geotecnia ensayo triaxial
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UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES – FILIAL LIMA
ENSAYO TRIAXIAL
2016-II GEOTECNIA
UNIVERSIDAD PERRUANA LOS ANDES
U.E.C.: Geotecnia
DOCENTE: Ing. Fernando Uchuypoma
TURNO: Mañana – A1
CICLO: VII
INTEGRANTES:
1. BLANCO ALANIA, Menghy Linden
2. CHOZO ALDANA , Juan Manuel
3. GADEA GIRALDO, Víctor Elías William
4. GOMERO ROJAS, Erika
5. GONZALES GUIZADO, Ángel
6. HUAMANI CANCHO, Cindy Silvia
7. HUAMANCHAQUI MUNASCA, Jheans Lee
8. LEDESMA SEDANO, Liz Mary
9. MITMA RAMIREZ, Guelia
10. NAVARRO MARTINEZ, Katy
11. PANDURO ARROYO, Junior
12. PEREZ CRISTOBAL, Kevin
13. SULLUCHUCO BALTAZAR, Ronal Edwin
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CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
GEOTECNIA – ENSAYO TRIAXIAL 1
1
CONTENIDO
1 GENERALIDADES ........................................................................................................ 3
1.1 ANTECEDENTES ................................................................................................... 3
1.2 OBJETIVO DEL ESTUDIO .................................................................................... 3
1.3 NORMATIVIDAD..................................................................................................... 4
1.4 UBICACIÓN DEL AREA DE ESTUDIO ................................................................ 4
2 GEOLOGÍA DEL ÁREA DE ESTUDIO ........................................................................ 4
3 CONSIDERACIONES SISMICAS ................................................................................ 4
3.1 INTENSIDAD ........................................................................................................... 4
3.2 ZONIFICACIÓN SISMICA ...................................................................................... 5
3.3 TIPO DE SUELO Y PERIODO PREDOMINANTE .............................................. 6
3.4 FUERZA HORIZONTAL EQUIVALENTE ............................................................. 6
4 INVESTIGACIÓN DE CAMPO ...................................................................................... 6
4.1 EXCAVACIÓN DE CALICATAS ............................................................................ 7
4.1.1 EXCAVACIÓN PARA TOMA DE MUESTRAS ALTERADAS: .................... 7
4.1.2 EXCAVACIÓN DE MUESTRAS INALTERADAS ......................................... 8
4.2 DENSIDADES DE CAMPO.................................................................................... 9
5 ENSAYOS DE LABORATORIO ................................................................................. 10
5.1 ENSAYOS DE MECÁNICA DE SUELOS ........................................................... 10
5.1.1 ENSAYOS ESTANDAR ................................................................................ 10
5.1.2 ENSAYOS ESPECIALES ............................................................................. 12
5.2 ENSAYOS DE ANALISIS QUIMICO ................................................................... 19
6 PERFIL ESTRATIGRÁFICO ....................................................................................... 19
7 ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN ............................................................................. 20
7.1 TIPO DE CIMENTACIÓN ..................................................................................... 20
7.2 PROFUNDIDAD DE CIMENTACIÓN .................................................................. 20
7.3 CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE ............................................................... 21
7.3.1 CAPACIDAD DE CARGA POR CORTE ..................................................... 21
7.4 CÁLCULO DE ASENTAMIENTO ........................................................................ 22
8 AGRESIÓN DEL SUELO AL CONCRETO DE LA CIMENTACIÓN....................... 23
9 SUELOS EXPANSIVOS Y LICUEFACCIÓN ............................................................ 23
10 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................ 25
11 REFERENCIAS ........................................................................................................ 26
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11.1 FIGURAS ............................................................................................................... 26
11.2 TABLAS ................................................................................................................. 29
12 ANEXOS ................................................................................................................... 30
12.1 REGISTRO DE EXPLORACIONES .................................................................... 30
12.2 RESULTADOS DE ENSAYOS DE LABORATORIO ......................................... 30
12.3 PANEL TOPOGRÁFICO ...................................................................................... 36
12.4 PLANO DE UBICACIÓN ...................................................................................... 59
12.5 PLANO DE PERFIL ESTRATIGRÁFICO ........................................................... 60
12.6 MAPA DE ZONIFICACIÓN SÍSMICA DEL PERÚ ............................................. 61
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3
1 GENERALIDADES
1.1 ANTECEDENTES
Debido a que el suelo es un material tan complejo, ninguna prueba bastará por
si sola para estudiar todos los aspectos importantes del comportamiento
esfuerzo –deformación. El ensayo Triaxial constituye el método más versátil en
el estudio de las propiedades esfuerzo- deformación. Con este ensayo es posible
obtener una gran variedad de estados reales de carga. Esta prueba es la más
común para determinar las propiedades esfuerzo-deformación. Una muestra
cilíndrica de un suelo es sometida a una presión de confinamiento en todas sus
caras. A continuación, se incrementa el esfuerzo axial. Como no existen
esfuerzos tangenciales sobre las caras de la muestra cilíndrica, el esfuerzo axial
y la presión de confinamiento, son los esfuerzos principales mayor y principal
menor respectivamente. Al incremento de esfuerzo axial, se denomina esfuerzo
desviador.
ESFUERZOS PRINCIPALES
Es una prueba de compresión cilíndrica, la falla ocurre debido al corte, por ello
es necesario considerar la relación entre la resistencia al corte y la tensión
normal que actúan sobre cualquier plano dentro del cuerpo a compresión. En
una prueba de compresión, una muestra de suelo está sujeta a fuerzas
compresivas que actúan en tres direcciones, en ángulos rectos entre sí,
respectivamente; uno en la dirección longitudinal, los otros dos lateralmente.
CÍRCULO DE MOHR
Representación gráfica de los estados de esfuerzo de una muestra de suelo,
sometida a una prueba de compresión Triaxial. La construcción gráfica, para
definir el lugar geométrico de un punto por medio de círculos, es de gran
importancia en la mecánica de suelos. Estas resultantes son conocidas como
tensiones de círculo de Mohr.
1.2 OBJETIVO DEL ESTUDIO
•Desarrollar el ensayo Triaxial no confinado-no drenado e interpretar sus
resultados.
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•Determinar el Ángulo de rozamiento interno y la Cohesión del suelo, que
permitan establecer su Resistencia al Corte, aplicando a las probetas esfuerzos
verticales y laterales que tratan de reproducir los esfuerzos a los que está
sometido el suelo en condiciones naturales.
1.3 NORMATIVIDAD
Norma ASTM
•D 2850-95 Método de ensayo para prueba de compresión Triaxial no
consolidado-no drenado en suelos cohesivos.
Norma Técnica Peruana
•339.164 Compresión Triaxial no consolidada no drenada
1.4 UBICACIÓN DEL AREA DE ESTUDIO
PROVINCIA: Huaral
DISTRITO: Aucallana- sector Carlines Boza
2 GEOLOGÍA DEL ÁREA DE ESTUDIO
La zona de estudio se encuentra ubicada por la Panamerica Norte, distrito de
Huaral en Lima.
Según la carta geológica nacional del IGN:
CUADRÁNGULO : 22-h, 22-i
ELIPSOIDE : SISTEMA GEODESICO MUNDIAL DE 1984
CUADRÍCULA : 500MT, UTM ZONA 18L
PROYECCIÓN : UNIVERSAL TRANSVERSAL DE MERCATOR
DATUM HORIZONTAL: SISTEMA GEODESICO MUNDIAL DE 1984
DATUM VERTICAL : NIVEL MEDIO DEL MAR
3 CONSIDERACIONES SISMICAS
3.1 INTENSIDAD
Según los mapas de zonificación sísmica y mapa de máximas intensidades
sísmicas del Perú y de acuerdo a las Normas Sismo-Resistentes del Reglamento
Nacional de Edificaciones Construcciones, el distrito de Huaral,
correspondiéndole una sismicidad alta y una intensidad de IX a X. (Véase tabla 2)
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3.2 ZONIFICACIÓN SISMICA
El territorio nacional se considera dividido en tres zonas, como se muestra en la
Figura A. La zonificación propuesta se basa en la distribución espacial de la
sismicidad observada, las características generales de los movimientos sísmicos
y la atenuación de éstos con la distancia epicentral, así como en información
geotectónica. En la tabla N° 2 se indican las provincias que corresponden a cada
zona.
FIGURA A
A cada zona se asigna un factor Z según se indica en la Tabla N°1. Este factor
se interpreta como la aceleración máxima del terreno con una probabilidad de 10
% de ser excedida en 50 años.
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En el Mapa de Zonificación Sísmica considerando por la norma Técnica E-030
“Diseño Sismo resistente” del Reglamento Nacional de Construcciones, los
parámetros sísmicos a usarse son:
Factor de Zona, Z = 0.45 g
3.3 TIPO DE SUELO Y PERIODO PREDOMINANTE
Como se ha podido observar es muy importante analizar la frecuencia de
oscilación del suelo y la frecuencia de oscilación de la estructura, porque la
oscilación tiene una dependencia directa con las constantes elásticas del
material en estudio. Cuando se realiza el estudio de las características del suelo,
se utiliza entre sus propiedades dinámicas la presencia de los períodos
predominantes, éstos dependen del tipo de suelo que se está analizando.
Se sabe los períodos predominantes de la oscilación se mantiene constante
hasta una distancia de 40km, después el valor de los períodos se incrementan
conforme la distancia epicentral va aumentando.
Factor de ampliación de ondas sísmicas S2 = 1.05
Período de vibración predominante Tp = 0.6 seg.
Tl = 2.0 seg.
3.4 FUERZA HORIZONTAL EQUIVALENTE
La fuerza horizontal equivalente está dada por la siguiente fórmula:
H=(Z.U.C.S)/R.g.
4 INVESTIGACIÓN DE CAMPO
Este estudio ha sido ejecutado en base al Reglamento Nacional de Edificaciones,
Norma Técnica de Edificaciones E-050 Suelos y Cimentaciones. Teniéndose en
cuenta que los suelos del distrito de Huaral, se encuentra emplazada sobre un
deposito eólicos y fluviales, suelos que contienes gravas; arcillas (arenas finas).
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4.1 EXCAVACIÓN DE CALICATAS
Las investigaciones de campo consistieron en la ejecución de 1 calicata C-01,
excavada manualmente hasta una profundidad de 3.10m y a cielo abierto.
(Véase figura 5.3).
Y para el procedimiento nos basamos en el manual de Mecánica De Suelos –
Toma de muestras (entregado por la Universidad, UPLA).
4.1.1 EXCAVACIÓN PARA TOMA DE MUESTRAS ALTERADAS:
a. MATERIALES
Barreta, manuales, pico, pala para la excavación
Flexómetros
Costales
Libreta de campo
Cámara fotográfica
Estacas
b. PROCEDIMIENTO
Localizamos donde se realizaríamos la excavación, medimos: 1.00 de
ancho por 1.20 m de largo, trazarlo con barreta o el pico (Véase figura 4).
Limpiamos la superficie del terreno con una pala; retiramos todo material
y materia orgánica superficial presente (Véase figura 4.1).
Realizamos la excavación hasta 3 m de profundidad, inicialmente la
extracción del agregado se hizo con lampa, luego con ayuda del balde y
la driza (Véase figura 4.2).
Al ir avanzando en la excavación fuimos observando la variación de los
estratos considerando básicamente el tamaño de las partículas y el color
a un lado de la excavación separado entre si y el orden que se van
obteniendo (Véase figura 4.3).
Se procedió a la toma de muestra de cada estrato en un recipiente, para
luego realizar el cuarteo y colocar una rótula de identificación
Cerramos la excavación con el material antes extraído, de tal manera que
se coloque el suelo en el orden inverso a como se extrajo.
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4.1.2 EXCAVACIÓN DE MUESTRAS INALTERADAS
a. MATERIALES Y EQUIPOS
Pico, barreta, palas para la excavación.
2 kg. De parafina o cera.
Recipiente metálico para derretir la parafinada.
Flexómetro.
Costales de tela, fósforo, brocha, hilo, tijera, cuchillo.
Libreta de campo, plumones indelebles.
Cámara fotográfica.
Estacas.
Caja de madera de 0.30x0.30x0.30m
b. PROCEDIMIENTO
Luego de excavada nuestra calicata:
Con la ayuda del cuchillo se corta un cubo aprox. De 0.20 x 0.20 x 0.20
m. del suelo o pared lateral de la calicata; y con ayuda del cuchillo y pico
se va retirando. Luego marcar con una seña la cara del cubo que
corresponde al nivel superior, para conocer la posición original
Procedimos a cubrir con parafina todo e cubo de la muestra inalterada,
para evitar la pérdida de humedad y empaquetar debidamente para él
envió al laboratorio; cubrimos la muestra con parafina, hasta 3 veces
Como la muestra no iba a ser usado pronto, necesitaba la protección
adicional con una tela blanda de tocuyo, asegurada con cordel y luego 2
capas más de parafina para garantizar la impermeabilidad de la muestra
Luego procedimos a colocarla en la caja de madera de 0.30x0.30x0.30m,
amortiguada con biruta, procedimos a clavarla, para su traslado
Se llevaron a cabo los respectivos registros del perfil estratigráfico y se
clasificaron visualmente los estratos de acuerdo a la NTP 339. 150:2 001 y las
normas ASTM D-2488. Asimismo, se tomaron muestras representativas de cada
estrato para ser analizados en el laboratorio.
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En el siguiente cuadro se indica la identificación de las excavaciones y la
profundidad alcanzada.
CALICATA PROFUNDIDAD
C-1 3.00 m
4.2 DENSIDADES DE CAMPO
En muchos trabajos es necesario realizar ensayos para controlar la densidad
seca de cada capa que se va compactando.
Es necesario decidir que método de Ensayo de Densidad se utilizará, para
determinar la densidad o peso unitario del suelo que el suelo alcanza luego de
la compactación. Para obtener las densidades podemos seguir cualquiera de
los siguientes métodos en sitio:
•CONO DE ARENA
Determina la densidad seca y la humedad de un suelo compactado y verificar
el grado de compactación en el campo. Y se determina de la siguiente manera:
El grado de compactación de un suelo lo podemos determinar de la siguiente
forma:
𝐺𝑐 =𝛾𝑑
𝛾𝑑𝑚𝑎𝑥𝑥100
Donde:
Gc: Grado de compactación
Γd: Densidad seca en el campo
Γd max: Densidad seca máxima obtenida en el laboratorio
Balón de densidad
Densímetro nuclear
Densidad in-situ mediante el método del cono de arena: NTP 339.134
(ASTM D 2487)
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5 ENSAYOS DE LABORATORIO
5.1 ENSAYOS DE MECÁNICA DE SUELOS
5.1.1 ENSAYOS ESTANDAR
Con las muestras alteradas obtenidas de una calicata, se realiza ensayos
estándar de clasificación de suelos y de propiedades físicas consistentes en:
análisis granulométrico por tamizado, límites de Atterberg (líquido y plástico),
contenido de humedad, gravedad específica.
Los ensayos se ejecutan siguiendo las normas de la American Society For
Testing and Materials (ASTM). Las normas para estos ensayos son las
siguientes:
Análisis granulométrico por tamizado ASTM D-422
Límites de Atterberg ASTM D-4318
Contenido de humedad ASTM D-2216
Clasificación SUCS ASTM D-2487
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO
Para su realización se utiliza una serie de tamices con diferentes diámetros que
son ensamblados en una columna. En la parte superior, donde se encuentra el
tamiz de mayor diámetro, se agrega el material original (suelo o sedimento
mezclado) y la columna de tamices se somete a vibración y movimientos
rotatorios intensos en una máquina especial. Luego de algunos minutos, se
retiran los tamices y se desensamblan, tomando por separado los pesos de
material retenido en cada uno de ellos y que, en su suma, deben corresponder
al peso total del material que inicialmente se colocó en la columna de tamices.
LÍMITE LÍQUIDO
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Es el contenido de humedad por debajo del cual el suelo se comporta como un
material plástico. A este nivel de contenido de humedad el suelo está en el vértice
de cambiar su comportamiento al de un fluido viscoso.
LÍMITE PLÁSTICO
El limite Plástico (LP) se define como contenido de humedad, expresado en por
ciento con respecto al peso seco de la muestra secada al horno, para el cual los
suelos cohesivos pasan de un estado semisólido a un estado plástico. Para
determinar el límite plástico, generalmente se hace uso del material que,
mezclado con agua, se realizó en la prueba de limite líquido y al cual se evapora
la humedad agregando suelo hasta tener una mezcla plástica que sea fácilmente
moldeable. Se forma luego una pequeña bola que deberá redilarse en seguida
en la palma de la mano o en una placa de vidrio aplicando la suficiente presión
o efecto de formar filamentos. Cuando el diámetro del filamento resultante sea
de 3 mm sin romperse, deberá seguir realizándose muestras hasta que se
produzca un rompimiento de los filamentos al momento de alcanzar los 3 mm de
diámetro. Una vez que se produzca el rompimiento de los filamentos a alcanzar
los 3 mm de diámetro se toman todos los pedazos, se pesan, se secan al horno
en una tara, vuelven a pesarse ya secos y se determina la humedad
correspondiente al límite plástico de la siguiente forma:
𝐿𝑃 =𝑃ℎ − 𝑃𝑠
𝑃𝑠𝑥100
Donde:
LP: Límite Plástico
Ph: Peso Húmedo
Ps: Peso seco
CONTENIDO DE HUMEDAD
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Este ensayo tiene por finalidad, determinar el contenido de humedad de una
muestra de suelo. El contenido de humedad de una masa de suelo, está formado
por la suma de sus aguas libre, capilar e higroscópica.
La importancia del contenido de agua que presenta un suelo representa junto
con la cantidad de aire, una de las características más importantes para explicar
el comportamiento de este (especialmente en aquellos de textura más fina),
como por ejemplo cambios de volumen, cohesión, estabilidad mecánica.
El método tradicional de determinación de la humedad del suelo en laboratorio,
es por medio del secado a horno, donde la humedad de un suelo es la relación
expresada en porcentaje entre el peso del agua existente en una determinada
masa de suelo y el peso de las partículas sólidas de la siguiente forma:
𝑊 =𝑊𝑤
𝑊𝑠𝑥100
Donde:
W: Contenido de humedad expresado en %.
Ww: Peso del agua existente en la masa del suelo.
Ws: Peso seco de la masa del suelo.
5.1.2 ENSAYOS ESPECIALES
CORTE DIRECTO
La finalidad de los ensayos de corte, es determinar la resistencia de una muestra
de suelo, sometida a fatigas y/o deformaciones que simulen las que existen o
existirán en terreno producto de la aplicación de una carga. Para conocer una de
esta resistencia en laboratorio se usa el aparato de corte directo, siendo el más
típico una caja de sección cuadrada o circular dividida horizontalmente en dos
mitades. Dentro de ella se coloca la muestra de suelo con piedras porosas en
ambos extremos, se aplica una carga vertical de confinamiento (Pv) y luego una
carga horizontal (Ph) creciente que origina el desplazamiento de la mitad móvil
de la caja originando el corte de la muestra.
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El ensayo induce la falla a través de un plano determinado. Sobre este plano de
falla actúan dos esfuerzos:
Un esfuerzo normal (σ n), aplicado externamente debido a la carga vertical
(Pv).
Un esfuerzo cortante (τ), debido a la aplicación de la carga horizontal.
Estos esfuerzos se calculan dividiendo las respectivas fuerzas por el área (A) de
la muestra o de la caja de corte y deberían satisfacer la ecuación de Coulomb: τ
= c + σ n * Tg (φ).
Según esta ecuación la resistencia al corte depende de la cohesión (c) y la
fricción interna del suelo (φ).
Al aplicar la fuerza horizontal, se van midiendo las deformaciones y con estos
valores es posible graficar la tensión de corte (τ), en función de la deformación
(ε) en el plano de esta tensión de corte. De la gráfica es posible tomar el punto
máximo de tensión de corte como la resistencia al corte del suelo.
Los valores de τ se llevan a un gráfico en función del esfuerzo normal (σ n),
obteniendo la recta intrínseca (Véase figura 6.6), donde τ va como ordenada y σ
n como abscisa. El ángulo que forma esta recta con el eje horizontal es el ángulo
φ y el intercepto con el eje τ, la cohesión c.
Los ensayos de corte directo en laboratorio se pueden clasificar en tres tipos
según exista drenaje y/o consolidación de la muestra, por lo tanto, los valores de
c y φ dependen esencialmente de la velocidad del ensayo y de la permeabilidad
del suelo.
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La prueba de ensayo triaxial es uno de los métodos más confiables para
determinar los parámetros de la resistencia al cortante.
En un ensayo triaxial, un espécimen cilíndrico de suelo es revestido con una
membrana de látex dentro de una cámara a presión. La parte superior e inferior
de la muestra tiene discos porosos, los cuales se conectan al sistema de drenaje
para saturar o drenar el espécimen. En estas pruebas se pueden variar las
presiones actuantes en tres direcciones ortogonales sobre el espécimen de
suelo, efectuando mediciones sobre sus características mecánicas en forma
completa. Los especímenes usualmente están sujetos a presiones laterales de
un líquido, generalmente agua.
El agua de la cámara puede adquirir cualquier presión deseada por la acción de
un compresor comunicado con ella. La carga axial se transmite al espécimen por
medio de un vástago que atraviesa la parte superior de la cámara.
La presión que se ejerce con el agua que llena la cámara es hidrostática y
produce, por lo tanto, esfuerzos principales sobre el espécimen, iguales en todas
las direcciones, tanto lateral como axialmente. En las bases del espécimen
actuará además de la presión del agua, el efecto transmitido por el vástago de la
cámara desde el exterior.
Es usual llamar σ1, σ2 y σ3 a los esfuerzos principales mayor, intermedio y
mínimo, respectivamente. En una prueba de compresión, la presión axial
siempre es el esfuerzo principal mayor, σ1; los esfuerzos intermedios y menor
son iguales (σ2 = σ3) y son iguales a la presión lateral.
TIPOS DE ENSAYO TRIAXIAL
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ENSAYO NO CONSOLIDADO NO DRENADO (UU)
En este tipo de prueba no se permite en ninguna etapa la consolidación de la
muestra. La válvula de comunicación entre el espécimen y la bureta permanece
siempre cerrada impidiendo el drenaje. En primer lugar, se aplica al espécimen
una presión hidrostática y de inmediato, se falla el suelo con la aplicación rápida
de la carga axial. Los esfuerzos efectivos en esta prueba no se conocen bien.
El ensayo UU es usualmente llevado a cabo sobre especímenes de arcilla,
enmarcando la realización del ensayo dentro del concepto de resistencia para
suelos cohesivos saturados, en donde se expresan los resultados en términos
de esfuerzos totales. La envolvente de falla para los criterios de Mohr del
esfuerzo total se convierte en una línea horizontal, con una condición de φ = 0°
(ángulo de fricción) y τf = Cu, siendo Cu la resistencia al cortante no drenada, la
cual es igual al radio de los círculos de Mohr.
ENSAYO CONSOLIDADO NO DRENADO (CU)
En este tipo de prueba, el espécimen se consolida primeramente bajo la presión
hidrostática; así el esfuerzo llega a ser efectivo, actuando sobre la fase sólida del
suelo. En seguida, la muestra se lleva a la falla por un rápido incremento de la
carga axial, de manera que no se permita cambio de volumen. El hecho esencial
de este tipo de prueba es el no permitir ninguna consolidación adicional durante
el periodo de falla, de aplicación de la carga axial. Esto se logra fácilmente en
una cámara de compresión triaxial cerrando la válvula de salida de las piedras
porosas a la bureta.
En la segunda etapa de una prueba rápida consolidada podría pensarse que
todo el esfuerzo desviador fuera tomado por el agua de los vacíos del suelo en
forma de presión neutral, ello no ocurre así y se sabe que parte de esa presión
axial es tomada por la fase sólida del suelo, sin que, hasta la fecha, se hayan
dilucidado por completo ni la distribución de esfuerzos, ni las razones que lo
gobiernan. De hecho, no hay ninguna razón en principio para que el esfuerzo
desviador sea íntegramente tomado por el agua en forma de presión neutral, si
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la muestra estuviese lateralmente confinada, como el caso de una prueba de
consolidación.
El ensayo CU (consolidado-no drenado) se realiza generalmente con medición
de la presión de poros o neutra con el fin de determinar los parámetros de “C” y
“φ” en términos de esfuerzos totales y esfuerzos efectivos. Estos ensayos no se
usan en suelos permeables y es necesario medir el movimiento vertical durante
la consolidación (drenaje) para saber cuándo se ha producido por completo. Por
lo tanto, la ecuación de Coulomb se transforma en:
τ = c c u + σ * Tg (φ cu) = c c u + (σ + µ) * Tg (φ c u)
ENSAYO CONSOLIDADO DRENADO (CD)
La característica fundamental de la prueba es que los esfuerzos aplicados al
espécimen son efectivos. Primeramente, se aplica al suelo una presión
hidrostática, manteniendo abierta la válvula de comunicación con la bureta y
dejando transcurrir el tiempo necesario para que haya consolidación completa
bajo la presión actuante. Cuando el equilibrio estático interno se haya
restablecido, todas las fuerzas exteriores estarán actuando sobre la fase sólida
del suelo, es decir, producen esfuerzos efectivos, en tanto que los esfuerzos
neutrales en el agua corresponden a la condición hidrostática. La muestra se
lleva a la falla a continuación aplicando la carga axial en pequeños incrementos,
cada uno de los cuales se mantiene el tiempo necesario para que la presión en
el agua, en exceso de la hidrostática, se reduzca a cero.
Los ensayos consolidados drenados se utilizan esencialmente en suelos
granulares (arenas), sin embargo, se puede aplicar en suelos finos, pero los
ensayos requieren tiempos prolongados del orden de semanas.
La velocidad de corte es lenta, se permite el drenaje de la muestra durante todo
el ensayo siendo las presiones intersticiales nulas durante la aplicación del
esfuerzo cortante (µ =0), esto implica que: σ = σ’, c=c’, φ = φ ’.
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MÁQUINA TRIAXIAL
COMPONENTES DE LA MÁQUINA TRIAXIAL
Con el fin de realizar los diversos ensayos triaxiales, un equipo triaxial completo
requiere diferentes elementos que lleven a cabo la adquisición de datos,
aplicación de carga, medición de cambios de volumen, saturación de
especímenes, entre otras funciones. A continuación, se caracterizan de forma
breve cada uno de ellos y la función que cumplen.
PANEL TRIAXIAL
Es el sistema conformado por válvulas y reguladores mediante los cuales se
administra el flujo de aire y agua desaireada entre los equipos para la realización
del ensayo triaxial. Cada panel posee 3 válvulas de distribución, reguladores de
aire y salidas de medición de presión para 3 presiones.
EQUIPO AUTOMÁTICO DE CAMBIO DE VOLUMEN
El equipo de cambio de volumen (aparato) realiza su función comprimiendo un
pistón sellado contra un dispositivo de precisión en la cámara de calibración, de
tal forma que un movimiento lineal del pistón es exactamente proporcional al
cambio de volumen de agua que se da en la cámara de calibración. El pistón
está conectado a un medio de medición externo, un transductor de
desplazamiento lineal, adecuado para el sistema de adquisición de datos
permitiendo que los cambios de volumen de la muestra sean desplegados y
registrados directamente en centímetros cúbicos.
La unidad está conectada a un panel de control con cambio de volumen y
regulador de flujo (by pass valves) usados para medir la saturación y cambios de
volumen mayores a 100 cc.
Las especificaciones técnicas de este dispositivo.
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PRENSA TRIAXIAL
La prensa triaxial consiste en un marco de dos columnas con una viga
transversal móvil (marco de carga) y una base que contiene la unidad de empuje
mecánico, el motor eléctrico, los componentes electrónicos y los controles.
La acción de carga es realizada por un motor (stepper motor) de alta resolución.
La unidad de sincronización que maneja el motor es controlada por un
microprocesador. Mediante este microprocesador es posible obtener un
desplazamiento predeterminado de la unidad de carga (empuje), constante
durante el ensayo, cualquiera que sea la fuerza de resistencia.
La velocidad y la dirección se preestablecen a través de controles localizados en
el panel frontal.
Las especificaciones técnicas de este dispositivo se encuentran.
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19
BLADER
Es una cámara constituida por un cilindro de bandas de plexiglass, una placa
base, una placa superior y una membrana de hule que trabaja como interface
aire/agua (ver Figura 5). La membrana de hule está fijada a la placa base
mediante un collar plástico.
El blader es el encargado de transferir la presión del aire al agua, de forma
inmediata, evitando que el aire comience a disolverse. La presión máxima de
funcionamiento del blader es de 1000 kPa.
CÁMARA TRIAXIAL
Está conformada por una cámara de bandas de metacrilato que permiten una
presión máxima de funcionamiento de 2000 KPa, una base con cinco
conexiones, de las cuales dos son para presión de poro, dos para contrapresión
y una para presión de cámara. A su vez cuenta con un pistón de carga instalado
mediante un sistema de baja fricción. Es en la cámara triaxial en donde se
somete al espécimen a las condiciones específicas de esfuerzos de los ensayos
(ver Figura 6).
5.2 ENSAYOS DE ANALISIS QUIMICO
Determinación del Contenido de Sales Solubles por conductividad eléctrica
Las sales solubles en el agua se disocian en cationes y aniones que favorecen
la conductividad electricidad, la cantidad de sales es directamente proporcional
a la conductividad.
6 PERFIL ESTRATIGRÁFICO
A continuación, se detallará cada estrato encontrado en nuestra calicata C-1, En
el distrito de Huaral, departamento Lima. (Ver en ANEXOS)
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20
7 ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN
7.1 TIPO DE CIMENTACIÓN
La elección del tipo de cimentación depende especialmente de las
características mecánicas del terreno, como su cohesión, su ángulo de
rozamiento interno, posición del nivel freático y también de la magnitud de las
cargas existentes. A partir de todos esos datos se calcula la capacidad portante,
que, junto con la homogeneidad del terreno, aconsejan usar un tipo u otro
diferente de cimentación. Siempre que es posible se emplean cimentaciones
superficiales, ya que son el tipo de cimentación menos costoso y más simple de
ejecutar. Cuando por problemas con la capacidad portante o la homogeneidad
del mismo no es posible usar cimentación superficial se valoran otros tipos de
cimentaciones.
7.2 PROFUNDIDAD DE CIMENTACIÓN
Se basan en el esfuerzo cortante entre el terreno y la cimentación para soportar
las cargas aplicadas, o más exactamente en la fricción vertical entre la
cimentación y el terreno. Deben ubicarse más profundamente, para poder
distribuir sobre una gran área, un esfuerzo suficientemente grande para soportar
la carga. Algunos métodos utilizados en cimentaciones profundas son:
•Pilotes: Son elementos de cimentación esbeltos que se hincan (pilotes de
desplazamiento prefabricados) o construyen en una cavidad previamente abierta
en el terreno (pilotes de extracción ejecutados in situ). Antiguamente eran de
madera, hasta que en los años 1940 comenzó a emplearse el hormigón.
•Plateas de cimentación: Las plateas de cimentación superficiales, sobre el
terreno natural, una losa de hormigón armado apoyada en el terreno, reforzada
con vigas perimetrales y vigas debajo de los muros portantes.
Su función es de actuar como plano rígido y tienen la propiedad de repartir
uniformemente las cargas sobre el terreno, que se ve menos solicitado ante
cargas puntuales de columnas, cuando el terreno es malo, relleno, arcillas,
evitando asientos diferenciales.
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21
7.3 CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE
La capacidad portante se ha determinado considerando un factor de seguridad
mínimo para la falla por corte, luego se ha verificado que los asentamientos
diferenciales producidos por esta presión no sean mayores que los admisibles
7.3.1 CAPACIDAD DE CARGA POR CORTE
Se ha determinado la capacidad de carga admisible del terreno de cimentación,
empleando la Teoría de Terzaghi. Las relaciones empleadas son las siguientes:
Para Zapata Cuadrada
)NBNDCN(
F.S.
1=q qfcad 21 4.03.1
………… (1)
Para Cimiento Corrido
)5.0 21 NBNDCN(
F.S.
1=q qfcad
…...…….. (2)
Donde:
q ad = Capacidad portante admisible (Kg/cm2)
C = Cohesión (Kg/cm2)
1 = Peso específico del suelo sobre el nivel de cimentación
2 = Peso específico del suelo debajo del nivel de cimentación
Df = Profundidad de cimentación
B = Ancho del cimiento
N c, Nq, N = Factores de capacidad de carga
F.S. = Factor de seguridad = 4
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22
7.4 CÁLCULO DE ASENTAMIENTO
El análisis de asentamientos se efectuará por el método elástico según la
relación siguiente:
E
I)u-qB(1=S
S
f2
……………… (3)
Donde:
S = Asentamiento inmediato en cm.
u = Relación de Poisson
If = factor de forma (cm/m)
Es = Módulo de elasticidad (Ton/m2)
q = presión de trabajo (Ton/m2)
B = ancho de la cimentación (m)
En los suelos granulares el asentamiento diferencial (𝛿) puede aproximarse
como el 75% del asentamiento inmediato.
El asentamiento diferencial admisible de acuerdo a la normatividad vigente será
de L/500, límite seguro para edificaciones convencionales que no permiten
grietas donde L es la longitud entre ejes de zapatas o cimientos.
Considerando luces de 4m. a 5m., los asentamientos permisibles serán de 0.80
a 1.00 cm.
Para el análisis de asentamientos se considera una presión vertical transmitida
igual a la capacidad de carga admisible. Las propiedades elásticas del suelo de
cimentación serán adoptadas a partir de tablas de acuerdo al tipo de suelo
donde irá desplantada la cimentación.
B = 2.00 m (para zapata cuadrada)
B = 0.80 m (para cimiento corrido)
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23
8 AGRESIÓN DEL SUELO AL CONCRETO DE LA CIMENTACIÓN
La agresión que ocasiona el suelo a la cimentación de la estructura, está en
función de la presencia de elementos químicos que actúa sobre el concreto y el
acero de refuerzo, causándole efectos nocivos.
Esta acción química ocurre en presencia del agua que pueda llegar a la
cimentación (cimentación bajo por nivel freático, zona de ascensión capilar,
filtración, inundaciones etc.). Los elementos químicos a evaluar son los sulfatos
y cloruros por su acción química sobre el concreto y acero del cimiento
respectivamente y las sales solubles totales por causar pérdida de resistencia
por lixiviación.
9 SUELOS EXPANSIVOS Y LICUEFACCIÓN
SUELOS EXPANSIVOS
Son suelos cohesivos con bajo grado de saturación que aumentan de volumen
al humedecerse o saturarse.
OBLIGATORIEDAD DE LOS ESTUDIOS
En las zonas en las que se encuentren suelos cohesivos con bajo grado de
saturación y plasticidad alta (LL ≥ 50), el PR deberá incluir en su EMS un análisis
basado en la determinación de la plasticidad del suelo NTP 339.129:1999 y
ensayos de granulometría por sedimentación NTP 339.128:1999 con la finalidad
de evaluar el potencial de expansión del suelo cohesivo en función del porcentaje
de partículas menores a 2𝜇 m, del índice de plasticidad (IP) y de la actividad (A)
de la arcilla. La relación entre la Expansión Potencial (Ep) y los parámetros antes
indicados se muestra en la figura siguiente:
Evaluación del Potencial de Expansión Cuando el PR encuentre evidencias de
la existencia de suelos expansivos deberá sustentar su evaluación mediante los
resultados del ensayo para la Determinación del Hinchamiento Unidimensional
de suelos cohesivos según NTP 339.170:2002. Las muestras utilizadas para la
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24
evaluación del hinchamiento deberán ser obtenidas de pozos a cielo abierto, en
condición inalterada, preferentemente del tipo Mib.
CIMENTACIONES EN ÁREAS DE SUELOS EXPANSIVOS
Las cimentaciones construidas sobre arcillas expansivas están sometidas a
grandes fuerzas causadas por la expansión, las cuales provocan levantamiento,
agrietamiento y ruptura de la cimentación y de la estructura. Por lo tanto, no está
permitido cimentar directamente sobre suelos expansivos. La cimentación
deberá apoyarse sobre suelos no expansivos o con potencial de expansión bajo.
Los pisos no deberán apoyarse directamente sobre suelos expansivos y deberá
dejarse un espacio libre suficientemente holgado para permitir que el suelo bajo
el piso se expanda y no lo afecte.
LICUACIÓN O LICUEFACCIÓN DE SUELOS
En suelos granulares y en algunos suelos granulares con finos cohesivos
ubicados bajo la Napa Freática, las solicitaciones sísmicas pueden originar el
fenómeno denominado Licuación, el cual consiste en la pérdida momentánea de
la resistencia al corte del suelo, como consecuencia del incremento de la presión
de poros que se genera en el agua contenida en sus vacíos y originada por la
vibración que produce el sismo. Esta pérdida de resistencia al corte genera la
ocurrencia de fallas por los grandes asentamientos en las obras sobre yacentes
y por el desplazamiento lateral de taludes y terraplenes.
Para que un suelo granular sea susceptible de licuar durante un sismo, debe
presentar simultáneamente las características siguientes:
•Debe estar constituido por arena fina, arena limosa, arena arcillosa, limo
arenoso no plástico o grava empacada en una matriz constituida por alguno de
los materiales anteriores.
•Debe encontrarse sumergido.
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10 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
•La visita a la zona de Huaral se ha realizado con la finalidad de que en ella
realizaríamos la excavación de la calicata, para lo cual trabajamos en base a la
Norma Técnica E-050 de Suelos y Cimentaciones del Reglamento Nacional de
Edificaciones.
•Todo este procedimiento realizado para hacer la calicata, nos servirá para
reconocer los perfiles del suelo, luego hacer un procedimiento de Ensayos en
laboratorio y nosotros mismos poder hallar el ángulo de fricción, la densidad y la
cohesión de nuestro suelo para con esto hallar la capacidad portante del suelo y
hacer el diseño de nuestra cimentación.
•El suelo presenta en la profundidad activa de cimentación; está conformado por
un depósito de suelo arena(SW), en la parte superior arena mal graduada(SP) a
partir de una profundidad de 0.71-1.03m, arena-limosa(SM) a una profundidad
de 1.03-1.47m, limo-orgánica(OL) a una profundidad 1.47-2.20m, arena a una
profundidad de 2.20-2.5m, arcilla(CH) a una profundidad de 2.5-3.00m.
•Los resultados obtenidos en el presente estudio, así como las conclusiones y
recomendaciones establecidas, solo son válidos para la zona investigada y no
garantiza a otros proyectos que lo tomen como referencia.
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11 REFERENCIAS
11.1 FIGURAS
FIGURA 1
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FIGURA 2
FIGURA 3
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FIGURA 4
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11.2 TABLAS
Tabla N°1 Se asigna un factor Z que se interpreta
como la aceleración máxima del terreno
Tabla N°2 Zonificación Sísmica considerando por la norma Técnica E-030
“Diseño Sismo resistente” del Reglamento Nacional de Construcciones.
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12 ANEXOS
12.1 REGISTRO DE EXPLORACIONES
12.2 RESULTADOS DE ENSAYOS DE LABORATORIO
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GEOTECNIA – ENSAYO TRIAXIAL 33
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0.00
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Deformación Unitaria
"TRIAXIAL CARGA DE 1.0 Kg/cm2
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0.0000 0.0200 0.0400 0.0600 0.0800 0.1000 0.1200 0.1400 0.1600
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Deformación Unitaria
"TRIAXIAL CARGA DE 2.0 Kg/cm2
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2.00
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0.0000 0.0200 0.0400 0.0600 0.0800 0.1000 0.1200 0.1400 0.1600
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Deformación Unitaria
"TRIAXIAL CARGA DE 3.0 Kg/cm2
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34
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52.4
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GEOTECNIA – ENSAYO TRIAXIAL 35
35
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36
12.3 PANEL TOPOGRÁFICO
PANEL FOTOGRÁFICO DE CALICATA EN HUARAL
Equipo de trabajo antes de realizar la elaboración de la toma de
muestra.
Limpieza del área de trabajo.
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37
Delimitación del terreno de trabajo.
Delimitación del área de la calicata
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38
Instalación de la malla de seguridad.
Inicio de la elaboración de la calicata.
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39
Equipo de trabajo realizando la calicata.
Medida de los 3 metros de excavación.
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40
Identificación de los estratos.
Inicio de la toma de muestra.
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41
Muestra inalterada.
División de la parafina sólida.
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42
Preparación de la parafina.
Aplicación de la parafina a la muestra inalterada.
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43
Identificación de las caras de la muestra.
Muestra inalterada en una caja de madera para su transporte al
laboratorio.
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44
Identificación de la muestra.
Equipo de trabajo al finalizar la toma de muestra inalterada.
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45
PANEL FOTOGRÁFICO – LABORATORIO UNALM
FOTO 1. Foto grupal en el laboratorio de la UNALM.
Foto 2. Procedemos a destapar la muestra para empezar con nuestro ensayo.
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46
Foto 3. Nuestros compañeros colaborando a sacar la muestra.
Foto 4. Identificando la muestra obtenida en nuestra calicata.
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47
Foto 5. Quitando la parafina de la muestra inalterada.
Foto 6. Moldeando la muestra según el tipo de suelo.
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48
Foto 7. Pesamos de nuestro primer especimen.
Foto 8. Tomando la altura de la muestro especimen.
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49
Foto 9. Colocamos el espécimen en la celda triaxial.
Foto 10. Cubriendo el espécimen con la geomenbrana.
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Foto 11. Espécimen listo para cerrar la celda triaxial.
Foto 12. Llenamos agua para el confinamiento a presión.
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Foto 13. Al intentar hacer contacto con el anillo de carga notamos que falló, porque
notamos la presencia de burbujas que nos indicaba que la geo membrana no cumplió
su función.
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52
Foto 14. Trabajaremos con un espécimen remoldeado debido a la cantidad de gravas
en la muestra.
Foto 15. Dividimos el peso en tres partes iguales ya que la compactacion es en tres partes.
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Foto 16. Realizando la compactación para la obtención de nuestro espécimen.
Foto 17. Quitamos el aire con una compresora.
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54
Foto 18. Colocamos la geomembrana con ayuda de los orrines.
Foto 19. Aseguramos la celda triaxial.
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Foto 20. Llenamos agua para el confinamiento a presión.
Foto 21. Nuestro espécimen en el equipo triaxial.
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56
Foto 22. Hacemos contacto con el anillo de carga (por medio del pistón)
Foto 23. Tomamos la lectura del manómetro en los diferentes tiempos. Este
procedimiento se debe realizar tres veces.
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Foto 24. Aquí observamos nuestras tres muestras sometidas a diferentes presiones.
Foto25. Observación de las muestras remoldeadas y la muetra natural.
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58
Foto 26. Recopilación de datos para obtener los cálculos necesarios para hallar nuestro
ángulo de fricción y la cohesión.
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12.4 PLANO DE UBICACIÓN
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60
12.5 PLANO DE PERFIL ESTRATIGRÁFICO
2.20m
arcila con presencia
de limosArcilla limosa CL A-2-6E41.47m
E3arena con
precensia de limosSMArena limosa A-3
E13.00m
arena con poca
presenciia de
gravas
SPArena mal
graduadaA-1E22.50m
suelo arcilloso con
poca plasticidadOL
Arcilla organica
de baja
plasticidad
A-6
CLASIF
(AASHTO)SIMBOLO
CLASIF
(SUCS)
CONSULTOR:
PROFUNDIDADTIPO DE
EXCAVACIONESTRATOS
NOMBRE
TIPOS
DESCRIPCION DEL
MATERIAL
CALICATA N° 1
COTA 3.00m
PROYECTO: ESTUDIO DE MECANICA DE
SUELOS CON FINES DE CIMENTACION
FECHA: OCTUBRE DEL 2016
REGISTRO ESTATIGRAFICO
ESTUDIO GEOTECNICO
UBICACIÓN: Huaral
UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES
1.03m
0.71m
3 metros A cielo abierto
E5
E6
A-1-b
A-1
Arena bien
graduada
Arena mal
graduada
arena con
precsencia de
gravas
arena con poca
presenciia de
gravas
SW
SP
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61
12.6 MAPA DE ZONIFICACIÓN SÍSMICA DEL PERÚ
Mapa de Zonificación Sísmica
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62
Zona de estudio
Mapa de Distribución de Máximas Intensidades Sísmicas
(Alva et al. 1984)
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