Cimentacion En Suelos Mal Drenados 45n16

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

I.

II.

INTRODUCCION

OBJETIVOS  Estudiar el Método de inyecciones en rocas kársticas por medio del método de LUGEON

ENSAYO LUGEON PARA EVALUAR EL VALOR DE PERMEABILIDAD EN CAMPO.


Es un ensayo en campo que se realiza con sondeos, únicamente en rocas consolidadas, para medir la permeabilidad. Consiste en medir el volumen de agua (V) que se inyecta durante un tiempo (t), es decir, el caudal Q= V/t en un tramo de sondeo de longitud (L) a una presión (Ht). Con este ensayo se busca tener una idea de la permeabilidad en grande, es decir, la debida a las fisuras de la roca o del material granular cementado en estudio. Supongamos una perforación invadida hasta una cierta profundidad, a partir de esta se perforan unos 5 metros y luego se fija un obturador en la parte superior de este tramo virgen y se inyecta agua a presión con una bomba. Un manómetro colocado en la boca del pozo, un contador de agua y una válvula de descarga, permiten medir los caudales inyectados a una presión dada.


El ensayo es hecho en cinco estados, en los cuales la presión con la que el agua es inyectada, varía entre cada uno de ellos. Antes de empezar, se define la presión máxima que va a ser utilizada, esta no debe exceder la presión de confinamiento esperada de la profundidad de la perforación; sobre esta presión máxima se trabaja durante el ensayo para no generar fracturas en la roca a causa de la presión generada por el agua.


Cada estado consiste en bombear cuanta cantidad de agua sea necesaria para mantener definida y constante la presión de la misma, ésto se hace, generalmente, en intervalos de 10 minutos. Esta presión es incrementada en cada estado subsecuente, hasta llegar a la presión máxima ya establecida. Una vez ésta es alcanzada, la presión del agua debe ser reducida pasando por las mismas presiones de los estados anteriores. Los cinco estados son :

Estado

Estado

Esta

Estado

Estado

1

2

do 3

4

5

Bajo

Medio

Máxi

Medio

Bajo

0.50*P

0.75*P

mo

0.75*P

0.50*P

MAX

MAX

PM

MAX

MAX

AX

Siendo PMAX la presión máxima definida a la cual el agua debe ser inyectada. Para conocer la permeabilidad en el macizo rocoso, se tiene entonces la ecuación:

Donde: k: permeabilidad. Q: velocidad constante del flujo en la perforación.


L: longitud del tramo ensayado. Ht : presión de sobrecarga a la profundidad del ensayo/ peso especifico del agua. r: radio de la perforación de prueba.

Es común para este ensayo expresar la permeabilidad del macizo rocoso en lugeons. Un Lugeon (Lg) es una unidad equivalente a 1 litro por minuto y metro, bajo una presión de 10 kg/cm2; esto es aproximadamente igual a

1 × 10 -7 m/s. Es una unidad pequeña, y

valores menores de un Lg indican en la práctica terrenos poco permeables.


Equipamiento básico para la pruba de compresión.


Obturador.


Instrumentación debajo de la roca.

Manómetro Ejemplos: 1. Calcular la permeabilidad de un macizo rocoso, en el cual se tomó una longitud de 6 m para realizar las perforaciones, cuyos radios fueron de 2.5 cm cada uno; el caudal fue de 0.0312 cm³ por segundo y la presión de sobrecarga de 15 m. Reemplazando en la ecuación anteriormente presentada se obtiene:


k= (0.0312 cm³ / 2π*600cm*1500cm) * Log(600cm / 2.5cm) k= 1.313 *10^ -8 cm/s Es una permeabilidad muy baja, lo cuál nos muestra que es una roca prácticamente impermeable. 2. Caso de estudio. Este ensayo de campo fue utilizado para evaluar la seguridad de la presa Porce II que inicio su operación en febrero de 2001 con monitores rutinarios. Dieciocho meses después se detectaron afloramientos de agua en la zona alta y media del macizo rocoso de la margen izquierda, unos 5 m aguas abajo de la presa. Con el fin de complementar y verificar la caracterización de la roca de fundación, se instalaron piezómetros de tubo abierto y efectuaron ensayos de permeabilidad, se hicieron perforaciones con taladro rotatorio. Las profundidades variaron entre 4.0 y 6.0 m con un diámetro de 2 pulgadas.

Para determinar las propiedades geomecánicas de los suelos y rocas de la fundación de la presa y obras anexas, se efectuaron 4.615 m de perforación, distribuidas en 90 perforaciones. Específicamente en el sitio de presa se efectuaron 64 ensayos de permeabilidad Lugeon, distribuidos en 21 perforaciones. Dichos ensayos tenían la finalidad de determinar el grado de fracturamiento de la roca y con ello su permeabilidad,

para

posteriormente,

proyectar

inyecciones

de

lechada en caso de ser necesario. El análisis de los ensayos arrojó que las rocas presentaban más permeabilidad en algunos lugares.

Con el fin de establecer el comportamiento de la presa al trascurrir determinado tiempo, se iniciaron nuevamente ensayos de campo, esta


vez fueron tres ensayos de Lugeon. Los ensayos efectuados indican que la permeabilidad de la roca, en el sitio ensayado, disminuye en profundidad, y que el agua transita por las discontinuidades superficiales. En los primeros 5 m, la permeabilidad es relativamente alta, variando entre 47 y 25 uL (unidades lugeon); a partir de 5 m de profundidad, el macizo rocoso presenta valores de permeabilidad cercanos a 5 uL que indica un macizo rocoso de permeabilidad relativamente

baja.

Este análisis del comportamiento indica que la presa podría presentar problemas de seguridad en caso que las infiltraciones tiendan a incrementarse con el tiempo.

III.

DEFINICIONES

EL SUELO COMO ELEMENTO PORTANTE DE LAS CIMENTACIONES Las cargas que transmite la cimentación a las capas del terreno causan tensiones y por tanto, deformaciones en la capa del terreno soporte. Como en todos los materiales, la deformación depende de la tensión y de las propiedades del terreno soporte. Estas deformaciones tienen lugar siempre y su suma produce asientos de las superficies de o entre la cimentación y el terreno. La conducta del terreno bajo tensión está afectada por su densidad y por las proporciones relativas de agua y aire que llenan sus huecos. Estas propiedades varían con el tiempo y dependen en cierto modo de otros muchos factores. Los cimientos constituyen los subsistemas de cualquier edificación que transmiten directamente las cargas de esta hacia el suelo o terreno; su función es distribuir las cargas del edificio, dispersándolas en el suelo adyacente, de modo


que éste y los materiales que los sostienen tengan suficiente fuerza y rigidez para

soportarlas

sin

sufrir

deformaciones excesivas. Debido a las interacciones de suelos

y

cimientos,

las

características de los suelo o terrenos

sobre

construye

los

influyen

que de

se

modo

determinante en la selección del tipo y tamaño de los cimientos usados; estos últimos a su vez, afectan significativamente el diseño de la superestructura, el tiempo de construcción del edificio y, en consecuencia, los costos de la obra. El estudio de los suelos, sus propiedades, y comportamiento, desde el punto de vista de la ingeniería civil, es el campo de la Mecánica de Suelos. En el presente capítulo se estudia la aplicación de la mecánica de suelo al diseño y la construcción de cimentaciones para edificaciones industriales. PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS SUELOS O TERRENOS Los geólogos definen los suelos o terrenos como rocas alteradas, mientras que los ingenieros prefieren definirlos como el material que sostiene o carga el edificio por su base. Los materiales que están presentes en los suelos naturales se clasifican en cuatro tipos:    

arenas y grava limos arcillas materia orgánica


Las arenas y grava son materiales granulares no plásticos. Las arcillas, se componen de partículas mucho más pequeñas, exhiben propiedades de plasticidad y son muy cohesivas. Los limos son materiales intermedios en el tamaño de sus partículas y se comportan, de modo típico, como materiales granulares, aunque pueden ser algo plásticos. La materia orgánica consta principalmente de desechos vegetales. El origen de las capas de suelo o terreno (edafológicas) y la forma como se depositan, arroja mucha luz sobre su naturaleza y variabilidad en el campo. -

Los suelos son de dos orígenes: residual y sedimentario. Los suelos residuales se forman in situ por la intemperización química de

las rocas y, puesto que jamás han sido perturbados físicamente, conservan las características geológicas menores del material rocoso de origen. (En el campo, la transición de roca a suelo suele ser gradual.) Los suelos sedimentarios son transportados y depositados por la acción de ríos, mares, glaciares y vientos. En general, el mecanismo de sedimentación regula la granulometría (tamaño de las partículas), sus variaciones, y la estratigrafía y uniformidad de las capas edafológicas. -

Para la completa identificación de un suelo o terreno el ingeniero necesita saber lo siguiente:

     

tamaño granulometría forma orientación composición química de las partículas las fracciones coloidales y sedimentables que contiene


No obstante, las propiedades físicas del suelo pueden hacerse variar considerablemente mediante la incorporación de pequeñas cantidades de sustancias químicas la aplicación de métodos electroquímicos. Cuando las propiedades superficiales de las partículas son importantes, las formas de éstas adquieren por lo menos la misma importancia que la granulometría. En condiciones normales, una característica significativa es la ubicación relativa de las partículas dentro del suelo, lo que determina la resistencia a los desplazamientos internos y constituye, por lo menos, una medida cualitativa de las fuerzas de resistencia a las fuerzas cortantes y a la compresión.

ESTADOS DE LA MATERIA QUE AFECTAN EL COMPORTAMIENTO DE LOS SUELOS Un suelo o terreno cualquiera puede exhibir propiedades sólidas, viscosas, plásticas o líquidas; por tanto, cuando es posible predecir su verdadero estado físico, el diseño estructural de las cimentaciones se realiza tomando en cuenta esa información. En contraste, los sólidos son materiales que tienen densidad, elasticidad y resistencia interna constantes, que se ven poco afectados por cambios normales de temperatura,

variaciones

en

la

humedad

o

vibraciones de intensidad inferior a los valores sísmicos. La deformación por fuerzas cortantes ocurre a lo largo de dos conjuntos de planos paralelos, cuyo ángulo es constante para cada material e independiente de la naturaleza o intensidad de las fuerzas externas que inducen a la deformación.


Estas propiedades básicas de los sólidos sirven para el diseño de cimentaciones sólo mientras los suelos siguen siendo sólidos. Pero si los cambios en las condiciones modifican las estructuras del suelo, de modo que éstas ya no se comportan como sólidos, dichas propiedades se anulan y otro conjunto de reglas vienen a gobernar el nuevo estado físico. Casi todos los suelos se comportan como sólidos, aunque sólo dentro de un cierto límite de carga, el cual depende de muchos factores externos, como flujo de humedad, temperatura, vibraciones, edad del suelo y, en algunos casos, velocidad de carga. HUMEDAD DEL SUELO El agua suele estar presente en los suelos o terrenos en forma de una delgada capa absorbida a la superficie de las partículas o como líquido libre entre éstas. Si el contenido de agua de un suelo está principalmente en forma de capa, o humedad absorbida, entonces no se comporta como líquido. Todos los sólidos tienden a absorber o condensar en su superficie cualquier líquido (y gas) que entra en o con ellos.


Las capas delgadas de agua son más fuertes que el agua de poros. En 1920, Terzaghi estableció que las películas de agua de menos de 5.04 x 10-5 mm de espesor se comportan como semi-sólidos; no hierven ni se congelan a temperaturas normales. En consecuencia con lo anterior, los suelos o terrenos saturados se congelan con más facilidad que los suelos anegados, y los cristales de hielo crecen al tomar humedad libre de los poros. Luego un deshielo repentino libera grandes cantidades de agua, lo que suele tener drásticos resultados. Cuando los líquidos se evaporan, lo primero que hacen es formar capas, por lo que se requiere un considerable aumento térmico para efectuar el cambio de estado entre la película líquida y el vapor. Por consiguiente, el efecto de temperatura sobre el estado físico del suelo se explica en términos de la reducción del espesor de las capas de líquido al elevarse dicha temperatura.

CIMENTACIONES GENERALIDADES Las cimentaciones tienen como misión transmitir al terreno las cargas que soporta la estructura del edificio. De modo general se puede decir que existen dos tipos de cimentación según que principalmente vayan a soportar esfuerzos de compresión pura o que soporten, además, tensiones de tracción. Esta consideración afecta al material que va a constituir la cimentación. El primer caso se corresponde con estructuras sencillas basadas principalmente en muros de carga. Se pueden emplear las cimentaciones denominadas ciclópeas en las que se emplean sillares de piedra u hormigón en masa, sin armadura aunque se recomienda la inclusión de un armado mínimo en su cara inferior con objeto de absorber las tensiones producidas por distintos factores:

atado,

arriostramiento,

asientos

diferenciales,

defectos

de


hormigonado, etc. En el resto de los casos, que constituyen la mayoría, se emplea el hormigón armado. A los solos efectos del estudio de la interacción suelo-cimentación, las zapatas se clasifican en rígidas y flexibles según la relación entre el canto total (h) y el vuelo máximo (Vmax).

CLASES Los cimientos pueden clasificarse en cimentaciones propiamente dichas, anclajes y muros-pantalla. Las primeras transmiten al terreno principalmente esfuerzos de compresión y momentos flectores y se dividen atendiendo a su profundidad, contada siempre desde la línea de cota de la obra, en directas o superficiales, cimentaciones en pozo y cimentaciones profundas. Los anclajes transmiten tensiones de tracción. Conceptualmente, los murospantalla destinados a la contención de tierras en excavaciones de sótanos suelen considerarse dentro de la categoría de las cimentaciones aunque su función primordial no sea la transmisión de esfuerzos al terreno. Por esa razón se hará una breve referencia a ellos. 1. Cimentaciones directas


Básicamente se consideran cuatro tipos: zapatas aisladas, combinadas o corridas, emparrillados y losas. a) Zapatas aisladas Las zapatas aisladas son bloques de hormigón armado de planta cuadrada o rectangular. Normalmente soportan un único pilar salvo en casos excepcionales, por ejemplo cuando por motivos de la longitud de la sección del edificio se requiere duplicar la estructura en algún punto para establecer juntas de dilatación. Se utilizan cuando el terreno es firme, con presiones medias altas y se esperan asientos diferenciales reducidos.

b) Zapatas combinadas o corridas Este tipo de cimentación se emplea cuando las zapatas aisladas se encuentran muy próximas o incluso se solapan. Las causas que originan esta situación son varias: la proximidad de los pilares, la existencia de fuertes cargas concentradas que pueden dar lugar a elevados asientos diferenciales, la escasa capacidad resistente del terreno o la presencia de discontinuidades en este. Si el número de pilares que soporta es menor de tres se denominan combinadas y corridas en caso contrario. También se utilizan para apoyar muros con capacidad portante (muros de carga o muros de contención de tierras) ya tengan o no soportes embutidos en cuyo caso la anchura de la zapata puede ser variable.


c) Emparrillados En el emparrillado, la estructura se asienta en una única cimentación constituida por un conjunto de zapatas corridas dispuestas en forma de retícula ortogonal. Este tipo de cimentación se emplea cuando la capacidad portante del terreno es escasa o cuando presenta una elevada heterogeneidad, lo que hace prever que puedan producirse asientos diferenciales importantes que constituyan un riesgo elevado para la integridad del edificio.

d) Losas La cimentación por losa se emplea como un caso extremo de los anteriores cuando la superficie ocupada por las zapatas o por el emparrillado represente un porcentaje elevado de la superficie total. La losa puede ser maciza, aligerada o disponer de refuerzos especiales para mejorar la resistencia a punzonamiento bajo los soportes individualmente (denominados pedestales si están sobre la losa y refuerzos si están bajo ella) o por líneas (nervaduras).


Cimentación en Losa

IV.

DESARROLLO DEL TEMA DRENAJE DEL SUELO Y CÓMO MEJORARLO

¿Qué es el drenaje de un suelo? Su mayor o menor rapidez o facilidad para evacuar el agua por escurrimiento superficial y por infiltración profunda. Efectos del Agua en los Suelos •

La propiedad de un suelo se clasifica como: 1. Sólidos – Tienen densidad constante y son muy poco afectados por cambios en temperatura, humedad o vibración mientras el terreno no sea perturbado. 2. Viscoso – Cuando fluyen. 3. Plástico – Cuando resisten cambio en volumen. 4. Fluidos – Resisten cambios en volumen, fluyen en mayor grado que el viscoso.

•

El agua puede ocurrir en un suelo de varias formas:


1. Capilar (en poros) 2. Gravitacional (que filtra) 3. Superficial (película que envuelve las partículas y que es removido por hornos) 4. Absorbidas (no removibles por horno) ¿Qué es El Nivel Freático? El nivel freático es el termino que se aplica al nivel bajo el cual todos los suelos se encuentran saturados de agua. Factores que afectan el nivel freático: –

El nivel freático sigue el contorno del terreno. Se encuentra a un nivel mas profundo en los montes y montañas y mas cercano a la superficie en áreas llanas.

–

El agua de lluvia percola en el terreno reabasteciendo el nivel freático.

–

El nivel freático varia con la cantidad de lluvia.

–

Los manantiales ocurren cuando depresiones en el terreno colocan el nivel de tierra por debajo del nivel freático.

–

El flujo de agua bajo el nivel freático es siempre en dirección a niveles mas bajos.

La presión hidrostática puede ser suficiente alta como para ocasionar que un edificio “suba” por flotación de aquellas partes del edificio que se encuentren bajo el nivel freático. ¿Cómo saber si el drenaje es bueno o malo?


1. Si tras una lluvia o riego copioso se forman charcos en el suelo que permanecen varios días, es síntoma de mal drenaje.

2. O haz esta prueba: cava un hoyo de unos 60 cm de diámetro y 60 cm de profundidad y llénalo de agua. Si queda un poco de agua en el fondo después de algunos días, es que el drenaje es deficiente.

3. Los técnicos, viendo los horizontes del suelo, también lo saben. Se abre un agujero o perfil y si a unos 50 cm. de profundidad o más, la tierra tiene un color gri

s, verde ogris con manchas rojas, es señal de que esa zona del suelo permanece saturada de agua parte del año. En la fotografía de la izquierda se aprecia una "masilla" de color gris bastante impermeable.

¿Cuál es el problema del mal drenaje? Las plantas, ya sean árboles, arbustos, flores, hortalizas o césped, lo pasan mal porque las raíces se asfixian y los hongos que viven en el suelo (Phytophthora, Armillaria, Fusarium, Pythium, Rhizoctonia,etc.) aprovechan la situación para infectarlas y "rematarlas".


Cierto es que hay especies vegetales que son más resistentes que otras al exceso de agua, hasta el punto que hay un grupo de Plantas Acuáticas que permanecen con las raíces permanentemente inundadas. ¿Cuándo hay más riesgo de problemas de drenaje? • Si el suelo es arcilloso, más riesgo que si es arenoso. Aunque no todos los suelos arcillosos drenan mal. • En áreas planas o cóncavas del terreno. • Al pie de pendientes, que es donde llega toda el agua de escorrentía. • Un jardín cerrado por paredes o que carezca de una salida natural del agua por superficie puede acumular más agua de lo conveniente.

¿Cómo se mejora el drenaje? Suelo con nivel freático alto Existen zonas donde el agua freatica se halla muy cerca de la superficie del terreno natural, llegando incluso a aflorar en algunos puntos. Este execeso de humedad es perjudicial para la estabilidad de las obras de tierra, por lo que es imprescindible alejarla o al nenos evitar que afecte a las caracteristicas resistentes del terreno. A continuación describieremso brevemente cuatro métodos usualmente empelados para la construccion de terraplenes en terrenos húmedos: a) Excavación de zanjas profundas: La realización de pozos o zanjas longitudianales a gran profundidad flanquenado la obra favorece el drenaje del agua freática, alejándola de la superficie; además, puede


emplearse como sistema de precarga, ya que favorece a la consolidación del suelo.

b) Empleo De Geotextiles: El geotextil es un tejido que impide el paso del agua, por lo que puede emplearse para evitar el o del agua freática con el suelo.

c) Construcción En Sandwich: Bajo estre nutritivo nombre se esconde un proceso constructico que consiste en colocar capas alternadas de material cohesivo con exceso de humedad y material granular. Puede ser efectivo si se impide la mezla entre ambas capas y la excesiva acumulación de agua en los primeros.


d) Estabilización Del Suelo: En determinados casos puede recurrirse a efectuar un tratamiento del del suelo con cal o cemento, esparciendo uniformemente sacos que posteriormente seran rotos, disgregados y mezclados con el suelo empleando una grada de disco. Un suelo típico de este caso son los limos húmedos, donde se da el fenómeno del colchoneo, ondulación del terreno al paso de la maquinaria, y q dificulta su puesta en obra.

1.- Sistemas de Drenaje Se deben desviar las aguas cercanas a las zapatas. •

Se utilizan tuberías de drenaje con diámetros de 6” rodeadas de grava o suelos porosos.

•

Se colocan 6” como mínimo por debajo del nivel de loza de piso mas bajo.


Si el drenaje es realmente malo lo mejor será instalar una red de tuberías de drenaje. Si no es para tanto, realizando algunas operaciones de las que siguen será suficiente.

El drenaje de aguas superficiales se logra alejándolas de las estructuras. •

Se logra manipulando los niveles de la topografía. –

•

Creando pendientes y nivelando (Graping) el terreno.

Utilizando cunetas de calle, canales y canalones con pendiente mínimas de 1/8” por pie lineal.


•

Las aguas se recogen y desaguan en drenajes de rejillas y alcantarillas (Catch Basins) que conecta a los sistemas pluviales subterráneo; debajo del nivel de calle.

2.- Crear pendientes Moldea el terreno dando pendientes suaves al terreno para que escurra el agua hacia un lado y salga por allí o bien se recoja con una canaleta. Hay que "guiar" al agua de lluvia y riego hacia donde nos interese dando pendientes adecuadas. Esta labor es fundamental al construir el jardín.

3.- Nivelación Nivela el terreno con el fin de suprimir las ondonadas o depresiones que acumulen agua.

V.

CONCLUSIONES


 Con el presente informe se ha logrado comprender sobre el comportamiento de un suelo con problemas de drenaje. 

Se logró aprender algunas técnicas para la solución de suelos mal drenados.

VI.

ANEXOS

Cimentacion En Suelos Mal Drenados 45n16

Overview 26281t

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