DEFINIR EMPÍRICAMENTE QUE LA CAPACIDAD PORTANTE DE CARGA DE UN TIPO DE SUELO ESTÁ RELACIONADA A SUS CARACTERÍSTICAS
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UNIVERSIDAD PERUANA DE INTEGRACIÓN GLOBAL FALCULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
DEFINIR EMPÍRICAMENTE QUE LA CAPACIDAD PORTANTE DE CARGA DE UN TIPO DE SUELO ESTÁ RELACIONADA A SUS CARACTERÍSTICAS Autores: Masías Moran, Giancarlo Jesús Orué Núñez, Dennis Fernando Rodas Bosmediano, Wilian Eduardo
GEOLOGÍA IV Ciclo, 2° Año
Asesor: Ing. César García-Milla C.
Lima, Agosto de 2012
DEFINIR EMPÍRICAMENTE QUE LA CAPACIDAD PORTANTE DE CARGA DE UN TIPO DE SUELO ESTÁ RELACIONADA A SUS CARACTERÍSTICAS
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DEDICATORIA Y AGRADECIMIENTO Dedicamos este trabajo a nuestros compañeros de carrera que con sacrificio y dedicación están construyendo el objetivo de alcanzar el título profesional de Ingeniero Civil.
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ÍNDICE GENERALIDADES Pág. INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………… ... 01 GENERALIDADES A. Esquema del Proceso ……………………………………………………….. 03 B. Esquema de Criterios de Evaluación ………………………………………. 03 C. Matriz de variables …………………………………………………………… 04 D. Matriz de Consistencia ………………………………………………………. 05 E. Esquema del Marco Teórico ………………………………………………… 06 Capítulo I EL PROYECTO DE LA INVESTIGACIÓN. 1.1. Título del pr oyecto ………………………………………………………… 07 1.2. Fundamentación …………………………………………………………… 07 1.3. Objetivos ………………………………………………………….………… 09 1.4. Responsable…………………………………………………… .………….. 09 1.5. Duración…………………………………………………………… .……….. 09 1.6. Breve descripción de la investigación …………………………………… 09 1.7. Cronogr ama ………………………………………………………………… 14 1.8. Presupuesto ………………………………………………………………… 15 CAPÍTULO II EL DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN. 2.1 Planteamiento del problema ……………………………………………… 16 Problema …………………………………………………………………… 16 2.2 2.3 Hipótesis …………………………………………………………………… 16 2.4 Marco teór ico ……………………………………………………………… 17 2.5 Variables – operacion alización …………………………………………... 38 2.6 Instrumentos ………………………………………………………………. 39 2.7 Población y/o muestra ……………………………………………………. 40 Aplicación de instrumentos ………………………………………………. 41 2.8 2.9 Pr ocesamiento y análisis de datos ……………………………………… 42 2.10 Conclusiones …………………………………………………………… 43 Anexos…………………………………………………………………… 44 2.11 Bibliografía……………………………………………………………….. 46 2.12
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CAPÍTULO I EL PROYECTO DE LA INVESTIGACIÓN 1.1 TITULO DEL PROYECTO: “Definir empíricamente que la capacidad portante de carga de un tipo de suelo está relacionada a sus características ” 1.2 FUNDAMENTACIÓN. Autoconstrucción es sinónimo de informalidad, informalidad es sinónimo de incertidumbre. Si una vivienda no lleva detrás de sí normas técnicas materiales de una calidad supervisada, diseño y construcción respaldados por profesionales, lo que va a ocurrir con esa edificación frente a un sismo severo, excepcionalmente severo como ya ha ocurrido en Chile es una incertidumbre total. Ni los ingenieros o geólogos, pueden decir como si tuviéramos una bola de cristal lo que va a ocurrir. No es difícil inclusive para los que no son profesionales el darse cuenta de que hay mucha construcción informal y que lo más probable es que si viene un sismo excepcionalmente severo no soporte y tengamos mucha desgracias que lamentar. Hay mucho desconocimiento de parte de la población con respecto a lo que significa antisísmico y antisísmico no significa que la vivienda no va a sufrir daño. Ante un sismo excepcionalmente severo, las normas en todo el mundo establecen que lo importante es salvar la vida de las personas y lo que tiene que hacer las viviendas o infraestructuras, es resistir lo suficiente como para que las personas puedan evacuarla y no morir; aunque después del sismo haya que demoler esa estructura por el nivel de daño que ha sufrido. En toda construcción moderna y actualizada, es necesario por no decir imprescindible la realización de un estudio de suelos para adoptar la mejor solución en la fundación de todo tipo de edificio. Cuando hablamos de mejor solución, nos referimos tanto al aspecto técnico como al aspecto económico. Técnico porque como consecuencia de que el suelo es muy variable, aun
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dentro de zonas pequeñas puede haber siempre distintas soluciones que habría que evaluar en cada caso. Se adoptará primero la mejor solución para una correcta fundación teniendo también presente los asentamientos diferenciales que si bien no producirán roturas, si producirán fisuras tan molestas como inaceptables. Determinado el tipo de solución más conveniente o las distintas variantes posibles actuará el aspecto económico y la disponibilidad del equipo para la ejecución de distintas fundaciones. Conociendo además los valores admisibles para la fundación, la ejecución de las bases se ajustará al uso necesario de los materiales, no en demasía “por las dudas” y al ajustado uso d e la mano de obra tan importante
en la conformación del precio. Por otra parte el uso de la tecnología moderna y actualizada ha fijado como primera exigencia en las normas que rigen la construcción en las distintas municipalidades, entes públicos, privados y en la población en general, la realización de estudios de suelos. El argumento de que mi vecino construyó de esta o aquella manera ya no es válido y diríamos peligroso y antieconómico. La incidencia del estudio de suelos en el costo total de una obra no es relevante, por lo que no existen motivos para no realizarlo; pero si hablamos de autoconstrucción, ahí la situación cambia drásticamente, para el ciudadano común que desea autoconstruir su vivienda es casi i mposible considerar gastar en un estudio de suelos para determinar los parámetros de cimentación que soportaran sus estructuras, generalmente, contratan los servicios de un constructor empírico para tal fin y este, por su falta de conocimientos técnicos, determina el modo de cimentar tal y como lo aprendió en su experiencia laboral, sin considerar el tipo o las características del suelo donde va a construir. Este trabajo quiere lograr, aparte de crear conciencia colectiva sobre su importancia, que cuando se realice una construcción pequeña se debe de considerar la determinación de la capacidad portante de carga de un suelo, para ello vamos a explicar detalladamente como se puede obtener, de forma sencilla, económica y muy aproximada a lo que podamos obtener en un laboratorio de suelos.
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1.3 OBJETIVOS. El objetivo principal de la investigación es: “Demostrar la capacidad portante de carga de un tipo de suelo conociendo sus características de forma empírica”. 1.4 RESPONSABLES. Los responsables de la investigación son los estudiantes del 4º ciclo de la Facultad de Ingeniería Civil, de la Universidad Peruana de Integración Global:
Masías Moran Giancarlo Jesús
Orué Núñez, Dennis Fernando
Rodas Bosmediano, Wilian Eduardo
1.5 DURACIÓN. La investigación tiene una primera fase aplicativa experimental, en el cual se ha llegado al objetivo y se ha demostrado la hipótesis establecida, ésta tuvo una duración de 17 semanas, correspondientes al semestre universitario. 1.6 BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVESTIGACIÓN. La investigación se refiere demostrar la capacidad portante de carga de un tipo de suelo conociendo sus características de forma empírica, para ello se va a tomar tipos de suelos de mayor presencia en los Distritos de los conos, la determinación de los lugares de muestreo se debe básicamente a que en ellos se generan el mayor porcentaje de autoconstrucción o construcción informal. La investigación tendrá tres etapas: 1. Determinación de la zona y muestreo. 2. Etapa experimental de forma empírica. 3. Determinación de resultados.
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2 CRONOGRAMA
Item
Actividad
Duración
Mes 1
Mes 2
Mes 3
Mes 4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1 Bases teoricas implementadas por Docente
2 sem
2 Planteamiento del problema e inicio de la investigación
1 sem
3 Desarrollo de la investigación
5 sem
4 Impresión de primer borrador para revisión de Docente
1 sem
5 Correcciones implementadas por docente
1 sem
6 Imprsión de borrador de Investi gación completa
1 sem
7 Se gundas corre cci one s i mpl eme ntadas por Doce nte
1 s em
8 Desarrollo del trabajo definitivo
2 sem
9 Impresión del documento
1 sem
10 Elaboración de la presentación
1 sem
11 Exposición del trabajo de Investigación
1 sem
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3 PRESUPUESTO. PRESUPUESTO Actividad: Elaboración de Trabajo de Investigación.
Partida
Descripción
Und
Cantidad
Precio
Parcial
1 Elaboración del trabajo de investigación Glo
1.00
3,000.00
3,000.00
2 Impresiones preliminares
Glo
1.00
50.00
50.00
3 Copias
Glo
1.00
50.00
50.00
4 Impresiones finales
Und
1.00
25.00
25.00
5 Empastado
Und
1.00
25.00
25.00
6 Elaboración de presentación
Glo
1.00
150.00
150.00
Costos Directo IGV
S/. 18%
3,300.00 594.00
Total Presupuesto
S/.
3,894.00
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3 PRESUPUESTO. PRESUPUESTO Actividad: Elaboración de Trabajo de Investigación.
Partida
Descripción
Und
Cantidad
Precio
Parcial
1 Elaboración del trabajo de investigación Glo
1.00
3,000.00
3,000.00
2 Impresiones preliminares
Glo
1.00
50.00
50.00
3 Copias
Glo
1.00
50.00
50.00
4 Impresiones finales
Und
1.00
25.00
25.00
5 Empastado
Und
1.00
25.00
25.00
6 Elaboración de presentación
Glo
1.00
150.00
150.00
Costos Directo IGV
S/. 18%
3,300.00 594.00
Total Presupuesto
S/.
3,894.00
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CAPITULO II DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN 2.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. Hay mucho desconocimiento de parte de la población con respecto a lo que significa antisísmico y antisísmico no significa que la vivienda no va a sufrir daño. Ante un sismo excepcionalmente severo, las normas en todo el mundo establecen que lo importante es salvar la vida de las personas y lo que tiene que hacer las viviendas o infraestructuras, es resistir lo suficiente como para que las personas puedan evacuarla y no morir; aunque después del sismo haya que demoler esa estructura por el nivel de daño que ha sufrido. En toda construcción moderna y actualizada, es necesario por no decir imprescindible la realización de un estudio de suelos para adoptar la mejor solución en la fundación de todo tipo de edificio. Cuando hablamos de mejor solución, nos referimos tanto al aspecto técnico como al aspecto económico. Técnico porque como consecuencia de que el suelo es muy variable, aun dentro de zonas pequeñas puede haber siempre distintas soluciones que habría que evaluar en cada caso. 2.2 PROBLEMA. ¿De qué manera se puede definir empíricamente la capacidad portante de un tipo de suelo, relacionándolo con sus características?
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2.3 HIPÓTESIS. Si relacionamos las características de un tipo de suelo se puede determinar de forma empírica su capacidad portante de carga.
2.4 MARCO TEÓRICO. ANTECEDENTES. Los En cimentaciones se denomina capacidad portante a la capacidad del terreno para soportar las cargas aplicadas sobre él. Técnicamente la capacidad portante es la máxima presión media de contacto entre la cimentación y el terreno tal que no se produzcan un fallo por cortante del suelo o un asentamiento diferencial excesivo. Por tanto la capacidad portante admisible debe estar basada en uno de los siguientes criterios funcionales: Si la función del terreno de cimentación es soportar una determinada tensión independientemente de la deformación, la capacidad portante se denominará carga de hundimiento. Si lo que se busca es un equilibrio entre la tensión aplicada al terreno y la deformación sufrida por éste, deberá calcularse la capacidad portante a partir de criterios de asiento admisible. De manera análoga, la expresión capacidad portante se utiliza en las demás ramas de la ingeniería para referir a la capacidad de una estructura para soportar las cargas aplicadas sobre la misma. Capacidad de carga a corto y a largo plazo. Las propiedades mecánicas de un terreno suelen diferir frente a cargas que varían (casi) instantáneamente y cargas cuasi permanentes. Esto se debe a que los terrenos son porosos, y estos poros pueden estar total o parcialmente saturados de agua. En general los terrenos se comportan de manera más rígida frente a cargas de variación quasinstantánea ya que éstas aumentan la presión interesticial, sin producir el desalojo de una cantidad apreciable de agua. En cambio bajo cargas permanentes la diferencia de presión intersticial entre diferentes partes del terreno produce el drenaje de algunas zonas.
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En el cálculo o comprobación de la capacidad portante de un terreno sobre el que existe una construcción debe atenderse al corto plazo (caso sin drenaje) y al largo plazo (con drenaje). En el comportamiento a corto plazo se desprecian todo los términos excepto la cohesión última, mientras que en la capacidad portante a largo plazo (caso con drenaje) es importante también en rozamiento interno del terreno y su peso específico.
2.4.1 SUPUESTOS DE LA INVESTIGACIÓN. No se ha realizado investigaciones referentes a la aplicación de la Contabilidad de Costos en la Construcción en el Perú; las empresas, poquísimas, que utilizan este sistema, basan su aplicación en experiencias de Constructoras Internacionales
2.4.2 BASES TEÓRICAS. 2.4.2.1
COMO SE IDENTIFICA UN SUELO.
El problema de la identificación de los suelos es de importancia fundamental; identificar un suelo es, en rigor, encasillarlo en un sistema previo de clasificación. En el caso de este trabajo es colocarlo dentro del sistema unificado de clasificación de suelos. La identificación permite conocer las propiedades mecánicas e hidráulicas del suelo, atribuyéndole las del grupo en que se sitúe, naturalmente la experiencia juega un papel importante en la utilidad que se le pueda sacar de la clasificación. En el sistema unificado hay criterios para la identificación de suelos en el laboratorio; estos son del tipo granulométrico y de características de plasticidad. Además, y esta es la ventaja del sistema, se ofrecen criterios para identificación en el campo, es decir, en aquellos casos en el que no se disponga de equipos de laboratorios para efectuar las pruebas necesarias
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para una identificación estricta. Estos criterios, simples y expeditos se detallan a continuación. DENTIFICACION AL TACTO: Coge un puñado de tierra, se humedece y con los dedos determina si es ligosa, entonces se pegará en la mano, lo cual indica que es una buena tierra (negra)para los cultivos; y si ésta no se pega en la mano, es una tierra polvosa, por lo tanto mala. IDENTIFICACION POR EL COLOR: Esta se hace a simple vista, en el mismo terreno, determinándose el cultivo a relizar, según el color de la tierra. Así tenemos: TIERRAS NEGRAS: Papa, trigo, maíz. TIERRAS AMARILLAS: Chochos. TIERRAS PALIDAS, AMARILLENTAS: Trigo, cebada. TIERRAS POLVOSAS: Chocho. TIERRAS BLANCAS: No dan cultivo. IDENTIFICACION POR EL OLOR: De preferencia se realiza cuando el terreno está húmedo. Se coge un poco de tierra y se soba en la mano. Si el olor es agradable, a compost (tierra), es una buena tierra. Por el contrario, si esta no presenta olor alguno, sera una mala tierra para el cultivo. Observaciones del Técnico: Textura Tierra negra: franco arcillosa-arenosa PH=5.5 Tierra blanca: Franco arenosa PH=4.5 Tierra amarilla: Franco arcillo limosa PH=5.0. La profundidad del suelo oscila entre 25 a 30 cmts. Pendiente entre 20 a 25 %. Cantidad de terreno 1.5 Hás El problema de la identificación de los suelos es de importancia fundamental en la ingeniería. Identificar un suelo es, en rigor, encasillarlo dentro de un sistema previo de clasificación. La identificación permite conocer, en forma cualitativa, las propiedades mecánicas e hidráulicas del suelo, atribuyéndole las del grupo en que se situé, por ende la experiencia
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juega un papel muy importante en la utilidad que se pueda sacar de la clasificación. Identificación de campo de suelos gruesos. Los materiales constituidos por partículas gruesas se identifican en el campo sobre base prácticamente visual. Extendiendo una muestra seca del suelo sobre una superficie plana puede juzgarse, en forma aproximada, de su graduación, tamaño de partículas, forma y composición mineralogíca. Para distinguir las gravas de las arenas puede usarse el tamaño ½ cm. Como equivalente a la malla Nº 4. Identificación de suelos finos. El criterio para identificar en el campo los suelos finos, contando con algo de experiencia, es aconsejable el comparar sistemáticamente los resultados de la identificación de campo realizada, con los del laboratorio, en cada caso en que exista la oportunidad. Las principales bases de criterio para identificar suelos finos en el campo son la investigación de las características de dilatancia, de tendencia y de resistencia en estado seco. La dilatancia. Una pastilla con el contenido de agua necesario para que el suelo adquiera una consistencia suave, pero no pegajosa, se agita alternativamente en la palma de la mano, golpeándola secamente contra la otra mano, manteniéndola apretada entre los dedo. Tenacidad: la prueba se realiza sobre un espécimen de consistencia suave, similar a la masilla. Este espécimen se rola hasta formar un rollito de unos 3mm de diámetro aproximado, que se amasa y vuelve a rolar varias veces. Color: el color del suelo suele ser un dato útil para diferenciar los diferentes estratos y para identificar tipos de suelos, cuando se posea experiencia local. Por ejemplo el color negro y otros de tonos oscuros suelen ser indicativos de la presencia de materia orgánica coloidal. Los colores claros y brillantes son propios, más bien de suelos inorgánicos. El Olor: los suelos orgánicos (OH y OL) tienen por lo general un olor distintivo, que puede usarse para identificación; el olor es particularmente intenso si el suelo esta húmedo, y disminuye con la
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exposición al aire, aumentando, por el contrario, con el calentamiento de la muestra húmeda. EN EL CAMPO: Movilidad de agua, resistencia al quebramiento, prueba de tenacidad. EN EL LABORATORIO: se separan las partículas mediante el ensayo granulométrico por tamización y se determina el predominio de tamaño por partículas, mediante los sistemas AASHTO Y SUCS, se grafica la curva granulométrica. Para conocer si los suelos granulare están bien o mal gradados, nos basamos en los Cu y Cc. Para determinar si el suelo fino es limo o arcilla se realizan ensayos para determinar valores de porcentaje de humedad que corresponde al LL, LP, IP se grafican en la carta de plasticidad de art. Casagrande (encima línea A arcilla y debajo limo), de los resultados obtenidos se identifican los suelos SUCS Y AASHTO. COMPORTAMIENTO MECANICO DEL SUELO CAMPO: se separan partículas, se observan partículas predominantes y se identifica el suelo, si predominan partículas correspondientes a suelo grueso: estabilidad del suelo (las gravas son más estables que las arenas y que los suelos finos), grado de fricción intergranular (las partículas redondeadas tienen fricción nula, forma ideal cuboides), peso específico (mayor peso específico más resistente, más resistente a esfuerzo cortante) gradación (si está bien gradado los vacíos entre partículas de mayor tamaño, se reducen por las de menor dimensión) si predominan partículas
correspondientes
a
un
suelo
fino:
porcentaje
humedad(determina resistencia esfuerzo cortante, a mayor humedad menor resistencia y mayor grado de compresibilidad) estructura de masa (suelo
que
predominan
partículas
suelo
fino
natural,
mejor
comportamiento mecánico que cuando se rompe estructura) materia orgánica (materia orgánica se descompone con el tiempo aumentando su grado de compresibilidad y produciendo asentamientos.
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LABORATORIO: conociendo el predominio de partículas de acuerdo a su tamaño, gradación y plasticidad se hace uso de teorías de clasificación que proponen sistemas SUCS Y AASHTO para obtener simbología del suelo y conocer el comportamiento mecánico en forma rápida, también es necesario observar las formas de las partículas y determinar las relaciones volumétricas, gravimétricas y fundamentales del suelo.
