PDF Facultad De Ingeniería Civil - Uncp

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FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

TESIS

“INFLUENCIA DEL NIVEL FREÁTICO EN LA DETERMINACIÓN DE CAPACIDAD PORTANTE DE SUELOS, EN CIMENTACIONES

SUPERFICIALES, DISTRITO DE PILCOMAYO EN 2017”

PRESENTADO POR EL BACHILLER:

ORTIZ QUISPE RONALD WILLIAM

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:

INGENIERO CIVIL

HUANCAYO - PERÚ 2017

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III

DEDICATORIA

Dedico esta tesis con mucho amor y cariño a nuestro divino Dios que nos brinda sabiduría y nos protege cada día, asimismo a mis padres por su apoyo incondicional, por brindarme lo mejor en cada etapa de mi vida, por formar de mí una mejor persona cada día.

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IV

AGRADECIMIENTO

Un profundo agradecimiento a mi alma mater Universidad Nacional del Centro del Perú y a la facultad de Ingeniería Civil por permitirme formar parte de su grandiosa historia.

Asimismo un agradecimiento eterno a mi asesora de esta investigación M.Sc. Ing. Betty M. Condori Quispe. Y un agradecimiento de todo corazón a todos mis amigos que me brindaron su apoyo.

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V

CONTENIDO

DEDICATORIA ... III AGRADECIMIENTO ... IV CONTENIDO ... V TABLAS ... VIII FIGURAS ... X GRÁFICOS ... XI RESUMEN ... XIII ABSTRACT ... XIV INTRODUCCIÓN ... XV

CAPÍTULO I ... 17

1. PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN ... 17

1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ... 17

1.1.1. DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA ... 18

1.1.1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ... 19

1.2. OBJETVOS ... 19

1.1.1. OBJETIVO GENERAL ... 19

1.1.2. OBJETIVO ESPECÍFICO ... 19

1.3. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ... 20

1.3.1. JUSTIFICACIÓN METODOLÓGICA ... 20

1.3.2. JUSTIFICACIÓN PRÁCTICA ... 20

1.3.3. JUSTIFICACIÓN SOCIAL ... 20

1.3.4. PERIODO DE ESTUDIO ... 20

1.4. FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESIS ... 21

1.4.1. HIPÓTESIS GENERAL ... 21

1.4.2. HIPÓTESIS ESPECÍFICA ... 21

1.5. VARIABLES ... 21

1.5.1. VARIABLE INDEPENDIENTE ... 21

1.5.2. VARIABLE DEPENDIENTE ... 21

CAPÍTULO II ... 22

2. MARCO TEÓRICO ... 22

2.1. ANTECEDENTES... 22

2.1.1. ANTECEDENTES NACIONALES ... 22

2.1.2. ANTECEDENTES INTERNACIONALES ... 23

2.2. BASES TEÓRICAS ... 25

2.2.1. VARIACIÓN DEL NIVEL FREÁTICO... 25

2.2.2. FACTORES QUE AFECTAN EL NIVEL FREÁTICO ... 26

2.2.2.1. PRECIPITACIÓN ... 26

2.2.2.2. INFILTRACIÓN ... 27

2.2.2.2.1. PERMEABILIDAD ... 29

2.2.2.3. TIPO DE SUELO... 30

2.2.2.3.1. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO ... 31

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VI

2.2.2.3.2. CONSISTENCIA DEL SUELO ... 35

2.2.2.3.3. CLASIFICACIÓN DE SUELOS ... 36

2.3. CAPACIDAD PORTANTE DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES ... 37

2.3.1. FACTORES QUE AFECTAN LA CAPACIDAD PORTANTE ... 38

2.3.1.1. PARÁMETROS GEOTÉCNICOS ... 38

2.3.1.1.1. ÁNGULO DE FRICCIÓN INTERNA Y COHESIÓN... 39

2.3.1.1.2. DENSIDAD DEL SUELO ... 39

2.3.1.1.3. CONTENIDO DE HUMEDAD ... 41

2.3.1.2. GEOMETRÍA DE LA CIMENTACIÓN... 41

2.3.1.3. PROFUNDIDAD DE CIMENTACIÓN ... 42

2.3.1.4. CALCULO DE LA CAPACIDAD PORTANTE DEL SUELO ... 42

2.4. MARCO CONCEPTUAL ... 44

CAPÍTULO III ... 46

3. MARCO METODOLÓGICO ... 46

3.1. TIPO DE LA INVESTIGACIÓN ... 46

3.2. NIVEL DE LA INVESTIGACIÓN ... 46

3.3. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ... 46

3.4. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ... 47

3.5. POBLACIÓN Y MUESTRA ... 47

3.5.1. POBLACIÓN... 47

3.5.2. MUESTRA ... 48

3.6. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS ... 48

3.7. TÉCNICAS DE ANÁLISIS DE DATOS ... 49

3.8. DESARROLLO METODOLÓGICO DE LA INVESTIGACIÓN ... 50

3.8.1. ENSAYO DE INFILTRACIÓN Y PERMEABILIDAD ... 50

3.8.2. MONITOREO DE LA VARIACIÓN DE LA NAPA FREÁTICA ... 51

3.8.3. ENSAYOS DEL SUELO ... 51

3.8.3.1.1. EXPLORACIÓN DEL SUELO ... 52

3.8.3.1.2. DENSIDAD IN-SITU MEDIANTE EL MÉTODO DE CONO DE ARENA ... 53

3.8.3.1.3. CONTENIDO DE HUMEDAD DEL SUELO... 54

3.8.3.1.4. DETERMINACIÓN DE LOS LÍMITES DE ATTERBERG ... 55

3.8.3.1.5. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO Y TIPO DE SUELO ... 56

3.8.3.1.6. ENSAYO DE CORTE DIRECTO ... 57

3.8.4. CAPACIDA PORTANTE ... 59

CAPÍTULO IV ... 60

4. RESULTADOS Y ANÁLISIS ... 60

4.1. ANÁLISIS ... 60

4.1.1. DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO ... 60

4.1.1.1. UBICACIÓN ... 60

4.1.1.2. POBLACIÓN ... 60

4.1.1.3. ASPECTOS SOCIOECONÓMICOS ... 61

4.1.1.4. RELIEVE DEL TERRENO ... 61

4.1.2. RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN ... 62

4.1.2.1. TRABAJOS DE CAMPO: ... 62

4.1.2.2. ENSAYOS DE LABORATORIO ... 62

4.1.3. ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN ... 62

4.1.3.1. OE1: DETERMINACIÓN DE LA INFLUENCIA DE LA PRECIPITACIÓN EN EL NIVEL FREÁTICO. ... 62

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VII

4.1.3.1.1. DETERMINACIÓN DEL TIPO DE ACUÍFERO ... 62

4.1.3.1.2. ANÁLISIS DE PRECIPITACIÓN Y VARIACIÓN DEL NIVEL FREÁTICO .. 63

4.1.3.2. OE2: ANÁLISIS DE LA INTERVENCIÓN DE LA INFILTRACIÓN EN EL NIVEL FREÁTICO ... 65

4.1.3.2.1. ENSAYO DE INFILTRACIÓN Y PERMEABILIDAD ... 65

4.1.3.2.2. MONITOREO DE LA VARIACIÓN DE LA NAPA FREÁTICA ... 70

4.1.3.3. OE3: ANÁLISIS DE LA INCIDENCIA DEL TIPO DE SUELO EN EL NIVEL FREÁTICO ... 73

4.1.3.3.1. ENSAYOS DEL SUELO ... 73

4.1.3.3.1.1. EXPLORACIÓN DEL SUELO ... 74

4.1.3.3.1.2. DENSIDAD IN-SITU MEDIANTE EL MÉTODO DE CONO DE ARENA 74 4.1.3.3.1.3. CONTENIDO DE HUEMDAD DEL SUELO ... 75

4.1.3.3.1.4. DETERMINACIÓN DE LOS LÍMITES DE ATTERBERG ... 77

4.1.3.3.1.5. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO Y TIPO DE SUELO ... 78

4.1.3.3.1.6. ENSAYO DE CORTE DIRECTO ... 81

4.1.3.4. OG: DETERMINACIÓN DE LA INFLUENCIA DEL NIVEL FREÁTICO EN LA CAPACIDAD PORTANTE DE SUELOS EN LAS CIMENTACIONES SUPERFICIALES. .. 87

4.1.3.4.1. CAPACIDA PORTANTE ... 87

4.2. DISCUSIÓN DE RESULTADOS ... 105

4.2.1. DISCUSIÓN 1: ... 105

4.2.2. DISCUSIÓN 2: ... 105

4.2.3. DISCUSIÓN 3: ... 106

4.2.4. DISCUSIÓN 4: ... 107

CAPÍTULO V ... 109

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 109

5.1. CONCLUSIONES ... 109

5.2. RECOMENDACIONES ... 111

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 112

ANEXOS ... 115

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VIII TABLAS

Tabla 2.1 Clasificación de terrenos según resultados de prueba de infiltración. ... 28

Tabla 2.2 Clases de permeabilidad de los suelos. ... 29

Tabla 2.3 Coeficientes de permeabilidad k en cm/seg. ... 29

Tabla 2.4 Tabla de cantidad mínima a ensayar según tamaño de partículas. ... 32

Tabla 2.5 Tabla de numeración y abertura de tamices. ... 32

Tabla 2.6 Tabla SUCS para suelos granulares. ... 37

Tabla 2.7 Tabla de valores representativos de Ø para arenas y limos. ... 39

Tabla 2.8 Volumen mínimo de los huecos de ensayo y muestras mínimas. ... 40

Tabla 2.9 Peso unitario de suelos típicos en estado natural. ... 40

Tabla 2.10 Cantidad mínima de espécimen de material húmedo. ... 41

Tabla 4.1 Cuadro de variación del nivel freático. ... 63

Tabla 4.2 Cuadro de precipitación, ascenso y descenso del nivel freático. ... 64

Tabla 4.3 Cuadro de infiltración y tasa de infiltración calicata 1. ... 66

Tabla 4.6 Cuadro de permeabilidad calicata 1. ... 68

Tabla 4.9 Cuadro de medición de la variación del nivel freático. ... 71

Tabla 4.10 Cuadro de densidades antes y después del nivel freático, calicata 1. ... 74

Tabla 4.13 Cuadro de densidades promedio de las tres calicatas antes y después del nivel freático. ... 75

Tabla 4.14 Cuadro de contenido humedad calicata 1, Muestra 1. ... 75

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IX

Tabla 4.20 Cuadro de límites de consistencia de los suelos. ... 77

Tabla 4.21 Cuadro de clasificación de suelos, calicata 1. ... 78

Tabla 4.24 Parámetros de resistencia, antes del nivel freático calicata 1. ... 81

Tabla 4.25 Parámetros de resistencia, después del nivel freático calicata 1. ... 82

Tabla 4.30 Capacidad portante del suelo para nivel freático 2.00 m, calicata 1. ... 87

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X

FIGURAS

Figura 2.1 Curva granulométrica de un suelo. ... 34

Figura 2.2 Interpretación de la curva granulométrica. ... 34

Figura 3.1 Ensayo de infiltración y permeabilidad insitu... 51

Figura 3.2 Exploración del suelo obtención de muestras. ... 52

Figura 3.3 Ensayo de densidad en campo con el método de cono de arena. ... 54

Figura 3.4 Secado de muestra para obtener contenido de humedad... 55

Figura 3.5 Ensayo de Limite Líquido. ... 56

Figura 3.6 Ensayo de análisis granulométrico (cuarteo y vibrado). ... 57

Figura 3.7 Ensayo de corte directo, colocación del espécimen y toma de lecturas. ... 59

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XI

GRÁFICOS

Grafico 2.1 Limites de Atterberg. ... 35

Grafico 3.1 Proceso y desarrollo de la investigación. ... 50

Grafico 4.1 Curva de variación del nivel freático con respecto a la precipitación. ... 64

Grafico 4.2 Curva de variación del nivel freático vs la precipitación. ... 65

Grafico 4.3 Curva de velocidad de infiltración. ... 67

Grafico 4.4 Curva de capacidad de absorción. ... 68

Grafico 4.5 Curva de capacidad de absorción. ... 70

Grafico 4.6 Curva de variación del nivel freático... 72

Grafico 4.7 Curva variación del nivel freático. ... 72

Grafico 4.8 Curva de variación del nivel freático... 73

Grafico 4.9 Curva de ajuste esfuerzo normal y esfuerzo cortante, calicata 1 y muestra 1. 81 Grafico 4.10 Curva de ajuste esfuerzo normal y esfuerzo cortante, calicata 1 y muestra 2. ... 82

Grafico 4.11 Curva de ajuste esfuerzo normal y esfuerzo cortante, calicata 2 y muestra 1. ... 83

Grafico 4.15 Grafica de capacidad de portante para 2.00 m del nivel freático, profundidad y geometría variado, calicata 1. ... 88

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XII

Grafico 4.20 Grafica de capacidad de portante para 1.20 m del nivel freático, profundidad y geometría variado, calicata 2. ... 98 Grafico 4.21 Grafica de capacidad de portante para 1.95 m del nivel freático, profundidad y geometría variado, calicata 3. ... 100 Grafico 4.22 Grafica de capacidad de portante para 1.60 m del nivel freático, profundidad y geometría variado, calicata 3 ... 102 Grafico 4.23 Grafica de capacidad de portante para 1.40 m del nivel freático, profundidad y geometría variado, calicata 3. ... 104

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XIII

RESUMEN

El presente trabajo de investigación está orientado a la demostración de la influencia de la variación del nivel freático en la capacidad portante de los suelos, para el caso de cimentaciones superficiales, a diferentes profundidades de la cimentación, además de la variada geometría de la misma. Considerándose factores de variación del nivel freático como el tipo del suelo, el grado de infiltración y la precipitación. Debido a que en nuestro medio no se tiene en consideración la presencia de la napa freática para casos de cimentaciones en general, ya que se realizan estudios geotécnicos sin considerar la variación del nivel freático.

Se hicieron ensayos insitu considerando 3 calicatas con una extracción de muestras en dos periodos, así como también la obtención de datos de la variación del nivel freático a diferentes meses. Se hicieron estudios de campo como la densidad del suelo, la infiltración, exploración del suelo. Además de ensayos en el laboratorio como el corte directo, análisis granulométrico por tamizado, contenidos de humedad, límites de consistencia del suelo. Los cuales se realizaron bajo la guía de las normativas europeas, peruanas y evidencias de estudios de información bibliográfica.

Obteniéndose resultados como precipitación pluvial registrada en el periodo de Diciembre (2016) a Febrero (2017), ha generado un ascenso del nivel freático de - 1.60 a -1.40 a razón de 0.0028 m/día ± 0.0002 m/día; además la velocidad de infiltración registrada fue de 0.38 cm/min ± 0.04 cm/min y la presencia de un suelo granular hace que sea mayor la infiltración en el suelo; el tipo de suelo encontrado es grava bien graduada con arena (GW) de manera homogénea en todo el estrato.

De esta manera se concluye que la precipitación tiene una influencia directa en el ascenso del nivel freático, además de la infiltración rápida del terreno y el tipo de suelo granular, aumentan el nivel de ascenso y descenso del nivel freático.

Lográndose demostrar que la variación del nivel freático tiene una influencia mayor en la variación de la capacidad portante de los suelos.

Palabras claves: nivel freático, ángulo de fricción interna, cohesión, capacidad portante, profundidad de desplante.

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XIV

ABSTRACT

The present work of investigation is oriented to the demonstration of the influence of the variation of the phreatic level in the bearing capacity of the soils, in the case of superficial foundations, to different depths of the foundations, besides the varied geometry of the same. Considering factors of variation of the phreatic level as the type of soil, the degree of infiltration and precipitation. Because in our environment the presence of the groundwater table is not taken into account for cases of foundations in general, since geotechnical studies are carried out without considering the variation of the phreatic level.

In situ tests were carried out considering 3 test pits with an extraction of samples in two periods, as well as obtaining data on the variation of the water table at different months. Field studies were done such as soil density, infiltration, soil exploration.

In addition to tests in the laboratory such as direct cutting, sieve granulometric analysis, moisture content, soil consistency limits. These were conducted under the guidance of European and Peruvian regulations and evidence of bibliographic information studies.

Obtaining results as rainfall recorded in the period from December (2016) to February (2017), has generated a rise in the water table from -1.60 to -1.40 at a rate of 0.0028 m / day ± 0.0002 m / day; In addition, the infiltration rate recorded was 0.38 cm / min ± 0.04 cm / min and the presence of a granular soil makes infiltration in the soil greater; The type of soil found is gravel well graduated with sand (GW) in a homogeneous way throughout the stratum.

In this way it is concluded that precipitation has a direct influence on the rise of the water table, in addition to the rapid infiltration of the land and the type of granular soil, increase the level of rise and fall of the water table. Being able to demonstrate that the variation of the phreatic level has a greater influence in the variation of the bearing capacity of the soils.

Keywords: phreatic level, internal friction angle, cohesion, bearing capacity, depth of rebar.

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XV

INTRODUCCIÓN

En todo proyecto de construcción, las cimentaciones juegan un papel imprescindible e indispensable, por lo que son las que soportan la carga de la estructura en su totalidad, además se encargan de que la edificación tenga un comportamiento estable ante posibles eventos que puedan perjudicar la obra.

En toda estructura el agua es un factor que se debe de tener muy en cuenta, debido a los daños que pueda ocasionar si no se toman las debidas consideraciones adecuadas y respectivos controles a lo largo de la vida útil de la estructura.

Mencionando específicamente en cimentaciones, el nivel freático puede generar disminuciones de la capacidad portante de los suelos.

Escasos textos técnicos son los que tratan el tema de la influencia que pueda tener la posición del nivel freático sobre la capacidad portante de cimentaciones superficiales, generalmente solo se hace referencia a considerar el peso unitario sumergido cuando la situación lo requiera. Sin embargo, la posición del nivel freático, conjuntamente con la profundidad de cimentación, dimensiones de la fundación y asentamiento permisible, son de suma importancia al momento de seleccionar el tipo de cimentación, ya sea desde el punto de vista técnico o mecánico, como desde una perspectiva económica.

El desarrollo de esta tesis está conformado por cinco capítulos:

En el capítulo 1 se enfatiza el planteamiento de la investigación en la cual se describen el planteamiento del problema, los objetivos, la justificación de la investigación, formulación de las hipótesis y las variables.

En el capítulo 2 se presentan los antecedentes y la fundamentación teórica, donde se resumen los conceptos de variación del nivel freático, precipitación, infiltración y tipos de suelo, como también la capacidad portante de los suelos, profundidad y geometría de la cimentación y parámetros geotécnicos como cohesión, fricción y peso específico.

En capítulo 3 se expone el marco metodológico donde se presenta el tipo, nivel, metodología, diseño, población y muestra, técnicas e instrumentos de recolección de datos, técnicas de análisis de datos para el desarrollo de la investigación.

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XVI

En el capítulo 4 se dan a conocer los resultados y análisis obtenidos de la variación del nivel freático considerando factores de precipitación, infiltración y tipo de suelo, a la vez la influencia del nivel freático en la capacidad portante de los suelos.

En el capítulo 5 se presentan las conclusiones y recomendaciones del trabajo de investigación.

Finalmente se adjuntan las referencias bibliográficas y anexos que comprende de los datos tomados en campo de estudio, ensayos de laboratorio y panel fotográfico.

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CAPÍTULO I

1. PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El crecimiento poblacional del Distrito de Pilcomayo, en las últimas décadas, ha demandado el aumento inminente en las construcciones de viviendas en zonas donde hay presencia permanente de Nivel Freático, siendo un problema cotidiano en las cimentaciones superficiales, de manera que no es tomado en cuenta en las construcciones de los diversos tipos de edificaciones, ya sea por desconocimiento o por escasos recursos económicos que cuenta para realizar ciertos estudios previos.

En la actualidad muchos investigadores han hecho estudios de presencia de Niveles Freáticos en obras civiles. El problema es bastante complejo debido a que son pocos los textos que tratan sobre la influencia que pueda tener la variación del nivel freático sobre la capacidad de carga en cimentaciones superficiales, haciendo mención solo al peso unitario sumergido. Podemos mencionar la posición del nivel freático, en combinación con la profundidad de cimentación, el ancho de la fundación o geometría de la fundación y los asentamientos permisibles, pueden ser de gran importancia a la hora de seleccionar el tipo de cimentación, tanto desde el punto de vista mecánico, como desde el punto de vista económico.

La presencia de aguas subterráneas en toda estructura es un factor que debe ser tomado muy en cuenta, debido a los daños que puede ocasionar si no se toman las medidas y consideraciones correspondientes, además de los controles a lo largo de

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la vida útil de la estructura. Mencionando específicamente en cimentaciones el Nivel Freático podría disminuir la capacidad portante del suelo, a la vez que se podría generar sub presiones de magnitudes considerables cuando la estructura de cimentación es de dimensiones grandes en este caso el de una losa de cimentación.

Además la variación del Nivel Freático se ve afectado por diferentes factores hidrogeológicos; como la precipitación, la infiltración e incluso el tipo de suelo, que son aquellos preponderantemente influyentes con cambios en diferentes registros o estaciones del año, estos datos de variación de Niveles Freáticos no son tomados en cuenta en nuestro país, muchos menos en nuestro medio, como si lo hacen en algunos otros países que llevan un control idóneo por lo menos en las zonas costeras y urbanas.

Actualmente es un problema que no se tiene muy en cuenta en nuestro país, no existen ni reglamentaciones específicas respecto a las cimentaciones en zonas con presencia de Niveles Freáticos, esto debido a que no hay estudios realizados frente a esta problemática. Debemos mencionar que en algunos casos, estructuras de cimentación de anchos menores podrían presentar una capacidad de carga admisible mayor que las que cuentan con anchos mayores, esto debido a la ubicación del Nivel Freático con respecto a la estructura misma.

1.1.1. DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA 1.1.1.1. Conceptual

En la investigación se enfocó sobre la influencia de variación del nivel freático en la capacidad portante de suelos en cimentaciones superficiales, esto en viviendas familiares. Además de los factores y parámetros geotécnicos cuyos valores varían de acuerdo al nivel freático, se recalcó también el tipo de suelo en los estratos ya sea permeables o impermeable; fue de gran ayuda añadir otros factores como la humedad y la infiltración los cuales cambian de acuerdo a las estaciones del año.

1.1.1.2. Espacial

La presente investigación se realizó en el Distrito de Pilcomayo, buscando mejorar las viviendas familiares en la calidad de sus cimentaciones superficiales con presencia de niveles freáticos, teniendo en cuenta las normas E050 de Suelos y cimentaciones, y los criterios idóneos para el diseño de cimentaciones superficiales.

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19 1.1.1.3. Temporal

Las variaciones de humedad e infiltración son de gran influencia en la variación de posición del nivel freático, estos aspectos presentan diversas variaciones durante el transcurso del año, lo cual ha conllevado a plantear que en el presente estudio sean evaluados bajo condiciones normales de laboratorio durante los meses de Diciembre – 2016 a Junio – 2017.

1.1.1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 1.1.1.1. PROBLEMA GENERAL

¿Cómo influye el nivel freático en la determinación de la capacidad portante de suelos en las cimentaciones superficiales en el Distrito de Pilcomayo en el 2017?

1.1.1.2. PROBLEMA ESPECÍFICO

 ¿Cómo influye la precipitación en el Nivel Freático en la capacidad portante del suelo en cimentaciones superficiales en edificaciones familiares?

 ¿De qué manera interviene la infiltración en el Nivel Freático en la capacidad portante del suelo en cimentaciones superficiales en edificaciones familiares?

 ¿Cómo incide el tipo de suelo en el Nivel Freático en la capacidad portante del suelo en cimentaciones superficiales en edificaciones familiares?

1.2. OBJETVOS

1.1.1. OBJETIVO GENERAL

Determinar la influencia del nivel freático en la determinación de la capacidad portante de suelos en las cimentaciones superficiales en el Distrito de Pilcomayo en el 2017.

1.1.2. OBJETIVO ESPECÍFICO

 Determinar la influencia de la precipitación en el Nivel Freático en la capacidad portante del suelo en cimentaciones superficiales.

 Establecer la intervención de la infiltración en el Nivel Freático en la capacidad portante del suelo en cimentaciones superficiales.

 Analizar la incidencia del tipo de suelo en el Nivel Freático en la capacidad portante del suelo en cimentaciones superficiales.

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1.3. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN 1.3.1. JUSTIFICACIÓN METODOLÓGICA

La variación de la capacidad portante de cimentaciones superficiales cuando el Nivel Freático se encuentre a poca profundidad, nos permitirá determinar y entender en qué medida varía dicha capacidad y los criterios de diseño a ser considerado.

1.3.2. JUSTIFICACIÓN PRÁCTICA

Conociendo el grado de la influencia de posición del Nivel Freático en la capacidad portante de cimentaciones superficiales y los criterios idóneos para este tipo de situaciones, nosotros como profesionales dedicados al diseño y construcción tomamos la decisión de usar dicha aplicación, para tomar las mejores decisiones tales como:

 Tener en cuenta la profundidad de fundación

 Considerar la geometría de la fundación adecuada

 Los asentamientos permisibles a tener en consideración

 Manejar los criterios adecuados en el diseño y su posterior ejecución.

1.3.3. JUSTIFICACIÓN SOCIAL

Debido al crecimiento acelerado de la población, que buscan asentarse en zonas sin estudios previos con presencia de niveles freáticos altos, o existen los estudios muy precarios para cimentaciones superficiales por parte de las instituciones responsables de otorgar las habilitaciones.

Teniendo como referencia esta investigación, formulamos para esta zona del distrito de Pilcomayo un estudio de la capacidad portante del suelo con presencia del nivel freático a tener en consideración para tener un adecuado control en las futuras construcciones de viviendas.

1.3.4. PERIODO DE ESTUDIO

El estudio se realizó desde Diciembre (2016) hasta Junio (2017), debido a la evaluación del ascenso y descenso del nivel freático, es decir, toma de datos en el periodo de altas precipitaciones y periodo de estiaje, los cuales ocurren en los meses mencionados.

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21 1.4. FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESIS 1.4.1. HIPÓTESIS GENERAL

El nivel freático influye directamente en la determinación de la capacidad portante de suelos en las cimentaciones superficiales en el Distrito de Pilcomayo en el 2017.

1.4.2. HIPÓTESIS ESPECÍFICA

 La precipitación afecta negativamente en el Nivel Freático en la capacidad portante del suelo en cimentaciones superficiales.

 La infiltración interviene de manera desfavorable en el Nivel Freático en la capacidad portante del suelo en cimentaciones superficiales.

 El tipo de suelo incide de manera directa en el Nivel Freático en la capacidad portante del suelo en cimentaciones superficiales.

1.5. VARIABLES

1.5.1. VARIABLE INDEPENDIENTE

 Influencia del nivel Freático 1.5.2. VARIABLE DEPENDIENTE

 Capacidad Portante del suelo

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CAPÍTULO II

2. MARCO TEÓRICO 2.1. ANTECEDENTES

2.1.1. ANTECEDENTES NACIONALES

Existen algunos antecedentes en nuestro país, pero debemos mencionar que es un tema de investigación que no es abordado con mayor interés, relacionado con las cimentaciones.

- Ministerio de agricultura (2005), inventario de fuentes de agua subterránea en el valle de chilca, dicho trabajo tiene como objetivos evaluar el estado de los recursos hídricos subterráneos almacenados en el acuífero del valle de Chilca, identificar las unidades hidrogeológicas, descubrir la posición de la napa freática; concluyendo que el estudio ha permitido interconectar las redes de control, tanto piezometrico (85 pozos) como hidrogeoquímica (89 pozos), los cuales permitieron realizar el seguimiento cuantitativo y cualitativo de la napa freática.

- Campos, Kruse y Tosi (2008), Ascenso de los Niveles Freáticos en el Centro Arqueológico Chan Chan (Perú). IX Congreso Latinoamericano de Hidrología Subterránea y Expo Agua 2008. En dicho trabajo se realiza una evaluación preliminar del ascenso de las aguas subterráneas en el área arqueológica Chan Chan (Perú). Además se realizó una caracterización de las aguas subterráneas y superficiales y un análisis de las variaciones de los niveles freáticos entre 1996 y 2003. Los resultados mencionan que para la preservación del sitio arqueológico son necesarias las mediciones hidrológicas que posibiliten planificar la gestión de los recursos hídricos.

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Los resultados estudiados evidencian un ascenso significativo de los niveles freáticos. Los factores que intervienen para esta situación incluyen a la recarga preferencial por perdida de canales de riego (Proyecto Chavimochic) y lagunas de tratamiento de líquidos. También, precipitaciones extremas (El Niño) tienen efectos en el aumento de la recarga de aguas subterráneas. El área de esta zona de estudio donde la posición de los niveles freáticos es preocupante por su probable afectación a las estructuras del sitio arqueológico.

- Campos, Kruse, Tosi y Mazzoldi (2009), Evaluación Preliminar del Ascenso de los Niveles Freáticos en el Área de Trujillo (Perú). I Congreso Nacional del Agua – Lima, 19-21 de Marzo del 2009. El objetivo del trabajo fue efectuar una evaluación preliminar del ascenso de los niveles freáticos en la zona baja de Trujillo especialmente en la franja costera entre Huanchaco y Salaverry.

Concluyen que la velocidad de ascenso a disminuido, pero el nivel freático esta próximo al nivel del terreno. La zona costera, en las partes bajas, muestra un alto grado de riesgo de inundaciones, es preocupante por su probable afectación a las estructuras del sitio arqueológico y a las viviendas.

2.1.2. ANTECEDENTES INTERNACIONALES

A continuación presentamos un recorrido de los antecedentes a esta investigación, sobre los parámetros que han marcado la evolución en el diseño de cimentaciones con presencia de niveles freáticos, también algunos autores mencionan con temas de hidrogeología en obras civiles.

- Alejandro Ferrer (2010),Control de las Aguas Subterráneas en la ingeniería civil.

Interacción entre la Obra y el Medio Hidrogeológico, Síntesis de Métodos de Control y Aplicación de Modelos Matemáticos. La investigación tiene por objeto analizar la interacción entre la obra civil y la parte hidrogeológica, métodos de control de las aguas subterráneas y la consecuente aplicación de modelos matemáticos, analíticos y numéricos.

Llegando a algunas conclusiones como para plantear el control de las aguas subterráneas en donde hay la necesidad de bajar el nivel freático para la construcción o excavación del terreno.

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- Sergio ZAMORA y Rolando SALGADO (2015), Análisis de las fluctuaciones del nivel de Aguas Freáticas en la Zona Metropolitana del Puerto de Veracruz. El objetivo del presente trabajo realizar el monitoreo de las fluctuaciones de la napa freática en un periodo determinado, con la finalidad de tener más conocimiento de las variaciones. De esta manera, llegar a la propuesta de profundidades de desplante de cimentaciones óptimas en la zona del Puerto de Veracruz. Además menciona que las variaciones de nivel de las aguas subterráneas es un problema ya que llega afectar las zonas de cimentación de las estructuras. En la zona de estudio se tiene niveles de aguas medianamente profundas en la época de estiaje y muy superficiales en épocas de lluvia.

En esta investigación se concluye que se puede establecer una base de datos que indica como varía el nivel freático en diferentes meses y épocas del año. Además se puede deducir con los resultados obtenidos, los meses donde hay un ascenso y descenso del nivel freático, con el objetivo de establecer una profundidad de desplante recomendada para una cimentación, puesto que no se sabe de un estudio donde se tenga la información a cerca de a que profundidad puede encontrarse las fluctuaciones y así evitar futuros problemas con asentamientos.

- Rolando Mora (2000), La variación de la posición del nivel freático y su influencia en la capacidad de carga de cimentaciones superficiales: caso zapata corrida infinita en un suelo de origen volcánico. En dicha investigación se realiza la obtención de la capacidad de carga admisible de un suelo de origen volcánico, considerando la influencia que ejerce la variación de la posición del nivel freático.

Donde los cálculos se obtienen para diversas geometrías de cimentación y posición del nivel freático.

En dicha investigación se ha realizado considerando un suelo de tipo limo arenoso de plasticidad intermedia, este tipo de suelo presenta resistencia friccionante y cohesiva.

- Bollati P., Galarza C. (2016), Variación del Nivel Freático en Función de las Lluvias en Marcos Juárez. Se realizó una investigación con el objetivo de determinar las variaciones en la profundidad de la napa freática en distintos sectores, que va de 0.30 m a no más de 4 m, en donde se relacionó con los milímetros de lluvia ocurrida, estos datos fueron promediados y agrupados por

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profundidad de la napa freática. Llegando a una conclusión que a medida que la napa se encuentra más cercana a la superficie (menor a 1 metro) se obtiene valores que ronda en promedio 5.25 mm de ascenso de napa por cada milímetro de lluvia.

Además concluyeron a medida que la napa freática se encuentra más cercana a la superficie, los incrementos de los niveles freáticos son mayores por mm de lluvia, (mayor cantidad de agua de precipitación llega a la napa al no ser retenida por espacio poroso en horizontes superiores) elevando los riesgos de anegamiento.

2.2. BASES TEÓRICAS

2.2.1. VARIACIÓN DEL NIVEL FREÁTICO

Existen la influencia de diversos factores en la variación de posición del nivel freático, dentro de los más resaltantes para esta investigación hemos considerado teniendo en cuenta los estudios que se van a obtener utilizando métodos de obtención de datos: precipitación, infiltración y tipos de suelo.

- HIDROGEOLOGÍA

Las unidades litológicas se clasifican de acuerdo al comportamiento hidrogeológico, acuíferos, acuitardos, acuicluidos y acuifugos:

Acuífero: Se dice que es toda unidad litológica con la capacidad de almacenar y transmitir agua subterránea por gravedad, en cantidades aprovechables. Además los acuíferos de clasifican (Collazo, et al., 2012).

1. En función de su estructura

a. Acuíferos libres, no confinados o freáticos: Son acuíferos con el piso impermeable y el techo está a presión atmosférica. La recarga para este tipo de acuífero es directa y se realiza por infiltración del agua de lluvia a través de la zona no saturada o por infiltración de ríos o lagos. Además son los más afectados en caso de sequía, ya que el nivel freático oscila con los cambios climáticos. (Collazo, et al., 2012).

2. En función del tipo de porosidad:

a. Acuíferos de porosidad primaria, porosos o sedimentarios: Está constituida por formaciones geológicas sedimentarias. Los materiales suelen ser gravas y arenas. Estos materiales pueden estar sueltos o no consolidados. (Collazo, et al., 2012, p 20 - 25).

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2.2.2. FACTORES QUE AFECTAN EL NIVEL FREÁTICO

Son pocos los textos que tratan el tema de la influencia del nivel freático sobre la capacidad de carga admisible en cimentaciones superficiales; sin embargo la posición del nivel freático juega un papel importante en combinación con la profundidad de cimentación, la geometría de la fundación y asentamientos permisibles, son las que influyen a la hora de seleccionar el tipo de cimentación tanto desde el punto de vista de seguridad, economía y también mecánico. Si bien es cierto muchos autores no tienen una definición exacta del concepto del Nivel Freático, algunos argumentan esto debido a que muchas veces se refiere a una superficie sin clara existencia concreta.

En una masa de suelo, el agua gravitacional está separada del agua capilar por una superficie a la que se denomina Nivel Freático. No siempre es fácil de definir ni de localizar el nivel freático debido a que este varía en su posición; en un suelo suficientemente fino, al hacer una excavación el espejo de agua que se establece con el tiempo define al nivel freático, pero tal superficie distintiva no existe en suelo adyacente, ya que arriba de este nivel el suelo puede estar totalmente saturado por capilaridad y, por lo tanto, en ese suelo el nivel no tiene existencia física o real.

Pero una definición más aproximada, “se considera nivel freático a la superficie que constituye en lugar geométrico de los puntos en que el agua posee una presión igual a la atmosférica que, en cuestiones de flujo en que se trabaja normalmente con presiones manométricas se considera igual a cero”. (Badillo & Rodríguez, 1974, p. 3).

2.2.2.1. PRECIPITACIÓN

La cantidad media de precipitación en una cuenca fluvial, o en cualquier otra zona, se obtiene a partir de los datos de pluviómetros, fluviógrafos o totalizadores instalados en la zona en estudio. En el caso de insuficiencia de datos, se pueden usar también los datos de precipitación de zonas próximas y de recubrimiento, a fin de obtener un valor más exacto de la precipitación. Cuanto más corto sea el período de cálculo del balance hídrico, más densa debe ser la red de medida de la precipitación. El equipo de medida debe cumplir las normas internacionales y especialmente las de la O.M.M.

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El cálculo de la precipitación media en una zona o superficie de agua presenta dos problemas: 1) la determinación de la precipitación en un punto; 2) la determinación de la precipitación media, en altura, sobre la zona en estudio, usando puntos de observación.

“Es toda forma de humedad, que originándose en las nubes, llega hasta la superficie terrestre. Las lluvias, las granizadas, las garuas y las nevadas son formas distintas del mismo fenómeno de la precipitación”. (Pérez, 2015, p.34).

En obras de una envergadura de media a pequeña, no existen estándares de ingeniería para su diseño, además no se utilizan elementos de ingeniería hidrológica, ya que la ejecución de las mismas, normalmente pasa por criterios empíricos de valor indudable, pero que no son suficientes para soportas las solicitaciones mecánicas necesarias a que las diversas obras son sometidas. Sin embargo teniendo en cuenta la conservación de aguas y suelos, aparecen muchas interrogantes acerca del diseño a que son sometidas estas obras, lo cual debería ser visto con mayor énfasis a aspectos ligados a la temática hidrológica, hidráulica y de suelos, dado que los procesos erosivos están determinados por el comportamiento de las precipitaciones, y específicamente de la intensidad y la proporciona de escorrentía superficial que se genera en un suelo como producto del proceso de precipitación-escorrentía. (Pizarro [et al.], 2004, p.17).

2.2.2.2. INFILTRACIÓN

El suelo juega un papel de gran importancia en la infiltración, de manera que el tamaño de los granos del suelo, como su ordenamiento y comparación, el contenido de materia orgánica, etc., son factores que están ligados íntimamente a la capacidad de filtración y de retención de humedad, por lo tanto el tipo de suelo que más predomina en la cuenca, así como su respectivo uso influye de manera visible en la magnitud de los escurrimientos.

La cantidad de agua existente en las capas superiores del suelo, afecta notablemente el valor del coeficiente de infiltración. Si la humedad del suelo es alta en el momento de ocurrir una tormenta, entonces la cuenca generara caudales mayores debido a la disminución de la capacidad de infiltración.

(Villón, 2002, p.135-142).

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Además muchos factores del suelo controlan la infiltración, así como el movimiento del agua dentro del mismo y su correspondiente distribución durante y después de la infiltración. (Vélez, 2002).

Algunas definiciones:

 Infiltración: se considera como el efecto de introducción o penetración del agua en el suelo.

 Prueba de infiltración: a través del cual se determina la capacidad de penetración del agua en el suelo.

 Tasa de infiltración: es la velocidad de infiltración del agua en el suelo.

 Pozo de prueba: es un hoyo que se realiza en el suelo para realizar la prueba de infiltración y determinar la tasa de infiltración.

Además la tasa de infiltración se obtiene a partir de los dos últimos datos observados en el periodo final de los 30 min y se determina mediante la siguiente formula:

Q = 315.5*(h/t)^0.5 Donde:

Q = Tasa de infiltración en lt/m2-dia.

h = Descenso del nivel de agua en el tiempo de la prueba (mm).

t = Tiempo para el descenso del nivel de agua en segundos. (Unidad de Apoyo Tecnico Para el Saneamiento Basico del Area Rural, 2003).

De acuerdo al Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE), en la norma IS.020 para Tanques Sépticos, los terrenos se clasifican de acuerdo a los resultados de la prueba de percolación en: Rápidos, Medios y Lentos según los valores de la tabla 2.1.

Tabla 2.1 Clasificación de terrenos según resultados de prueba de infiltración.

TIEMPO DE INFILTRACION PARA EL DESCENSO DE 1cm

CLASE DE TRRENO

CLASIFICACION DE TERRENOS SEGUN RESULTADOS DE PRUEBA DE PERCOLACION

de 8 a 12 minutos de 4 a 8 minutos de 0 a 4 minutos Lentos

Medios Rapidos

Fuente: RNE, 2006.

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29 2.2.2.2.1. PERMEABILIDAD

La permeabilidad representa la resistencia que ofrece el suelo al flujo de un fluido. El movimiento del agua del suelo depende de los flujos del agua, y este a su vez depende de un balance energético llamado gradiente hidráulico.

Tabla 2.2 Clases de permeabilidad de los suelos.

2x10^-7 2x10^-1 1x10^-11 1x10^-5 1x10^-11 5x10^-7 IMPERMEABLE

CLASES DE PERMEABILIDAD DE LOS SUELOS PARA OBRAS DE INGENIERIA CIVIL

LIMITE INFERIOR

LIMITE SUPERIOR COFICIENTE DE PERMEABILIDAD (K en m/s) CLASES DE

PERMEABILIDAD DE LOS SUELOS

PERMEABLE SEMIPERMEABLE

Fuente: Bowles, 1979.

Tabla 2.3 Coeficientes de permeabilidad k en cm/seg.

Fuente: Terzaghi & Peck, 1978.

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30 2.2.2.3. TIPO DE SUELO

En nuestra norma E050 de suelos y cimentaciones nos presenta los diferentes tipos de suelo, los cuales se obtienen a través de los diversos ensayos insitu.

Estos a la vez influyen preponderantemente en el proceso de la infiltración.

En la actualidad existen dos sistemas de clasificación que utilizan la distribución granulométrica y la plasticidad de los suelos que son comúnmente utilizados para aplicaciones ingenieriles. Los cuales son: La American Association of State Hghway Officials (AASHTO) Y el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS). De estos, en los Estados Unidos el sistema AASHTO es utilizado principalmente por los departamentos de carreteras estatales, mientras que el SUCS es normalmente utilizado por los ingenieros geotécnicos. (Das, 2013, p.78-79).

Por otro lado el comportamiento del suelo que va a estar en contacto con la estructura a construir, van a afectar el diseño de cimentaciones en este caso el tipo de suelo (cohesivo, granular, granular con finos, de alta o baja plasticidad).

(Rodríguez, 2016, p.2).

1. SUELOS GRANULARES

Este tipo de suelos está formado por partículas agregadas y sin cohesión.

Además su característica principal es su buena capacidad portante y su elevada permeabilidad, lo que permite una rápida evacuación del agua en presencia de cargas externas. También posee alta capacidad de drenaje lo cual es proporcional al tamaño de las partículas, es decir, al volumen de huecos o porosidad del suelo.

Se distinguen dos grandes grupos dentro de esta clase de suelos: gravas y arenas. De manera que el límite entre ambos grupos viene por su granulometría. Finalmente las características mecánicas y resistentes vienen determinadas por el ángulo de fricción interna, así como por su módulo de compresibilidad. (Collazo, et al., 2012).

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31 2. SUELOS COHESIVOS

Su principal propiedad desde el punto de vista mecánico es la cohesión.

Pertenecen a este grupo las arcillas y limos. La diferencia entre limos y arcillas son sus propiedades plásticas. La característica principal de este tipo de suelos es su baja permeabilidad, al dificultar el paso del agua por el reducido tamaño de sus poros, y su alta compresibilidad. (Collazo, et al., 2012).

3. SUELOS ORGÁNICOS

Son suelos que están formados por la descomposición de restos de materia orgánica de origen animal o vegetal. Además son suelos que cubren los primeros metros de la superficie. Se caracteriza por su baja capacidad portante, alta compresibilidad y mala tolerancia del agua. Se menciona que este tipo de suelos es nefasto para la ubicación de cualquier obra de infraestructura, por lo que debe ser eliminado mediante operaciones previas de desbroce. (Collazo, et al., 2012).

4. RELLENOS

Son depósitos de materiales procedentes de aportes de tierras de otras obras, y también de escombros procedentes de demoliciones, vertederos industriales, basureros, etc. El principal problema que presenta este tipo de suelos artificiales es su baja fiabilidad, es decir por lo general no suelen compactarse al ser depositados. Además su comportamiento mecánico es muy malo, ya que al no estar compactado presentaran altos índices de compresibilidad y la aparición de asientos excesivos e impredecibles. (Bañon Blazquez, et al., 2012, p. 2-5).

2.2.2.3.1. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO

El análisis granulométrico por tamizado esta graduado dentro de los límites indicados en las normas NTP 339.128 o ASTM D422. El ensayo es importante, ya que gran parte de los criterios de aceptación de suelos para ser utilizados, depende de este análisis. Asimismo es posible también la clasificación de suelos mediante sistemas como AASHTO o SUCS.

Se tiene que tener en cuenta que para suelos con tamaño de partículas mayor a 0.074 mm (74 micrones) se utiliza el método de análisis mecánico mediante

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32

tamices de abertura y numeración indicada en la tabla 2.5. Para suelos de tamaño inferior, se utiliza el método del hidrómetro, basado en la ley de Stokes.

Tabla 2.4 Tabla de cantidad mínima a ensayar según tamaño de partículas.

Tamaño máximo de partículas mm Cantidad mínima a ensayar (kg)

5 0.5

25 10

50 20

80 32

Fuente: Geotecnia LNV, 1993.

Tabla 2.5 Tabla de numeración y abertura de tamices.

Tamiz (ASTM) Tamiz (mm) Abertura real mm Tipo de suelo

3” 80 76.12 Grava

2” 50 50.80 Grava

1 ½” 40 38.10 Grava

1” 25 25.40 Grava

3/4” 20 19.05 Grava

3/8” 10 9.52 Grava

N°4 5 4.76 Arena

N°10 2 2.00 Arena media

N°20 0.90 0.84 Arena media

N°40 0.50 0.42 Arena media

N°60 0.30 0.25 Arena fina

N°140 0.10 0.105 Arena fina

N°200 0.08 0.074 Arena fina

Fuente: Espinace R, 1979.

Cálculos y gráficos:

1. De acuerdo a los valores de los pesos retenidos en cada tamiz, se registra los siguientes datos en la hoja de cálculos:

2. Porcentaje retenido en cribas (%RC):

%RC = PRC / Mt * 100 (%)

(32)

33 Donde:

PRC = Peso retenido en cada criba (gr) Mt = Peso total de la muestra seca (gr) 3. Porcentaje retenido en mallas (%RM)

%RM = PRM * K / 500 (%) Donde:

PRM = Peso retenido en cada malla (gr) Porcentaje de muestra que pasó el tamiz 3/8”

500 = Peso de la muestra representativa (gr)

4. Porcentajes retenidos acumulados, suma acumulativa de los porcentajes retenidos en cribas y mallas.

5. Porcentajes que pasa, los que consisten en restar a 100% el porcentaje retenido acumulado en cribas y mallas.

6. Calcular porcentaje de perdida (%P):

%P = (M1-M2) / M1 * 100 (%) Donde:

M1 = Peso del material a ensayar (gr) M2 = Sumatoria de pesos retenidos (gr)

7. Graficar la curva granulométrica, donde la ordenada será el porcentaje que pasa en peso de cada tamiz en escala natural y la abscisa el tamaño de las partículas en escala logarítmica. De esta curva se obtiene el porcentaje de gravas, arenas, finos y diámetros mayores a 3” del suelo.

8. Calcular el coeficiente de uniformidad (Cu), el cual es una medida de uniformidad (graduación) del suelo y el coeficiente de curvatura (Cc), lo cual es un dato complementario para definir la uniformidad de la curva, mediante las siguientes expresiones:

Cu = D60 / D10

Cc = (D30) ^2 / (D60 * D10) Donde:

D10 = Tamaño donde pasa el 10%

D30 = Tamaño donde pasa el 30% del material D60 = Tamaño donde pasa el 60% del material

9. Un material se podrá considerar como bien graduado, si el coeficiente de uniformidad es mayor a 4 para grava y mayor a 6 para arena.

(33)

34

Además, el coeficiente de curvatura deberá estar comprendido entre 1 y 3.

10. Si la suma de los pesos retenidos parciales difiere en más de un 3% para las arenas y más de 0.5% para las gravas, con respecto al peso inicial de la muestra de suelo empleada en cada fracción, el ensayo es

insatisfactorio y deberá repetirse.

Figura 2.1 Curva granulométrica de un suelo.

Fuente: Bañon, 2012.

Figura 2.2 Interpretación de la curva granulométrica.

Fuente: Bañon, 2012.

(34)

35 2.2.2.3.2. CONSISTENCIA DEL SUELO

Fue desarrollado por el científico Albert Mauritz Atterberg en 1900. Este método se usa para describir la consistencia de los suelos de grano fino con diferentes contenidos de humedad. Con un contenido de humedad muy bajo, el suelo se comporta como un sólido quebradizo. Cuando el contenido de humedad es muy alto, el suelo y el agua pueden fluir como un líquido. Se divide en cuatro estados básicos: solido, semisólido, plástico y líquido. (DAS, 2013, p. 64).

Grafico 2.1 Limites de Atterberg.

Fuente: Elaboración Propia - LÍMITE LÍQUIDO (LL)

Está basado en la NTP 339.129 o (ASTM D4318). Se define como el contenido de humedad, en donde una masa del suelo colocado en un recipiente (aparato de Casagrande), se separa con una herramienta (ranurador), se deja caer desde una altura de 1 cm, y sufre el cierre de esa ranura en 1 cm, después de 25 golpes de la cuchara contra una base de caucho dura. A continuación se presentan cálculos:

- Determinar la humedad de cada prueba de acuerdo al procedimiento de ensayo de humedad.

- Desarrollar un gráfico semi-logaritmico, donde la humedad la ordenada (escala natural) y el número de golpes (N), la abscisa. Se construye una recta llamada curva de flujo con la abscisa en 25 golpes, esto para obtener el límite líquido.

- LÍMITE PLÁSTICO (LP)

Se siguen los procedimientos dadas por la NTP 339.129 o ASTM D4318, donde se define como el contenido de humedad del suelo al cual un cilindro de este se

Estado solido

Estado

semisólido Estado

plástico Estado liquido

Límite de contracción

Limite plástico

Limite liquido

(35)

36

rompe o resquebraja al amasado presentando un diámetro de aproximadamente de 3 mm. La muestra necesaria es deberá tener un peso aproximado de 20 gr y pasar por malla N°40. Se pueden hacer tres determinaciones que no difieran entre sí en más de 2%.

Cálculos:

- Calcular el límite plástico (LP).

- Calcular el índice de plasticidad (IP).

IP = LL – LP (%)

- Calcular el índice líquido (IL) y el índice de consistencia, teniendo en cuenta la humedad natural del suelo (w):

IL = (w – LP) / IP IC = (LL – w) / IP

- LÍMITE DE CONTRACCIÓN (LC)

Está basado dentro de los lineamientos de la NTP 339.139 o ASTM d427. Es la humedad máxima de un suelo para la cual una reducción de la humedad no causa una variación del volumen del suelo, expresado en porcentajes.

2.2.2.3.3. CLASIFICACIÓN DE SUELOS

La clasificación de suelos a través del Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS) se da en función de la NTP 339.134 (ASTM D2487). Para la clasificación adecuada de acuerdo con este sistema, se debe conocer la siguiente información:

 Grava: fracción que pasa el tamiz 76.2 mm y retenida en el tamiz N°4.

 Arena: fracción que pasa el tamiz N°4 y retenida en el tamiz N°200.

 Limo y arcilla: fracción más fina que el tamiz N°200.

 Coeficiente uniformidad (Cu) y coeficiente de curvatura (Cc).

 Limite líquido e índice de plasticidad de la porción de suelo que pasa el tamiz N°40.

También hay que recordar:

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37

 Fracción fina = % que pasa el tamiz N°200.

 Fracción gruesa = % retenido en el tamiz N°200.

 Fracción grava = % retenido en el tamiz N°4.

 Fracción arena = % retenido tamiz N°200 - % retenido tamiz N°4. (DAS, 2013, p. 82 – 87).

Tabla 2.6 Tabla SUCS para suelos granulares.

DIVISIONES PRINCIPALES Símbolos del

grupo NOMBRES TÍPICOS IDENTIFICACIÓN DE LABORATORIO

No cumplen con las

especificaciones de

granulometría para GW.

Gravas, bien graduadas, mezclas grava-arena, pocos finos o sin finos.

Gravas lím pias (sin o con

pocos finos) GRAVAS Más de la mitad de la fracción gruesa es retenida por el tamiz número 4

(4,76 mm)

Gravas mal graduadas, mezclas grava-arena, pocos finos o sin finos.

GP GW

Gravas con finos (apreciable cantidad de

finos)

Cu=D60/D10>4

Cc=(D30)²/D10xD60entre 1 y 3

Determinar porcentaje de grava y arena en la curva granulométrica.

Según el porcentaje de finos (fracción inferior al

tamiz número 200). Los suelos de grano grueso se clasifican como

sigue: <5%-

>GW,GP,SW,SP. >12%-

>GM,GC,SM,SC. 5 al 12%->casos límite que

requieren usar doble símbolo.

Límites de

A tterberg so bre la línea A co n IP >7.

Límites de

A tterberg debajo de la línea A o IP <4.

Los límites situados en la zona rayada con IP entre 4 y 7 son casos intermedios que precisan Cu=D60/D10>6

Cc=(D30)²/D10xD60entre 1 y 3 Encima de línea A con IP entre

4 y 7 son

casos límite que requieren doble símbolo.

Cuando no se cumplen

simultáneamente las

condiciones para SW.

SC SM ARENAS

Más de la mitad de la fracción gruesa pasa

por el tamiz número 4 (4,76

mm)

Arenas con finos (apreciable cantidad de

finos) SUELOS DE

GRANO GRUESO Más de la mitad

del material retenido en el tamiz número

200

Arenas lím pias (pocos o sin finos)

Arenas limosas, mezclas de arena y limo.

Límites de

A tterberg debajo de la línea A o IP <4.

Límites de

A tterberg so bre la línea A co n IP >7.

Arenas bien graduadas, arenas con grava, pocos finos o sin finos.

Arenas mal graduadas, arenas con grava, pocos finos o sin finos.

GC GM

SP SW

Arenas arcillosas, mezclas arena-arcilla.

Gravas limosas, mezclas grava-arena-limo.

Gravas arcillosas, mezclas grava-arena- arcilla.

Fuente: Das, 2013.

2.3. CAPACIDAD PORTANTE DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES Dos características principales deben tener las cimentaciones superficiales:

1. Tienen que ser seguras contras la falla general por corte del suelo que las soporta.

2. No pueden experimentar un desplazamiento, o un asentamiento excesivo.