“ALTERNATIVAS DE SOLUCION PARA CIMENTAR SOBRE SUELO S COLAPSABLES”
“
UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO”
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
TRABAJO DE INVESTIGACION: “ALTERNATIVAS DE
SOLUCION PARA CIMENTAR SOBRE
SUELOS SOLAPSABLES”
DOCENTE :
Ing. MILLA VERGARA Elio Alejandro
CURSO
:
INGENIERIA DE CIMENTACIONES
CICLO
:
2014 - I
ALUMNA :
SAENZ JAMANCA Kelly Madeleyne
CODIGO UNIVERSITARIO: 091.0904.392
Página 1
“ALTERNATIVAS DE SOLUCION PARA CIMENTAR SOBRE SUELO S COLAPSABLES”
INDICE
Pàg. RESUMEN ……………………………………………………………..……..
3
ABSTRACT………………………………………………………..…..…...….. ABSTRACT………………………………………………………..…..…...…..
3
I.
INTRODUCCIÓN…………………………………..….….…...….…
4
II.
EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN………………….…...…… INVESTIGACIÓN………………….…...……
4
III.
OBJETIVOS………………………….……………………………… OBJETIVOS………………………….………………………………
5
IV.
HIPÓTESIS………………………………………………………….. HIPÓTESIS…………………………………………………………..
5
V.
MARCO TEÓRICO…………………………………………………. TEÓRICO………………………………………………….
6
VI.
METODOLOGÍA……………………………………………………. METODOLOGÍA…………………………………………………….
9
VII.
RESULTADOS………………………………………………………. RESULTADOS……………………………………………………….
9
VIII.
DISCUSIÓN………………………………………………………….. DISCUSIÓN………………………………………………………….. 13
IX.
CONCLUSIONES……………………………………………………. CONCLUSIONES…………………………………………………….
X.
RECOMENDACIONES……………………………………………… RECOMENDACIONES……………………………………………… 13
13
Página 2
“ALTERNATIVAS DE SOLUCION PARA CIMENTAR SOBRE SUELO S COLAPSABLES”
RESUMEN
En la actualidad se pueden encontrar distintos tipos de suelos problemáticos que deben ser estudiados convenientemente para utilizarlos como soporte en obras de ingeniería de poca o gran envergadura, dado a que presentan problemas principalmente de deformación por cambio de volumen del suelo, uno de ellos son los suelos colapsables que bajo carga y/o saturación ocasionan asentamientos, agrietamientos y rupturas de las cimentaciones y estructuras; éstos suelos se encuentran en regiones áridas y semiáridas, en depósitos eólicos, coluviales, residuales y tufos volcánicos. Por ello el RNE-E.050 señala que en lugares que exista evidencia de estos tipos de suelos se debe determinar el Potencial de Colapso del suelo en función al Límite Líquido (LL) y peso volumétrico volumétrico seco (Ɣd). (Ɣd). Se determinaron 7 alternativas de solución para cimentar sobre suelos colapsables, donde su aplicación depende de la profundidad de los suelos a tratar y del costo que genere dicha solución.
ABSTRACT
At the present time they can be different types of problematic floors that should be studied meetly to use them like support in works of engineering of little or great span, given to that present problems mainly of deformation for change of volume of the floor, one of them is the floors colapsables that I lower load y/o saturation they cause establishments, crackings and ruptures of the foundations and structures; these floors are in arid and semi-arid regions, in eolic deposits, coluviales, residual and volcanic smells. For it the RNE-E.050 points out that in places that evidence of these types of floors exists the Potential of Collapse of the floor it should be determined in function to the Liquid Limit (LL) and I weigh dry volumétrico (Ɣd). 7 solution alternatives were determined to lay the foundation on floors colapsables, where their application depends from the depth of the floors to try and of the cost that generates this solution.
Página 3
“ALTERNATIVAS DE SOLUCION PARA CIMENTAR SOBRE SUELO S COLAPSABLES”
TITULO: “ALTERNATIVAS DE
SOLUCION PARA CIMENTAR SOBRE SUELOS COLAPSABLES”
I. INTRODUCCION
El presente trabajo de investigación Descriptivo fue realizado con la finalidad de determinar alternativas de soluciones para cimentar sobre suelos colapsables, los cuales pueden provocar asentamientos, agrietamientos y rupturas de las cimentaciones y estructuras, sino se realiza un EMS adecuado, que incluya una Evaluación del Potencial de Colapso sobre todo en lugares donde se tenga conocimiento de su posible ocurrencia, teniendo en cuenta que son suelos colapsables los de origen eólico, cuya estructura está ligeramente acarreada por la brisa marina, suelos arenosos residuales no saturados con alta relación de vacíos y cohesión residual baja, los suelos fuertemente cementados por sales solubles, etc. Cabe señalar que no existe evidencia de éstos tipos de suelos en la ciudad de Huaraz. Dicha investigación fue realizada tomándose como base las clases de Suelos Problemáticos dadas por el Docente y el RNEE.050, y ampliando dicha información mediante el uso de páginas web.
II. PROBLEMA DE INVESTIGACION 2.1. PROBLEMÁTICA
Al existir una gran variedad de suelos y fundamentalmente un nivel freático alto es posible encontrar suelos colapsables que, por diversos factores (entre ellos tenemos: químicos, geológicos, etc.) pueden ocasionar daños en las estructuras. Sumándose a esto que muchas cimentaciones no se diseñan adecuadamente para la carga que soportaran sobrecargadas; los cuales provocan asentamientos, agrietamientos y
siendo
rupturas de las
cimentaciones y estructuras. Además debido al poco conocimiento de la población sobre este tipo de suelo se realizan las cimentaciones cimentaciones sobre ellos sin realizar una Evaluación del Potencial de Colapso, desconociéndose las posibles soluciones ingenieriles.
Página 4
“ALTERNATIVAS DE SOLUCION PARA CIMENTAR SOBRE SUELO S COLAPSABLES”
2.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
¿QUE SOLUCIONES INGENIERILES SE PUEDEN TOMAR PARA CIMENTAR SOBRE UN SUELO COLPASABLE COLPASABLE Y CUAL DE ELLAS ES LA MAS MAS APROPIADA? 2.3. JUSTIFICACION
El conocimiento a obtener es teórico para poder tomar decisiones al momento de ejecutar una obra de ingeniería que requiera de cimentación y que esta se encuentre con el problema en estudio de la presente investigación.
Este trabajo es importante ya que no se tiene mucha información al respecto y no se brinda un adecuado tratamiento al suelo de cimentación en caso de presentarse este problema o, en caso extremo, pasa desapercibida. des apercibida.
Los directos beneficiados con la presente investigación serán los pobladores de la ciudad de Huaraz.
III. OBJETIVO 3.1. OBJETIVO GENERAL
Determinar las soluciones tentativas para cimentar sobre suelos colapsables.
3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Profundizar las alternativas de solución expuestas en clases.
Dar una iniciativa a posteriores investigaciones a
los alumnos de la Facultad de
Ingeniería Civil para que se realice un Proyecto de Investigación Demostrativo de las posibles fallas de cimentar sobre un suelo colapsable. colapsa ble. IV. HIPÓTESIS
Hoy en día, existen soluciones ingenieriles ante una posible cimentación sobre un suelo colapsable, sin la necesidad de ser reemplazado, éstas dependerán del Potencial de Colapso que tengan y del costo que genere dicha solución.
Página 5
“ALTERNATIVAS DE SOLUCION PARA CIMENTAR SOBRE SUELO S COLAPSABLES”
V. MARCO TEORICO SUELOS COLAPSABLES
Los suelos colapsables son materiales cuyo volumen disminuye rápidamente al contacto con el agua, lo que trae asociado una pérdida rápida de resistencia y un desmoronamiento de su estructura interna. El colapso es la disminución instantánea y espontánea de volumen que experimenta un suelo no saturado y sometido a sobrecarga al alcanzar cierto grado de humedad cercano a la saturación. El aumento de humedad en los suelos podría deberse fundamentalmente a riego de jardines, lluvias, inundaciones, ascenso de napa freática, filtraciones del sistema de agua potable y roturas accidentales de ductos durante terremotos.
Tienen una estructura macro porosa, con índice de huecos (e), entre relativamente alto, a muy alto.
Granulometría predominantemente fina, con predominio de fracciones de limos y de arcilla. El tamaño de los granos es generalmente poco distribuido y con los granos más grandes escasamente meteorizados (gravas). La mayoría de las veces, la cantidad de la fracción arcilla es relativamente escasa, pero sin embargo, tiene una influencia importante en el comportamiento mecánico de la estructura intergranular.
Estructura mal acomodada, con partículas de mayor tamaño separadas por espacios abiertos, y unidas entre sí por acumulaciones o "puentes" de material predominantemente arcilloso. En muchos casos existen cristales de sales solubles insertados en tales puentes o uniones arcillosas.
Página 6
“ALTERNATIVAS DE SOLUCION PARA CIMENTAR SOBRE SUELO S COLAPSABLES”
RNE-E.050
ARTÍCULO 29.- SUELOS COLAPSABLES
Son suelos que cambian violentamente de volumen por la acción combinada o individual de las siguientes acciones: a) Al ser sometidos a un incremento de carga o b) Al humedecerse o saturarse. 29.1. OBLIGATORIEDAD DE LOS ESTUDIOS
En los lugares donde se conozca o sea evidente la ocurrencia de hundimientos debido a la existencia de suelos colapsables, el PR deberá incluir en su EMS un análisis basado en la determinación de la plasticidad del suelo NTP 339.129:1999, del ensayo para determinar el peso volumétrico NTP 339.139:1999 y del ensayo de humedad NTP 339.127:19998, con la finalidad de evaluar el potencial de colapso del suelo en función del Límite Liquido (LL) y del peso volumétrico seco (Ɣ (Ɣd). La relación entre los colapsables y no colapsables y los parámetros antes indicados se muestra en la figura siguiente:
Página 7
“ALTERNATIVAS DE SOLUCION PARA CIMENTAR SOBRE SUELO S COLAPSABLES”
29.2. EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE COLAPSO
Cuando el PR encuentre evidencias de la existencia de suelos colapsables deberá sustentar su evaluación mediante los resultados del ensayo de ensayo de Colapsabilidad Potencial según NTP 339.163:2001. Las muestras utilizadas para la evaluación de colapso deberán ser obtenidas de pozos a cielo abierto, en condición inalterada, preferentemente del tipo Mib. El Potencial de colapso (Pc) se define mediante la siguiente expresión:
El PR establecerá la severidad del problema de colapso mediante los siguientes criterios:
De manera complementaria, pueden utilizarse pruebas de carga en estado seco y humedecido NTP 339.153:2001. El objetivo de las mismas será realizar un análisis comparativo del comportamiento del suelo en su condición natural, con relación a su comportamiento en condición húmeda. En caso se verifique la colapsabilidad del suelo, el PR deberá formular las recomendaciones correspondientes a fin de prevenir su ocurrencia. 29.3. CIMENTACIONES EN ÁREAS DE SUELOS COLAPSABLES.
Las cimentaciones construidas sobre suelos que colapsan (CP>6) están sometidas a grandes fuerzas causadas por el hundimiento violento del suelo, el cual provoca asentamiento, agrietamiento y ruptura, de la cimentación y de la estructura. Por lo tanto no está permitido cimentar directamente sobre suelos colapsables. La cimentación y los Página 8
“ALTERNATIVAS DE SOLUCION PARA CIMENTAR SOBRE SUELO S COLAPSABLES”
pisos deberán apoyarse sobre suelos no colapsables. Los pisos no deberán apoyarse directamente sobre suelos colapsables. 29.4. REEMPLAZO DE UN SUELO COLAPSABLE
Cuando se encuentren suelos que presentan colapso moderado y a juicio del PR, poco profundos, éstos serán retirados en su totalidad antes an tes de iniciar las obras de construcción y serán reemplazados por Rellenos Controlados compactados adecuadamente de acuerdo al Artículo 21 (21.1). Rellenos controlados o de ingeniería de la presente Norma. VI. METODOLOGIA
La investigación es del Tipo Descriptiva, tomándose como base las clases de Suelos Problemáticos dadas por el Docente y el RNE-E.050, y se amplió dicha información mediante el uso de páginas web. 4.1. MATERIALES E INSTRUMENTOS
Laptop
Hojas de apuntes
Fotocopias
Lapiceros
Internet
VII. RESULTADOS SOLUCIONES PARA CIMENTAR CIMENTAR SOBRE SUELOS COLAPSABLES
1.
Eliminación de los suelos colapsables cuando son muy superficiales y no se requiere un mantenimiento del nivel original del terreno, la eliminación puede ser considerada.
2.
Evitar o minimizar el humedecimiento. Esta medida es descrita con frecuencia como de buen drenaje, d renaje, incluiría pendientes y contornos para la superficie del terreno terr eno de tal manera maner a
Página 9
“ALTERNATIVAS DE SOLUCION PARA CIMENTAR SOBRE SUELO S COLAPSABLES”
que acelere el escurrimiento y se prevenga el estancamiento del agua, también incluiría diseños de jardines para prevenir infiltraciones profundas del agua. 3.
Transferencia de carga por debajo de los suelos colapsables. Cimentaciones a base de pilotes que pueden ser usados para transferir las cargas estructurales a materiales más rígidos por debajo del suelo, es muy parecida a las cimentaciones profundas. Si los suelos colapsables se humedecen y se asientan bajo su propio peso, un hueco se desarrollará bajo la corona del pilote y ocurrirá algo de fricción negativa en el fuste del pilote.
4.
Estabilización química o inyección de lechado. Éstas técnicas se proyectan para aplicar cementación y resistencia a los suelos colapsables de tal forma que se reduzca el colapso si se presenta un humedecimiento posterior, por supuesto algo de humedecimiento ocurre en el proceso mismo del inyectado de agente cementante. La extensión a la cual este pre humedecimiento es efectivo para reducir asentamientos futuros depende de la minuciosidad que se llevó a cabo el humedecimiento y del porcentaje de esfuerzo total debido a la sobrecarga. ESTA TÉCNICA COMPRENDE LAS SIGUIENTES FASES:
FASE 1:
Inyección de dióxido de carbono para remover parcialmente el contenido de
agua presente, y también para lograr una actividad parcial sobre el suelo.
FASE 2: Inyección de una lechada de silicato de sodio.
FASE 3: Inyección de dióxido de carbono de nueva cuenta para neutralizar el álcali.
Se logra con éste una modificación del equilibrio químico y la formación de un gel de silicie ácido. Un resultado característico de la reacción, es el rápido endurecimiento del gel que envuelve a las partículas del suelo en forma de una película y logra cementarlos, convirtiendo así al suelo en una masa monolítica dura que tiene una permeabilidad relativamente baja. 5.
Humedecimiento controlado. Ésta técnica es similar al pre humedecimiento, excepto que es ejecutada
con la estructura en su lugar (vivienda o edificio ya ya colocado). El
Página 10
“ALTERNATIVAS DE SOLUCION PARA CIMENTAR SOBRE SUELO S COLAPSABLES”
humedecimiento debe ser de hecho cuidada y progresivamente con un monitoreo concurrente de la posición de la estructura para asegurar que los movimientos diferenciales permanezcan dentro de los límites tolerables, las cantidades de agua deben ser aproximadamente medidas y agregadas en incrementos. El humedecimiento controlado debe ser de hecho antes de que las conexiones estructurales sensitivas fueran instaladas y también antes de que los componentes tales como vidrios de ventana, mosaicos y azulejos sean colocados. 6.
Compactación dinámica: La Compactación Dinámica es una técnica cuyo fin es el de mejorar las propiedades mecánicas del suelo densificándolo e incrementando su capacidad portante. Dicha densificación se produce gracias a la creación de ondas de compresión y de corte de muy alta energía.Esta técnica fue inventada y desarrollada por Louis MENARD en 1969.La densificación de los suelos se consigue mediante la ejecución de impactos llevados a cabo con pesos de 8 a 200 toneladas que se dejan caer desde 15 a 40 metros. Ventajas:
Inmediata densificación de los suelos granulares.
Disipación de las presiones intersticiales.
Gran velocidad de ejecución (> 10.000m2 al mes). Buena adaptación a grandes superficies de tratamiento.
7.
Incremento progresivo de la resistencia al corte del terreno.
Incremento de la capacidad portante.
Compactación profunda mediante vibro flotación y vibro sustitución de suelos:
Vibro Flotación: En esta técnica se utiliza una sonda de gran tamaño o vibroflot, que está constituido por un tubo cilíndrico por el que se inyectan abonos de agua en su parte superior e inferior y está dotada de pesas que giran excéntricamente para provocar un movimiento mov imiento vibratorio vibr atorio en el plano horizontal. La sonda tiene unos 40 cm de diámetro, 2 metros de largo y una masa de alrededor de 2 toneladas. El equipo
Página 11
“ALTERNATIVAS DE SOLUCION PARA CIMENTAR SOBRE SUELO S COLAPSABLES”
vibrador puede colgarse desde una grúa grandes profundidades o montarse sobre equipos neumáticos (camionetas, tractor) a menores profundidades. Ventajas:
A diferencia de la compactación dinámica, la vibroflotación funciona bien en caso de napas altas.
El plazo de ejecución es mucho más breve que cualquier otro método de mejora del suelo.
No es necesario realizar cambios de suelos con co n los inconvenientes ambientales que ello implica.
Vibro Sustitución: Esta técnica utiliza un vibrador o sonda de gran tamaño similar al vibro flot, pero sin dispositivos para inyectar chorros de agua arriba y abajo. El vibrador se suspende de una grúa y se introduce en el suelo, luego de desplazarlo gradualmente debido al efecto de su propio peso y del movimiento vibratorio horizontal. Cuando llega a la profundidad requerida, se retira el vibrador y se llena el agujero con una pequeña cantidad de agregados con tamaño inferior a 75 mm. Luego se introduce nuevamente el vibrador para compactar el agregado o desplazarlo hacia el suelo circundante. Ventajas:
Reduce asentamiento de las cimentaciones.
Incrementa la capacidad portante, permitiendo reducir las dimensiones de fundaciones superficiales.
Mitiga el potencial a la licuefacción
Estabiliza taludes
Permite construir sobre rellenos
Permite todo tipo de fundaciones superficiales
Página 12
“ALTERNATIVAS DE SOLUCION PARA CIMENTAR SOBRE SUELO S COLAPSABLES”
VIII. DISCUSION DE RESULTADOS
El RNE-E.050 indica que no se puede cimentar sobre suelos colapsables con PC>6, pero si este suelo es tratado con una soluciones adecuada no será necesario reemplazarlo.
Entre las soluciones expuestas todas requieren de equipos especializados, excepto la de reemplazar los suelos colapsables cuando son muy superficiales.
La elección de cuál de las soluciones es la más adecuada se podría tomar en base a experiencias de Especialistas en el tema y del costo que éste dispuesto a pagar el cliente.
IX. CONCLUSIONES
Un suelo colapsable no sufre asentamientos, agrietamientos
y rupturas de las
cimentaciones y estructuras mientras no sufra un aumento del nivel freático o una sobrecarga.
En la actualidad se puede cimentar sobre suelos colapsables dando soluciones ingenieriles, tales como el método de compactación dinámica, Compactación profunda mediante vibro flotación y vibro sustitución de suelos, Estabilización química o inyección de lechado, etc.
X. RECOMENDACIONES
Mejorar la presente investigación tomando muestras de suelos de la ciudad de Huaraz para hacer una zonificación con posibles pos ibles lugares donde existan suelos colapsables, colaps ables,
Realizar
un proyecto demostrativo de las posibles fallas que se presentan en una
cimentación sobre un suelo colapsable,
Aportar soluciones novedosas a esta problemática.
XI. REFERENCIA BIBLIOGRAFICA
RNE-050
VIII CONGRESO NACIONAL DE ESTUDIANTES DE INGENIERIA CIVIL. “ESTUDIOS DE MICROZONIFICACION SISMICA”.CISMID. ICA NOVIEMBRE DE 2000.
Página 13
“ALTERNATIVAS DE SOLUCION PARA CIMENTAR SOBRE SUELO S COLAPSABLES”
PÁGINAS WEB:
http://www.acingenieros.com/descargas/pdfs/Articulo_02_Parte_02.pdf
http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/7550/Capitulo2.pdf
http://www.docentes.unal.edu.co/aepazgon/docs/Suelos%20Colapsables.pdf
http://www.asefa.es/index.php/patologias/162-59-suelos-colapsables-conceptos-ydesarrollo-de-patologias.html
Página 14
