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
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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