lunes, 26 de octubre de 2009

Arcillas Expansivas

ESTUDIO DE GEOTECNIA EN ARCILLAS EXPANSIVAS, USANDO LOS RESULTADOS DE PRUEBAS DE IDENTIFICACION Y DE PROPIEDADES FISICAS DEL SUBSUELO PARA DETERMINAR CUANTITATIVAMENTE LA PRESION DE EXPANSION DE LOS SUELOS ENCONTRADOS EN UN SITIO DE UN EDIFICIO DE APARTAMENTOS EN LA AFUERAS DE LA CIUDAD DE SANTO DOMINGO.

  Ing. Gustavo R. Bisonó Pichardo.
  


CONTENIDO

1. INTRODUCCION
2. GEOLOGIA
3. TRABAJOS DE CAMPO
4. ORDENAMIENTO ESTATIGRAFICO
5. RESULTADOS DE PRUEBAS DE LABORATORIO
6. FORMULAS USADAS EN LA DETERMINACION DE LA CAPACIDAD PORTANTE.
7. SISMICIDAD
8. VALORES DE CAPACIDAD PORTANTE. PRESION DE EXPANSION Y
  RECOMENDACIONES PARA EL TRATAMIENTO DE LOS SUELOS EN LOS 2
  BLOQUES DE CONSTRUCCION
 9. CONDICIONES GENERALES


1. INTRUDUCCION

Este Estudio de Geotecnia ha sido realizado en el sub suelo, perteneciente a un de edificio para apartamentos en las afueras de la ciudad de Santo Domingo, con la finalidad de investigar las propiedades ingenieriles de los materiales encontrados en las perforaciones y asi poder obtener los valores de la capacidad portante del subsuelo y los valores cuantitativos de expansividad de los suelos por medio de los resultados de ensayos de laboratorios de geotecnia caracteristicos de la zona, para ser usado en el diseño de las estructuras de fundación del edificio.
   
  2.- GEOLOGIA
   
El material que aparece en el subsuelo donde se construirá el proyecto, pertenece a suelos calichoso algo arcilloso conteniedo particulas de roca, que aflora en las areas iinteriores de las costas de la parte sur-este de la isla de Santo Domingo. Este material arcilloso en la mayoria de las areas en cuestion, es muy plastico y posee propiedades expansivas como es el caso donde se ha realizado el presente estudio de suelos.
   
3. TRABAJOS DE CAMPO

Se han realizado 4 perforaciones, a 6.30 metros de profundidad cada una, la S-1, la S-2, la S-3 y la S-4 situadas en el area de construccion.
 
 Se ha usado en estos trabajos de perforación una máquina de perforación marca Acker, En los meteriales extraidos, definidas como suelos, durante los trabajos de perforacion a percusión, se han obtenido de la cuchara partida de la Prueba de Penetración Normal(SPT) en suelos, las muestras en las cuales se han medido sus longitudes y tomado sus pesos; tambien se han identificado y descrito para su traslado, en envases cerrados, al laboratorio de mecanica de suelos para la realización de las pruebas de identificación y determinación de propiedades ingenieriles.
 
 Se han obtenido los resultados de los calculos de contenido de humedad, limites de Atterberg, densidades en natural, densidad seca, capacidad portante, presión de expansión en las las profundidades en el material donde se podrian fundar la edificacion.

4. ORDENAMIENTO ESTATIGRAFICO

El material encontrado en las 4 perforaciones, consiste en un material calichoso arcilloso crema amarillo, de firme a duro con fragmentos de roca, desde la superficie hasta los 6.30 metros de profundidad. La capa vegetal ha sido removida en toda el area del proyecto. En ninguna de las perforaciones apareció nivel de aguas subterraneas durante los trabajos de sondeos. 
 

5. RESULTADOS DE PRUEBAS DE LABORATORIO
 
  Los diferentes ensayos efectuados en muestras recuperadas, que mencionamos a continuación, se han realizado de acuerdo a las Normas de ASTM.

  Contenido Natural de Humedad
  Limites de Atterberg  
   
 
 El material estudiado de las muetras ensayado en el labortorio, lo define como, un caliche arcilloso plastico expansivo de firme duro de color crema aveces desde la superficie hasta los 6.30 metros de profundidad donde se terminaron las 4 perforaciones. 


 6. FORMULAS USADAS EN LA DETERMINACION DE LA CAPACIDAD PORTANTE, DE PRESION DE EXPANSION EN EL CALICHE ARCILLOSO. 
   
Capacidad portante.
   
 En los testigos recuperados, se ensayaron especimenes para determinar la resistencia a la compresión simple no confinada, usando la formula de Terzaghi (1948), Ajustada para resultados de ensayos en muestras obtenida en el toma muestras del SPT; los Resultados de estas Pruebas se muestran en los formularios de los Registros de Perforación, Resultados de las Pruebas de Laboratorio y Cálculo de Capacidad Portante, para cada una de las 4 perforaciones. 

  qa = 5.7x qu/2 x sc x 1/F.S. (Kg/cm2)
  Donde:
 qa = Capacidad Portante Admisible (Kg/cm2)
  c = qu/2 = Resistencia a la Compresión Simple (Kg/cm2)
  sc = 1.0 = Coeficiente para fundación corrida  
  F. S. = 2 = Factor de Seguridad

   
 Presion de Expansion

La presión de expansión Pe, se ha calculado cuantitativamente, en función de los valores del limite liquido, LL, la densidad seca, s, y la humedad natural, w, de los muestras de materiales encontrado en las perforaciones y usando la fórmula de A. Komornik y David (1969):
 
  Log Pe = 2.132 + 0.0208 (LL) + 0.000665 (γs) - 0.0269 (w)

Donde:
  Pe = presion de expansión, (kg/cm2)
  LL = limite líquido, (%)  
  γs = densidad seca, (kg/m3)
  w = contenido natural de humedad, (%)

La presión de expansión actua independientemente de la carga a que está sometido el deposito de arcilla que se supone activo o con propiedades expansivas; dependiendo de los minerales que componen la arcilla, su densidad seca y de su alteración en el contenido de humedad natural inicial, los cuales producen, cambio volumétrico que genera presiones en dirección opuesta a la carga o presión ejercida sobre el subsuelo de edificaciones construidas sobre ellos. Estas presiones generadas, producen el requebramiento y posible colapso de cualquier estructura. erigida sobre estos suelos expansivos o activos. 
 
Las pruebas ejecutadas en el presente trabajo nos dan los valores cuantitativos de la expansividad del suelo, pudiendose determinar los esfuerzos a que estarán sometidas las estructuras fundadas en estos suelos y por lo regular su acción se manifiesta en los primeros 18 meses de la construcción de una edificación.
   

8. VALORES DE CAPACIDAD PORTANTE. PRESION DE EXPANSION Y RECOMENDACIONES PARA EL TRATAMIENTO DE LOS SUELOS EN EL AREA HA CONSTRUIRSE DEL EDIFICIO DEL PROYECTO.

  Se ha de fundar por medio de fundaciones directas sea por zapatas corridas o platea. A continuación se dan los valores de profundidad de fundación, capacidad portante y presion de expansion, a usarse en los calculos del diseño de la estructura de fundación. 

  Profundidad Capacidad Portante Presion de  
  Area de fundación Admisible Expansion  
  Metro Kg/cm2 Kg/cm2  
  -------- -------- -------------- --------  
 Sondeo S-1 0.90 3.29 1.44
 Sondeo S-2 0.90 3.29 1.44
 Sondeo S-3 0.90 3.29 1.44
 Sondeo S-4 0.90 3.29 1.44
   
  Los valores de Capacidad Portante Admisible en el subsuelo de las diferentes areas estan calculados para un asentamiento diferencial de no más de 2.54 centimetros (1pulgada). y siempre han de ser mayores que el valor de la presión de abajo hacia arriba, producido por la expansión de la arcilla, pues esta presión dirigida a la carga de la estructura siempre ha de contrarestar la presión generada por la expansividad de la arcilla.

Tratamiento del suelo en la cota de fundación 

  En las excavaciones para llegar al nivel de la cota de fundacion de la cimentaciones, sean estas corridas, asladas o de platea, en la totalidad de la superficie de la excavación expuesta; se realizarán hoyos de unas 3.81 centimetros (1.5 pulgadas) de diametro por unas 15.25 centimetros (6 pulgadas) de profundidad y separadas en cuadriculas de12.7 centimetros (5 pulgadas) de lado, (estos hoyos se pueden realizar con una barra de 2.54 centimetros -1 pulgada - de diametro o con el "lado puntiagudo" de un "pico"); los hoyos se llenarán y se indunaran con agua limpia por unas 24 horas, despues se extraerá el agua y se cubrirá la superficie del fondo de la excavacion con una capa de cal hidratada de 2.54 centimetros (1 pulgadas) de espesor, sobre ella se colocará una torta de 5 centimetros de espesor de hormigon pobre, debidamente nivelado y despues de haberse fraguado se colocarán las varillas de las bases de las estructuras de fundaciones.

  La capa de cal, proporcionará una membrana de estabilidad continua, inmediatamente debajo de las estructuras de las fundaciones evitando asi, que aparezcan grietas por expansión o asentamientos locales en las estructuras a construirse y dando mayor estabilidad al estrato en fundación y evitando, que este se asiente durante cualquier cambio en el nivel de aguas subterraneas, Como tambien reducirá la plasticidad del material natural y por ende su potencial expansivo. Las juntas de construcción de las estructuras tendrán un espaciamiento no mayor de 20 metros.

 Tratamiento del suelo debajo del primer piso.

 En el area de los pisos, despues de limpiarse de escombros y basura de construcción y al quedar expuesto el material natural, (tambien se extraera cualquier maerial de relleno que aparezca a nivel del material natural, tal como aparecio en el sonden S-4); este se nivelará y se compactará a la humedad optima +1.5% y densidad máxima seca de por lo menos el 98% de la prueba del proctor modificado del material. Acto seguido, a la superficie expuesta del material natural compactado, se le aplicará una capa de cal hidratada de 2.54 cm. de espesor y sobre la cual se colocará un material clasificado de relleno que puede ser de origen igneo; mayormente gravoso con un porcentaje de fino no mayor de 5 por ciento. Este material de relleno clasificado, se conformará y se compactará en capas de no más de 20 centimetros de espesor compactado a una humedad optima y densidad máxima seca de por lo menos el 98% de la prueba del proctor modificado del material, el material de relleno, deberán de tener un indice plastico menor de 4 y tendrá las siguientes caracteristicas granulometricas. 

  Abertura Limites de porcentaje de peso
 y/o numero de tamiz que pasa por el tamiz  
  ---------------- --------------------  
  2" 100
  1" 100
  3/8" 75-85
  No. 4 40-70
  No.10 30-60
  No.40 20-45  
  No. 200 15-30
  Fino 5

  Este relleno compactado será completado hasta la altura de los pisos, del primer piso. Las estructuras se han de construir de manera tal, que la cota superior final de los pisos del primer nivel de las edificaciones, esté por lo menos a 30 centimetros por encima del nivel actual de superficie del terreno, para cada una de las estructuras de la edificacion.  


 Tratamiento del suelo en el area de estacionamientos de vehiculos.

 En esta area, se ha de extraer una capa de 0.20 metro de espesor de material natural, y se compactará a la humedad optima +1.5% y densidad máxima seca de por lo menos el 98% de la prueba del proctor modificado del material. aplicandosele a la superficie expuesta una capa de cal hidratada de 2.54 cm. de espesor y sobre la cual se colocará un material de relleno clasificado de origen igneo; mayormente gravoso con un porcentaje de fino no mayor del 5 porciento de fino. Este material de relleno clasificado, se conformará y se compactará en capas de no más de 20 centimetros de espesor compactado a una humedad optima y densidad máxima seca de por lo menos el 98% de la prueba del proctor modificado del material, El material de relleno, deberán de tener un indice plastico menor de 4 y tendrá las siguientes caracteristicas granulometricas. 

  Abertura Limites de porcentaje de peso
  y/o numero de tamiz que pasa por el tamiz  
  --------------- ---------------------  
  2" 100
  1" 100
  3/8" 75-85
  No. 4 40-70
  No.10 30-60
  No.40 20-45  
  No. 200 15-30
  Fino 5

Sobre este relleno se colocara una capa de rodadura de hormigon asfaltico como minimo, de 2 pulgadas de espeso.

  
9.- CONDICIONES GENERALES 
  
Al construirse las diferentes edificaciones del proyecto se ha de tener en cuenta que las juntas de construción no podrán ser espaciadas en mas de 20.00 metros una de otra.
   
Alrededor de la estructura del proyecto incluyendo, el areas esten estas cubiertas o no, se construirán unas zanjas abiertas (de pendiente suave) perimetrales, conectadas entre si, que drenará las aguas lluvias, hacia el punto más bajo de la zona; con una pendiente de no mas de 0.02%. Estas zanjas se construirán a unos 2.00 metros de los perimetros exteriores de las edificaciones, evitando así que aguas aposadas en las cercanías del proyecto. 

 En caso de que se presenten situaciones inesperadas durante la etapa de las excavaciones, compactación y construcción de las fundaciones; se ha de contactar de contactar el consultor de geotecnia del proyecto.
   

  BIBLIOGRAFIA

A GEOLOGICAL RECONNAISSANCE OF THE DOMINICAN REPUBLIC
by T. M. Vaughan. 1921.

SOIL MECHANICS IN ENGINEERING PRACTICE
by Karl Terzaghi. third edition, 1996


FOUNDATION ANALYSIS AND DESIGN
by J. E. Bowles fifth edition

   

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