Suelos Colapsables

5/10/2018

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE MECÁNICA DE SUELOS

MECANICA DE SUELOS APLICADA A CIMENTACIONES LABORATORIO 03: SUELOS COLAPSABLES 1. Información a nivel mundial de las investigaciones realizadas en estos suelos

CARACTERÍSTICAS GEOTÉCNICAS DE LOS LOES DE ARGENTINA Ricardo J. Rocca, Emilio R. Redolfi y Roberto E. Terzariol Resumen: Los suelos loessicos de Argentina constituyen el principal depósito de su tipo en Sudamérica, cubriendo más de 600,000 km2 de superficie. Son suelos de origen eólico, que pueden conservar su estructura generada al depositarse (loes primario) o sufrir retransporte o alternación in-situ (loes secundario o loessoides). Los depósitos recientes son principalmente primarios, ML y CL-ML, mientras que los más antiguos, son suelos arcillosos y limosos subsaturados, CL a CH. Los comportamientos geotécnicos extremos van desde ser suelos colapsables, en el caso de los primarios y la de depósitos preconsolidados por desecación en el caso de los loessoides secundarios. Recientemente se han realizado avances en el conocimiento de los procesos de cementación, las propiedades dieléctricas y las variaciones mecánicas con distintos niveles de deformaciones, en el empleo de nuevos métodos no destructivos, ensayos in-situ y variaciones areales de los parámetros más significativos. Se ha progresado en el modelado de fundaciones y en distintos procesos de infiltración del agua en el suelo. El diseño ingenieril está condicionado al tipo de colapsibilidad. Los criterios empleados en construcciones tratan de anular el ingreso de agua al suelo; eliminar la colapsibilidad mediante el mejoramiento de su estructura inestable o evitar emplearlo como terreno de fundación directa. http://slidepdf.com/reader/full/suelos-colapsables En las obras hidráulicas predomina el uso de la hidro compactación combinada con

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colapsable cuando sufren un proceso de sobrecarga acompañado de un aumento del contenido de agua. Este es el caso del canal Segarra-Garrigues, cuya traza es afectada por los depósitos de estos limos colapsables, haciendo necesaria la construcción de terraplenes de tierra para cruzar los diferentes valles de fondo plano. Hechos históricos, como en el caso del canal de Terreu (Huesca), muestran roturas de canales debidas a los asentamientos de estos depósitos de limos. Un suelo de este tipo en condición natural ha sido caracterizado en los ensayos básicos de laboratorio sobre muestras bloque inalteradas. Se ha logrado una completa caracterización mecánica (colapsabilidad, compresibilidad, consolidación y parámetros de resistencia al corte) e hidráulica (curva de retención, permeabilidad y dispersabilidad) del suelo en condición natural. Muestras del material natural se han compactado al óptimo de la energía Próctor Normal (PN) y Próctor Modificado (PM), y se realizaron los correspondientes ensayos para caracterizar sus propiedades mecánicas e hidráulicas, anteriormente comentadas. Además, se presenta una descripción de los equipos y la metodología empleada en los diferentes ensayos realizados. Los ensayos realizados se encuentran divididos en ensayos mecánicos, como lo son el corte directo, triaxial y el edométrico, y en hidráulicos, como lo son el ensayo en célula edométrico convencional y con succión controlada, psicrométrico y la dispersabilidad por tubificación. Se ha aplicado un modelo elastoplástico realizado por Alonso y Romero (2003 b) al suelo de la presa de l’Albagés tanto en su condición natural c omo compactado. Dicho modelo es alternativo al presentado por Balmaceda et al. (1992). En dicho modelo, se han cuantificado los parámetros constitutivos ajustando tanto la curva de deformación volumétrica plástica máxima de colapso como las trayectorias realizadas en los diferentes ensayos edométricos. http://slidepdf.com/reader/full/suelos-colapsables Los parámetros obtenidos de la caracterización geotécnica realizada sobre los limos se

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han aplicado a un caso práctico el canal Segarra Garrigues En primer lugar se estudia el 5/10/2018



Los suelos llamados problemáticos, tales como los suelos residuales, los suelos colapsables y los suelos expansivos, son ejemplos de materiales potencialmente no saturados. Estos suelos están sujetos a cambios de humedad de origen natural (variaciones climáticas) o artificial (actividad humana), que causan importantes modificaciones en su capacidad portante (resistencia y deformabilidad). Por ello, es preciso comprender el comportamiento geotécnico de los suelos naturales no saturados a fin de predecir, prevenir o minimizar accidentes naturales (inestabilidad de taludes, procesos de erosión y asentamientos). Recientemente, tanto los suelos compactados como los rellenos de escombros han pasado a formar parte de los materiales no saturados a los que se enfrentan los ingenieros geotécnicos. Entender su comportamiento mecánico e hidráulico es de gran importancia para el diseño, construcción y mantenimiento de pavimentos, rellenos, diques, presas de tierra e incluso barreras de protección ambiental contra las emisiones contaminantes gaseosas y líquidas, ya que también están sometidos a cambios de humedad y modificaciones en su comportamiento a lo largo de su construcción y vida útil. El estudio del comportamiento de los suelos no saturados ha sido objeto de numerosos trabajos de investigación en las últimas décadas, debido a las dificultades que implica la aplicación de la mecánica del suelo tradicional a los problemas geotécnicos que plantean dichos suelos. Por ejemplo, el principio de los esfuerzos efectivos, que constituye uno de los puntos básicos del comportamiento del suelo saturado, aplicado a los no saturados presenta dificultades que todavía no se han resuelto totalmente. Los problemas que entraña el conocimiento de la influencia de nuevas variables de esfuerzos, como la succión, los fenómenos de los histéresis cambios de humedad, los fenómenos hidro-mecánicos, flujo norespecto linealesaylos otros aspectos del comportamiento de acoplados los suelos http://slidepdf.com/reader/full/suelos-colapsables no saturados, han llevado a mantener la aplicación de la teoría de los suelos saturados en

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comportamiento de cambio de volumen, y el contenido de agua en suelos no saturados ha sido objetivo de diversos estudios de investigación en los últimos años (Romero, 1999; Rampino, et al, 1999; Rampino, et al, 2000; Wheeler & Sivakumar, 2000). A pesar de los trabajos publicados sobre este tema, aún falta información sobre diversos aspectos que pueda contribuir a un mejor entendimiento del comportamiento que presentan estos suelos frente a cambios de esfuerzo y de succión. 2. Como determina el potencial de colapso in-situ

Mediante este método se determina el potencial de colapso de un suelo en estado natural, destinado a ser soporte de cimentaciones superficiales u obras hidráulicas, ya que estas construcciones son las más propensas a resultar dañadas en caso que sean fundadas sobre un suelo colapsable, si se produce una repentina llegada de agua al suelo, como sucede en el riego periódico de jardines o la eventual rotura de una cañería 

Equipo Necesario: Un consolidometro o una célula de consolidación completamente estanca, con un dispositivo de conexión a una línea de suministro de agua para inundar la muestra por medio de válvulas de paso. Debe contar además con un lector o indicador de presiones intersticiales.  Herramientas y accesorios de características similares a los utilizados en el ensayo edométrico. Aparato de carga, juego de masas, capsulas Petri, horno de secado, balanza, recipientes plásticos, agua destilada y cronometro. 



Procedimiento http://slidepdf.com/reader/full/suelos-colapsables Se toma una muestra de suelo inalterada, la que deberá ser cuidadosamente tallada y

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3. Reporte completo del ensayo de colapso realizado

En el ensayo colapso realizado, se sometió a carga un espécimen en el equipo de consolidación, la muestra se cargó, las cargas fueron aumentadas sucesivamente y se apuntó las deformaciones, cuando se llegó a la carga de 2kg/cm2 se procedió a inundar el espécimen manteniendo constante la carga de 2kg/cm2, de ahí se esperó hasta que alcance su máxima deformación y se apuntó la deformación producto de inundar la muestra y de ahí se siguió carga con diferentes cargas. Este ensayo se hizo según la norma número D5333-92

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Toma de datos

Muestra en comprensión

4. Con la información de un ensayo de colapso realizado en laboratorio se tiene los datos siguientes:

Material

: Arena Limosa, % Finos=15, LL=22, LP=19

Ubicación: Ventanilla Diámetro de la muestra 2.00cm Peso del suelo húmedo inicial gr Peso del suelo húmedo final Altura del estrato Cohesión

: 6.00 cm

Altura del espécimen

:

: 50.35 gr

Peso del suelo seco

: 48.29

: 51.95 gr : 3.80 m

Gravedad especifica Angulo fricción interna

: 2.52 : 24°

: 0.2 tn/m2 Presión

Lectura


del Presión

Lectura

del

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            

5. Se tiene un terreno de 20*20m, conformado por una arena limosa y salitrosa, hasta una profundidad de 3.0 m de compacidad media, continúa una grava arenosa de compacidad densa. La cual se va a construir un edificio para vivienda de 2 pisos, sistema de muros portantes P=20tn por columna. L=4.50m. Plantee una alternativa de cimentación de la vivienda si los reportes de ensayos de laboratorio corresponden a la pregunta.

Si la luz de una viga es 4.5m, entonces para la construcción del edificio tendremos un total de 25 columnas de 40x40 cm, calculando el Df.  

     

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Según los cálculos hechos, la profundidad seria 1m, para que no haya problemas de asentamientos diferenciales, se plantearía la cimentaciones continuas; ya que cimentar a una profundidad de 3 metros seria costo. Por tanto la profundidad de cimentación: http://slidepdf.com/reader/full/suelos-colapsables

   

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Con un     tenemos:          



Análisis de asentamientos El asentamiento del suelo sin cambio en el contenido de agua natural es:         

Presión (kg/cm2) 0.000 0.125

1.951 1.180

S (m) 0.000 0.992

0.250 0.500 0.750 1.000 2.000

1.176 1.175 1.167 1.160 1.152

0.998 1.000 1.009 1.018 1.029

e

El asentamiento causado por el colapso de la estructura del suelo es:


 

   

 

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



Cimentaciones con pilotes



Cimentación con pilas perforadas

Profundidad de desplante La profundidad de desplante será de 1.5m, la cimentación será continua.


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7. Adicionar los resultados y grafica de colapso de la muestra ensayada 

Calculo de altura de solidos  



        

  

Calculo de relación de vacíos inicial  

Presión (kg/cm2) 0.125 0.250 0.500 0.750 1.000 2.000 2.000 3.000 4.000 http://slidepdf.com/reader/full/suelos-colapsables 5.000

   

 

Dial (mm)

e

8.000 7.972 7.961 7.910 7.863 7.808 5.021 2.836 2.735 2.732

1.180 1.176 1.175 1.167 1.160 1.152 0.741 0.418 0.404 0.403

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ENSAYO DE COLAPSO ASTM - D5333

1.400

Resultados 1.200

Δe = 0.411 Colapso = 13.97 %

1.000

0.800

0.600

0.400

0.200

0.000 0.100

1.000

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