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UNIVERSIDAD “ALAS PERUANAS”

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL Primera practica Ciclo

: IX

CURSO

: MECANICA DE SUELOS APLICADO A LA CIMENTACIÓN Y VIAS DE TRANSPORTE

Docente

Alumno

: DENNYS GEOVANNI CALDERÓN PANIAGUA

: • Huayhua Quispe, Carlos Alberto

Ayacucho- Peru 2019

DEDICATORIA Dedico este trabajo principalmente a Dios, por haberme dado la vida y permitirme el haber llegado hasta este momento tan importante de mi formacion profesional. A mi madre, por ser el pilar más importante y por demostrarme siempre su cariño y apoyo incondicional sin importar nuestras diferencias de opiniones

ii

INDICE OBJETIVOS ........................................................................................................................................... IV OBJETIVO GENERAL ................................................................................................................................ IV OBJETIVOS ESPECIFICOS ......................................................................................................................... IV 1

DENSIDAD INSITU ......................................................................................................................... 1 1.1 1.2

EJERCICIO 1 .................................................................................................................................... 1 EJERCICIO 2 .................................................................................................................................... 1

2

CONTENIDO DE HUMEDAD ........................................................................................................... 3

3

GRAVEDAD ESPECIFICA ................................................................................................................. 4

4

LIMITE LIQUIDO ............................................................................................................................ 5 4.1 4.2

5

LIMITE PLASTICO........................................................................................................................... 6 5.1 5.2

6

EJERCICIO 1 .................................................................................................................................... 8 EJERCICIO 2 .................................................................................................................................... 8

ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO ....................................................................................................... 9 8.1 8.2

9

EJERCICIO 1 .................................................................................................................................... 7 EJERCICIO 2 .................................................................................................................................... 7

PESO VOLUMÉTRICO..................................................................................................................... 8 7.1 7.2

8

EJERCICIO 1 .................................................................................................................................... 6 EJERCICIO 2 .................................................................................................................................... 7

LIMITE DE CONTRACCION ............................................................................................................. 7 6.1 6.2

7

EJERCICIO 1 .................................................................................................................................... 5 EJERCICIO 2 .................................................................................................................................... 5

EJERCICIO 1 .................................................................................................................................... 9 EJERCICIO 2 .................................................................................................................................. 10

PROBLEMAS GEOTÉCNICOS EN EXPANSIÓN ................................................................................ 11 9.1 FALLA POR EXPANSION DEL PARQUE DEL NIÑO EN EL CENTRO POBLADO DE SAN ANTONIO MOQUEGUA .......................................................................................................................................... 11 9.2 EDIFICACIÓN EN PUNTA ARENAS TALARA. ........................................................................................... 17

10

PROBLEMAS GEOTÉCNICOS POR SOCAVACIÓN ........................................................................... 19 10.1 10.2

11

CAIDA DEL PUENTE REQUE – CHICLAYO ....................................................................................... 20 COLAPOS DEL PUENTE PILLPINTO EN EL DISTRITO DE PILLPINTO – CUSCO ............................... 21

BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................. 23

iii

INTRODUCCION En toda obra de arquitectura o ingeniería moderna, ya sea viviendas o edificios, es necesaria e imprescindible la realización de un estudio de suelos. El Estudio de Mecánica de Suelos, es un documento suscrito por un especialista reconocido y acreditado en mecánica de suelos, a través del cual determina la resistencia del terreno sobre el que se desplantan las edificaciones, mismo que sirve de base para determinar el tipo de cimentación a usar. El presente trabajo tiene la finalidad de desarrollar temas y ejercicios tales como: la densidad in situ, el contenido de humedad, gravedad específica, limites líquidos, limite plástico, limite de contracción, peso volumétrico, análisis granulométrico por tamizado y describir casos donde se produjeron problemas geotécnicos por expansion y por socavación.

OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL -

Desarrollar temas correspondientes a la primera practica de mecánica de suelos aplicada a la cimentación y vías de transporte

OBJETIVOS ESPECIFICOS -

Conocer la densidad in-situ, el contenido de humedad, gravedad específica, limites líquidos, limite plástico, límite de contracción, peso volumétrico, análisis granulométrico por tamizado

-

Describir casos donde se produjeron problemas geotécnicos por expansion y problemas técnicos por socavación.

iv

1 1.1

DENSIDAD INSITU Ejercicio 1

(1)

Peso del cono mas arena (lleno de arena -antes)

7302 g

(2)

Peso del cono mas arena (remanente - despues)

3509 g

(3)

Peso de arena en cono y placa

1696 g

(4)

Peso de arena en hueco

(1)-(2)-(3) = 2097 g

(5)

Densidad de arena

1.55 g/cm3

(6)

Vol. De arena =vol hueco=vol suelo

(4) ÷ (5) =1352.9 cm3

(7)

Peso muestra extraida

2639 g

(8)

Densidad Humeda

(7) ÷ (6) = 2.951 g/cm3

(9)

Contenido de humedad

6%

(10)

Densidad humeda

(8) 1+(

(11)

1.2

Grado de compactación; donde asumimos como densidad seca máxima el valor de 1.9

(9) ) 100

= 1.84 g/cm3

(10)

(𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑠𝑒𝑐𝑎 𝑚𝑎𝑥𝑚𝑎 ∗ 100 = 96.8%

Ejercicio 2

Item Descripción 1. Peso del suelo húmedo + deposito (gr)

dato 5856

1

2.

Peso del depósito (gr)

560

3.

Peso del suelo húmedo del hueco (1-2)

5296

4.

Peso de la arena + el frasco (gr)

6461

5.

Peso de la arena que queda en el frasco (gr)

827

6.

Peso de la arena del hueco + peso de arena del cono (4-5) gr

5634

7.

Peso de arena en el cono (incluida la plataforma) Pp

1552

8.

Peso de la arena en el hueco (6-7) en gr

4082

9.

Densidad de la rena en gr/cm3

1.33

10.

Volumen del hueco (8/9) cm3

3069.17

11.

Peso de grava seca al aire en gr

298

12.

Peso especifico de la grava en gr/cm3

2.6

13.

Volumen de grava por desplazamiento (11/12) en cm3

114.62

14.

Peso del suelo (3-11)

4998

15.

Humedad del suelo (%)

2954.56

16.

Densidad del suelo húmedo (14/15) en gr/cm3

1.69

17.

Humedad del suelo (%)

3.57

18.

Densidad del suelo seco (16/17+100) *100 en gr/cm3

1.63

19.

Máxima densidad determinada en la curva (asumida) en gr/cm3

2.15

20.

PORCENTAJE O GRADO DE COMPACTACION ((18/19)*100)

75.97

2

2

CONTENIDO DE HUMEDAD

3

3

GRAVEDAD ESPECIFICA

4

4 4.1

LIMITE LIQUIDO Ejercicio 1

Prueba Nº Frasco Nº Nº de golpes 1. Peso de frasco + suelo húmedo (gr) 2. Peso de frasco + suelo seco (gr) 3. Peso del agua (gr) (1 -2) 4. Peso del frasco (gr) 5. Peso suelo seco (gr) (2 - 4) 6. Contenido de humedad (3/5*100)

Limite plástico

Limite liquido

1 39.4

2 12 52.9

3 22 51.5

4 30 62.7

42 57.6

38.4 1.0 32.7 5.7 17.5

48.7 4.2 36.3 12.4 33.9

47.2 4.3 33.8 13.4 32.1

57.8 4.9 42.1 15.7 31.2

53.1 4.5 38.3 14.8 30.4

EL LIMITE LIQUIDO ES 34.79%

4.2

Ejercicio 2 Limite liquido

Prueba Nº 1 Nº de golpes

1 15

2 20

3 30

5

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Peso de frasco + suelo húmedo (gr) Peso de frasco + suelo seco (gr) Peso del agua (gr) (1 -2) Peso del frasco (gr) Peso suelo seco (gr) (2 - 4) Contenido de humedad (3/5*100)

36.16

36.91 36.79

33.71 4.2 36.3 12.4 33.9

34.61 4.3 33.8 13.4 32.1

34.67 4.9 42.1 15.7 31.2

EL LIMITE LIQUIDO ES 31.745%

5 5.1

LIMITE PLASTICO Ejercicio 1 Limite plástico

Prueba Nº 1

2

3

Nº de golpes 1. Peso de frasco + suelo húmedo (gr)

39.4

28.25

27.62

2. 3. 4. 5. 6.

38.4 1.0 32.7 5.7 17.5

27.77 0.48 25.14 2.63 18.25

27.09 0.53 24.2 2.89 18.34

Peso de frasco + suelo seco (gr) Peso del agua (gr) (1 -2) Peso del frasco (gr) Peso suelo seco (gr) (2 - 4) Contenido de humedad (3/5*100)

6

El límite liquido es (17.5+18.25+18.34) /3 =18.03%

5.2

Ejercicio 2 Limite plástico

Prueba Nº 1

2

Nº de golpes 7. Peso de frasco + suelo húmedo (gr)

9.58

10.77

8. 9. 10. 11. 12.

9.27 0.31 7.81 1.46 21.2

10.39 0.38 8.63 1.76 21.6

Peso de frasco + suelo seco (gr) Peso del agua (gr) (1 -2) Peso del frasco (gr) Peso suelo seco (gr) (2 - 4) Contenido de humedad (3/5*100)

El límite plástico es (21.2+21.6) /2 =21.4%

6

LIMITE DE CONTRACCION

6.1 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

Ejercicio 1 Ensayo Peso tara Peso tara + peso Humedo Peso tara + Peso seco Humedad (8/7) Volumen inicial del suelo húmedo Peso Hg dsalogado por el suelo Peso seco (3-1) Peso agua(2-3) Volumen desalojado por suelo seco Volumen final Limite de contracción -

1 3.1 13.56 10.80 35.84 5.44 48.9 7.70 2.76 3.61 3.61 12.07

γw: Peso específico del agua 𝐿𝐶 = 𝑤 − 100(𝑉 − 𝑉0 ) ∗ 6.2 1. 2. 3. 4. 5. 6.

γ𝑤 1 = 35.84 − 100(5.44 − 3.61) ∗ = 12.0737 𝑊0 7.7

Ejercicio 2 Ensayo Peso vasija de contracción + peso suelo húmedo Peso vasija de contracción + peso suelo seco Peso agua contenida (2-3) Peso vasija de contracción Peso suelo seco, Wo = (3-5) Contenido de humedad, w=(4/6*100)

(gr) (gr) (gr) (gr) (gr) (%)

2 50.5 42.3 8.2 20 22.3 36.77 7

7. 8. 9. 10. 11. 12.

Volumen de la vasija de contracción, V Volumen de la torta de suelo seco, Vo (V-Vo) = (8-9) (V-Vo)*100/Wo = 10/6*100 Límite de contracción – Relación de contracción (6/9)

𝐿𝐶 = 𝑤 − 100(𝑉 − 𝑉0 ) ∗

7 7.1

(cm3) (cm3) (cm3) (cm3) (%)

16.7 13.1 3.6 16.14 20.65 1.70

γ𝑤 1 = 36.77 − 100(16.7 − 13.1) ∗ = 20.65 𝑊0 22.3

PESO VOLUMÉTRICO Ejercicio 1

Peso volumétrico seco y suelto de la arena Ensayo 1. 2. 3. 4.

Peso del recipiente -Wr Peso del recipiente junto con el material – Wmr Volumen de la tara -V Peso volumétrico ((2-1)/3)*1000

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 = 7.2

kg kg Lt Kg/m3

2 4.8 18.48 9.1 1503.2967

W𝑚𝑟 − 𝑊𝑟 18.480 − 4.8 = = 1503.2967 𝑉 9.1

Ejercicio 2

Peso volumétrico seco y suelto de la grava 1. 2. 3. 4.

Ensayo Peso del recipiente -Wr Peso del recipiente junto con el material – Wmr Volumen de la tara -V Peso volumétrico ((2-1)/3)*1000

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 =

kg kg Lt Kg/m3

2 4.8 18. 9.1 1450.549

W𝑚𝑟 − 𝑊𝑟 18 − 4.8 = = 1450.549 𝑉 9.1

8

8 8.1

ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO Ejercicio 1 TAMIZ

3” 2” 1 ½” 1” ¾” ½” 3/8” ¼” Nº 4 Nº 10 Nº 20 Nº 30 Nº 40 Nº 60 Nº 100 Nº 200 Platillo

ABERTURA (mm)

76.200 50.300 38.100 25.400 19.050 12.700 9.525 6.350 4.760 2.000 0.840 0.590 0.426 0.250 0.149 0.074

Peso retenido(grs)

80.0 172.5 43.2 112.0 58.9 82.0 32.1 93.6 57.5 22.1 20.2 55.0 55.1 34.2 448.2

% parcial retenido

5.9 12.6 3.2 8.2 4.3 6.0 2.3 6.8 4.2 1.6 1.5 4.0 4.0 2.5 32.8

% acumulado Retenido Pasa

0.0 0.0 5.9 18.5 21.6 29.8 34.1 40.1 42.5 49.3 53.5 55.2 56.6 60.7 64.7 67.2 100

100.0 100.0 94.1 81.5 78.4 70.2 65.9 59.9 57.5 50.7 46.5 44.8 43.4 39.3 35.3 32.8 0.0

9

8.2

Ejercicio 2

TAMIZ

2” 1 ½” 1” ¾” ½” 3/8” Nº 4 Nº 10 Nº 40 Nº 100 Nº 200 Fondo platillo

ABERTURA (mm)

50.300 38.100 25.400 19.050 12.700 9.525 4.760 2.000 0.426 0.149 0.074 0.02

Peso retenido(grs)

0 56 258 360 340 256 784 584.91 728.21 1090.9 468.31 61.97 4988.3

% parcial retenido

0 1.12 5.16 7.2 6.8 5.12 14.96 11.69 14.56 21.82 9.36 1.23 99.03

% acumulado Retenido Pasa

0 1.12 5.12 6.28 13.48 20.28 25.4 40.36 52.05 66.61 88.43 97.97 99.02

100 98.88 93.72 86.52 79.72 74.6 59.64 47.95 33.39 11.57 2.21 0.97

10

DESCRIBIR 2 CASOS PRACTICOS QUE USTED CONOSCA DONDE SE PRESENTARON LOS SIGUIENTE PROBLEMAS GEOTENICOS

9

PROBLEMAS GEOTÉCNICOS EN EXPANSIÓN

9.1

FALLA POR EXPANSION DEL PARQUE DEL NIÑO EN EL CENTRO POBLADO DE SAN ANTONIO - MOQUEGUA

UBICACIÓN DE LOS SUELOS EXPANSIVOS LA ILUSTRACIÓN A NIVEL MUNDIAL Los suelos expansivos están confinados en regiones potencialmente semiáridas en zonas de clima tropical templado. Los suelos expansivos se presentan en abundancia Comportamiento de Cimentaciones en Suelos Expansivos Méndez Salas Pineda Núñez 19 donde la evapotranspiración excede la precipitación. De lo anterior se tiene la teoría de que en las zonas semiáridas la escasa lixiviación ha ayudado en la formación de la montmorilonita. Existen muchos países en el mundo que tienen el problema de suelos expansivos, por ejemplo: Sudáfrica, México, Estados Unidos, Venezuela, Colombia, Costa Rica, Ecuador, Perú, Argentina, Brasil, Cuba, Angola, Mozambique, Kenia, Argelia, Marruecos, Ghana, Israel, Turquía, Irán, Irak, India, Australia, entre otros. En Europa, parece que el único que presenta este problema es España.

DISTRIBUCION DE LOS SUELOS EXPANSIVOS EN EL PERU Región Norte Y nororiente -

Piura Paita Talara Chiclayo Iquitos Bagua

11

Región Sur -

Moquegua

Según estudios de trabajo de campo y ensayo de laboratorios realizados los cuales fueron expuestos anteriormente se advierte lo siguiente: -

El suelo del parque del niño es un suelo con características arcillosas, susceptible a grandes cambios de volumen. El porcentaje de expansión de 4% a 9.5%. Asimismo, presenta una humedad entre 19.47% a 10.16%, presentando en la zona sureste saturado. Presenta un índice de plasticidad entre 20.29 a 3.51. El nivel freático en la zona sureste esta muy próximo a la superficie, a menos de 3 metros de profundidad. La aceleración espectral en la superficie del suelo es de 0.3g. Las principales amplificaciones se encuentran en un rango de período largo de 0.2 seg a 0.8 seg, que harían predecir fallas considerables frente a un eventual sismo

De lo cual se deduce que el suelo del parque del niño era un suelo de características arcillosas, susceptible a la expansión; por tanto, era importante conocer ello previo a la ejecución, situación que hubiera permitido efectuar un estudio técnico (expediente técnico) de acuerdo al tipo de suelo. Asimismo, se tomó conocimiento que existe nivel freático cercano a la superficie construida, por tanto, un suelo arcillo y con presencia de agua, era lógico que se produzcan hinchamientos y deformaciones. Sin embargo que a pesar que el estudio geotécnico reveló la presencia de arcilla en el suelo de fundación, así como de agua subterránea, esto no habría sido adecuadamente analizado por los 12

ejecutores para optar por una solución que mitigue dichos efectos expansivos de la arcilla en el Parque del Niño, por lo que se generaron fallas estructurales, tales como se muestra en las fotografías a continuación:

Fisuras en los muros de servicio

Fisuras en pisos de servicios higienicos 13

Falla en el piso de acceso a servicios higienicos

Fisuras y grietas en la via (carpeta asfáltica) del circuito car, asi como la deformación existente. 14

Grietas en gradas de acceso a servicios higienicos.

Desplazamiento del muro (lateral izquierdo de los SS.HH.)

15

Desplazamiento del cerco perimetrico

Circuito de car con presencia de fisuras

16

Zona de piscina infantil en desuso

9.2

Edificación en Punta Arenas Talara.

Extensas áreas del norte de nuestro país están conformadas por suelos arcillosos de alto poder expansivo, lo que ha dado lugar al desarrollo del estudio de estos suelos en los últimos tiempos, principalmente en zonas que comprometen áreas de expansión urbana y donde ha sido necesario construir caminos, aeropuertos, proyectos de irrigación y edificaciones de todo tipo, esencialmente livianas y de bajo costo En Talara tenemos áreas que presentan arcillas y lutitas expansivas, siendo estas ultimas mas problemáticas. Los movimientos de las arcillas que producen el fenómeno de expansión de la zona de talara, podrían definirse como irreversibles, dado que la variación del clima no es cíclica dando lugar a la destrucción progresiva de la estructura hasta llegar al colapso. La expansion tiene lugar sobre todo en las estructuras livianas o superficiales, llámense: viviendas, canales, pavimentos, et. En las cuales el mínimo estudio de suelos que se realiza 17

debido al costo que involucraría y siendo la solución de una cimentación adecuada y mas costosa. En la ciudad de talara las arcillas expansivas han ocasionado daños a edificaciones cuando han sido humedecidas ya sea por lluvias, riegos o roturas de tuberías

Grietas en la vereda

18

Fallas por expansion de suelos en el interior de las viviendas

10 PROBLEMAS GEOTÉCNICOS POR SOCAVACIÓN Socavación de puentes en el Perú Según el informe realizado por el Colegio de Ingenieros del Perú sobre el Fenómeno “El niño” 97-98, la mayoría de los puentes colapsaron por problemas de socavación del lecho del rio, lo que ha ocasionado que las fundaciones se inclinen o colapsen totalmente, este tipo de errores es ocasionado por falta de estudios de Hidráulica y por presiones de hacer obras de bajo costo. Como consecuencia de las intensas lluvias ocurridas durante El Fenómeno “El Niño” de 1998 en el Perú, en sólo los primeros 3 meses de ese año 68 puentes fueron destruidos, 13 de los cuales no tenían más de 14 años de antigüedad, y ocho de ellos fueron construidos en los últimos cinco años previos a “El Niño”. Los mayores daños se produjeron en la costa norte del país, en los departamentos de Lambayeque, Piura y Tumbes. Tan sólo en la ciudad de Piura, dos de los cuatro puentes existentes colapsaron; el puente Bolognesi sucumbió en las aguas del río Piura (murieron 3 personas, y desaparecieron 10), demostrando la vulnerabilidad hidráulica de nuestros puentes que simplemente no están diseñados para soportar este tipo de caudales producidos por las lluvias ya sea porque no son suficiente o adecuadamente largos, o porque sus estribos y pilares no son bastante profundos y el nivel del tablero no es suficientemente alto.

19

La socavación es un fenómeno que es causado principalmente por los procesos fluviales entre los cuales se encuentra 2 causas: causas naturales y causas antrópicas. En el cauce del río se produce el fenómeno de la degradación, que es la pérdida de material en una zona del río es decir el proceso que se presenta si el nivel del lecho del río se eleva. Los diferentes tipos de socavación que se presentan en el lecho del río son: normal o general, transversal, por estrechamiento de cauce, por erosión local por la presencia de pilas y estribos.

La falla de estos puentes se produce por erosión hidráulica, en la mayoría de casos porque la longitud del puente es demasiado corta. En la costa los ríos tienen cauces relativamente planos y amplios, el puente no cubre el ancho total del río sino sólo una parte del cauce principal y el resto es cubierto mediante la construcción de terraplenes. Este estrechamiento del cauce genera dos efectos negativos: aumenta los niveles de agua e incrementa la profundidad de erosión.

10.1 CAIDA DEL PUENTE REQUE – Chiclayo El 1ro. De marzo de 1998 en Chiclayo, el puente Reque colapsó a las 10:00 am, el pilar se paralizo con un caudal de 300 m3/s, valor menor que aquel registrado el 14 de marzo el cual fue de 1996 m3/s.

20

Caída del puente Reque- Chiclayo

Vista aérea de la caída del puente Reque

10.2 COLAPOS DEL PUENTE PILLPINTO EN EL DISTRITO DE PILLPINTO – CUSCO Como consecuencia de las precipitaciones pluviales intensas que se registra en la zona desde el año 2019 hasta la actualidad, se produjeron afectaciones en la estructura del puente Pillpinto, ocasionado el colapso de dicho puente, en el distrito de Pillpinto, provincia de Paruro.

21

mapa situacional

caída del puente Pillipinto

22

Bibliografía -

Carrillo Gil, A. (1970). Casos de cimentaciones especiales en el Peru. Lima.

-

Cuba Castro Valencia, M. E. (1992). Suelos expansivos en Talara. Lima.

-

Mejia Becerra, P. (2019). Conocimiento del suelo del parque del niño y su comportamiento para garantizar la vida util, Moquegua. Tacna.

23