FACULTAD MULTIDISCIPLINARIA ORIENTAL DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
Cimentaciones
“Ensayos principales para caracterizar el suelo (pruebas de laboratorio)”
Ing. Guillermo Moya Turcios
Luis Eduardo Benítez Hernández
Ciudad universitaria de oriente, 30 de agosto de 2011
Contenido Introducción..................................................................................................................... 1 Objetivo ........................................................................................................................... 1 Tipos de pruebas realizadas a los suelos para propósitos ingenieriles. .......................... 2 ENSAYOS FUNDAMENTALES QUE DEBEN REALIZARSE DE ACUERDO AL TIPO DE OBRA A CONSTRUIR .............................................................................................. 7 CRITERIOS GENERALES EN LA PRÁCTICA DEL ESTUDIO DEL SUELO.................. 7 Casas de 1 a 2 pisos ....................................................................................................... 8 Urbanizaciones ............................................................................................................... 9 Edificios de 2 a 6 niveles y Fábricas ............................................................................. 10 Carreteras ..................................................................................................................... 11 Puentes ......................................................................................................................... 13 Cajas y bóvedas ............................................................................................................ 14 Muros ............................................................................................................................ 15 Laderas (taludes) .......................................................................................................... 16 Banco de préstamo ....................................................................................................... 17 Tuberías para obras de paso en carreteras .................................................................. 17 MARCO NORMATIVO SALVADOREÑO PARA LA PRESENTACIÓN DE LOS REPORTES GEOTÉCNICOS ....................................................................................... 18 CONCLUSIÓN .............................................................................................................. 19 Bibliografía .................................................................................................................... 20
Introducción
La información geotécnica necesaria para incluir los efectos de la interacción sueloestructura debe contener al menos los siguientes datos: o Estratificación del depósito de suelos. o Propiedades mecánicas de los suelos a diferentes niveles de deformación o Localización de nivel freático. Esta información debe ser obtenida mediante exploraciones en el campo y complementada con ensayos de laboratorio. En muchos casos será necesario recurrir a estudios geofísicos para determinar la estratificación del depósito de suelos y las características dinámicas de los suelos a diferentes niveles de deformación. El siguiente reporte presenta una descripción de las pruebas de laboratorio esenciales que se deben de cubrir en una investigación geotécnica para el diseño de cualquier edificación; así como también nos indica que parámetros del suelo deben ser investigados para satisfacer en un mínimo a la norma salvadoreña.
Objetivo
o Conocer los parámetros mínimos así como también los ensayos al suelo recomendados por la norma salvadoreña para la justificación de un proyecto.
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Tipos de pruebas realizadas propósitos ingenieriles.
a
los
suelos
para
Los ensayos de laboratorio constituyen hoy la herramienta principal para el estudio de las características geotécnicas del terreno. Rara vez será posible un estudio geotécnico correcto que no incluya ensayos de laboratorio. Existen ensayos de laboratorio destinados a definir la naturaleza del suelo, esto es, su composición granulométrica y mineralógica, sus propiedades índice, etc. Existen otros ensayos de laboratorio especialmente destinados al estudio de la resistencia, de la deformabilidad y de la permeabilidad. A) Ensayos de identificación en suelos Dentro de este grupo de ensayos de laboratorio se consideran incluidos los siguientes: -
Ensayos granulométricos por tamizado y por sedimentación.
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Ensayo de límites de Atterberg.
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Densidades mínima y máxima de arenas.
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Determinaciones del peso específico de las partículas.
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Análisis químicos del suelo. Contenido en sulfatos, carbonatos y materia orgánica como más interesantes.
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Análisis químicos del agua intersticial.
Estos ensayos se pueden realizar con muestras alteradas o inalteradas. En cualquier caso exigen desmenuzar previamente la muestra. Con los dos primeros ensayos (granulometría y límites de Atterberg) es posible clasificar los suelos dentro de tipos cuyas características geotécnicas son similares. A estos efectos se recomienda utilizar el sistema unificado de clasificación de suelos, que está ampliamente difundido. También se consideran de este grupo los ensayos de densidad seca y humedad natural que permiten conocer las dos variables más importantes del estado del suelo.
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Su determinación debe hacerse, sin embargo, en muestras inalteradas o poco alteradas.
B) Ensayos de compresión simple en suelos Están indicados para ensayar muestras de suelos cohesivos de consistencia media, firme o muy firme, inalteradas o poco alteradas, así como suelos cohesivos recompactados. De su resultado se obtiene una idea precisa de la resistencia al corte del suelo en condiciones de saturación similares a las del ensayo. El resultado puede ser poco preciso en arcillas que muestren síntomas de fisuración. Siempre que se haga este ensayo se recomienda que se determine específicamente, en cada probeta, la humedad y la densidad seca antes del ensayo. La resistencia a la compresión simple de los suelos arcillosos puede calificarse de acuerdo con la siguiente escala:
C) Ensayo de corte directo Está indicado para cualquier tipo de muestra de suelos cohesivos o granulares, estén o no alterados. Evidentemente la preparación de probetas de ensayo procedentes de muestras arenosas inalteradas es complicada y requiere técnicas especiales que desaconsejan su utilización. El ensayo de corte directo puede realizarse con las probetas semisaturadas, tal como esté la muestra de las que procedan, o con una saturación adicional provocada en el equipo de ensayo. Del ensayo se puede obtener una estimación aproximada de la resistencia al corte. Las condiciones de deformación son tan poco homogéneas en la caja de corte que no se
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debe esperar precisión en los parámetros resistentes. Por ese motivo su utilización sólo es aconsejable cuando no existe la posibilidad de hacer ensayos triaxiales. Para el estudio de suelos de grano grueso y, sobre todo, para el caso de gravas y escolleras finas (materiales de enrase de las banquetas) son necesarios equipos de grandes dimensiones.
D) Ensayo triaxial de suelos El ensayo está especialmente indicado para conocer la resistencia y la deformabilidad del suelo ante distintos niveles de confinamiento. Se puede realizar con muestras de cualquier tipo de suelo ya sean alteradas o inalteradas. Es difícil, sin embargo, preparar probetas inalteradas de suelos granulares. El ensayo se puede hacer con probetas de distinto tamaño. Usualmente se ensayan probetas cilíndricas de altura igual al doble del diámetro. Los diámetros usuales mínimos son 1 1/2" y es posible ensayar en España probetas de hasta 9" de diámetro con cierta normalidad cuando el suelo contiene gravas de hasta 2". El ensayo suele hacerse con o sin consolidación previa y rompiendo con el drenaje abierto o cerrado. Son típicos los ensayos: U.U. - Sin consolidación previa y rotura sin drenaje. C.U. - Con consolidación previa y rotura sin drenaje. C.D. - Con consolidación previa y rotura con drenaje. El ensayo tipo C.U., se puede hacer con o sin medida de las presiones intersticiales de la probeta. El ensayo se suele realizar con probetas saturadas previamente con una contrapresión de 6 bares, aunque el ensayo U.U. puede hacerse con probetas no saturadas. En cada ensayo triaxial se suelen romper tres probetas, cada una de ellas sometidas a una presión de célula que supera en 0,5, 1 y 3 bares a la contrapresión de saturación. Es posible y aconsejable indicar otras presiones de ensayo que puedan ser más adecuadas al problema que se investiga. Durante la fase de carga vertical del ensayo hasta rotura se controla la deformabilidad tomando nota de la carga para cada 0,5 % adicional de reducción de altura de la probeta. El conocimiento de esos datos de deformación es esencial para deducir la deformabilidad del suelo. De la interpretación de ensayos triaxiales se puede obtener los parámetros de resistencia y deformación del suelo en condiciones no drenadas (ensayos U.U.) o drenadas (ensayos C.U. con medida de presiones intersticiales o ensayos C.D.).
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Los resultados de resistencia y deformación de suelos obtenidos de ensayos triaxiales son aplicables al estudio de todos los problemas geotécnicos. E) Ensayos edométricos Los ensayos edométricos están especialmente indicados para estudiar los asientos de suelos arcillosos blandos saturados. Pueden realizarse con muestras inalteradas de suelos cohesivos o muestras recompactadas de cualquier material. Estos ensayos suelen realizarse incrementando la carga vertical en escalones, de manera que cada nueva carga duplica la compresión vertical existente en el escalón anterior. El ensayo suele alcanzar la carga vertical máxima de 1 MN/m2 aunque es posible especificar cargas mayores si el problema que se pretende analizar lo requiere. El ensayo incluye también el control de deformaciones durante la descarga. Cada escalón de carga del ensayo endométrico se mantiene durante un día. Se recomienda mantener este tiempo mínimo de espera y, por lo tanto, se desaconseja especificar duraciones menores al solicitar la realización de estos ensayos. Los ensayos edométricos suelen realizarse con probetas saturadas aunque es posible, en casos especiales, hacerlos con humedad menor o saturarlos después de haber colocado cierta sobrecarga. Estas variantes pueden ser de interés en el estudio del colapso o la expansión de suelos metaestables. De la interpretación de los ensayos edométricos se deducen parámetros geotécnicos relativos a la deformabilidad y permeabilidad del suelo especialmente indicados para el estudio de problemas de consolidación.
F) Ensayos de compactación Los ensayos de compactación están indicados para el estudio del efecto de la humedad en la densidad máxima que puede alcanzarse al compactar un suelo. Se realizan con muestras de cualquier tipo de suelo hasta gravas que puedan tener 25 mm (1") de tamaño máximo (aprox.). Los ensayos más tradicionales son el Próctor Normal y el Próctor Modificado. El segundo se realiza compactando en moldes más grandes y con energías mayores y por eso suelen alcanzar densidades claramente más altas (5 a 15% mayores que las correspondientes al P.N.). El resultado de estos ensayos es especialmente aplicable al control de calidad de compactación de rellenos.
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G) Otros ensayos Existen una gran variedad de ensayos, menos comunes, que pueden ser de gran interés en el estudio de determinados problemas geotécnicos específicos. Entre estos ensayos de suelos, se citan los siguientes: o CBR. Determinación de la capacidad portante para explanadas y capas de firmes. o Determinación de la presión de hinchamiento y de la expansión libre de suelos expansivos. o Ensayos de compresión brasileños (medida indirecta de la resistencia a tracción). o Ensayos de molinete (vane test) y penetrómetro en laboratorio. Ensayos de permeabilidad mediante permeámetros de carga constante o variable. Se podrán determinar los parámetros dinámicos de un suelo, utilizando correlaciones empíricas en base a resultados obtenidos del ensayo de penetración estándar o cualquier otro procedimiento aceptado. En caso de requerirse información más detallada de las características y propiedades dinámicas del suelo, pueden realizarse ensayos geofísicos del tipo "down hole" o "cross hole", así como emplearse correlaciones con el módulo de rigidez al cortante, determinadas por medio de procedimientos como el péndulo de torsión simple o cualquier otro método aceptado.
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ENSAYOS FUNDAMENTALES QUE DEBEN REALIZARSE DE ACUERDO AL TIPO DE OBRA A CONSTRUIR Las cargas permanentes y accidentales obrarán sobre la estructura y estas deben transmitirlas efectivamente al suelo por medio de las cimentaciones en forma de esfuerzos. Para conocer el comportamiento del suelo ante dichas solicitaciones de carga, habrá que recurrir a ensayos que son fundamentales para determinar sus características y propiedades, siendo esencial que se tome en cuenta el tipo de suelo y el tipo de obra a construir.
CRITERIOS GENERALES EN LA PRÁCTICA DEL ESTUDIO DEL SUELO Algunos criterios generales útiles para la práctica del estudio del suelo, son los siguientes: -
La prueba de penetración estándar (SPT), se considera que sus resultados son preliminares, y no es para estudios definitivos; en obras pequeñas, los resultados (características físicas y mecánicas) pueden ser suficientes para orientar el diseño de las estructuras: sin embargo, en obras grandes se necesita aplicar otras técnicas en el muestreo, para determinar parámetros de diseño más precisos y otros no determinados con la prueba SPT, o que se pueden correlacionar con estos.
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En los muestreos se deben considerar cuatro (4) perforaciones por lo menos, sobre todo en el área urbana, para obtener perfiles estratigráficos, donde la mayoría de suelos ya han sido alterados (rellenos misceláneos, cortes, etc.), encontrándose zonas saturadas, suelos contaminados, etc..
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Para estimar la profundidad de sondeos en edificios, el criterio más adecuado, es de los esfuerzos transmitidos y el ancho del edificio, y no por la altura del mismo, por ejemplo: un edificio de tres plantas con claros de 12 mts puede imponer sobre el suelo cargas mayores que un edificio de 5 plantas con claros de 5 mts.
- Si a cualquier profundidad de perforación en un sondeo, se encuentra rechazo a la penetración, esto no significa que el lecho resistente (de ahí hacia abajo) sea roca sólida, por lo tanto se debe verificar si se trata de corrientes de lava de pequeño espesor o boleos en un manto arcilloso; o un estrato de suelo resistente (consolidado); esto debe ser considerado, y de ser necesario se continuará la perforación con la broca de diamante, lo cual quedará a criterio del ingeniero de campo.
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La clasificación de suelos extraídos de las perforaciones se debe de hacer a cada metro y de preferencia a cada medio metro con muestras representativas.
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Para suelos que no presenten características de plasticidad, determinadas por identificación y descripción de suelos (procedimiento visual manual), el ensayo de los límites de Atterberg no será necesario realizarlo.
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En suelos cuyo límite líquido sea mayor del 50%, el ensayo de límite de contracción deberá realizarse, para predecir loe cambios de volumen que puede sufrir un suelo de estas características a diferentes contenidos de humedad.
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A las arcillas es recomendable que a las muestras obtenidas con el equipo de penetración estándar, se les hagan ensayos de compresión no confinaba, debido a la expansibilidad y contracción, ya que se enduran cuando están secas y son blandas cuando están húmedas.
A continuación se detallan los respectivos ensayos que se deben realizar al suelo, en el campo y en laboratorio, de acuerdo al tipo de obra civil.
Casas de 1 a 2 pisos Ensayos que deben realizarse - Ensayo de penetración estándar (SPT). ASTM-D 1586 Propósito del ensayo: extraer muestras (alteradas) de suelo representativas y continuas para utilizarlas en los diferentes ensayos de laboratorio en la obtención de parámetros del suelo. Definir estratigrafía del suelo hasta profundidad de sondeo. Establecer la resistencia del suelo en base al número de golpes (N) de la prueba de penetración estándar. Obtener en forma indirecta el ángulo de fricción interna Φ, la cohesión “C”, y la compacidad relativa del suelo, haciendo uso de gráficos de correlación. Detectar estratos críticos (por ejemplo suelos en estado suelto, saturados, rellenos misceláneos; etc.). - Contenido de humedad. ASTM-D 2216 Propósito del ensayo: determinar las condiciones prevalecientes de humedad en los estratos de suelo donde se cimentará la estructura, para dar recomendaciones. Determinar filtraciones, flujos de agua subterránea, u otro problema de esta naturaleza. - Descripción e identificación de suelos (procedimiento visual manual) ASTM-D 2488. - Análisis granulométrico de los suelos. ASTM-D 422. Propósito del ensayo: Clasificar los diferentes tipos de suelos existentes. - Limite líquido, límite Plástico, Índice plástico. ASTM-D 4318.
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Propósito del ensayo: determinar el grado de plasticidad que tiene el suelo, para dar recomendaciones para su control. - Clasificación do suelos para propósitos de ingeniería. ASTM-D 2487.
Urbanizaciones Ensayos que deben realizarse - Ensayo de penetración estándar (SPT). ASTM-D 1586 Propósito del ensayo: extraer muestras de suelo representativas y continuas para utilizarlas en los diferentes ensayos de laboratorio en la obtención de parámetros del suelo, las muestras son alteradas. Definir la estratigrafía del suelo hasta profundidad de sondeo. Establecer la resistencia del suelo en base al número de golpes de la prueba de penetración estándar. Obtener en forma indirecta el ángulo de fricción interna Φ, la cohesión "c" y la compacidad relativa del suelo, haciendo uso de gráficos de correlación. Delimitar zonas de suelos desfavorables, por ejemplo: suelos en estado suelto, suelos contaminados (con ripio, materia Orgánica, etc.), o suelos muy húmedos, suelos útiles y no útiles. Hacer recomendaciones para la cimentación de las unidades habitacionales. - Contenido de humedad. ASTM-D 2216 Propósito del ensayo: Determinar condiciones de humedad prevalecientes en los estratos de suelo donde se cimentarán las estructuras y dar recomendaciones, también determinar las condiciones de humedad a las que estarán sometidas la obras principales y complementarias que deben realizarse en el desarrollo constructivo de dichas urbanizaciones, incluyendo taludes y terraplenes. Determinar filtraciones, flujos de agua subterránea, u otros problemas de esta índole. Establecer condiciones de humedad de suelo respecto al límite líquido y límite plástico. Control de humedad óptima de compactación en el campo. - Descripción e identificación de suelos (procedimientos visual manual). ASTM-D 2488. - Análisis granulométrico de los suelos. ASTM-D 422. Propósito del ensayo: clasificar los diferentes tipos de suelo existentes. - Límite líquido, límite plástico, índice plástico. Propósito del ensayo: determinar el grado de tiene el suelo para dar recomendaciones para su control.
ASTM-D 4318. plasticidad que
- Clasificación de suelos para propósitos de ingeniería. ASTM-D 2487.
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- Ensayo de compactación de laboratorio. ASTM-D 1557 (próctor modificado). Propósito del ensayo: Establecer la curva densidad-humedad del suelo y por medio de ésta, obtener el contenido de humedad óptima y la densidad máxima de compactación, que servirá de patrón de control para la compactación en el campo, en las obras que requieran terracerías y conformación de subrasantes de proyecto. - Prueba de densidad de campo. ASTM-D 1556 (método del cono de arena). Propósito del ensayo: para control de compactación de las capas de suelo en el campo al momento de compactar de acuerdo a la densidad máxima obtenida en el ensayo de compactación en el laboratorio. Se recomienda la prueba de compactación próctor modificada, debido a que la energía de compactación que este ensayo proporciona, es similar a la energía de compactación que la maquinaria pesada de compactación proporciona (E=2710 Kg-Joule/m3. )
Edificios de 2 a 6 niveles y Fábricas Ensayos que deben realizarse - Ensayo de penetración estándar (SPT). ASTM-D 1586. Propósito del ensayo: Extraer muestras de suelo representativas y continuas para utilizarlas en los diferentes ensayos de laboratorio, las muestras son alteradas. Definir la estratigrafía del suelo hasta profundidad de sondeo. Establecer la resistencia del suelo en base al número de golpes (N) de la prueba de penetración estándar. Obtener en forma indirecta el ángulo de fricción interna Φ, la cohesión "C" y la compacidad relativa del suelo haciendo uso de gráficos de correlación. Establecer estratos críticos de suelo, por ejemplo suelos en estado suelto, saturados, contaminados, rellenos misceláneos. - Contenido de humedad. ASTM-D 2216 Propósito del ensayo: Determinar las condiciones prevalecientes en los estratos de suelo donde se cimentarán las estructuras y dar recomendaciones. Determinar si existen filtraciones, flujos de aguas subterráneas, u otro problema de este tipo. Para control de la humedad óptima de compactación en el campo. -
Clasificación de suelos para propósitos de ingeniería. ASTM-D 2487.
- Descripción e identificación manual) ASTM-D 2488.
de
suelos
(procedimiento
- Análisis granulométrico de los suelos. ASTM-D 422 Propósitos del ensayo: Clasificar los diferentes tipos de suelos existentes. - Límite líquido, límite plástico, índice plástico. ASTM-D 4318.
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visual
Propósito del ensayo: Determinar el grado de plasticidad que tiene el suelo y dar recomendaciones para su control. - Propiedades gravimétricas y volumétricas. Propósito del ensayo: Para definir las condiciones naturales del suelo (compacidad, grado de saturación, etc.), para determinar propiedades físico-mecánicas del suelo, así como hacer algunas correlaciones en la determinación de criterios de diseño. - Ensayo de compresión triaxial. ASTM-D 2850 (prueba Q). Propósito del ensayo: determinar el ángulo de fricción interna Φ, la cohesión "C", y con estos determinar la resistencia al esfuerzo cortante del suelo. - Ensayo de compactación de laboratorio. ASTM-D 598 (próctor estándar). Propósito del ensayo: establecer la curva de humedad-densidad del suelo, y a través de esta obtener el contenido de humedad óptima y densidad de compactación máxima, que servirá de patrón de control para la compactación en el campo. - Prueba de densidad de campo. ASTM-D 1556 (método del cono de arena). Propósito del ensayo: controlar la calidad de compactación de las capas de suelo en el campo, de acuerdo a la densidad obtenida en el ensayo de compactación de laboratorio. Cuando en el sondeo se encuentre un estrato deformable (arcilla), cuyo límite líquido sea mayor del 50%, se deben realizar ensayos de consolidación para predecir los posibles asentamientos, especialmente en obras clasificadas en los grupos I y II del Reglamento de Emergencia de Diseño Sísmico de El Salvador. Se recomienda que por lo menos se haga una prueba de compresión triaxial para que los resultados de esta sirvan de patrón de comparación para los resultados del ensayo de penetración estándar, de manera que el estudio se vuelva más económico. Se recomienda para este caso el ensayo de compactación próctor estándar, cuya energía de compactación (E=593.7 Kg-Joule/m3), es similar a la que proporciona el equipo de compactación liviano que se utiliza en este tipo de obras (bailarinas, pisones manuales, etc.).
Carreteras Ensayos que deben realizarse - Ensayo de penetración estándar (SPT). ASTM-D 1586 Propósito del ensayo: Extraer muestras de suelo representativas y continuas, para utilizarlas en los diferentes ensayos de laboratorio en la obtención de parámetros del suelo; las muestras son alteradas. Obtener la estratigrafía del suelo hasta profundidad de sondeo. Establecer la resistencia del suelo en base al número de golpes (N) de la
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prueba de penetración estándar; obtener en forma indirecta el ángulo de fricción interna Φ, cohesión "C" y la compacidad relativa del suelo haciendo uso de gráficos de correlación. Establecer zonas de banco de préstamo. Establecer zonas y estratos críticos (suelo en estado suelto, pantanoso, contaminado, etc.). Definir suelos firmes para sustentar la subrasante del proyecto y garantizar la firmeza del pavimento. - Contenido de humedad. ASTM-D 2216 Propósito del ensayo: Determinar las condiciones de humedad en la superficie próxima a la cota de la subrasante. Para el control de la humedad óptima de compactación en la restitución o sustitución de suelo. Evidenciar nivel freático, filtraciones, etc. - Clasificación de los suelos para propósitos de ingeniería. AASHT0-M145. - Descripción e identificación de suelos (procedimiento visual manual) ASTM-D2488. - Análisis granulométrico de los suelos. ASTM-D 422 Y AASHT0-T87 y 88. Propósito del ensayo: Clasificación e identificación de los suelos ingenieriles. Criterios de aceptabilidad de los suelos que conformarán la base, subbase, etc., en carreteras. Para estimar en forma indirecta la permeabilidad de los suelos. Determinar las características físicas del material que conformará la base y subbase del pavimento; en la exploración de bancos de préstamo. - Límite líquido, límite plástico, índice plástico. ASTM-D 4318 Propósito del ensayo: Controlar las características plásticas del material que conformará la subrasante para la colocación de las bases y subbases de pavimentos. - Ensayo de compactación de laboratorio. AASHTO-T 180 (próctor modificado). Propósito del ensayo: Establecer la curva humedad-densidad del suelo y por medio de ésta, obtener el contenido de humedad óptima y la densidad máxima de compactación, que servirá de patrón de control para la compactación en el campo. Para compactar las muestras que se utilizarán en el ensayo de CBR. - Ensayo de relación de soporte de california (CBR). AASHTO-T 193 Propósito del ensayo: Medir la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas, como una forma de evaluar la capacidad de un soporte de un suelo, para ser utilizados en la conformación de la subrasante, o material de base en la construcción de carreteras. - Prueba de densidad de campo. ASTM-D 1556 (método del cono de arena). Propósito del ensayo: Control de la calidad de compactación de las capas de suelo en el campo. El ensayo de CBR, se recomienda realizarlo a cada kilómetro para asegurarse de que la capacidad soportante del suelo se dé a lo largo del tramo de la carretera. Este
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ensayo también será necesario realizarlo en los bancos de préstamos, y determinar si el material se puede usar en bases y subbases de pavimento. En caso de encontrarse suelos arcillosos, deberá realizarse el ensayo de compactación de laboratorio con el equipo mini Harvard.
Puentes Ensayos que deben realizarse - Ensayo de penetración estándar (SPT). ASTM-D 1586 Propósito del ensayo: Extraer muestras representativas y continuas para utilizarlas en los diferentes ensayos de laboratorio, la obtención de parámetros; las muestras son alteradas. Definir la estratigrafía del suelo hasta profundidad de sondeo. Establecer la resistencia del suelo en base al número de golpes (N) de la prueba de penetración estándar. Obtener en forma indirecta el ángulo de fricción interna Φ, la cohesión "C" y la compacidad relativa del suelo, haciendo uso de gráficos de correlación, para establecer la resistencia del estrato donde se cimentará la estructura, y para verificar la estabilidad de las laderas adyacentes. Encontrar el estrato resistente de suelo o roca. Extraer muestras de suelo relativamente inalteradas por medio de tubos de pared delgada de estratos muy profundos, (usando tubos Shellby) a los que se les inducen alta presión para la obtención de la muestra inalterada. - Contenido de humedad. ASTM-D 2216. Propósito del ensayo: determinar las condiciones de humedad prevalecientes en los estratos de suelo donde se cimentarán las estructuras y dar recomendaciones para su control. Determinar filtraciones, nivel freático, influencia del río, etc. - Clasificación de suelos para propósitos de ingeniería.
ASTM-D 24R7.
- Descripción e identificación de suelos (procedimiento visual manual) ASTM-D 2488. - Análisis granulométrico de los suelos. ASTM-D 422. Propósito del ensayo: Clasificar los diferentes tipos de suelo existentes. Estimar en forma indirecta la permeabilidad del suelo. - Límite líquido, límite plástico, índice plástico. ASTM-D 4318. Propósito del ensayo: Determinar el grado de plasticidad que tiene el suelo para dar recomendaciones para su control. - Prueba de compresión triaxial. ASTM-D 2850 (prueba Q).
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Propósito del ensayo: Determinar la resistencia al esfuerzo cortante del estrato resistente encontrado (por medio de la prueba de penetración estándar), donde se cimentará la estructura. - Ensayo de permeabilidad. ASTM-D 2434. Propósito del ensayo: Determinar el coeficiente de permeabilidad del suelo para predecir posibles tubificaciones y socavaciones en el suelo.El objetivo de los sondeo de este tipo de obras, es determinar principalmente el manto rocoso o un estrato de suelo muy firme, donde cimentar la estructura, y si es necesario cómo y dónde ubicar pilotes. Las recomendaciones técnicas para las fundaciones se harán en base a los resultados obtenidos de practicar los sondeos al subsuelo, a las profundidades requeridas según se vaya profundizando. Si el estrato de suelo firme, se encuentra a gran profundidad, deberá extraerse una muestra de suelo relativamente inalterada por medio de un tubo de pared delgada, y a ésta se le hará un ensayo de compresión triaxial, para determinar la resistencia al esfuerzo cortante del estrato de suelo.
Cajas y bóvedas Ensayos que deben realizarse - Ensayo de penetración estándar (SPT). ASTM-D 1586 Propósito del ensayo: Extraer muestras de suelo representativas y continuas y utilizarlas en los diferentes ensayos; las muestras son alteradas. Definir la estratigrafía del suelo hasta la profundidad de sondeo. Establecer la resistencia del suelo en base al número de golpes (N) de la prueba de penetración estándar. Obtener en forma indirecta el ángulo de fricción interna Φ, la cohesión "C" y la compacidad relativa del suelo a través de gráficos de correlación para determinar las propiedades y parámetros del estrato de suelo donde se cimentará la estructura; y los taludes adyacente, sus empujes y estabilidad, lo que influye en el funcionamiento de la bóveda. Detectar estratos críticos (suelos en estado suelto, saturados, rellenos misceláneos, etc.). - Contenido de humedad. ASTM-D 2216. Propósito del ensayo: Determinar las condiciones de humedad prevalecientes en los estratos de suelo donde se cimentarán las estructuras y dar recomendaciones para su control. Determinar filtraciones, flujos de aguas subterráneas, humedad permanente excesiva, etc. - Propiedades gravimétricas y volumétricas. Propósitos del ensayo: Definir las condiciones naturales del suelo (consistencia, densidad, contenido de aire y agua, estructura, etc.) y utilizarlos en cálculos para determinar las propiedades mecánicas del suelo. - Clasificación de suelos para propósitos de ingeniería. ASTM-D 2487.
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- Identificación y descripción de suelos (procedimiento visual manual) ASTM-D 2488. - Análisis granulométrico de los suelos. ASTM-D 422 Propósito del ensayo: Clasificar los diferentes tipos de suelo existente. Estimar en forma indirecta la permeabilidad del suelo. - Límites líquidos, límite plástico, índice de plasticidad. ASTM-D 4318. Propósito del ensayo: Determinar el grado de plasticidad que tiene el suelo, y dar recomendaciones para su control. Deberá realizarse ensayos de permeabilidad para predecir posibles socavaciones en donde se cimentará la estructura. Para el caso de cajas y bóvedas de gran magnitud, deberán hacerse sondeos sobre el eje central y sobre los ejes de cimentación, también en las laderas donde se construirán los aletones de la bóveda. Debido a que en las zonas donde se localizan quebradas, se encuentran materiales depositados, saturaciones, boleos, ripio, material misceláneo, etc., se recomienda hacer un mayor número de sondeo en la zona de estudio, con el fin de detallar mejor el estado del suelo, especialmente en cajas, debido a que su cimentación es una losa.
Muros Ensayos que deben realizarse - Ensayo de penetración estándar (SPT). ASTM-D 1586 Propósito de ensayo: Extraer muestras del suelo representativas y continuas, para utilizarlas en los diferentes ensayos de laboratorio; estas muestras son alteradas. Definir la estratigrafía del suelo hasta profundidad de sondeo. Establecer la resistencia del suelo en base al número de golpes (N) de la prueba de penetración estándar. Obtener en forma indirecta el ángulo de fricción interna Φ, la cohesión "C" y la compacidad relativa del suelo; haciendo uso de gráficos de correlación, en donde se cimentará la estructura, y para determinar el empuje del suelo. Detectar estratos críticos (suelos en estado suelto, saturados, rellenos misceláneos, etc.). - Contenido de humedad. ASTM-D 2216. Propósito del ensayo: Determinar las condiciones prevalecientes de humedad en los estratos de suelo y dar recomendaciones. Determinar filtraciones, flujos de agua subterráneas, lo cual garantizará las condiciones de sustentación de la estabilidad del muro: deslizamiento, volteo, hundimiento, etc.). - Clasificación de suelos para propósitos de ingeniería.
ASTM-D 2487.
- Descripción e identificación de suelos (procedimiento visual manual) ASTM-D 2488.
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- Análisis granulométrico de los suelos. ASTM-D 422. Propósito del ensayo: Clasificar los diferentes tipos de suelo existentes. Límite líquido, límite plástico, índice plástico. ASTM-D 4318. Propósito del ensayo: Determinar el grado de plasticidad que tiene el suelo y dar recomendaciones para su control.
Laderas (taludes) Ensayos que se deben realizar - Ensayo de penetración estándar (SPT). ASTM-D 1586 Propósito del ensayo: Extraer muestras representativas y continuas para utilizarlas en los diferentes ensayos de laboratorio; las muestras son alteradas. Definir la estratigrafía del suelo hasta profundidad de sondeo. Establecer la resistencia del suelo en base al número de golpes (N) de la prueba de penetración estándar. Obtener en forma indirecta el ángulo de fricción interna Φ, la cohesión "C", y la compacidad relativa del suelo para determinar la estabilidad del talud. Detectar estratos críticos (suelos en estado suelto, saturados, etc.). - Contenido de humedad. ASTM-D 2216 Propósito del ensayo: Determinar las condiciones prevalecientes de humedad en el talud y en los estratos de suelo subyacentes al talud. Determinar filtraciones, flujos de aguas subterráneas, etc. - Clasificación de suelos para propósitos de ingeniería. ASTM-D 2487. - Identificación y descripción de suelos (procedimiento visual manual). ASTM-D 2488. - Análisis granulométrico do los suelos. ASTM-D 422. Propósito del ensayo: Clasificar los diferentes tipos de suelos existentes. Límite líquido, límite plástico, índice plástico. ASTM-D 4318. Propósito del ensayo: Determinar el grado de plasticidad del suelo y dar recomendaciones para su control. La prueba básica, es la prueba de penetración estándar, ya que mediante esta se correlaciona los valores de “Φ” y “C”, a lo largo y alto del talud, que son en última instancia las propiedades que dan la estabilidad.
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Banco de préstamo Ensayos que deben realizarse - Ensayos de penetración estándar (SPT). ASTM-D 1586. Propósito del ensayo: extraer muestras representativas y continuas y utilizarlas en los ensayos de clasificación. Definir la estratigrafía hasta la profundidad de sondeo, en forma precisa para establecer inventario de materiales (volúmenes). - Contenido de humedad. ASTM-D 2216. Propósito del ensayo: determinar las condiciones prevalecientes de humedad en el suelo. - Clasificación de suelos para propósitos de ingeniería. ASTM-D 2487. - Descripción e identificación de suelos (procedimiento visual manual). ASTM-D 2488 Análisis granulométrico de los suelos. ASTM-D 422 Propósito del ensayo: Clasificar los diferentes tipos de suelo existente. Para criterios de aceptabilidad del suelo. Limite líquido, límite plástico, índice plástico. ASTM-D 4318. Propósito del ensayo: Determinar el grado de plasticidad que tiene el suelo para definir su aceptabilidad.
Tuberías para obras de paso en carreteras Generalmente para este tipo de obras sólo se realiza la prueba de penetración estándar para verificar los tipos de materiales que se encuentran a lo largo de la línea de excavación, para la estimación de presupuestos. Si estos no son complejos. Para obras de paso importantes, el criterio se puede adoptar como el descrito para puentes y bóvedas y cajas.
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MARCO NORMATIVO SALVADOREÑO PARA LA PRESENTACIÓN DE LOS REPORTES GEOTÉCNICOS Los formatos deben poseer cierta flexibilidad en la presentación de la información, porque no hay guías escritas que gobiernen los contenidos de un reporte técnico de suelos. La calidad y utilidad de un reporte de suelos depende de la experiencia y capacidad de su autor y del nivel de comprensión alcanzado entre el cliente y el ingeniero de suelos bajo diferentes apremios: económicos, la naturaleza del proyecto, o impuestos por el ingeniero estructural. Tal como se establece en los Artículos 46 y 47 del REGLAMENTO DE EMERGENCIA DEL DISEÑO SISMICO PARA LA REPUBLICA DE EL SALVADOR, el reporte geotécnico debe de contener como mínimo la siguiente información: Capacidad de carga admisible, identificación y clasificación del suelo, condiciones de humedad, límites de consistencia, presencia de agentes contaminantes y flujos de aguas subterráneos; así como también, la definición de la profundidad mínima de desplante de las cimentaciones, a niveles bajo los cuales no existan cantidades perjudiciales de material orgánico y el suelo posea características mínimas aceptables. Para estructuras clasificadas como de Categoría de Ocupación I, además deberá considerarse en el reporte la identificación y ubicación de fallas geológicas, así como todos los ensayos adicionales que a criterio del geotecnista y diseñador estructural, se requieran.
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CONCLUSIÓN
Con los ensayos que se hagan al suelo, de acuerdo al tipo de obra y al tipo de suelo, se pretende obtener las características y propiedades físicas y mecánicas que se consideran primordiales y suficientes para garantizar la seguridad a las construcciones.
El número y tipo de ensayos queda a criterio del ingeniero geotecnista y estructurista en base al tipo de obra a realizar y por lo tanto los ensayos no serán los mismos en todos los casos.
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Bibliografía •
MANUAL DE MECANICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES AUTOR: ANGEL MUELAS RODRIGUEZ
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NORMA TECNICA PARA DISEÑO DE CIMENTACIONES Y ESTABILIDAD DE TALUDES - MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS, REPUBLICA DE EL SALVADOR.
•
TESIS UES - GUÍA PARA PRUEBAS DE SUELOS QUE SE REALIZAN EN CAMPO Y EN EL LABORATORIO APLICADAS EN OBRAS DE INGENIERIA CIVIL, NESTOR CALDERON – OSCAR CHAVEZ – RAMÓN LOPEZ – HERBERT PERDOMO, EL SALVADOR 1993.
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