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RECOMENDACIONES PARA EL ESTUDIO DE SUELOS
RECOMENDATIONS FOR THE SOILS
MECHANIC STUDY Ing. William Rodrguez Serqun(*)
1. Sobre la estructura y el suelo.- Para realizar un estudio de
suelos, hay que considerar el suelo y la estructura como un
sistema, de tal manera que interactan entre s, y que si algo sucede
a uno de los componentes del sistema, por ejemplo al suelo, ste
afecta necesariamente a la edificacin. Es un error aislar ambos, y
estudiarlos por separado, esto slo ocurre en la teora, cuando se
crean modelos de clculo para simplificar las variables, pero esto
no es garanta de que esto ocurra en la realidad. Una edificacin
puede estar asentado en una zona de peligro por inundaciones, o por
sismo, o puede tener partculas finas de gran fuerza expansiva.
2. Sobre la profundidad de Cimentacin (Df).- -McCarthy,
recomienda cimentar por debajo del nivel activo o erosin potencial,
si se trata de arenas compactas. En el caso de arcillas o limos
firmes, recomienda cimentar por debajo del nivel activo por cambios
de volumen. -Manuel Delgado Vargas, en su libro Ingeniera de
Cimentaciones, afirma que se requiere cierta profundidad de
cimentacin, para evitar la socavacin del suelo por debajo del
cimiento superficial, siendo sta de 0.50 m. -Para el ATM, Army
Technical Manual (Manual tcnico del ejercito de EEUU.) y el AFM,
Air Force Manual, la profundidad de cimentacin debe ser de 1.20m,
para considerar el cambio de volumen del suelo, debido al efecto
del hielo y deshielo. -En el Reglamento Nacional de edificaciones
del Per, se especifica que debe ser de 0.80 m, y si se usa
albailera portante con losa de concreto armada en dos sentidos, y
viga perimetral que sea de 0.40 m. -Carlos Crespo Villalaz da una
ecuacin para determinar la profundidad de cimentacin Df, en funcin
del ndice plstico (IP): [ ]
4*)*017.083.0( = IPIPDf
Donde: Df est en metros, es el peso especfico de masa en ton/m3,
e IP en porcentaje. Por ejemplo para IP = 10%, y = 1.8 ton/m3, Df =
1.44 m. En el Estudio de Suelos, se busca el estrato firme para
cimentar, y una de las maneras de encontrarlo, en el campo, es con
el ensayo de penetracin estndar (SPT). Ver figura 2.
3. La potencia activa (H) y profundidad de sondeo.- Se considera
como potencia activa el espesor de suelo por debajo de nivel de
solera que al ser comprimido por las presiones que el cimiento
transmite, stas generan deformaciones o desplazamientos apreciables
desde el punto
de vista prctico en la base de los cimientos. Para suelos muy
compresibles, se toma como potencia activa aquella profundidad
donde se cumple que el esfuerzo vertical vale = 0.1 q. Para zapatas
cuadradas, esta potencia activa vale H =1.5B a 2B, siendo B el
ancho de zapata.
La profundidad de sondeo p, ser entonces:
p = Df + 1. 5 B
Donde:
Df = Profundidad de cimentacin.
B = ancho del cimiento.
Fig. (1). Profundidades de cimentacin y sondeo.
4. Clasificacin de suelos.- Para clasificar se necesitan los
ensayos de lmite lquido (LL), lmite plstico (LP) y anlisis
granulomtrico. Se usa el Sistema unificado de clasificacin de
suelos SUCS, y el Sistema de la AASHTO. Esto sirve para elaborar el
perfil estratigrfico. Para clasificar el suelo hay que usar la
Carta de Plasticidad. Ver. Fig. (3).
-
Fig. situ
Fig. suelo 5. sobressmlluviexpafretcontedrende cconcdefinVer
F
(2). El nivel d, buscando el
(3). Carta deo.
Nivel fretice el posible ef
mico, o su variia o inundacansivas. Si es tico afecta laencin,
const
naje, adems ccontencin, ucreto. La colonen caminos pFig.
(4).
de cimentaciestrato firme
e Plasticidad,
co.- Importa fecto de licuaiacin por riegcin, que hque se va a
ca edificacintruir debajo
colocar water-usar aditivos
ocacin de laspara que circu
n, se determin.
, que sirve pa
para efectuaacin de las argo de terrenos
hace reaccionconstruir un sn, usar plate
o alrededor -stop en la uns impermeabs varillas y soule el agua
e
na tambin,
ara clasificar
ar la evaluacirenas ante efecs aledaos o pnar las arcilstano y
el nivea y muros
un sistema nin platea-muilizantes en oportes de elinunde
stan
2
in
el
in cto por las vel de de
uro el
las os.
Fiin 6.coreesBu
D
Fied 7.enexininde
ig. (4). El ninforme, para ev
Contenido oncreto y el eglamentos specificacioneuilding Code
Exposicin a
Sulfatos Despreciable
Moderado Severo
Muy severo
ig. (5). Efectodificacin en e
Expansibilinsayo de Exxpansin, panvestigadores ngeniera de lae
expansin se
ivel del manvitar las filtra
de sales en acero de las nacionales
es dadas en lae:
Sulfato (SO4) enagua, ppm
0-150 150-1500
1500-10000 Mayor de 10000
de las sales del puerto del C
idad del suelopansin librera determinaHoltz y Gibbas arcillas
expegn el valor d
nto acuoso deciones en la e
el suelo.- Lestructuras, repiten p
a tabla 19A-A
n Tipo dCemen
0
- II, IP(MS),I
V V mas puz
del suelo en paCallao, Lima.
o.- Para esto he o el ensayar la fuerzabs en su libropansivas,
cladel Indice pl
ebe constar eedificacin.
Las sales daver Fig. (5).
parcialmente A-4 del Califo
de nto
Mnimfc, kg/cm
IS(MS)
zolana
-283131
aredes de Per.
hay que realizyo de Presia expansiva. o Propiedadasifica el
Potestico (IP):
2
en el
an el . Los
las ornia
mo
m2
0 5 5
zar el n de
Los des de encial
-
3
3
Grado de Expansin
Indice de plasticidad,
IP (%)
Lmite de Contraccin
(%)
Probable expansin
(%) Muy alto
Alto Medio Bajo
> 35 25 a 41 15 a 28
< 18
15
>30 20-30 10-20
-
Fig. (ciuda 8.1
edmCurvCurvaplicVaridebidcimeblandCuanprtidespsuelofallaagrie
(9). Grietas en lad de Lambayeq
El Ensayo metro o consova de Consoliva de Comprecada p y la ras
edificaciondo al dao entacin, cuando y compresindo colocamoicos,
estamos
plazar, ni huno, y por consi
as en toda etamientos en
Fig. (10
la pared de la oque, debido al a
de Consolidolidmetro, Vedacin y la Csibilidad, muerelacin de
vanes han tenido
producido ndo sta ha siible. os apoyos fijs asumiendo
ndir. Estas hiiguiente las zala edificacimuchos ambi
0). Consolid
obra pblica, figasentamiento de
dacin.- Se er Fig. (10), y
Curva de Comestra la relaciacos e. o problemas dpor el hundido
construida
os o empotrao que estos ptesis no so
apatas, se hunn, que se ientes de la m
metro o edm
gura anterior, enel suelo.
realiza con y se determinampresibilidad. n entre la car
de agrietamiendimiento de a sobre un sue
amientos de lno se van
on vlidas si den. Se produmanifiesta p
misma.
metro.
4
n la
el a la La rga
nto, la
elo
los a
el uce por
Filo
8.codeap CLuda
Fi Tama)re b)av c)me
ig. (11). Cuogartmica.
2 Mtodo ompresible.-etermina el Iproximada dad
c = 0.009 (LLuego clasificaada por Crespo
0.00.20.4
ig. (12). Curva
ambin a travmv: ) Realice la elacin de vac
) Determine lv = e/p = c
) Calcule mv =mv = av / (1 +
= relacin de
urva de com
para determEs a travs
Indice de Coda por Terzag
L - 10%) amos la compro Villalaz:
Cc 00 a 0.19 20 a 0.39 40 a ms
a de compresi
s del Coefici
Curva de cos Y) en esca
a pendiente deoeficiente de
= coeficiente de) = cm2/kg vacos
mpresibilidad
minar si uns del lmite ompresin Cchi:
resibilidad con
CompresBa
MeAl
ibilidad en esc
iente de varia
compresibilidaala aritmtica.
el tramo virgecompresiiblid
de variacin v
en escala
n suelo es lquido (LL)
c, con la fr
n la siguiente
sibilidad aja dia lta
cala artmtica
acin volum
ad (presin X
en: dad = cm2/kg
volumtrica.
4
semi-
muy ). Se rmula
tabla
a.
trica
X vs
-
d) Lpor M
IMPUn sa oca 9. CteorTam(SPTA pepocadefinnmadici 9.1 EpeneEs
ejeste gua
Fig. de sLam
Luego clasifiquM. J. Tomlins
CompresMuy b
BajMedAlt
Muy
PORTANTE.suelo clasificaasionar agrie
Capacidad Poa de Terzaghi
mbin se realT). esar de que loa variacin, ponen en gran m
mero de pisosional represen
El Ensayo deetration test).jecutado in sensayo, de try
partida.
(13). Colocacsondeo. Obra
mbayeque. Per
ue la compreson:
ibilidad baja ja dia ta alta
- ado como de
etamientos.
ortante (qadm)i, que requierliza el Ensay
os valores capor ejemplo de medida el tipos de la edi
nta carga adici
e penetracin.- situ, ver Figspode, motor,
cin del equipa: Tanque E.
sibilidad seg
mv (cm2Menor que
0.005 - 00.010 - 00.030 0
Mayor que
e compresibil
).- Comnmee del ensayo dyo de Penetr
pacidad porta0.5 a 1.0 kg/c
o de cimentacficacin, porional.
n estndar (
s. (13) y (14), polea, martill
po de penetracElevado de
n la tabla da
2/kg) e 0.005 0.010 0.030 0.150 e 0.150
lidad media,
nte se utiliza de corte direcracin Estnd
amte parecen cm2, sus valorcin a usar, yrque cada pi
SPT, Standa
se requiere palo, cuerda, ca
cin en el punNuevo Moc
5ada
va
la cto. dar
de res
y el iso
ard
ara as
nto ce.
Fimpe Cocobacapenu Lade Paqa qa Paqa V De
M
BlMCoMcoDu
9. 9.
ig. (14). Detamartillo golpea
enetre 30 cm.
on el valor dompresin, elalasto, el coapacidad portero que
hacenuevo se le llam
a capacidad nel nmero de g
ara zapatas: admisible = 0.133
admisible = 0.215
ara plateas sobadmisible = (N
ALORES DE
escrip-cin
Muy blanda Md
landa 2Mediana 4
ompacta 8Muy ompacta
1
ura M3
2 Ecuaciones
2.1 Zapata co
alles del equia a la caa,
de N se puel mdulo de oeficiente deante Hay que
n variar ligerama N corregid
neta admisiblegolpes N, con
3*N, kg/cm2
5*N, kg/cm2
bre arenas: 3) /5, kg/cm
E CARGA AD
N del
SPT
q za
cua(kg
Menos de 2
Menos
2 a 4 0.30 a4 a 8 0.60 a8 a 15 1.20 a15 a 30 2.40 a
Ms de 30
Ms d
s del Dr Karl
orrida.-
ipo de penetra travs de u
de determinaelasticidad,
e variacin ve hacerle alguamente el valodo.
e del suelo, n las siguientes
(Arcillas),
(Arenas y l
2. (Peck, Han
DMISIBLE E
adm, apata adrada g/cm2) s de 0.30 Me
a 0.60 0.2a 1.20 0.4a 2.40 0.9a 4.80 1.8
de 4.80 M
Terzaghi.-
racin estndaun tope, para
ar, la resistenel coeficient
volumtrica unas correccior de N. Al
se obtiene a ps relaciones:
C. Crespo
limos no plst
nson y Thornb
EN ARCILLA
q adm, zapata
contnua (kg/cm2)
enos de 0.22
2 a 0.45 5 a 0.90 0 a 1.80 0 a 3.60
s de 3.60
5
ar. El a que
ncia a te de y la
iones, valor
partir
ticos)
burn)
AS.-
-
6
6
9.2.1.1 Cuando la falla es por cortante general (N del SPT mayor
o igual a 15):
BNZNcNq qcd 5.0++= (A.1) 9.2.1.2 Cuando la falla es por cortante
local, y punzonamiento (N del SPT menor a 15):
,,, 5.0' BNZNNcq qcd ++= (A.2) Donde:
dq = Capacidad de carga limite en kg/m2. Z= Df = Profundidad de
desplante (m). L= Longitud de la cimentacin (m). = Peso volumtrico
del suelo (kg/m3). c= Cohesin del suelo (del ensayo de corte,
kg/cm2) =Angulo de friccin interna (del ensayo de corte) B= ancho
de la zapata (o dimensin menor de la zapata rectangular) en m. =
peso unitario del suelo en kg/m2. Nc, Nq, Ng = Factores de
capacidad de carga = c,= (2/3)*c.
9.2.2 Zapata cuadrada o rectangular.- 9.2.2.1. Falla por
cortante general (N del SPT mayor o igual a 15).-
BNZNcNq dcd 4.03.1 ++= (B.1) 9.2.2.2 Corte local o punzonamiento
(N del SPT menor a 15).-
,,,, 4.03.1 BNZNNcq qcd ++= (B.2) Siendo la nomenclatura la
misma del caso anterior. Tabla. Valores de Capacidad de carga, que
se usa con las ecuaciones de Terzaghi.
VALORES DE CARGA ADMISIBLE EN ROCAS.- Tienen una resistencia de:
qadm = 0.2 a 0.3 qu, kg/cm2
qu = Esfuerzo de rotura, del ensayo de compresin simple
inconfinada, en kg/cm2.
Descripcin qadm, kg/cm2
Roca suave Roca medianamente dura Roca dura y sana
8 40 60
Rocas sedimentarias Lutitas y pizarras Calizas
8 a 10 10 a 20
Rocas en plegamientos Micas
40
Rocas gneas Basalto, granito, diorita, sanas
20 a 40 y a 100
Rocas metamrficas Gneiss Mrmol
100
10 a 20 10. Colapso del suelo debido a excavacin.- Varios
accidentes se han producido por colapso del suelo, ocasionando
muertes a los trabajadores. Adems se ocasionan daos a las
propiedades adyacentes, cuando se hacen excavaciones, para colocar
tuberas de agua o desage, o para construir cimentaciones. Por
tanto, es objetivo, conocer la teora que explica las fuerzas
internas, de una masa de suelo, durante el colapso de los lados de
una zanja de excavacin, as como el uso de calzaduras. El ingeniero
calculista, debe prever la posible falla del suelo, y detallar los
soportes y calzaduras en sus diseos, pues tambin es su
responsabilidad aprobar o rechazar el procedimiento constructivo,
para la ejecucin de su diseo. Respecto a las excavaciones para las
cimentaciones y ademes, Peck, Hanson y Thornburn, en el libro
Ingeniera de Cimentaciones, pgina 205, afirman lo siguiente:
Ordinariamente, el ingeniero especialista en cimentaciones no se
encarga de elegir el equipo de excavacin en un lugar dado, ni de
disear el apuntalamiento, si se necesita. Se considera que esta
operacin corresponde al contratista. Sin embargo, generalmente es
obligacin del ingeniero aprobar o recusar el procedimiento de
construccin propuesto por el constructor y revisar el proyecto del
apuntalamiento. Cuando se excava una zanja en suelos granulares, el
suelo se rompe formando un bloque casi triangular, de tal manera
que el ngulo = 45 + /2, siendo f, el ngulo de friccin interna del
suelo.
-
Fig. Distrobrade Ju
Fig. 10.1 explipara verti
(15). Masa derito de JoseL
a de re-estructuunio del 2009
(16). Rotura d
Explicacin ican, con las eel caso de em
ical es igual a
e tierra sepultLeonardo Oruracin de las.
de suelo por e
de los derrumecuaciones de
mpuje activo dla presin efe
y mat a dortiz, Lambayes redes de alca
excavacin
mbes.- Los de la teora de M
de suelo. Aqu ectiva de suelo
os obreros, eneuqe, Per, antarillado, el
errumbes se Mohr-Coulomb
el esfuerzo o z.
7
n el en 11
b,
Firede ElcoEsEnes La
Laesvehopa
D
EnhoemElcocoAse Si sh ( .z
Hces Pa2cexenPam D
ig. (17). Muroetira el muro, lesequilibrio.
l empuje prodomponentes quste empuje, can esta profundsfuerzo
horizo
a ecuacin de
a ecuacin dsfuerzos en erticales y hororizontales, coarmetros,
ng
onde:
n el fenmorizontales, qmpuje y otra l empuje creomponente
donstante. cierta prof
egunda.
iendo sv =
h = ( z ) Ka
z ) Ka - 2c
= (2c / ) *
se llama altures la cohesin
specfico de m
ara un suelo cc/, y para =xcavacin en fntre un factor ara suelos
aren
mostramos a co
ividir estos va
o sometido a elass fuerzas ho
ducido por la fue se oponen.ambia de sentididad crtica, Hontal
se iguala
e Mohr Cou
de Mohr-Couuna masa drizontales. Ron los esfuergulo de
fricci
meno del dque actan ede retencin
ece con la prde cohesin
fundidad, la
z
a - 2c Ka
Ka = 0
1 / Ka
ra crtica n, el ngulo
masa del suelo.
ohesivo (arcil= 1800 kg/m3, funcin de la cde seguridad
nosos usando ontinuacin.
alores entre un
empuje horizonorizontales qu
fuerza horizon ido a una ciertHc, las dos co
an:
ulomb:
ulomb, represede suelo, cuaRelaciona los erzos verticalen
interna f y
derrumbe hen sentido co.
rofundidad zn que retie
primera fu
o de friccin .
lla o limo) =se tiene las alcohesin. Hay. = 30, hace
n factor de se
ntal. Cuando uedan en
ntal, tiene dos
ta profundidadomponentes d
enta el estadando hay fuesfuerzos efeces, a travs dy la
cohesin
hay dos fueontrario: Un
, mientras qne se man
uerza vence
interna y el
= 0, entonces Hlturas mximay que dividirla
emos la tabla q
eguridad
7
se
d. de
do de uerzas ctivos de los
c.
erzas na de
ue la ntiene
a la
peso
Hc = as de as
que
-
8
8
FS = 2.
PROFUNDIDAD MAXIMA DE EXCAVACION
Cohesin, c (kg/cm2)
ARCILLAS f=0 (m)
ARENAS c=0 (m)
ARENAS CON FINOS f,c 0 (m)
0.05 0.10 0.20 0.30 0.40
0.5 1.1 2.2 3.3 4.4
0 0 0 0 0
1.1 2.2 4.3 6.5 8.7
Fig. (18). Falla de suelo en la altura crtica: a partir de la
altura critica ya no hay fuerza que equilibre el empuje actuante:
En el fenmeno del derrumbe hay dos fuerzas horizontales, que actan
en sentido contrario: Una de empuje y otra de retencin. 11. Sobre
el diseo estructural.- Una arena suelta, o una arcilla compresible
no garantizan un empotramiento perfecto. Winter y Nilson en su
libro Proyecto de estructuras de hormign, dicen textualmente: En
soportes apoyados sobre zapatas relativamente pequeas que a su vez
descansan sobre un terreno compresible se supone generalmente
extremo articulado, ya que tales suelos slo ofrecen una resistencia
muy pequea a la rotacin de la zapata. Por otra parte, si las
zapatas descansan sobre roca slida o si se utiliza un grupo de
pilotes con su parte superior encepada en un bloque de hormign, el
efecto
conseguido es una fijacin casi completa del soporte sustentado y
as debe suponerse en el clculo. 12. Problemas legales del ingeniero
civil, que hace un estudio de suelos.- Se pretende que un informe
de suelos prevea todos los posibles accidentes o fallas del futuro,
y ofrezca todas las soluciones a los problemas encontrados. Esto es
difcil e irreal. Sin embargo cuando estas ocurren, se juzga con
sumo rigor al que realiza el estudio de suelos. Se le juzga como si
tuviera el mximo nivel de conocimientos. El estudio de suelos hace
diagnsticos y pronostica. Se nos juzga como ingenieros y, si en un
estudio de suelos, usted descubre algo negativo, que puede pasar en
la obra, tiene que decirlo en el informe, as no sea de su
especialidad, o no corresponda al estudio de suelos que est
haciendo, porque se comete el delito de omisin. Si Ud. hace
calicatas y no las cierra, tiene que colocar cercos de seguridad,
indicando Peligro. Alguien puede caerse en la excavacin y
lesionarse, en cuyo caso, se comete el delito de Negligencia.
Recuerde que: Se comete delito por cuatro causas: NEGLIGENCIA,
OMISIN, ERROR Y OLVIDO.
Foto 1a.
Foto 1b.
-
9
9
Foto 1.c. Fotos (1a, 1b, 1c). Fallas por efectos de
expansibilidad en suelo y a la mala prctica constructiva, del
hospital del IPSS de Chachapoyas (1985). Per. Las fallas
aparecieron tres meses despus de inaugurada la obra.
Foto (2). Interior del Hospital del IPSS en Chachapoyas, fall
por expansin del suelo, a los tres meses de terminado.
Foto (3). Expansibilidad en muro en conjunto habitacional Las
Delicias, Reque. Lambayeque, Per. Aqu el suelo es granular con
finos.
Foto (4.a).
Foto (4.b)
Fotos. (4a y 4.b). Daos en edificacin, por excavacin de stano de
4m de profundidad. Las grietas aparecieron antes de la construccin
del edificio nuevo. Obra corresponde a un templo, en Chiclayo.
Per.
.
-
Fo
Fotosuelocaudcorri
FotoGlen
Foto adyac
to (5). Inunda
o (6). Puente Ro, durante el dal; y mala ubiente del ro.
o (7). Falla en n Apartments,
(8). Falla de mcente de edifici
acin que socaLambay
Reque que falfenmeno de
bicacin respe
piso de conjuen California
muro en casa dio de 7 niveles.
av los cimienyeque.
l debido a lae El Nio, porecto al suelo, y
unto Habitacioa, USA.
de dos niveles
ntos en Mocce
a socavacin dr incremento y a las lneas
onal Hillview
por construcci
10e.
del de de
in
Fo
Foex20er
FoinpoLi
oto (9). Falla de
oto (10). Dxcavacin de 006, en Cayalra de 3m de pr
oto (11). Trenstalaban tubeoblado Puenteibertad). Per
e muro correspo
Dos obreros zanja de de
ti. Per. El surofundidad. In
es obreros eeras para une Vir, en la p.
ondiente al mism
murieron psage, el 26
uelo era arenonstantes en que
encontraron la red de alc
provincia del m
mo caso anterio
por derrumbede Setiembr
oso y la excave son sacados
la muerte cucantarillado emismo nombr
10
or.
e de re del acin .
uando en el re (La
-
Foto 1
Foto 1
12.a.
12.b.
11
Focodeci
otos 12, a, b, construccin deebe al colapsomiento de los
Fot
Fot
c, d.- Fallas ene muro perimo del suelo de muros. Obra
to 12.c.
to 12.d.
n edificacin atrico, para gala vivienda, pubicada en Ch
antigua, por arage. La fallaor excavacinhiclayo. Per.
11
a se n del .
-
12
12
Fig. (A). Detalle de calzadura, fuerzas y esfuerzos en una
excavacin.
Fig. (B). Explicacin esquemtica de un derrumbe durante la
construccion de un edificio en La Victoria, Lima Per, que mat a
ocho obreros.
(*) Docente de la Facultad de Ingeniera Civil, de Sistemas y
Arquitectura, de la Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo de
Lambayeque. Per.
