Estudio experimental del módulo de reacción de la subrasante mediante el ensayo de Gato Plano en el plano horizontal

Texto completo

(1)ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL. ESTUDIO EXPERIMENTAL DEL MÓDULO DE REACCIÓN DE LA SUBRASANTE MEDIANTE EL ENSAYO DE GATO PLANO EN EL PLANO HORIZONTAL. PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL MENCIÓN ESTRUCTURAS. ELIANA MAGALY BUITRÓN HERNÁNDEZ [email protected]. DIRECTOR: M.Sc. ING. JORGE ENRIQUE VALVERDE BARBA [email protected] CO-DIRECTOR: ING. MBA. GERMÁN LUNA HERMOSA [email protected]. Quito, Mayo 2017.

(2) II. DECLARACIÓN. Yo, Eliana Magaly Buitrón Hernández, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.. La Escuela Politécnica Nacional puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente. ______________________________________________________. ELIANA MAGALY BUITRÓN HERNÁNDEZ.

(3) III. CERTIFICACIÓN. Certificamos que el presente trabajo fue desarrollado por Eliana Magaly Buitrón Hernández, bajo nuestra supervisión.. __________________________. ___________________________. M.Sc. ING. JORGE VALVERDE. ING. MBA. GERMÁN LUNA. DIRECTOR DEL PROYECTO. CO-DIRECTOR DEL PROYECTO.

(4) IV. AGRADECIMIENTO. Quiero agradecer a Dios por guiar mi camino y darme la fortaleza para luchar por mis sueños.. A mis padres por brindarme todo su amor y apoyarme en cada decisión que he tomado a lo largo de toda mi vida, a mi hermano quien ha sido mi segundo padre, mi ejemplo de superación y fortaleza, a mis hermanas por estar siempre a mi lado apoyándome y alentándome para no desmayar, y a mi tía Doris por su apoyo.. Un agradecimiento muy especial para mi director de tesis, el Msc. Ing. Jorge Valverde, por todo el apoyo, dedicación y conocimiento impartido a lo largo de toda mi carrera y sobretodo en la realización de este proyecto de titulación.. A mi co-director de tesis el Ing. Germán Luna, por su tiempo y conocimientos a lo largo de toda la carrera, y por brindarme su ayuda para que llegue a buen término este proyecto.. A todo el personal del Laboratorio de Ensayo de Materiales, Suelos y Rocas (LEMSUR), Ing. Mercedes Villacís, Ing. Paul Zúñiga, Ing. Liseth Orbe, Ing. Gustavo Martínez, por toda la información y colaboración facilitada.. A Karina e Iván por su apoyo en la realización de este proyecto de titulación, gracias a ellos todo fue más fácil y a mis amigas Mercy, Gaby, Taty, Ángeles, Lily y Belén, por enseñarme que lo más valioso que una persona puede brindar es la amistad sincera.. A Gabriel quien ha sido un apoyo fundamental a lo largo de toda mi carrera, quien ha estado conmigo en los buenos y malos momentos, brindándome todo su amor y compresión..

(5) V. DEDICATORIA. Quiero dedicar uno de los mayores sueños que he tenido, a mis padres Clemente y Olga, quienes son mis inspiración y sin ellos nada de esto hubiese sido posible.. A mis hermanos, Daniel, Jaqueline y Lisbeth, con los que he compartido los mejores momentos de mi vida y son quienes logran sacarme una sonrisa con sus ocurrencias diarias.. A mis sobrinos, Andrey, Camila, Christian y Hazel que a pesar de lo pequeños que son me brindan su inmenso amor y me dan la fuerza por seguir cumpliendo grandes sueños en mi vida.. A la persona que ha logrado ganarse mi corazón día a día y ha estado conmigo cuando más he necesitado a alguien en mi vida, Gabriel..

(6) VI. CONTENIDO DECLARACIÓN ..................................................................................................... II CERTIFICACIÓN .................................................................................................. III AGRADECIMIENTO .............................................................................................. IV DEDICATORIA ....................................................................................................... V CONTENIDO ......................................................................................................... VI ÍNDICE DE FIGURAS ........................................................................................... XI ÍNDICE DE TABLAS ........................................................................................... XIII ÍNDICE DE FOTOGRAFÍAS................................................................................. XV ÍNDICE DE GRÁFICOS ..................................................................................... XVII RESUMEN ........................................................................................................... XX ABSTRACT ......................................................................................................... XXI PRESENTACIÓN ............................................................................................... XXII CAPÍTULO 1 .......................................................................................................... 1 GENERALIDADES ................................................................................................. 1 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................... 1 1.2 JUSTIFICACIÓN ........................................................................................... 2 1.3 OBJETIVOS .................................................................................................. 4 1.3.1 OBJETIVO GENERAL ............................................................................ 4 1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................... 4 1.4 DESCRIPCIÓN GEOLÓGICA DE LA CIUDAD DE QUITO .......................... 4 1.4.1 CANGAHUA ........................................................................................... 5 1.4.1.1 Teodoro Wolf ................................................................................... 5 1.4.1.2 Walter Sauer .................................................................................... 6 1.4.1.3 Clasificación de la Cangahua .......................................................... 7 1.4.1.3.1 Cangahua Primaria ................................................................... 7.

(7) VII. 1.4.1.3.2 Cangahua Secundaria .............................................................. 7 1.4.2 UBICACIÓN DE LOS SITIOS DE ENSAYO CON GATO PLANO .......... 7 1.4.2.1 SITIO Nº 1 CONTRUIBLEC ........................................................... 10 1.4.2.2 SITIO Nº 2 PEGASSO ................................................................... 10 1.4.2.3 SITIO Nº 3 VIDAL .......................................................................... 11 1.4.2.4 SITIO Nº 4 FREIBURG .................................................................. 12 1.4.2.5 SITIO Nº 5 SANTA LUCÍA ............................................................. 12 1.4.2.6 SITIO Nº 6 FIRENZE ..................................................................... 13 1.4.2.7 SITIO Nº 7 DIVINO NIÑO .............................................................. 14 1.4.2.8 SITIO Nº 8 KIEL ............................................................................. 14 1.4.2.9 SITIO Nº 9 KRUMLOV ................................................................... 15 1.4.2.10 SITIO Nº 10 LA VICTORIA .......................................................... 16 1.4.3 PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LA CANGAHUA ........... 16 1.4.3.1 Propiedades físicas ....................................................................... 17 1.4.3.1.1 Granulometría y Clasificación SUCS ...................................... 17 1.4.3.1.2 Contenido de humedad ........................................................... 18 1.4.3.1.3 Peso unitario ........................................................................... 19 1.4.3.1.4 Límites de Atterberg ................................................................ 20 1.4.3.2 Propiedades mecánicas ................................................................ 25 1.4.3.2.1 Cohesión ................................................................................. 25 1.4.3.2.2 Ángulo de fricción interna ........................................................ 26 CAPÍTULO 2 ........................................................................................................ 27 MARCO TEÓRICO............................................................................................... 27 2.1 MÓDULO DE REACCIÓN DE LA SUBRASANTE ...................................... 27 2.1.1 INTRODUCCIÓN .................................................................................. 27 2.2.2 MODELO DE WINKLER ................................................................... 27 2.2 ENSAYO DE PLACA DE CARGA ............................................................... 30.

(8) VIII. 2.2.1 EQUIPO UTILIZADO ........................................................................... 31 2.2.2 PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO (ASTM E2835-11) .......................... 33 2.2.3 DETERMINACIÓN MÓDULO DE REACCIÓN DE LA SUBRASANTE . 35 2.3 CAPACIDAD DE CARGA SEGÚN TERZAGHI ........................................... 36 CAPÍTULO 3 ........................................................................................................ 42 ENSAYO DE GATO PLANO ................................................................................ 42 3.1 INTRODUCCIÓN ........................................................................................ 42 3.2 GATO PLANO ............................................................................................. 42 3.2.1 DESCRIPCIÓN DEL ENSAYO ............................................................. 44 3.2.1.1 ENSAYO SIMPLE – ESTIMACIÓN DEL ESTADO TENSIONAL A COMPRESIÓN .......................................................................................... 44 3.2.1.2. ENSAYO. DOBLE. –. DETERMINACIÓN. DE. LAS. CARACTERÍSTICAS DE DEFORMABILIDAD .......................................... 46 3.3 CALIBRACIÓN GATO PLANO.................................................................... 47 3.3.1 COEFICIENTE DEL GATO PLANO DEBIDO A LA PRESIÓN (km) ..... 48 3.3.2 COEFICIENTE DEL GATO PLANO DEBIDO AL ÁREA (ka) ............... 54 3.4 PRUEBA PILOTO ....................................................................................... 56 3.4.1 PUNTOS DE CONTROL ...................................................................... 56 3.4.2 EJECUCIÓN DE LA RANURA Y PRESURIZACIÓN DEL GATO PLANO ....................................................................................................................... 58 3.4.3 DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE BALASTO PARA LA PRUEBA PILOTO .......................................................................................... 58 3.5 METODOLOGÍA DE ENSAYO DE GATO PLANO ..................................... 63 3.5.1 DESBROCE Y LIMPIEZA DEL TERRENO ........................................... 63 3.5.2 REPLANTEO DE PUNTOS DE CONTROL Y NIVELACIÓN ................ 64 3.5.3 COLOCACIÓN DE PINES DE CONTROL ............................................ 65 3.5.4 REGISTRO DE DISTANCIAS INCIALES ............................................. 65.

(9) IX. 3.5.5 REALIZACIÓN DE LA HENDIDURA .................................................... 67 3.5.6 PURGADO DEL SISTEMA HIDRÁULICO Y COLOCACIÓN DEL GATO PLANO........................................................................................................... 68 3.5.7 EJECUCIÓN DEL ENSAYO ................................................................. 69 3.5.8 DESCONEXIÓN DE LOS EQUIPOS .................................................... 71 3.6 ENSAYO TRIAXIAL (ASTM D 2850) .......................................................... 72 3.6.1 ENSAYO TRIAXIAL UU (NO CONSOLIDADO NO DRENADO - ASTM D 2850-15) ........................................................................................................ 73 3.6.2 CORRECCIÓN DE COHESIÓN Y ÁNGULO DE FRICCIÓN PARA CÁLCULO DE CAPACIDAD DE CARGA ...................................................... 76 CAPÍTULO 4 ........................................................................................................ 79 ANÁLISIS DE RESULTADOS .............................................................................. 79 4.1 ENSAYO DE GATO PLANO ....................................................................... 79 4.1.1 CONSTRUIBLEC .................................................................................. 79 4.1.2 PEGASSO ............................................................................................ 81 4.1.3 VIDAL ................................................................................................... 82 4.1.4 FREIBURG ........................................................................................... 84 4.1.5 SANTA LUCÍA ...................................................................................... 85 4.1.6 FIRENZE .............................................................................................. 87 4.1.7 DIVINO NIÑO ....................................................................................... 88 4.1.8 KIEL ...................................................................................................... 90 4.1.9 KRUMLOV ............................................................................................ 91 4.1.10 LA VICTORIA...................................................................................... 93 4.2. OBTENCIÓN DEL MÓDULO DE REACCIÓN DE LA SUBRASANTE ....... 94 4.3 ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE DATOS ........................................................ 96 4.3.1 DESVIACIÓN ESTÁNDAR TÍPICA S ................................................... 96 4.3.2 DESVIACIÓN ESTÁNDAR TÍPICA 2S ................................................. 99.

(10) X. 4.3.3 DESVIACIÓN ESTÁNDAR TÍPICA 3S ............................................... 102 4.4 CORRELACIONES DEL MÓDULO DE REACCIÓN DE LA SUBRASANTE OBTENIDO CON GATO PLANO .................................................................... 105 4.4.1 ENSAYO TRIAXIAL UU ...................................................................... 105 4.4.2 CAPACIDAD DE CARGA SEGÚN TERZAGHI .................................. 108 4.4.3 MÓDULO DE REACCIÓN DE LA SUBRASANTE MEDIANTE LA FÓRMULA VÉSIC ....................................................................................... 111 4.4.4 MÓDULO DE REACCIÓN DE LA SUBRASANTE MEDIANTE LA FÓRMULA BOWLES ................................................................................... 114 4.4.5 CORRELACIÓN ENTRE kS GATO PLANO Y kS PLACA DE CARGA 116 CAPÍTULO 5 ...................................................................................................... 126 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ..................................................... 126 5.1 CONCLUSIONES ..................................................................................... 126 5.2 RECOMENDACIONES ............................................................................. 129 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................... 132 ANEXOS ............................................................................................................ 137 ANEXO No 1 ...................................................................................................... 138 INFORMES DE LABORATORIO: CLASIFICACIÓN DE SUELOS, ENSAYO TRIAXIAL UU ..................................................................................................... 138 ANEXO No 2 ...................................................................................................... 191 TABLAS DE DATOS .......................................................................................... 191.

(11) XI. ÍNDICE DE FIGURAS FIGURA 1.1 PLANO HORIZONTAL Y VERTICAL ................................................. 2 FIGURA 1.2 DISTRITO METROPOLITANO DE QUITO ........................................ 8 FIGURA 1.3 SITIOS PARA EL ENSAYO DE GATO PLANO ................................. 9 FIGURA 1.4 UBICACIÓN DE LAS MUESTRAS ANALIZADAS EN LA CARTA DE PLASTICIDAD ...................................................................................................... 17 FIGURA 1.5 LÍMITES DE ATTERBERG .............................................................. 21 FIGURA 1.6 DETERMINACIÓN LÍMITE LÍQUIDO ............................................... 22 FIGURA 1.7 REALIZACIÓN DE CILINDROS PARA DETERMINAR LÍMITE PLÁSTICO............................................................................................................ 23 FIGURA 2.1 MODELO ELÁSTICO DE WINKLER ............................................... 28 FIGURA 2.2 ESQUEMA GENERAL ENSAYO DE PLACA DE CARGA ............... 30 FIGURA 2.3 EQUIPO UTILIZADO PARA ENSAYO DE PLACA DE CARGA ...... 32 FIGURA 2.4 CONJUNTO GATO HIDRÁULICO .................................................. 32 FIGURA 2.5 COLOCACIÓN DE DEFORMÍMETROS .......................................... 33 FIGURA 2.6 DETERMINACIÓN COEFICIENTE DE BALASTO .......................... 35 FIGURA 2.7 MECANISMO DE FALLA PROPUESTO POR TERZAGHI .............. 37 FIGURA 2.8 FACTORES DE CAPACIDAD DE CARGA ...................................... 40. FIGURA 3.1 TIPOS DE GATO PLANO ................................................................ 43 FIGURA 3.2 GATO PLANO.................................................................................. 44 FIGURA 3.3 ESQUEMA ENSAYO DE GATO PLANO ......................................... 45 FIGURA 3.4 COLOCACIÓN PUNTOS DE CONTROL ........................................ 46 FIGURA 3.5 ESQUEMA PROCEDIMIENTO DE CALIBRACIÓN DE UN GATO PLANO ................................................................................................................. 48 FIGURA 3.6 ÁREA TOTAL APROXIMADA DEL GATO PLANO.......................... 54 FIGURA 3.7 ESQUEMA DE LA RANURA EN EL SUELO ................................... 55 FIGURA 3.8 ESQUEMA COLOCACIÓN PINES DE CONTROL PLANO HORIZONTAL ...................................................................................................... 57 FIGURA 3.9 ESQUEMA DEFORMACIONES RELATIVAS .................................. 59.

(12) XII. FIGURA 3.10 ESQUEMA DEFORMACIONES TOTALES EN CADA PUNTO DE CONTROL ............................................................................................................ 60 FIGURA 3.11 TALADRO MANUAL UTILIZADO PARA LA EJECUCIÓN DE LA HENDIDURA. ....................................................................................................... 67 FIGURA 3.12 SIGNIFICADO DE LONGITUD DE MEDIDA ................................. 74 FIGURA 3.13 ESFUERZO VS DEFORMACIÓN UNITARIA ................................ 77 FIGURA 3.14 CÍRCULOS DE MOHR Y ENVOLVENTES DE FALLA .................. 78. FIGURA 4.1 SITIOS DE ENSAYO DE PLACA DE CARGA - ING. RODRIGO VÁSCONEZ........................................................................................................ 117 FIGURA 4.2 SITIOS DE ENSAYO DE GATO PLANO CERCANOS A SITIOS DE ENSAYO DE PLACA DE CARGA ...................................................................... 118. FIGURA 5.1 EQUIPO DE MEDICIÓN DE DISTANCIAS TIPO LÁSER .............. 130.

(13) XIII. ÍNDICE DE TABLAS TABLA 1.1 CLASIFICACIÓN SUCS ..................................................................... 18 TABLA 1.2 CONTENIDO DE HUMEDAD DE LOS DISTINTOS SITIOS DE PRUEBA............................................................................................................... 19 TABLA 1.3 CARACTERIZACIÓN DE SUELOS SEGÚN EL CONTENIDO DE HUMEDAD ........................................................................................................... 19 TABLA 1.4 PESO ESPECÍFICOS DE DISTINTOS SITIOS DE PRUEBA ............ 20 TABLA 1.5 LÍMITE LÍQUIDO ................................................................................ 22 TABLA 1.6 LÍMITE PLÁSTICO ............................................................................. 23 TABLA 1.7 ÍNDICE PLÁSTICO PARA SITIOS DE PRUEBA ............................... 24 TABLA 1.8 GRADO DE PLASTICIDAD DEL SUELO .......................................... 24 TABLA 1.9 COHESIÓN DEL SUELO ................................................................... 25 TABLA 1.10 ÁNGULO DE FRICCIÓN INTERNA DEL SUELO ............................ 26 TABLA 3.1 VALORES DE LA CONSTANTE DE GATO PLANO EN DIFERENTES CALIBRACIONES ................................................................................................ 53 TABLA 3.2 DEFORMACIONES RELATIVAS PARA CADA INCREMENTO DE PRESIÓN ............................................................................................................. 59 TABLA 3.3 DEFORMACIONES OBTENIDAS EN CADA PUNTO DE CONTROL 60 TABLA 3.4 COEFICIENTE DE BALASTO (PRUEBA PILOTO) ........................... 63 TABLA 3.5 CARACTERÍSTICAS DEL MICRÓMETRO ........................................ 66 TABLA 3.6 CARACTERÍSTICAS DEL MANÓMETRO ......................................... 70 TABLA 4.1 DEFORMACIONES CONSTRUIBLEC .............................................. 79 TABLA 4.2 DEFORMACIONES PEGASSO ......................................................... 81 TABLA 4.3 DEFORMACIONES VIDAL ................................................................ 82 TABLA 4.4 DEFORMACIONES FREIBURG ........................................................ 84 TABLA 4.5 DEFORMACIONES SANTA LUCÍA ................................................... 85 TABLA 4.6 DEFORMACIONES FIRENZE ........................................................... 87 TABLA 4.7 DEFORMACIONES DIVINO NIÑO .................................................... 88 TABLA 4.8 DEFORMACIONES KIEL ................................................................... 90 TABLA 4.9 DEFORMACIONES KRUMLOV ......................................................... 91.

(14) XIV. TABLA 4.10 DEFORMACIONES LA VICTORIA .................................................. 93 TABLA 4.11 MÓDULO DE REACCIÓN DE LA SUBRASANTE OBTENIDO CON EL ENSAYO DE GATO PLANO ........................................................................... 95 TABLA 4.12 ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE RESULTADOS – ENSAYO DE GATO PLANO ................................................................................................................. 97 TABLA 4.13 ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE RESULTADOS ................................. 97 TABLA 4.14 ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE RESULTADOS – ENSAYO DE GATO PLANO ............................................................................................................... 100 TABLA 4.15 ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE RESULTADOS ............................... 100 TABLA 4.16 ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE RESULTADOS – ENSAYO DE GATO PLANO ............................................................................................................... 103 TABLA 4.17 ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE RESULTADOS ............................... 103 TABLA 4.18 CONSTANTES A CONSIDERAR PARA FÓRMULA DE VÉSIC.... 111 TABLA 4.19 SITIOS ENSAYO PLACA DE CARGA CON SITIOS ENSAYO DE GATO PLANO .................................................................................................... 119 TABLA 4.20 MÓDULO DE REACCIÓN DE LA SUBRASANTE MEDIANTE ENSAYO DE PLACA DE CARGA ...................................................................... 119 TABLA 4.21 MÓDULO DE REACCIÓN DE LA SUBRASANTE CON PLACA DE CARGA DE 30 CM Y GATO PLANO ................................................................. 120 TABLA 4.22 COEFICIENTE DE BALASTO ....................................................... 123.

(15) XV. ÍNDICE DE FOTOGRAFÍAS FOTOGRAFÍA 1.1 SITIO DE ENSAYO DE GATO PLANO- CONSTRUIBLEC.... 10 FOTOGRAFÍA 1.2 SITIO DE ENSAYO DE GATO PLANO – PEGASSO ............ 11 FOTOGRAFÍA 1.3 SITIO DE ENSAYO DE GATO PLANO – RESIDENCIA VIDAL ............................................................................................................................. 11 FOTOGRAFÍA 1.4 SITIO DE ENSAYO DE GATO PLANO – FREIBURG ........... 12 FOTOGRAFÍA 1.5 SITIO DE ENSAYO DE GATO PLANO – SANTA LUCÍA ...... 13 FOTOGRAFÍA 1.6 SITIO DE ENSAYO DE GATO PLANO – FIRENZE .............. 13 FOTOGRAFÍA 1.7 SITIO DE ENSAYO DE GATO PLANO – DIVINO NIÑO........ 14 FOTOGRAFÍA 1.8 SITIO DE ENSAYO DE GATO PLANO – KIEL ...................... 15 FOTOGRAFÍA 1.9 SITIO DE ENSAYO DE GATO PLANO – KRUMLOV ............ 15 FOTOGRAFÍA 1.10 SITIO DE ENSAYO DE GATO PLANO – LA VICTORIA...... 16. FOTOGRAFÍA 3.1 COLOCACIÓN DE PLACAS DE ACERO PARA CALIBRACIÓN DEL GATO PLANO ..................................................................... 49 FOTOGRAFÍA 3.2 PROCESO DE CALIBRACIÓN DE GATO PLANO ................ 50 FOTOGRAFÍA 3.3 UBICACIÓN ENSAYO DE GATO PLANO EN LAS INSTALACIONES DE LA ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL ........................ 56 FOTOGRAFÍA 3.4 a) PROCESO DE MEDICIÓN PARA COLOCACIÓN DE PINES DE CONTROL, b) COLOCACIÓN DE PINES DE CONTROL.............................. 58 FOTOGRAFÍA 3.5 a) ELIMINACIÓN DE VEGETACIÓN, b) LIMPIEZA DEL TERRENO ............................................................................................................ 64 FOTOGRAFÍA 3.6 MARCADO DE LOS EJES ..................................................... 64 FOTOGRAFÍA 3.7 COLOCACIÓN DE PINES DE CONTROL ............................. 65 FOTOGRAFÍA 3.8 INSTRUMENTO UTILIZADO PARA TOMAR LA MEDIDA ENTRE PINES ..................................................................................................... 66 FOTOGRAFÍA 3.9 EJECUCIÓN DE LA HENDIDURA ......................................... 67 FOTOGRAFÍA 3.10 COLOCACIÓN DEL GATO PLANO ..................................... 68 FOTOGRAFÍA 3.11 AJUSTE DEL GATO PLANO AL TERRENO ....................... 69 FOTOGRAFÍA 3.12 SISTEMA DE CARGA .......................................................... 70.

(16) XVI. FOTOGRAFÍA 3.13 RANURAS DE LOS ENSAYOS DE GATO PLANO PARA DIFERENTES SITIOS .......................................................................................... 72.

(17) XVII. ÍNDICE DE GRÁFICOS GRÁFICO 3.1 DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DEL GATO PLANO (km) CALIBRACIÓN N° 1 ............................................................................................. 51 GRÁFICO 3.2 DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DEL GATO PLANO (km) CALIBRACIÓN N° 2 ............................................................................................. 52 GRÁFICO 3.3 DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DEL GATO PLANO (km) CALIBRACIÓN N° 3 ............................................................................................. 52 GRÁFICO 3.4 COEFICIENTE DE CALIBRACIÓN VS NÚMERO DE ENSAYOS 53 GRÁFICO 3.5 PRESIÓN VS DEFORMACIÓN EN LOS PUNTOS DE CONTROL 1-1’ ....................................................................................................................... 61 GRÁFICO 3.6 PRESIÓN VS DEFORMACIÓN EN LOS PUNTOS DE CONTROL 2- 2’ ...................................................................................................................... 62 GRÁFICO 3.7 PRESIÓN VS DEFORMACIÓN EN LOS PUNTOS DE CONTROL 3- 3’ ...................................................................................................................... 62 GRÁFICO 3.8 ESFUERZO VS DEFORMACIÓN TOTAL OBTENIDO MEDIANTE ENSAYO TRIAXIAL ............................................................................................. 75 GRÁFICO 3.9 COEFICIENTE DE BALASTO MEDIANTE ENSAYO TRIAXIAL .. 76. GRÁFICO 4.1 PRESIÓN VS DEFORMACIÓN EN LOS PUNTOS DE CONTROL 1 - 1' – CONSTRUIBLEC ........................................................................................ 80 GRÁFICO 4.2 PRESIÓN VS DEFORMACIÓN EN LOS PUNTOS DE CONTROL 2-2' – CONSTRUIBLEC ....................................................................................... 80 GRÁFICO 4.3 PRESIÓN VS DEFORMACIÓN EN LOS PUNTOS DE CONTROL 1-1' – PEGASSO .................................................................................................. 81 GRÁFICO 4.4 PRESIÓN VS DEFORMACIÓN EN LOS PUNTOS DE CONTROL 2-2' – PEGASSO .................................................................................................. 82 GRÁFICO 4.5 PRESIÓN VS DEFORMACIÓN EN LOS PUNTOS DE CONTROL 1-1' – VIDAL ......................................................................................................... 83 GRÁFICO 4.6 PRESIÓN VS DEFORMACIÓN EN LOS PUNTOS DE CONTROL 2-2' – VIDAL ......................................................................................................... 83.

(18) XVIII. GRÁFICO 4.7 PRESIÓN VS DEFORMACIÓN EN LOS PUNTOS DE CONTROL 1-1' – FREIBURG ................................................................................................. 84 GRÁFICO 4.8 PRESIÓN VS DEFORMACIÓN EN LOS PUNTOS DE CONTROL 2-2' – FREIBURG ................................................................................................. 85 GRÁFICO 4.9 PRESIÓN VS DEFORMACIÓN EN LOS PUNTOS DE CONTROL 1-1' – SANTA LUCÍA ............................................................................................ 86 GRÁFICO 4.10 PRESIÓN VS DEFORMACIÓN EN LOS PUNTOS DE CONTROL 2- ' – SANTA LUCÍA ............................................................................................. 86 GRÁFICO 4.11 PRESIÓN VS DEFORMACIÓN EN LOS PUNTOS DE CONTROL 1 - 1' – FIRENZE .................................................................................................. 87 GRÁFICO 4.12 PRESIÓN VS DEFORMACIÓN EN LOS PUNTOS DE CONTROL 1-1' – DIVINO NIÑO ............................................................................................. 89 GRÁFICO 4.13 PRESIÓN VS DEFORMACIÓN EN LOS PUNTOS DE CONTROL 2 - 2' – DIVINO NIÑO ........................................................................................... 89 GRÁFICO 4.14 PRESIÓN VS DEFORMACIÓN EN LOS PUNTOS DE CONTROL 1-1' – KIEL............................................................................................................ 90 GRÁFICO 4.15 PRESIÓN VS DEFORMACIÓN EN LOS PUNTOS DE CONTROL 2-2' – KIEL............................................................................................................ 91 GRÁFICO 4.16 PRESIÓN VS DEFORMACIÓN EN LOS PUNTOS DE CONTROL 1-1' – KRUMLOV .................................................................................................. 92 GRÁFICO 4.17 PRESIÓN VS DEFORMACIÓN EN LOS PUNTOS DE CONTROL 2-2' – KRUMLOV .................................................................................................. 92 GRÁFICO 4.18 PRESIÓN VS DEFORMACIÓN EN LOS PUNTOS DE CONTROL 1-1' – LA VICTORIA ............................................................................................. 93 GRÁFICO 4.19 PRESIÓN VS DEFORMACIÓN EN LOS PUNTOS DE CONTROL 2-2' – LA VICTORIA ............................................................................................. 94 GRÁFICO 4. 20 INTERVALO DE CONFIANZA - ENSAYO GATO PLANO ......... 98 GRÁFICO 4. 21 INTERVALO DE CONFIANZA - ENSAYO TRIAXIAL UU .......... 99 GRÁFICO 4. 22 INTERVALO DE CONFIANZA - ENSAYO GATO PLANO ....... 101 GRÁFICO 4. 23 INTERVALO DE CONFIANZA - ENSAYO TRIAXIAL UU ........ 102 GRÁFICO 4.24 INTERVALO DE CONFIANZA - ENSAYO GATO PLANO ........ 104 GRÁFICO 4. 25 INTERVALO DE CONFIANZA - ENSAYO TRIAXIAL UU ........ 105.

(19) XIX. GRÁFICO 4.26 ks ENSAYO GATO PLANO VS ks ENSAYO TRIAXIAL - PUNTO 1 ........................................................................................................................... 106 GRÁFICO 4.27 ks ENSAYO GATO PLANO VS ks ENSAYO TRIAXIAL- PUNTO 1’ ........................................................................................................................... 106 GRÁFICO 4.28 ks ENSAYO GATO PLANO VS ks ENSAYO TRIAXIAL- PUNTO 2 ........................................................................................................................... 107 GRÁFICO 4.29 ks ENSAYO GATO PLANO VS ks ENSAYO TRIAXIAL- PUNTO 2' ........................................................................................................................... 107 GRÁFICO 4.30 ks GATO PLANO VS CAPACIDAD DE CARGA - PUNTO 1 .... 109 GRÁFICO 4.31 ks GATO PLANO VS CAPACIDAD DE CARGA - PUNTO 1’.... 109 GRÁFICO 4.32 ks GATO PLANO VS CAPACIDAD DE CARGA - PUNTO 2 .... 110 GRÁFICO 4.33 ks GATO PLANO VS CAPACIDAD DE CARGA - PUNTO 2’.... 110 GRÁFICO 4.34 ks GATO PLANO VS kc FÓRMULA DE VÉSIC – PUNTOS 1 ... 112 GRÁFICO 4.35 ks GATO PLANO VS kc FÓRMULA DE VÉSIC – PUNTO 1' ..... 112 GRÁFICO 4.36 ks GATO PLANO VS kc FÓRMULA DE VÉSIC – PUNTO 2 ..... 113 GRÁFICO 4.37 ks GATO PLANO VS kc FÓRMULA DE VÉSIC – PUNTO 2' ..... 113 GRÁFICO 4.38 ks GATO PLANO VS k BOWLES – PUNTO 1........................... 114 GRÁFICO 4.39 ks GATO PLANO VS k BOWLES – PUNTO 1' .......................... 115 GRÁFICO 4.40 ks GATO PLANO VS k BOWLES – PUNTO 2......................... 115 GRÁFICO 4.41 ks GATO PLANO VS k BOWLES – PUNTO 2' ........................ 116 GRÁFICO 4.42 ks PLACA DE CARGA DE 30cm VS ks GATO PLANO-PUNTO 1 ........................................................................................................................... 121 GRÁFICO 4.43 ks PLACA DE CARGA DE 30cm VS ks GATO PLANO-PUNTO 1' ........................................................................................................................... 121 GRÁFICO 4.44 ks PLACA DE CARGA DE 30cm VS ks GATO PLANO-PUNTO 2 ........................................................................................................................... 122 GRÁFICO 4.45 ks PLACA DE CARGA DE 30cm VS ks GATO PLANO-PUNTO 2' ........................................................................................................................... 122 GRÁFICO 4. 46 ks PLACA DE CARGA VS ks GATO PLANO........................... 123 GRÁFICO 4.47 MÓDULO DE REACCIÓN DE LA SUBRASANTE PARA DIFERENTES ANCHOS DE LA ZAPATA .......................................................... 125.

(20) XX. RESUMEN El presente proyecto de titulación se lo realiza con el objetivo de proponer una correlación entre el módulo de reacción de la subrasante que se obtiene mediante el ensayo de Gato Plano y ensayos de laboratorio o de campo existentes.. El ensayo de Gato Plano o Flat Jack Test, es un ensayo que fue desarrollado para determinar niveles de esfuerzo y deformabilidad en el campo de mecánica de rocas, dicho método posteriormente fue adaptado y normado en la American Society for Testing and Materials (ASTM C 1196-14) para aplicarse en la mampostería y se ha utilizado, en este trabajo de titulación, para el análisis del módulo de reacción de la subrasante en distintos sitios de la ciudad de Quito.. Los ensayos de Gato Plano permiten obtener la información necesaria para determinar un valor estimado de módulo de reacción de la subrasante de Gato Plano, dicho valor se ha relacionado con la capacidad de carga y con el módulo de reacción de la subrasante obtenidos del ensayo triaxial UU, fórmula de Vésic, fórmula de Bowles, y del ensayo de placa de carga; éste último, en base a los valores de módulo de reacción de la subrasante obtenidos por el Ing. Rodrigo Vásconez en su tesis de posgrado. [Vásconez R, 1997].. Finalmente, de la correlación alcanzada entre el módulo de reacción de la subrasante obtenida mediante ensayo de Gato Plano y de placa de carga (30 cm), se propone una expresión que permite determinar el módulo de reacción de la subrasante, para una zapata de ancho B, utilizando los datos resultantes del ensayo de Gato Plano..

(21) XXI. ABSTRACT This research has been made to propose a correlation for the reaction modules of the subgrade obtained by the Flatjack test and laboratory or field test.. The Flatjack test was developed to define stress levels and deformability in the field of rock mechanics, then the method was adapted and regulated in the American Society for Testing and Materials (ASTM C 1196 -14) for being applied to the masonry and in this research has been used to analyze the reaction modules of the subgrade at different locations in Quito city.. The Flatjack test provides the necessary information to get an estimated value for the reaction modules of the subgrade, then this value has been related to the reaction modules of the subgrade obtained from the triaxial test UU, Vésic equation, Bowles equation, and the static load test which was reached in the Rodrigo Vásconez postgraduate thesis. [Vásconez R, 1997].. Finally, from the correlation achieved between the reaction module of the subgrade obtained by Flatjack test and static load test (30 cm), an expression is proposed to determine the reaction module of the subgrade, for a foundation of width B, using the data resulting from the Flatjack test..

(22) XXII. PRESENTACIÓN El presente proyecto de titulación se desarrolla en cinco capítulos descritos de la manera siguiente:. CAPÍTULO 1: GENERALIDADES Presenta planteamiento del problema, justificación, objetivos, y una descripción geológica de la ciudad de Quito, así también los sitios de realización del ensayo.. CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO En este capítulo se presentan los fundamentos teóricos en lo que se refiere a módulo de reacción de la subrasante, métodos para determinar dicho módulo, y capacidad de carga.. CAPÍTULO 3: ENSAYO DE GATO PLANO Presenta lo relacionado con el ensayo de Gato Plano: Introducción, descripción del ensayo, calibración de Gato Plano, metodología del ensayo y ensayos de laboratorio.. CAPÍTULO 4: ANÁLISIS DE RESULTADOS En el presente capítulo se describen las correlaciones entre módulo de reacción de la subrasante mediante ensayo de Gato Plano y mediante: Ensayo Triaxial UU, Capacidad de carga, Fórmula de Vésic, Fórmula de Bowles y Ensayo de Placa de Carga.. CAPÍTULO 5: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Se muestran las conclusiones obtenidas después de realizado el proyecto de titulación, y la recomendaciones para futuras investigaciones.. Además se presentan todos los anexos de los ensayos de laboratorio realizados en el Laboratorio de Ensayo de Materiales, Mecánica de Suelos y Rocas (LEMSUR)..

(23) 1. CAPÍTULO 1 GENERALIDADES 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Ecuador es un país con riesgo sísmico elevado ya que se encuentra sobre fallas geológicas, que provocan movimientos telúricos que se han venido presentando en los últimos tiempos; el correcto análisis de la interacción suelo-estructura es primordial al momento de diseñar cualquier edificación, los suelos de la ciudad de Quito son de origen volcánico y presentan características, tanto de suelos granulares como cohesivos, en su mayoría Cangahua caracterizada por la presencia de arenas, arcilla, material volcánico y limos. [Mario Castillo, 1982].. La determinación del módulo de reacción de la subrasante o también conocido como coeficiente de balasto, es un parámetro muy importante al momento de diseñar una estructura ya que define el comportamiento del terreno, y determina la relación que existe entre una carga aplicada en un punto y la deformación que produce dicha carga en ese instante.. Uno de los métodos para determinar el coeficiente de reacción o balasto es mediante ensayos “in situ” de placa de carga, el cual es un ensayo bastante costoso por lo que en el país no lo realizan con frecuencia, es por eso que se ve la necesidad de buscar nuevas alternativas que permitan determinar este coeficiente de manera más económica y que implique menor tiempo de ejecución..

(24) 2. 1.2 JUSTIFICACIÓN Parte del proceso de la construcción de cualquier estructura es el análisis del suelos donde se va a asentar dicha estructura, por lo que es necesario conocer las propiedades físicas y mecánicas de los suelos, y en la ciudad de Quito se tiene un tipo de suelo en particular que es la Cangahua.. La técnica de Gato Plano es un método directo y realizado “in situ” en el que se trata de obtener información estimativa de niveles de esfuerzo y deformabilidad, esta técnica está dividida en dos fases, la primera denominada Gato Plano Simple en el cual se emplea un solo Gato Plano para estimar niveles de esfuerzo, y la segunda denominada Gato Plano Doble, donde se emplean dos Gato s Planos para estimar características de deformabilidad del material.. El proyecto en general consiste en la determinación del módulo de reacción de la subrasante tanto en el Plano vertical; direcciones (y-z) y (x-z), como en el Plano horizontal; dirección (x-y). Para el caso de este proyecto de investigación experimental se lo realizará en el Plano horizontal (x-y) como se muestra en la Figura 1.1, y estará basado en el procedimiento de ensayo del Gato Plano simple para la determinación del módulo de reacción de la subrasante.. FIGURA 1.1 PLANO HORIZONTAL Y VERTICAL. ELABORACIÓN: Eliana Buitrón H..

(25) 3. Con la finalidad de obtener un valor más certero del coeficiente de balasto para la Cangahua, que es el tipo de suelo en su mayoría de la ciudad de Quito, la presente investigación tratará de proponer correlaciones, entre los resultados obtenidos de los Ensayos de Gato Plano, ensayos de campo y laboratorio, para así obtener el módulo de reacción de la subrasante con un método más económico y de fácil ejecución..

(26) 4. 1.3 OBJETIVOS 1.3.1 OBJETIVO GENERAL. ·. Proponer una correlación del coeficiente de balasto entre ensayos de la Técnica de Gato Plano frente a Ensayo Triaxial, así como con datos obtenidos con ensayo de placa de carga.. 1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ·. Recopilar información técnica y experimental acerca del tipo de suelo que se presenta en la ciudad de Quito.. ·. Conocer varios métodos para la obtención del módulo de reacción de la subrasante o de balasto. ·. Definir una metodología práctica para realizar el ensayo de Gato Plano. ·. Seleccionar sitios representativos de la ciudad de Quito para obtener las muestras de Cangahua y realizar ensayos de campo.. ·. Obtener las muestras de Cangahua y analizarlas en laboratorio.. ·. Analizar los resultados obtenidos en campo y en laboratorio.. ·. Correlacionar los resultados. 1.4 DESCRIPCIÓN GEOLÓGICA DE LA CIUDAD DE QUITO La ciudad de Quito se encuentra sobre una cuenca alargada, al Oeste limita con el complejo volcánico Pichincha, al Este existe un conjunto de elevaciones con dirección aproximada Norte-Sur. El drenaje principal del Sur está sobre el río Machángara que va de Sur a Norte formando una quebrada profunda al desaguar hacia el valle de Los Chillos, para el Norte las quebradas El Colegio y el Batán drenan este sector. [A. Alvarado, C. Hibsch, y V. H. Pérez].. Los distintos cortes de terreno que se han realizado con el pasar de los años, éstos sean por la construcción de obras viales o por formaciones de quebradas, han.

(27) 5. podido ayudar para observar el tipo de suelo que se encuentra cerca de la superficie, por lo que se puede decir que la cangahua se encuentra a un nivel de profundidad que varía entre 1 a 5 metros. [Custode, De Noni, Trujillo, Viennot, 1992].. 1.4.1 CANGAHUA La palabra Cangahua viene del quichua que significa “Tierra dura” formada por cenizas y tobas color café amarillento.. En la era cuaternaria, cuando predominan las erupciones volcánicas, producto de esta actividad volcánica determina la caída en gran volumen de piroclastos como: cenizas, lapilli y pómez, por lo tanto la cangahua es el resultado de la actividad eruptiva cuaternaria, que resulta del depósito, removilización, meteorización y endurecimiento de diferentes materiales lanzados por las erupciones de los volcanes presentes en la Cordillera Occidental.. En el área Metropolitana de Quito se encuentran rocas volcánico-sedimentarias, como producto de la actividad volcánica, depósitos superficiales caracterizados por la presencia de formación de Cangahua, depósitos lacustres, terrazas, coluviales, conos de deyección, dunas de deslizamiento y glaciares.[ Ing. Juan Torres, 1990].. La literatura técnica presenta distintas descripciones geológicas de la cangahua de acuerdo a diferentes autores, a continuación se detalla lo que dice cada uno de los más relevantes.. 1.4.1.1 Teodoro Wolf. El autor divide en dos tipos de terrenos volcánicos:. a) Terrenos primitivos:. Son terrenos compactos que se encuentran en el. mismo sitio donde se formaron por grandes volúmenes de magma semilíquido que fue expulsado a la superficie desde el interior de los.

(28) 6. volcanes y a su vez se fue endureciendo mientras éste se enfriaba, en este grupo se tiene rocas macizas andesitas1 y lavas que llegan a formar masas continuas.. b) Terrenos Fragmentarios o clásicos: Terrenos formados por pedazos de material del terreno primitivo que fueron fracturados y a su vez trasladados a diferentes lugares desde su lugar de origen, en este grupo se tiene fragmentos de lava y andesita, ceniza, piedra pómez y arena volcánica.. En este grupo se puede identificar a la cangahua, definida como toba fina de color blanco amarillento, la cual cubre las faldas de las montañas. [Mario Castillo, 1982].. 1.4.1.2 Walter Sauer La cangahua es un depósito formado por arena y toba, la cual cubre varias zonas del callejón interandino, la cangahua está formada por cenizas y tobas de color café amarillento con capas de arena mediana y gruesa, estratos de lapilli pumítico de color blanco. Walter Sauer las clasifica según el período de deposición:. ·. Cangahua antigua: Aquella cangahua lacustre producto de la primera glaciación.. ·. Cangahua eólica antigua: Producida en el segundo interglaciar. ·. Cangahua eólica moderna: Aparece en el tercer interglaciar por la acumulación de productos piroclásticos finos.. ·. Cangahua eólica moderna endurecida: Producida por el deslizamiento de grandes glaciares sobre la cangahua eólica moderna, en la cuarta glaciación.. ·. Cangahua eólica discontinua o reciente: Se forma sobre el cuarto glacial en el período post glacial. [Vera R, 1986].. 1. Rocas expulsadas del interior de los volcanes.

(29) 7. 1.4.1.3 Clasificación de la Cangahua. La cangahua se divide en cangahua primaria y secundaria, a continuación se describe cada una [Vera R, 1986].. 1.4.1.3.1 Cangahua Primaria. ·. Caída de ceniza: Ceniza gradada, color café, con material orgánico <1%, se puede decir que este tipo de cangahua es la eólica debido a que su nombre se relaciona con la acción del viento.. ·. Flujo de Lodo: Ceniza con líticos diversos y desordenados, color café, material orgánico >1%, depósitos primarios de flujos de ceniza.. ·. Flujo piroclástico: Ceniza con estructura de ondulaciones, color crema y naranja, son depósitos que se encuentran en pendientes, no es un material consolidado.. 1.4.1.3.2 Cangahua Secundaria. Cangahua retrabajada que es una mezcla de arena, limo, pómez y líticos de diferentes tamaños, es de color café medio a oscuro. Es arenosa y presenta menos consolidación. Sus productos secundarios son producto de flujos de lodo y el proceso de pedogénesis.. 1.4.2 UBICACIÓN DE LOS SITIOS DE ENSAYO CON GATO PLANO Los sitios para la realización del ensayo de Gato Plano fueron proporcionados por JVB SUELOS Y MUROS, debido a la posibilidad de acceso que se tiene en cada uno de ellos, en la Figura 1.2 se encuentra toda el área que cubre el Distrito Metropolitano de Quito y en la Figura 1.3 se muestra los sitios designados para la realización de la prueba..

(30) 8. FIGURA 1.2 DISTRITO METROPOLITANO DE QUITO. N. FUENTE: Google maps.

(31) 9. FIGURA 1.3 SITIOS PARA EL ENSAYO DE GATO PLANO. ELABORACIÓN: Eliana Buitrón H..

(32) 10. 1.4.2.1 SITIO Nº 1 CONTRUIBLEC Ubicado al norte de la ciudad de Quito en la AV. República E1-67 Y Atahualpa, a 300 metros del parque La Carolina, diagonal al parque El Florón, en la Fotografía 1.1 se muestra el sitio donde se va a realizar el ensayo de Gato Plano y de donde se obtendrán las muestras para pruebas de laboratorio.. FOTOGRAFÍA 1.1 SITIO DE ENSAYO DE GATO PLANO- CONSTRUIBLEC. ELABORACIÓN: Eliana Buitrón H.. El ensayo de Gato Plano se lo realizó a 5 metros aproximadamente debajo del nivel de la calzada, la topografía del sector es plana.. 1.4.2.2 SITIO Nº 2 PEGASSO Sitio ubicado en el sur de la ciudad de Quito, en la Avenida Maldonado S8-89 y Pedro de Alfaro. Entre las paradas Villa Flora y Chimbacalle del Trolebús, sector La Villaflora, en la Fotografía 1.2 se muestra la ubicación del sitio de prueba..

(33) 11. FOTOGRAFÍA 1.2 SITIO DE ENSAYO DE GATO PLANO – PEGASSO. ELABORACIÓN: Eliana Buitrón H, Google maps. 1.4.2.3 SITIO Nº 3 VIDAL Ubicado al norte de la ciudad de Quito, en la urbanización El Arquitecto, por la autopista Manuel Córdova Galarza, sector Pusuquí. En la Fotografía 1.3 se muestra el sitio de prueba y de donde se obtendrán las muestras para los ensayos de laboratorio.. FOTOGRAFÍA 1.3 SITIO DE ENSAYO DE GATO PLANO – RESIDENCIA VIDAL. ELABORACIÓN: Eliana Buitrón H, google maps..

(34) 12. 1.4.2.4 SITIO Nº 4 FREIBURG Sitio ubicado en el norte de la ciudad de Quito, en la Avenida Eloy Alfaro y Alemania. En la Fotografía 1.4 muestra el sitio donde se realizó el ensayo.. FOTOGRAFÍA 1.4 SITIO DE ENSAYO DE GATO PLANO – FREIBURG. ELABORACIÓN: Eliana Buitrón H.. 1.4.2.5 SITIO Nº 5 SANTA LUCÍA El sitio se localiza en la Calle de Los Helechos, en la Av. Galo Plaza Laso y Av. 6 de Diciembre, en el sector de Santa Lucía Alta, al norte de la ciudad de Quito..

(35) 13. FOTOGRAFÍA 1.5 SITIO DE ENSAYO DE GATO PLANO – SANTA LUCÍA. ELABORACIÓN: Eliana Buitrón H.. 1.4.2.6 SITIO Nº 6 FIRENZE El sitio se localiza en la Av. Antonio Granda Centeno y calle Francisco Cruz Miranda, en el sector norte de la ciudad de Quito.. FOTOGRAFÍA 1.6 SITIO DE ENSAYO DE GATO PLANO – FIRENZE. ELABORACIÓN: Eliana Buitrón H..

(36) 14. 1.4.2.7 SITIO Nº 7 DIVINO NIÑO Este sitio se localiza al sur de la ciudad de Quito, sector El Troje, en la Fotografía 1.7 se muestra el lugar del ensayo de Gato Plano.. FOTOGRAFÍA 1.7 SITIO DE ENSAYO DE GATO PLANO – DIVINO NIÑO. ELABORACIÓN: Eliana Buitrón H, google maps.. 1.4.2.8 SITIO Nº 8 KIEL Sitio ubicado en el centro norte de la ciudad de Quito, Pasaje Los Obrajes N33-42 y Quiteño Libre, Sector Bellavista..

(37) 15. FOTOGRAFÍA 1.8 SITIO DE ENSAYO DE GATO PLANO – KIEL. ELABORACIÓN: Eliana Buitrón H.. 1.4.2.9 SITIO Nº 9 KRUMLOV Sitio localizado en el centro norte de la ciudad de Quito, en la Av. 12 de Octubre y Lizardo García.. FOTOGRAFÍA 1.9 SITIO DE ENSAYO DE GATO PLANO – KRUMLOV. ELABORACIÓN: Eliana Buitrón H..

(38) 16. 1.4.2.10 SITIO Nº 10 LA VICTORIA Sitio localizado la calle Ricardo Chiriboga y Juan Montalvo, junto al Colegio Menor San Francisco de Quito, sector Cumbayá.. FOTOGRAFÍA 1.10 SITIO DE ENSAYO DE GATO PLANO – LA VICTORIA. ELABORACIÓN: Eliana Buitrón H, http://www.lavictoriacumbaya.com/ubicacion.. 1.4.3 PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LA CANGAHUA. La cangahua es un suelo que se ha ido formando con el pasar del tiempo debido a flujos piroclásticos de origen volcánico, las características que presenta este tipo de suelo depende de su contenido de humedad, ya que si está en estado seco puede ser reducida a polvo fino, mientras que si la cangahua se encuentra húmeda se vuelve muy tenaz.. Los ensayos de las propiedades físicas y mecánicas de la cangahua, se los presenta en el Anexo 1.1, algunas de las propiedades físicas y mecánicas de algunos sitios fueron proporcionadas por cortesía de JVB SUELOS Y MUROS y otros fueron realizados en el Laboratorio de Ensayo de Materiales, Mecánica de Suelos y Rocas (LEMSUR) de la Escuela Politécnica Nacional con los que se pretende caracterizar a este material..

(39) 17. 1.4.3.1 Propiedades físicas. 1.4.3.1.1 Granulometría y Clasificación SUCS “La composición granulométrica media de la cangahua es arena gruesa (Φ 2.5 a 5 mm) en porcentaje menor al 10%, arena media (Φ 1 a 2.5 mm) aproximadamente el 35%, arena fina (Φ 0.25 a 1 mm) aproximadamente el 30% y el 25% restante la componen limos y arcillas” [Mario Castillo, 1982].. En la Figura 1.4 se muestra, para el caso de este proyecto de titulación, la carta de plasticidad con los diferentes sitios de prueba realizados en la ciudad de Quito.. FIGURA 1.4 UBICACIÓN DE LAS MUESTRAS ANALIZADAS EN LA CARTA DE PLASTICIDAD. 30. Línea B. CH. INDIDE DE PLASTICIDAD [%]. 25 CL. 20 15. Línea A. MH ML. 10. 8 5. 5. 4 2. 9. 0 0. 10. 20. 30. 7 3 40. 50. 60. 70. LIMITE LIQUIDO [%]. ELABORACIÓN: Eliana Buitrón H.. En la Tabla 1.1 se muestra la clasificación SUCS para los diferentes sitios de prueba del ensayo de Gato Plano..

(40) 18. TABLA 1.1 CLASIFICACIÓN SUCS. N°. SITIOS. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10. CONSTRUIBLEC PEGASSO VIDAL FREIBURG SANTA LUCIA FIRENZE DIVINO NIÑO KIEL KRUMLOV LA VICTORIA. Clasificación SUCS ML ML ML ML ML-CL SM ML SM-SC ML SM. ELABORACIÓN: Eliana Buitrón H.. Como se puede aprecian en la tabla anterior, la mayoría de suelos son limos de baja plasticidad, y tres sitios son arenas limosas. 1.4.3.1.2 Contenido de humedad. El contenido de humedad es la relación entre el peso del agua contenida en el suelo y el peso del suelo seco y se expresa generalmente en porcentaje.. w %=. Ww Ws. *100. (1. 1). Para poder determinar el contenido de humedad de los suelos en estudio se lo hace según la Norma NTE INEN 690..

(41) 19. TABLA 1.2 CONTENIDO DE HUMEDAD DE LOS DISTINTOS SITIOS DE PRUEBA. N°. SITIOS. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10. CONSTRUIBLEC PEGASSO VIDAL FREIBURG SANTA LUCIA FIRENZE DIVINO NIÑO KIEL KRUMLOV LA VICTORIA. Contenido de Humedad [%] 12 21 28 25 15 23 26 14 20 23. ELABORACIÓN: Eliana Buitrón H.. TABLA 1.3 CARACTERIZACIÓN DE SUELOS SEGÚN EL CONTENIDO DE HUMEDAD. %W. DESCRIPCIÓN. 0-10 10-30 30-40 >40. Poco Húmedo Húmedo Muy húmedo Saturado. FUENTE: Ing. Jorge Valverde. El contenido de humedad en las muestras ensayadas se encuentra entre 12% y 28% por lo que puede decir que en los sitios y a la profundidad donde se tomaron las muestras se tienen suelos húmedos.. 1.4.3.1.3 Peso unitario. “El peso específico de los suelos de Quito varían entre 1.33 g/cm 3 y 1.88 g/cm3, estos valores son los que presentan menor dispersión, lo que quiere decir que presentan similar mineralogía. [Mario Castillo, 1982]..

(42) 20. Para poder determinar el peso unitario de los suelos analizados se utilizó el procedimiento según la Norma NTE INEN 856.. Para el caso de este proyecto de titulación se tiene los distintos pesos unitarios de cada sitio (Ver Tabla 1.4), teniendo un promedio de 1.69 g/cm3.. TABLA 1.4 PESO ESPECÍFICOS DE DISTINTOS SITIOS DE PRUEBA. N°. SITIOS. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10. CONSTRUIBLEC PEGASSO VIDAL FREIBURG SANTA LUCIA FIRENZE DIVINO NIÑO KIEL KRUMLOV LA VICTORIA. PESO ESPECÍFICO [g/cm3] 1.67 1.61 1.55 1.75 1.77 1.89 1.69 1.60 1.68 1.74. ELABORACIÓN: Eliana Buitrón H.. 1.4.3.1.4 Límites de Atterberg Los límites de Atterberg o también conocidos como límites de consistencia son utilizados para caracterizar el suelo; dependiendo del estado en el que se encuentren, éstos pueden ser: estado sólido, semi-sólido, plástico, o líquido; a continuación se define cada uno de los estados mencionados:. v Estado Sólido: En este estado el suelo no varía su volumen con los cambios de humedad por lo que se dice que el suelo alcanza la estabilidad. v Estado semi-sólido: El suelo presenta ciertas resquebrajaduras antes de cambiar de forma, este suelo va disminuyendo su volumen a medida que pierde agua..

(43) 21. v Estado plástico: El suelo presenta grandes deformaciones si se aplica esfuerzos pequeños, y no regresa a su estado inicial luego de retirar el esfuerzo aplicado. v Estado líquido: Las fuerzas de atracción intermolecular que tienen los suelos para permanecer unidas a las partículas son anuladas por la excesiva presencia de agua, lo que hace que el suelo no tenga capacidad resistente.. En la Figura 1.5 se muestra se muestra el cambio de estado de los suelos y los límites de Atterberg.. FIGURA 1.5 LÍMITES DE ATTERBERG. FUENTE: Guerrón A, Tacuri L.. Límite líquido: Contenido de humedad del suelo que marca cómo el suelo cambia del estado plástico al líquido, se lo determina mediante la utilización de la Copa de Casagrande que consiste en colocar el suelo remoldeado en la copa y realizar una ranura en el centro de la masa, la humedad del suelo correspondiente al límite líquido será la que, al dar 25 golpes se cierre la ranura hecha en la mitad de la masa en una longitud de 13mm. La determinación del límite líquido se utilizó el procedimiento según la Norma NTE INEN 691..

(44) 22. FIGURA 1.6 DETERMINACIÓN LÍMITE LÍQUIDO. FUENTE: https://www.google.com.ec/search?q=limite+liquido1. En la Tabla 1.5 se muestra los valores obtenidos de límite líquido para los distintos sitios de prueba, teniendo valores de límite líquido entre 26% y 34%.. TABLA 1.5 LÍMITE LÍQUIDO. N°. SITIOS. 1 2 3 4. CONSTRUIBLEC PEGASSO VIDAL FREIBURG. Límite Líquido [%] NP 28 32 27. 5 6 7 8 9 10. SANTA LUCIA FIRENZE DIVINO NIÑO KIEL KRUMLOV LA VICTORIA. 23 NP 34 30 26 NP. ELABORACIÓN: Eliana Buitrón H.. ·. Límite plástico: Contenido de humedad del suelo en el que, al realizar cilindros de 3mm de diámetro empieza a desmoronarse como se observa con en la Figura 1.7, se utilizó el procedimiento según la Norma NTE INEN 692..

(45) 23. FIGURA 1.7 REALIZACIÓN DE CILINDROS PARA DETERMINAR LÍMITE PLÁSTICO. FUENTE: http://www.lms.uni.edu.pe. En la Tabla 1.6 se muestra los valores de límite plástico para cada sitio de prueba, se tiene valores de límite plástico entre 18% y 29%.. TABLA 1.6 LÍMITE PLÁSTICO. N°. SITIOS. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10. CONSTRUIBLEC PEGASSO VIDAL FREIBURG SANTA LUCIA FIRENZE DIVINO NIÑO KIEL KRUMLOV LA VICTORIA. Límite Plástico [%] NP 25 29 23 18 NP 29 23 24 NP. ELABORACIÓN: Eliana Buitrón H.. ·. Índice plástico: Es la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico. IP=LL-LP. (1. 2).

(46) 24. Este valor suministra el rango de humedad en el que el suelo presenta un comportamiento plástico, a continuación en la Tabla 1.7 se muestran los valores de índice plástico para los sitios ensayados, el índice plástico para los sitios de prueba se encuentran entre 2.0 % y 7.0 %.. TABLA 1.7 ÍNDICE PLÁSTICO PARA SITIOS DE PRUEBA. N°. SITIOS. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10. CONSTRUIBLEC PEGASSO VIDAL FREIBURG SANTA LUCIA FIRENZE DIVINO NIÑO KIEL KRUMLOV LA VICTORIA. Índice de Plasticidad NP 3 3 3 5 NP 5 7 2 NP. ELABORACIÓN: Eliana Buitrón H.. A continuación se muestra una tabla donde se puede evaluar el grado de plasticidad del suelo (ver Tabla 1.8). [Sowers, 1979]. TABLA 1.8 GRADO DE PLASTICIDAD DEL SUELO. IP. DESCRIPCIÓN. 0-3. No plástico. 3-15. Ligeramente Plástico. 15-20. Baja Plasticidad. >30. Alta Plasticidad. FUENTE: SOWERS, 1979. Para el caso de los sitios de prueba se tiene que son suelos no plásticos y ligeramente plásticos, esto que se tienen limos y arcillas ligeramente plásticos..

(47) 25. 1.4.3.2 Propiedades mecánicas El ángulo de fricción y cohesión son los parámetros que miden la resistencia al corte del suelo, los cuales son determinados mediante el ensayo triaxial realizado en el Laboratorio de Ensayo de Materiales, Mecánica de Suelos y Rocas (LEMSUR) (Ver Anexo 1.2).. 1.4.3.2.1 Cohesión La cohesión es la atracción entre partículas originadas por fuerzas intermoleculares y las películas de agua, este parámetro es utilizado para representar la resistencia al esfuerzo cortante producido por la adherencia.. Para suelos arcillosos la cohesión es alta, mientras que para suelos limosos se tiene cohesión baja, y para arenas es nula; en la Tabla 1.9 se puede observar los distintos valores de cohesión que poseen los sitios de prueba que fueron ensayados en el laboratorio.. TABLA 1.9 COHESIÓN DEL SUELO N°. SITIOS. COHESIÓN (c) (kg/cm2). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10. CONSTRUIBLEC PEGASSO VIDAL FREIBURG SANTA LUCIA FIRENZE DIVINO NIÑO KIEL KRUMLOV LA VICTORIA. 0.07 0.37 0.30 0.14 1.60 0.31 0.59 0.60 0.11 0.90. ELABORACIÓN: Eliana Buitrón H..

(48) 26. 1.4.3.2.2 Ángulo de fricción interna. Es la resistencia al deslizamiento que tienen las partículas con las superficies de contacto y su densidad, en suelos granulares las superficies de contacto son mayores y sus partículas presentan mayor trabazón, entonces tendrán fricciones internas altas, mientras que en suelos finos tendrán fricciones internas bajas.. El ángulo de fricción interna depende del tamaño de las partículas y de la densidad o peso específico del suelo.. En la Tabla 1.10 se presentan los valores del ángulo de fricción interna que se obtuvieron para las distintas zonas estudiadas.. TABLA 1.10 ÁNGULO DE FRICCIÓN INTERNA DEL SUELO. N°. SITIOS. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10. CONSTRUIBLEC PEGASSO VIDAL FREIBURG SANTA LUCIA FIRENZE DIVINO NIÑO KIEL KRUMLOV LA VICTORIA. ÁNGULO DE FRICCIÓN INTERNA (Φ) 21.50 28.00 32.42 25.03 31.00 16.70 28.60 30.71 37.31 28.59. ELABORACIÓN: Eliana Buitrón H.. Los valores que se obtuvieron de cohesión y ángulo de fricción en laboratorio resultan ser bastante altos por lo que se podría tener una sobre estimación al obtener la capacidad de carga; por lo tanto se ve necesario corregir estos valores para efectos prácticos, en el Capítulo 3 se describe la corrección que se hace a dichos parámetros. En el anexo 2.1 se muestra un resumen de las propiedades físicas y mecánicas de las muestras de suelos ensayadas..

(49) 27. CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO 2.1 MÓDULO DE REACCIÓN DE LA SUBRASANTE 2.1.1 INTRODUCCIÓN El proceso de análisis de una estructura supone que dicha estructura se encuentra empotrada en su cimentación; luego, dependiendo de las acciones que la edificación transmiten a la cimentación, se comienza con el diseño de ésta comprobando que las cargas transmitidas por la cimentación sean admisibles para el suelo que la soporta.. En la actualidad existen distintos métodos de análisis tensión-deformación utilizando métodos analíticos, métodos numéricos con diferencias finitas, método de elementos finitos, método de elementos de contorno, los cuales se los puede aplicar con ayuda de herramientas computacionales avanzadas.. El modelo de Winkler tiene como hipótesis que la interacción suelo-estructura se lo puede modelar a través de resortes que están distribuidos a lo largo de la superficie en contacto con el terreno.. 2.2.2 MODELO DE WINKLER. La teoría del módulo de reacción de la subrasante se basa en las suposiciones que tal módulo obedece la Ley de Hooke, lo que quiere decir que la reacción en la base de una placa rígida con una carga axial que descansa sobre una superficie horizontal de la subrasante tiene el mismo valor en cualquier punto de toda la base.. El Método de Winkler, también conocido como método del coeficiente de balasto o de viga sobre apoyos elásticos, es uno de los métodos más utilizados para modelar la interacción entre el suelo y la estructura de cimentación, el cual determina la.

(50) 28. relación que existe entre una carga aplicada y la deformación que produce dicha carga (Ver Figura 2.1), bajo el supuesto de que las presiones de contacto sean proporcionales a las deformaciones, lo que está representado en la ecuación 2.1.. k!=. póq y. (2. 1). donde: p ó q: Representa la presión transmitida al terreno en (kg/cm2) y: El asentamiento experimentado en (cm) k: módulo de reacción de la subrasante o coeficiente de balasto en (kg/cm 3).. FIGURA 2.1 MODELO ELÁSTICO DE WINKLER. FUENTE: Ing. Jorge Valverde (1997), cimentaciones, Quito, EPN.. El modelo de Winkler fue utilizado por primera vez en el diseño de las vías férreas y adoptó el nombre de coeficiente de balasto ya que los durmientes de madera estaban asentados en una capa de grava denominada balasto, este modelo considera que solamente se desplaza el área que está debajo de la carga, mientras que la superficie adyacente permanece inalterada.. El suelo de fundación no es un material elástico, ni isotrópico ni homogéneo, por lo que resulta muy complicado el análisis de este tipo de medio, por tanto se considera suponer a la subrasante o suelo de cimentación como alguna clase de medio.

(51) 29. continuo; aun considerando esto, resulta complicado la solución matemática del problema. El método comúnmente empleado para determinar el coeficiente de balasto es mediante una prueba de placa de carga que a continuación será descrita.. El coeficiente de balasto depende de las dimensiones de la zapata y de la profundidad a la que se encuentre la cimentación, a continuación se presenta la siguiente clasificación [Terzaghi 1955]:. ·. Cimentación cuadrada BxB. v Suelos granulares B +0.3048 2. K= K0.3 ". #. 2B. (2.2). v Suelos cohesivos %.&%'(. $ = ! $%.& ". ). #. (2.3). donde:. K0.3: Coeficiente de balasto para una placa de 0.30m x 0.30m K: Coeficiente de balasto para una zapata de B x B. ·. Cimentaciones rectangulares. $).* = ! $).). /. "+!,! # +.0. (2.4). Si L >>B. $ = !1.67$).). (2.5).

(52) 30. donde:. KB.B: Coeficiente de balasto para una zapata de B x B m KB.L: Coeficiente de balasto para una zapata de B x L m. v Corrección por la profundidad. $ 2 = !$ "3 4 5. 89 ). #. $ 2 < 5!$. (2.6). (2.7). donde:. K: Coeficiente de balasto en la superficie K’: Coeficiente de balasto a una profundidad Df. 2.2 ENSAYO DE PLACA DE CARGA El ensayo de placa de carga permite determinar las características resistenciadeformación del terreno, consiste en colocar una placa rígida de determinadas dimensiones en la superficie del terreno (Ver Figura 2.2), para luego aplicar cargas y seguidamente medir las deformaciones producidas.. FIGURA 2.2 ESQUEMA GENERAL ENSAYO DE PLACA DE CARGA. FUENTE: https://www.google.com.ec/search?q=ensayo+de+placa+de+carga.

(53) 31. Con este ensayo se pueden obtener los siguientes datos del terreno:. ·. Capacidad de carga del suelo para un asentamiento determinado.. ·. Determinación del módulo de reacción de la subrasante.. ·. Obtención del módulo de elasticidad del suelo.. ·. Características de la curva carga-deformación del suelo.. La placa que más se utiliza es la placa circular con dimensiones de 76.20 cm (30 plg) de diámetro de acero dulce y 4 cm (1.5 plg) de espesor, para obtener la rigidez necesaria se colocan placas más pequeñas una sobre la otra.. Debido a la dificultad en conseguir grandes cargas, como una alternativa aceptable se puede utilizar placas de diámetros más pequeños como:. ·. 50.80 cm (20plg). ·. 30.50 cm (12 plg). ·. 20.30 cm (8 plg). 2.2.1 EQUIPO UTILIZADO ·. Dispositivo de reacción: Para la aplicación de la carga se utiliza comúnmente un camión o remolques cargados o una combinación de ambos como se muestra en la Figura 2.3, un marco de anclaje u otra estructura cargada con peso suficiente para proporcionar la reacción que se desea sobre la superficie donde se realiza el ensayo..

(54) 32. FIGURA 2.3 EQUIPO UTILIZADO PARA ENSAYO DE PLACA DE CARGA. FUENTE:https://www.google.com.ec/search?q=ensayo+de+placa+de+carga&esp. ·. Dispositivo de carga: es un conjunto de Gato hidráulico con un accesorio esférico de soporte, capaz de aplicar y disminuir la carga en incrementos. El Gato hidráulico deberá tener la capacidad de soportar la carga máxima requerida y debe estar equipado de un manómetro calibrado con precisión suficiente que indique la magnitud de la presión transmitida (Ver Figura 2.4).. FIGURA 2.4 CONJUNTO GATO HIDRÁULICO. FUENTE:https://www.google.com.ec/search?q=ensayo+de+placa+de+cargadeformimetro.

(55) 33. ·. Diales indicadores: Se deberán utilizar deformímetros de cuadrante de por lo menos 0.1 mm de precisión para medir la deformación del suelo, dispuestos a la periferia de la placa (ver Figura 2.5), con sujeción o fijación fuera de su área de influencia.. FIGURA 2.5 COLOCACIÓN DE DEFORMÍMETROS. FUENTE:https://www.google.com.ec/search?q=ensayo+de+placa+de+cargadeformimetro. ·. Herramientas y accesorios: Un nivel de burbuja será necesario para nivelar la superficie en donde se va a realizar el ensayo, debido a que las placas deben ser asentadas horizontalmente en dicha superficie, y toda el área de la placa esté en contacto con el suelo, colocar una cama de arena seca y fina de 0.5 cm de espesor dado el caso de que la superficie presente dificultades para ser nivelada.. 2.2.2 PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO (ASTM E2835-11) ·. Preparación del área del ensayo: Si el ensayo se lo va a realizar directamente sobre la superficie natural de subrasante se debe limpiar y despejar el área de cualquier material suelto, el área de ensayo debe ser al menos dos veces el diámetro de la placa para evitar posibles sobrecargas..