIVA
PROPIETARIO: UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO
1. NOMBRE DEL PROYECTO
“PABELLÓN DE TRES NIVELES”
2. UBICACIÓN GEOGRÁFICA
2.1. UBICACIÓN
Departamento: Puno
Provincia: Puno
Distrito: Puno
Vías de acceso: Av. floral
3. CARACTERÍSTICAS DEL TERRENO
3.1. LINDEROS
Por el Norte: pabellón de ESCUELA DE POST GRADO.
Por el sur: Grifo universitario.
Por el Este: Av. floral, vía asfaltada.
Por el Oeste: piscina UNA PUNO.
3.2. FORMA DEL TERRENO
El terreno tiene una forma irregular y poca pendiente.
3.3. ÁREA DEL TERRENO
El área total del terreno es de 194.82m2.
3.4. PERÍMETRO
El perímetro total del terreno es de 63.60 ml.
3.5. DESCRIPCIÓN DE LA EDIFICACIÓN
El proyecto a construirse, es una edificación que consta de seis aulas, que cuenta
con tres niveles, además de cubierta de teja andina.
Cada nivel cuenta con los siguientes ambientes:
PRIMER AL TERCER PISO:
29
03 AULAS
01 CAJA DE ESCALERAS
3.6. PLANOS
Se adjunta de forma detallada el “plano de ubicación”.
Para obtener el peso que soporta el suelo de fundación de una estructura, se emplearan los
planos del proyecto (planos de estructuras y arquitectura), con el fin de ubicar la zapata más
cargada y realizar su respectivo metrado.
Figura 1: edificio de 3 niveles
Como se observa en la figura 1 la edificación consta de 3 niveles destinados netamente a las
actividades académicas, que a su vez se divide en 2 estructuras como se muestra en la figura 2:
ESTRUCTURA 1:
Estructura que consta de la caja de escaleras, además de 3.65m de corredor; ejerce poca
carga al terreno de fundación en comparación a la ESTRUCTURA 2, debido a una menor
luz de las vigas que abarcan menores áreas tributarias.
ESTRUCTURA 2:
Estructura que consta de aulas, además de 17.17m de corredor; ejerce cargas
considerables sobre el terreno de fundación, debido a la mayor luz de las vigas que
abarcan mayores áreas tributarias.
30 De la figura 2 se observar que la zapata más cargada se encuentra en el ESTRUCTURA 2, pues
en esta se ubica la mayor área tributaria.
Además podemos observar que existen 2 áreas tributarias de mayor magnitud (áreas
sombreadas); sobre la cual se realiza el siguiente metrado de cargas.
31
32
33 CARGAS MUERTAS.
ELEMENTOS PESO PROPIO No. DE ÁREA TRIBUTARIA
PESO PARCIAL
CARGA UNID PISOS LARGO ANCHO ALTURA (Kg)
ALIGERADO 300 Kg/m2 3 4.76 4.43 - 18978.12
ACABADOS 100 Kg/m2 2 4.76 4.43 - 4217.36
TABIQUERÍA 100 Kg/m2 2 4.76 4.43 - 4217.36
COLUMNAS 2400 Kg/m3 1 0.9 0.25 4.25 2295
1° PISO 2400 Kg/m3 1 0.3 0.25 4.25 765
COLUMNAS 2400 Kg/m3 1 0.9 0.25 2.9 1566
2° PISO 2400 Kg/m3 1 0.3 0.25 2.9 522
COLUMNAS 2400 Kg/m3 1 0.9 0.25 3.1 1674
1° PISO 2400 Kg/m3 1 0.3 0.25 3.1 558
VIGA V-1 2400 Kg/m3 2 4.75 0.3 0.65 4446
VIGA V-2 2400 Kg/m3 3 4.43 0.2 0.4 2551.68
VIGA V-3 2400 Kg/m3 2 4.43 0.15 0.3 956.88
V. Cimentación X-X 2400 Kg/m6 1 4.43 0.3 0.55 1754.28
V. Cimentación Y-Y 2400 Kg/m7 1 3.25 0.3 0.55 1287
CIMIENTO X-X 2400 Kg/m4 1 4.43 0.45 0.6 2870.64
CIMIENTO Y-Y 2400 Kg/m5 1 3.25 0.6 0.6 2808
ZAPATA 2400 Kg/m3 1 2 2 0.65 6240
CM 57707.32
CARGAS VIVAS.
ELEMENTO PESO PROPIO No. DE
ÁREA TRIBUTARIA
PESO PARCIAL
S/C UNID PISOS LARGO ANCHO (Kg)
AULAS 250 Kg/m2 2 3.25 4.43 7198.75
CORREDORES 400 Kg/m2 2 1.5 4.43 5316
AZOTEA 30 Kg/m2 1 4.76 4.43 632.604
CV 13147.354
P = 57707.32 + 13147.354
P = 70854.674 Kg
P = 70.85 Ton
Por lo tanto nuestra zapata tendrá que soportar 70.85 Ton por área de zapata.