Cuando los depósitos de suelos están constituidos por arena mezclada con guijarros, la obtención de muestras por medio de (media caña) con un extractor de núcleos de manantial no es posible debido a que los pedruscos impiden que los resortes se cierren En tales casos, un cucharán rascador debe usarse para obtener muestras representativas alteradas (figura 2.20a). Éste instrumento tiene una punta de hincado y puede unirse a una barra perforadora. El muestreador es hincado y girado en el suelo y el suelo lateral desprendido cae dentro del cucharán.
domingo, 5 de diciembre de 2010
Cucharón Rascador - Obtener Muestra Suelo.
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Muestreo con Muestrador de Media Caña – Suelos.
donde AR = relación de áreas
Di = diámetro interior del tubo muestreador
Además de la obtención de muestras de suelos, las pruebas de penetración estándar proporcionan varias correlaciones útiles. Por ejemplo, la consistencia de los suelos arcillosos es con frecuencia estimada con el numero, N, de penetración estándar, corno muestra la tabla 2.3. Sin embargo, las correlaciones para las arcillas requieren pruebas para verificar que las relaciones son válidas para el depósito de la arcilla en consideración.
La literatura técnica contiene muchas correlaciones entre el número de penetración estándar y la resistencia cortante, c, no drenada de la arcilla. Con base en resultados de pruebas triaxiales no drenadas conducidas en arcillas no sensitivas, Stroud (1974) sugirió que
donde K = constante = 3.5-6.5 kN/m2 (0.507-0.942 Ib/pulg2)
N = número de penetración estándar obtenido en campo
La tasa de sobreconsolidación OCR de un depósito natural de arcilla es también correlacionada con el número de penetración estándar Del análisis de regresión de una base de datos de 110 puntos, Mayne y Kerper (1988) obtuvieron la relación
donde σ’v = esfuerzo efectivo vertical en MN/m2
Es importante señalar que cualquier correlación entre c y N es sólo aproximada. La sensitividad, St, de suelos arcillosos juega también un papel importante en el valor real de N obtenido en campo. La figura 2.16 muestra una gráfica de N(medido) / N(en st) versus St según predicho por Schmertmann (1975).
En suelos granulares, el valor N es afectado por la presión efectiva de sobrecarga
σ’v. Por esa razón, el valor N obtenido en una exploración de campo bajo diferentes presiones efectivas de sobrecarga debe ser cambiado para corresponder a un valor estándar de σ’v. Es decir,
donde Ncor = valor N corregido para un valor estándar de o [95.6 kN/m2 (1 ton/pie2)]
NF = valor N obtenido en el campo
NF = número de penetración estándar en el campo
σ’v= presión efectiva de sobrecarga (lb/puig2)
Cu = coeficiente de uniformidad de la arena
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Procedimiento para Muestreo del Suelo.
1. Análisis granulométrico
2. Determinación de los límites líquido y plástico
3. Peso específico de los sólidos del suelo
4. Determinación del contenido orgánico
5. Clasificación del suelo
Sin embargo, las muestras alteradas no deben usarse para pruebas de consolidación, permeabilidad o de resistencia cortante, ya que éstas deben hacerse con muestras inalteradas.
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Perforaciones Exploratorias en el Campo - Suelos.
Cuando se dispone de energía eléctrica, las barrenas de perforación continua son probablemente las más idóneas. La energía para efectuar el trabajo se suministra desde torres de perforación montadas en camión o en tractor. De esta manera se efectúan fácilmente barrenos de hasta 60-70 m (200-230 pies) de profundidad.
La punta de la barrena se conecta a una cabeza cortadora (figura 2.11). Durante la perforación (figura 2.12), sección tras sección de barrena puede agregarse para aumentar la profundidad de la excavación. La hélice de la barrena lleva el suelo suelto desde el fondo del agujero a la superficie. El perforista puede detectar cambios en el tipo de suelo si nota variaciones en la velocidad y sonido del taladro. Cuando se usan barrenas sólidas, éstas deben retirarse a intervalos regulares para obtener muestras del suelo y también para efectuar otras operaciones como la prueba de penetración estándar. Las barrenas huecas tienen una clara ventaja sobre las sólidas ya que ellas no tienen que ser retiradas frecuentemente para efectuar muestreos u otras pruebas.
El sondeo de lavado es otro método de efectuar perforaciones. En éste, un ademe de aproximadamente 2-3 m (6-10 pies) de largo se hinca en el terreno. El suelo dentro del ademe se retira entonces por medio de un trépano cortante unido a un vástago perforador. El agua es inyectada a través del vástago perforador y sale a muy alta velocidad por los agujeros en el fondo del trépano (figura 2.14). El agua y las partículas desmenuzadas del suelo ascienden por el agujero taladrado y fluyen en la parte superior del ademado a través de una conexión en T. El agua de lavado se recoge en un recipiente. El ademe puede extenderse con partes adicionales según avanza el barrenado; sin embargo, no se requiere si el barreno permanece abierto y no se derrumba.
El sondeo por percusión es un método alternativo de excavar un barreno, particularmente a través de roca y suelo duro. Un trépano pesado de perforación se sube y baja para cortar el suelo duro. Las partículas de suelo recortado son llevadas a la superficie por circulación de agua. El sondeo por percusión puede requerir de un ademe.
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Investigación del Sitio – Suelos - Construcción Edificios.
Para determinar la profundidad mínima aproximada de barrenado los ingenieros usan las reglas establecidas por la American Society of Civil Engineers (1972):
1. Determinar el incremento neto de esfuerzo, Δσ, bajo una cimentación con la profundidad como muestra la figura 2.9.
S = número de pisos
En unidades inglesas, las ecuaciones anteriores tornan la forma
En ocasiones, las condiciones del subsuelo requieren que la carga de cimentación sea transmitida al lecho rocoso. La profundidad mínima de barrenado para la extracción de núcleos de roca es aproximadamente de 3 m (10 pies). Si el lecho rocoso es irregular o está intemperizado, los barrenos tendrán que ser más profundos.
No existen reglas fijas acerca del espaciamiento de los barrenos. La tabla 22 proporciona algunas directrices generales. El espaciamiento puede ser incrementado o disminuido, dependiendo de las condiciones del subsuelo. Si varios estratos de suelo son más o menos uniformes y predecibles, se necesitarán menos barrenos que en estratos no homogéneos.
El ingeniero, también debe tomar en cuenta el costo último de la estructura al tomar decisiones relativas a la extensión de la exploración de campo, para la cual debe destinarse generalmente entre 0.1 y 05% del costo de la estructura. Los sondeos en suelos se llevan a cabo por varios métodos: con barrena, con lavado, por percusión y la perforación rotativa.
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sábado, 4 de diciembre de 2010
Reconocimiento - Suelos - Construcción.
La naturaleza de la estratificación y propiedades físicas de suelos vecinos también se obtienen de reportes disponibles de la exploración del suelo para estructuras existentes.
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Recolección de Información Preliminar - Suelos - Construcción de Estructuras.
5. Información hidrológica publicada por el Cuerpo de Ingenieros de Estados Unidos, que incluye los registros de flujo de corrientes de agua, niveles altos de inundaciones, registros de mareas, etcétera.
6. Manuales sobre suelos de los departamentos de caminos publicados por varios estados.
La información obtenida así es sumamente útil en la planeación de una investigación de sitio. En algunos casos se logran ahorros considerables si se detectan de antemano problemas que pueden luego encontrarse en el programa de exploración.
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Programa de Exploración del Subsuelo.
La exploración del subsuelo comprende varias etapas, entre ellas la recolección de información preliminar el reconocimiento y la investigación del sitio.
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Propósito de la Exploración del Suelo – Construcción.
7. Establecer métodos de construcción para condiciones cambiantes del subsuelo.
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Suelos Orgánico.
1. El contenido de agua natural que puede variar entre 200 y 300%.
3. Pruebas de laboratorio muestran que, bajo cargas, un gran porcentaje del asentamiento en ellos se deriva de la consolidación secundaria.
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viernes, 3 de diciembre de 2010
Depósitos Eólicos de Suelos.
Existen dunas a lo largo de las orillas del este y sudeste del lago Michigan, de la costa atlántica, de la costa sur de California y en varios lugares del litoral de Oregon y Washington. Se encuentran también dunas en las planicies aluviales y rocosas del oeste de Estados Unidos. A continuación se mencionan algunas de las propieda4es típicas de las dunas de arena:
1 La granulometría de la arena en cualquier localidad particular es sorprendentemente uniforme, lo cual puede ser atribuido a la acción distribuidora del viento.
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Depósitos Glaciares – Suelos.
Las formas de terrenos que se desarrollan a partir de estos depósitos no estratificados de tilita se llaman morrenas. Una morrena terminal (figura 2.5) es una cresta que marca el límite máximo del avance de un glaciar. Las morrenas recesionales son crestas desarrolladas a distancias variables detrás de la morrena terminal. Ellas son el resultado de la estabilización temporal del glaciar durante el periodo recesional. El material depositado por el glaciar entre las morrenas se llama morrena de fondo (figura 2.5). Las morenas de fondo constituyen grandes áreas de Estados Unidos y son llamadas planicies de aluvión.
La arena, limo y grava arrastrada por el agua derretida del frente de un glaciar se llaman materiales de fusión (outwash). Según un patrón similar al de los depósitos de corrientes de agua interconectadas, el agua derretida deposita el material de fusión formando llanuras de aluvión (figura 2.5). Denominadas comúnmente depósitos glaciofluviales.
El rango de los tamaños de grano presente en un depósito glaciar (till) varia considerablemente. La figura 2.6 compara la granulometría de depósitos glaciares y de arena de dunas (véase la sección 2.6). La cantidad de fracciones de tamaños de arcilla presentes y los índices de plasticidad de los depósitos glaciares también varían considerablemente. La exploración de campo puede además revelar valores erráticos de resistencias a la penetración estándar.
El agua glaciar también arrastra limos y arcillas. El agua se deposita en depresiones del terreno formando lagos. Las partículas de limo tienden inicialmente a asentarse en el fondo del ago cuando el agua está en reposo. Durante el invierno, cuando la superficie del lago se congela, las partículas suspendidas de arcilla se asientan gradualmente en el fondo del lago. Durante el verano, ‘a nieve del lago se derrite. El suministro de agua dulce, cargada con sedimentos, repite el proceso. Corno resultado, el suelo lacustre formado por tal depositación tiene capas alternadas de limo y arcilla. Este suelo se denomina arcilla laminada. Las láminas son generalmente de unos cuantos milímetros de espesor; sin embargo, en algunos casos pueden tener entre 50 y 100 mm (2-4 pulg) de espesor. Las arcillas laminadas se encuentran en el noreste y noroeste Pacífico de Estados Unidos. En su mayor parte son normalmente consolidadas y pueden ser sensitivas. La permeabilidad hidráulica en la dirección vertical es generalmente varias veces menor que en la dirección horizontal. La capacidad de carga de esos depósitos es bastante baja y pueden esperarse considerables asentamientos de estructuras con cimentaciones superficiales.
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Depósitos de Cinturones Meándricos.
Durante las grandes avenidas, los ríos se desbordan inundando zonas de bajo nivel. La arena y las partículas de tamaño de limo arrastradas por el río son depositadas a lo largo de las orillas formando líneas conocidas como bordos naturales (figura 2.4). Las partículas más finas de suelo, es decir: limos y arcillas, son arrastradas por el agua hacia las planicies de inundación, asentándose en diferentes proporciones para formar depósitos pantanosos (figura 2.4). Esas arcillas pueden ser sumamente plásticas. La tabla 2.1 proporciona las propiedades de depósitos de suelos encontrados en bordos naturales, banco de arena, canales abandonados, pantanos y ciénagas en el valle aluvial del Mississippi.
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Depósitos de Corrientes Interconectadas.
Los depósitos formados por corrientes interconectadas son muy irregulares en su estratificación y tienen un amplio rango de tamaños de grano. La figura 2.2 muestra una sección transversal de un depósito de ese tipo. Sus características comunes son:
1. Los tamaños de los granos varían generalmente entre los de gravas y limos. Las partículas con tamaños asociados a las arcillas no se encuentran regularmente en esos depósitos.
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Depósitos Aluviales – Suelos.
Los depósitos de suelo aluvial son generados por la acción de corrientes de agua y ríos, se dividen en dos categorías principales: (1) depósitos de corrientes interconectodas y (2) depósitos causados por el serpenteo meándrico de corrientes.
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jueves, 2 de diciembre de 2010
Suelos Residuales.
A diferencia con las rocas duras, algunas rocas químicas como la caliza, están hechas principalmente de mineral de calcio (CaCO3). El yeso y la dolomita tienen grandes concentraciones de minerales dolomíticos [CaMg(C03)2]. Esas rocas tienen grandes cantidades de materiales solubles, algunos de los cuales son removidos por el agua freática, dejando atrás la fracción insoluble de la roca. Los suelos residuales derivados de rocas químicas poseen una zona gradual de transición al lecho de roca; como muestra la figura 2.1. Los suelos residuales derivados de la intemperización de rocas tipo calizas son casi todos de color gris; aunque de tipo uniforme, la profundidad de la intemperización puede variar considerablemente. Los suelos residualés inmediata mente arriba del lecho rocoso están normalmente consolidados. Las cimentaciones de gran tamaño con grandes cargas sobre ellas son susceptibles a grandes asentamientos por consolidación en esos suelos.
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Depósitos Naturales del Suelos: Origen del Suelo.
El intemperismo químico es el proceso de descomposición química de la roca original En el caso del intemperismo mecánico, la roca se fractura en piezas menores sin cambiar su composición química. Sin embargo, en el intemperismo químico, el material original se cambia a otro totalmente diferente. Por ejemplo, el intemperismo químico de los feldespatos puede producir minerales arcillosos.
El suelo producido por el intemperismo de rocas llega a ser transportado mediante procesos físicos a otros lugares. Esos depósitos se llaman suelos transportados. Por otra parte, algunos suelos permanecen donde se forman y cubren la superficie rocosa de la que se originan y se conocen como suelos residuales.
Según sea el agente de transporte, los suelos transportados pueden subdividirse en tres categorías principales:
1. Aluviales fluviales: son depositados por corrientes de agua
2. Glaciales: depositados por la acción de los glaciares
3. Eólicos: depositados por la acción del viento
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Depósitos Naturales de Suelo y Exploración del Subsuelo – Diseño Cimentaciones.
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Consideraciones para el Refuerzo del Suelo (Tira metálica, Tejidos no Biodegradables, Geomallas ).
A los tejidos no biodegradables se les llama geotextiles. Desde 1970 su uso en la construcción se incrementó considerablemente alrededor del mundos Los tejidos se fabrican generalmente a base de derivados del petróleo, tales como poliéster, polietileno y polipropileno, pero pueden elaborarse también a base de fibras de vidrio. Los geotextiles no se preparan con tejidos naturales porque se degradan muy rápidamente. Pueden ser trenzados, tejidos, o sin trenzar.
Los trenzados se fabrican a base de dos conjuntos de filamentos o grupos paralelos de estambre entrelazados sistemáticamente que forman una estructura plana. Los geotextiles tejidos se forman entrelazando una serie de lazos de uno o más filamentos o grupos de estambre para formar una estructura plana. Los geotextiles no trenzados se forman con filamentos o fibras cortas dispuestas según un patrón orientado o al azar en una estructura plana. Esos filamentos o fibras cortas son, al principio, dispuestos en una red o malla suelta. Luego son unidos entre sí por uno o varios de los siguientes procesos:
1. Unión química; por medio de pegamento, hule, látex, derivados de celulosa, y otros más
Los geotextiles tienen cuatro usos principales en la ingeniería de cimentaciones.
Las geomallas son materiales poliméricos de alto módulo, tales como el polipropileno y el polietileno, y son preparadas por estirado. La empresa Netion Ltd., del Reino Unido fue la primera productora de geomallas. En 1982, la empresa Tensar; llamada actualmente Tensar Earth Technologies, Inc., las introdujo en Estados Unidos.
Las geomallas comerciales para refuerzo de suelos tienen espesores nominales de costillas de aproximadamente 0.02 a 0.06 pulg (0.5 a 1.5 mm) y uniones de aproximadamente 0.1 a 0.2 pulg. (2.5 a 5 mm). Las geomallas usadas para refuerzo de suelos tienen generalmente aberturas de forma rectangular o elíptica y varían entre ly6 puig (25 y 150 mm). Las geomallas son fabricadas de manera que las áreas abiertas sean mayores al 50% de la superficie total. Éstas desarrollan resistencias de refuerzo a bajos niveles de deformación unitaria, por ejemplo al 2% (Carroll, 1988). La tabla 1.17 proporcionan algunas propiedades de rejillas biaxiales disponibles en el mercado.
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Generalidades Sobre Refuerzo del Suelo.
Los muros de retención con tierra reforzada construyen alrededor del mundo desde que Vidal comenzó su trabajo. El primer muro de retención con tierra reforzada con tiras metálicas en Estados Unidos fue construido en 1972 en el sur de California.
Los efectos benéficos del refuerzo del suelo se derivan de: (a) la mayor resistencia a tensión del suelo y (b) de la resistencia al corte desarrollada por la fricción en los con tactos del refuerzo, comparable con el de las estructuras de concreto. Actualmente, la mayoría del diseño de tierra reforzada se hace únicamente con suelo granular con drenaje libre, evitando así & efecto de la presión de poro del agua desarrollada en suelos cohesivos que reduce la resistencia al corte del suelo.
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miércoles, 1 de diciembre de 2010
Sensitividad – Suelos Arcillosos.
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Parámetros de Resistencia al Corte - Ángulo de fricción drenado de suelos cohesivos.
La prueba triaxial consolidada drenada se describe en la sección 1.16. La figura 1.40 muestra el diagrama esquemático de la gráfica de Δσ versus la deformación unitaria axial de una prueba triaxial drenada para arcilla. En la falla, para esta prueba, Δσ = Δσf
Sin embargo, bajo una deformación unitaria axial grande (por ejemplo, bajo una condición de resistencia última),
que los ángulos de fricción drenados máximos. La figura 1.42 muestra la variación de 4 con el límite líquido para algunas arcillas (Stark, 1995). Es importante notar que
2. Para un límite liquido dado y fracciones de tamaño arcilloso presentes en el suelo, la magnitud de Ør decrece con el aumento del esfuerzo normal efectivo, debido a la naturaleza curvilínea de la envolvente de falla.
Existen varias relaciones empíricas entre cu y la presión efectiva de sobrecarga p en el campo. Algunas están resumidas en la tabla 1.16.
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Parámetros de Resistencia al Corte - Ángulo de fricción drenado de suelos granulares.
En general, el ensayo de corte directo proporciona un mayor ángulo de fricción que el obtenido con ensaye triaxial. Cabe señalar que la envolvente de falla para un suelo dado es en realidad una línea curva. El criterio de falla de Mohr-Coulomb definido por la ecuación (1.82) es una aproximación. Debido al carácter curvo de la envolvente de falla, un suelo probado con esfuerzo normal alto dará un menor valor de Ø. Un ejemplo lo muestra la figura 1.38, que es una gráfica de Ø versus la relación de vacíos, e, para arena del río Chattahoochee, cerca de Atlanta, Georgia (Vesic, 1963). Esos ángulos de fricción se obtuvieron de pruebas triaxiales. Note que para una valor dado de e, la magnitud de ø es entre 4 y grados más pequeños cuando la presión de confinamiento o es mayor que 10 lb/pulg2 (69 kN/m2) respecto a la que se tiene cuando o <10 lb/pulg2.
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Prueba de Compresión Simple – Suelos.
Esfuerzo total principal mayor = Δσf = qu
Esfuerzo total principal menor = O
La resistencia a compresión simple se usa como indicador de la consistencia de las arcillas.
Los experimentos de compresión simple a veces se efectúan en suelos no saturados. Manteniendo constante la relación de vacíos de un espécimen de suelo, la resistencia a compresión simple disminuye rápidamente con el grado de saturación (figura 1.36c). La figura 1.37 muestra una prueba de compresión simple en proceso.
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Pruebas de Compresió Triaxial - Suelos.
1. Prueba consolidada drenada (prueba CD)
2. Prueba consolidada no drenada (prueba CU)
3. Prueba no consolidada no drenada (prueba UU)
La tabla 1.15 resume esas tres pruebas. Para pruebas coiso1ido4as drenadas, en la falla,
Esfuerzo efectivo principal mayor = σ + Δσf = σ1 =σ’1
Esfuerzo efectivo principal menor = σ3 = σ’3
Esfuerzo total principal menor = σ3
Esfuerzo efectivo principal mayor = (σ 3 + Δσf ) - uf = σ’1
Esfuerzo efectivo principal menor = σ3 - uf= σ’3
donde ccu y Øcu son la cohesión consolidada no drenada y el ángulo de fricción, respectivamente. (Nota: ccu= O para arcillas normalmente consolidadas.)
Similarmente, se grafican los círculos de Mobr de los esfuerzos efectivos en la falla para determinar las envolventes de falla (figura 1.34c). Ellas obedecen la relación expresada en la ecuación (1.82).
Para pruebas triaxiales no consolidadas no drenadas,
Esfuerzo total principal mayor = σ3 + Δσf =σ1
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