“UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO”

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

TRABAJO DE INVESTIGACION:

“ALTERNATIVAS DE SOLUCION PARA CIMENTAR SOBRE

SUELOS SOLAPSABLES”

DOCENTE : Ing. MILLA VERGARA Elio Alejandro

CURSO : INGENIERIA DE CIMENTACIONES

CICLO : 2014 - I

ALUMNA : SAENZ JAMANCA Kelly Madeleyne

CODIGO UNIVERSITARIO: 091.0904.392

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INDICE

Pàg.

RESUMEN ……………………………………………………………..…….. 3

ABSTRACT………………………………………………………..…..…...….. 3

I. INTRODUCCIÓN…………………………………..….….…...….… 4

II. EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN………………….…...…… 4

III. OBJETIVOS………………………….……………………………… 5

IV. HIPÓTESIS………………………………………………………….. 5

V.MARCO TEÓRICO…………………………………………………. 6

VI. METODOLOGÍA……………………………………………………. 9

VII. RESULTADOS………………………………………………………. 9

VIII. DISCUSIÓN………………………………………………………….. 13

IX. CONCLUSIONES……………………………………………………. 13

X. RECOMENDACIONES……………………………………………… 13

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RESUMEN

En la actualidad se pueden encontrar distintos tipos de suelos problemáticos que deben ser

estudiados convenientemente para utilizarlos como soporte en obras de ingeniería de poca o gran

envergadura, dado a que presentan problemas principalmente de deformación por cambio de

volumen del suelo, uno de ellos son los suelos colapsables que bajo carga y/o saturación

ocasionan asentamientos, agrietamientos y rupturas de las cimentaciones y estructuras; éstos

suelos se encuentran en regiones áridas y semiáridas, en depósitos eólicos, coluviales, residuales

y tufos volcánicos. Por ello el RNE-E.050 señala que en lugares que exista evidencia de estos

tipos de suelos se debe determinar el Potencial de Colapso del suelo en función al Límite

Líquido (LL) y peso volumétrico seco (Ɣd).

Se determinaron 7 alternativas de solución para cimentar sobre suelos colapsables, donde su

aplicación depende de la profundidad de los suelos a tratar y del costo que genere dicha solución.

ABSTRACT

At the present time they can be different types of problematic floors that should be studied meetly

to use them like support in works of engineering of little or great span, given to that present

problems mainly of deformation for change of volume of the floor, one of them is the floors

colapsables that I lower load y/o saturation they cause establishments, crackings and ruptures of

the foundations and structures; these floors are in arid and semi-arid regions, in eolic deposits,

coluviales, residual and volcanic smells. For it the RNE-E.050 points out that in places that

evidence of these types of floors exists the Potential of Collapse of the floor it should be

determined in function to the Liquid Limit (LL) and I weigh dry volumétrico (Ɣd).

7 solution alternatives were determined to lay the foundation on floors colapsables, where their

application depends from the depth of the floors to try and of the cost that generates this solution.

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TITULO: “ALTERNATIVAS DE SOLUCION PARA CIMENTAR SOBRE SUELOS

COLAPSABLES”

I. INTRODUCCION

El presente trabajo de investigación Descriptivo fue realizado con la finalidad de determinar

alternativas de soluciones para cimentar sobre suelos colapsables, los cuales pueden provocar

asentamientos, agrietamientos y rupturas de las cimentaciones y estructuras, sino se realiza un

EMS adecuado, que incluya una Evaluación del Potencial de Colapso sobre todo en lugares

donde se tenga conocimiento de su posible ocurrencia, teniendo en cuenta que son suelos

colapsables los de origen eólico, cuya estructura está ligeramente acarreada por la brisa

marina, suelos arenosos residuales no saturados con alta relación de vacíos y cohesión residual

baja, los suelos fuertemente cementados por sales solubles, etc. Cabe señalar que no existe

evidencia de éstos tipos de suelos en la ciudad de Huaraz. Dicha investigación fue realizada

tomándose como base las clases de Suelos Problemáticos dadas por el Docente y el RNE-

E.050, y ampliando dicha información mediante el uso de páginas web.

II. PROBLEMA DE INVESTIGACION

2.1. PROBLEMÁTICA

Al existir una gran variedad de suelos y fundamentalmente un nivel freático alto es posible

encontrar suelos colapsables que, por diversos factores (entre ellos tenemos: químicos,

geológicos, etc.) pueden ocasionar daños en las estructuras. Sumándose a esto que muchas

cimentaciones no se diseñan adecuadamente para la carga que soportaran siendo

sobrecargadas; los cuales provocan asentamientos, agrietamientos y rupturas de las

cimentaciones y estructuras. Además debido al poco conocimiento de la población sobre

este tipo de suelo se realizan las cimentaciones sobre ellos sin realizar una Evaluación del

Potencial de Colapso, desconociéndose las posibles soluciones ingenieriles.

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2.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

¿QUE SOLUCIONES INGENIERILES SE PUEDEN TOMAR PARA CIMENTAR SOBRE

UN SUELO COLPASABLE Y CUAL DE ELLAS ES LA MAS APROPIADA?

2.3. JUSTIFICACION

El conocimiento a obtener es teórico para poder tomar decisiones al momento de ejecutar

una obra de ingeniería que requiera de cimentación y que esta se encuentre con el

problema en estudio de la presente investigación.

Este trabajo es importante ya que no se tiene mucha información al respecto y no se

brinda un adecuado tratamiento al suelo de cimentación en caso de presentarse este

problema o, en caso extremo, pasa desapercibida.

Los directos beneficiados con la presente investigación serán los pobladores de la ciudad

de Huaraz.

III. OBJETIVO

3.1. OBJETIVO GENERAL

Determinar las soluciones tentativas para cimentar sobre suelos colapsables.

3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Profundizar las alternativas de solución expuestas en clases.

Dar una iniciativa a posteriores investigaciones a los alumnos de la Facultad de

Ingeniería Civil para que se realice un Proyecto de Investigación Demostrativo de las

posibles fallas de cimentar sobre un suelo colapsable.

IV. HIPÓTESIS

Hoy en día, existen soluciones ingenieriles ante una posible cimentación sobre un suelo

colapsable, sin la necesidad de ser reemplazado, éstas dependerán del Potencial de Colapso

que tengan y del costo que genere dicha solución.

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V. MARCO TEORICO

SUELOS COLAPSABLES

Los suelos colapsables son materiales cuyo volumen disminuye rápidamente al contacto con el

agua, lo que trae asociado una pérdida rápida de resistencia y un desmoronamiento de su

estructura interna. El colapso es la disminución instantánea y espontánea de volumen que

experimenta un suelo no saturado y sometido a sobrecarga al alcanzar cierto grado de

humedad cercano a la saturación. El aumento de humedad en los suelos podría deberse

fundamentalmente a riego de jardines, lluvias, inundaciones, ascenso de napa freática,

filtraciones del sistema de agua potable y roturas accidentales de ductos durante terremotos.

Tienen una estructura macro porosa, con índice de huecos (e), entre relativamente alto, a

muy alto.

Granulometría predominantemente fina, con predominio de fracciones de limos y de arcilla.

El tamaño de los granos es generalmente poco distribuido y con los granos más grandes

escasamente meteorizados (gravas). La mayoría de las veces, la cantidad de la fracción

arcilla es relativamente escasa, pero sin embargo, tiene una influencia importante en el

comportamiento mecánico de la estructura intergranular.

Estructura mal acomodada, con partículas de mayor tamaño separadas por espacios

abiertos, y unidas entre sí por acumulaciones o "puentes" de material predominantemente

arcilloso. En muchos casos existen cristales de sales solubles insertados en tales puentes o

uniones arcillosas.

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RNE-E.050

ARTÍCULO 29.- SUELOS COLAPSABLES

Son suelos que cambian violentamente de volumen por la acción combinada o individual de

las siguientes acciones:

a) Al ser sometidos a un incremento de carga o

b) Al humedecerse o saturarse.

29.1. OBLIGATORIEDAD DE LOS ESTUDIOS

En los lugares donde se conozca o sea evidente la ocurrencia de hundimientos debido a

la existencia de suelos colapsables, el PR deberá incluir en su EMS un análisis basado en

la determinación de la plasticidad del suelo NTP 339.129:1999, del ensayo para

determinar el peso volumétrico NTP 339.139:1999 y del ensayo de humedad NTP

339.127:19998, con la finalidad de evaluar el potencial de colapso del suelo en función

del Límite Liquido (LL) y del peso volumétrico seco (Ɣd). La relación entre los

colapsables y no colapsables y los parámetros antes indicados se muestra en la figura

siguiente:

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29.2. EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE COLAPSO

Cuando el PR encuentre evidencias de la existencia de suelos colapsables deberá

sustentar su evaluación mediante los resultados del ensayo de ensayo de Colapsabilidad

Potencial según NTP 339.163:2001. Las muestras utilizadas para la evaluación de

colapso deberán ser obtenidas de pozos a cielo abierto, en condición inalterada,

preferentemente del tipo Mib.

El Potencial de colapso (Pc) se define mediante la siguiente expresión:

El PR establecerá la severidad del problema de colapso mediante los siguientes criterios:

De manera complementaria, pueden utilizarse pruebas de carga en estado seco y

humedecido NTP 339.153:2001. El objetivo de las mismas será realizar un análisis

comparativo del comportamiento del suelo en su condición natural, con relación a su

comportamiento en condición húmeda.

En caso se verifique la colapsabilidad del suelo, el PR deberá formular las

recomendaciones correspondientes a fin de prevenir su ocurrencia.

29.3. CIMENTACIONES EN ÁREAS DE SUELOS COLAPSABLES.

Las cimentaciones construidas sobre suelos que colapsan (CP>6) están sometidas a

grandes fuerzas causadas por el hundimiento violento del suelo, el cual provoca

asentamiento, agrietamiento y ruptura, de la cimentación y de la estructura. Por lo tanto

no está permitido cimentar directamente sobre suelos colapsables. La cimentación y los

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pisos deberán apoyarse sobre suelos no colapsables. Los pisos no deberán apoyarse

directamente sobre suelos colapsables.

29.4. REEMPLAZO DE UN SUELO COLAPSABLE

Cuando se encuentren suelos que presentan colapso moderado y a juicio del PR, poco

profundos, éstos serán retirados en su totalidad antes de iniciar las obras de construcción

y serán reemplazados por Rellenos Controlados compactados adecuadamente de acuerdo

al Artículo 21 (21.1). Rellenos controlados o de ingeniería de la presente Norma.

VI. METODOLOGIA

La investigación es del Tipo Descriptiva, tomándose como base las clases de Suelos

Problemáticos dadas por el Docente y el RNE-E.050, y se amplió dicha información

mediante el uso de páginas web.

4.1. MATERIALES E INSTRUMENTOS

Laptop

Hojas de apuntes

Fotocopias

Lapiceros

Internet

VII. RESULTADOS

SOLUCIONES PARA CIMENTAR SOBRE SUELOS COLAPSABLES

1. Eliminación de los suelos colapsables cuando son muy superficiales y no se requiere un

mantenimiento del nivel original del terreno, la eliminación puede ser considerada.

2. Evitar o minimizar el humedecimiento. Esta medida es descrita con frecuencia como de

buen drenaje, incluiría pendientes y contornos para la superficie del terreno de tal manera

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que acelere el escurrimiento y se prevenga el estancamiento del agua, también incluiría

diseños de jardines para prevenir infiltraciones profundas del agua.

3. Transferencia de carga por debajo de los suelos colapsables. Cimentaciones a base de

pilotes que pueden ser usados para transferir las cargas estructurales a materiales más

rígidos por debajo del suelo, es muy parecida a las cimentaciones profundas. Si los suelos

colapsables se humedecen y se asientan bajo su propio peso, un hueco se desarrollará bajo

la corona del pilote y ocurrirá algo de fricción negativa en el fuste del pilote.

4. Estabilización química o inyección de lechado. Éstas técnicas se proyectan para aplicar

cementación y resistencia a los suelos colapsables de tal forma que se reduzca el colapso si

se presenta un humedecimiento posterior, por supuesto algo de humedecimiento ocurre en

el proceso mismo del inyectado de agente cementante. La extensión a la cual este pre

humedecimiento es efectivo para reducir asentamientos futuros depende de la

minuciosidad que se llevó a cabo el humedecimiento y del porcentaje de esfuerzo total

debido a la sobrecarga.

ESTA TÉCNICA COMPRENDE LAS SIGUIENTES FASES:

FASE 1: Inyección de dióxido de carbono para remover parcialmente el contenido de

agua presente, y también para lograr una actividad parcial sobre el suelo.

FASE 2: Inyección de una lechada de silicato de sodio.

FASE 3: Inyección de dióxido de carbono de nueva cuenta para neutralizar el álcali.

Se logra con éste una modificación del equilibrio químico y la formación de un gel de

silicie ácido. Un resultado característico de la reacción, es el rápido endurecimiento del

gel que envuelve a las partículas del suelo en forma de una película y logra cementarlos,

convirtiendo así al suelo en una masa monolítica dura que tiene una permeabilidad

relativamente baja.

5. Humedecimiento controlado. Ésta técnica es similar al pre humedecimiento, excepto que

es ejecutada con la estructura en su lugar (vivienda o edificio ya colocado). El

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humedecimiento debe ser de hecho cuidada y progresivamente con un monitoreo

concurrente de la posición de la estructura para asegurar que los movimientos diferenciales

permanezcan dentro de los límites tolerables, las cantidades de agua deben ser

aproximadamente medidas y agregadas en incrementos. El humedecimiento controlado

debe ser de hecho antes de que las conexiones estructurales sensitivas fueran instaladas y

también antes de que los componentes tales como vidrios de ventana, mosaicos y azulejos

sean colocados.

6. Compactación dinámica:

La Compactación Dinámica es una técnica cuyo fin es el de mejorar las propiedades

mecánicas del suelo densificándolo e incrementando su capacidad portante. Dicha

densificación se produce gracias a la creación de ondas de compresión y de corte de muy

alta energía.Esta técnica fue inventada y desarrollada por Louis MENARD en 1969.La

densificación de los suelos se consigue mediante la ejecución de impactos llevados a cabo

con pesos de 8 a 200 toneladas que se dejan caer desde 15 a 40 metros.

Ventajas:

Inmediata densificación de los suelos granulares.

Disipación de las presiones intersticiales.

Gran velocidad de ejecución (> 10.000m2 al mes). Buena adaptación a grandes

superficies de tratamiento.

Incremento progresivo de la resistencia al corte del terreno.

Incremento de la capacidad portante.

7. Compactación profunda mediante vibro flotación y vibro sustitución de suelos:

Vibro Flotación: En esta técnica se utiliza una sonda de gran tamaño o vibroflot, que

está constituido por un tubo cilíndrico por el que se inyectan abonos de agua en su

parte superior e inferior y está dotada de pesas que giran excéntricamente para

provocar un movimiento vibratorio en el plano horizontal. La sonda tiene unos 40 cm

de diámetro, 2 metros de largo y una masa de alrededor de 2 toneladas. El equipo

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vibrador puede colgarse desde una grúa grandes profundidades o montarse sobre

equipos neumáticos (camionetas, tractor) a menores profundidades.

Ventajas:

A diferencia de la compactación dinámica, la vibroflotación funciona bien en caso

de napas altas.

El plazo de ejecución es mucho más breve que cualquier otro método de mejora del

suelo.

No es necesario realizar cambios de suelos con los inconvenientes ambientales que

ello implica.

Vibro Sustitución: Esta técnica utiliza un vibrador o sonda de gran tamaño similar al

vibro flot, pero sin dispositivos para inyectar chorros de agua arriba y abajo. El

vibrador se suspende de una grúa y se introduce en el suelo, luego de desplazarlo

gradualmente debido al efecto de su propio peso y del movimiento vibratorio

horizontal. Cuando llega a la profundidad requerida, se retira el vibrador y se llena el

agujero con una pequeña cantidad de agregados con tamaño inferior a 75 mm. Luego

se introduce nuevamente el vibrador para compactar el agregado o desplazarlo hacia el

suelo circundante.

Ventajas:

Reduce asentamiento de las cimentaciones.

Incrementa la capacidad portante, permitiendo reducir las dimensiones de

fundaciones superficiales.

Mitiga el potencial a la licuefacción

Estabiliza taludes

Permite construir sobre rellenos

Permite todo tipo de fundaciones superficiales

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VIII. DISCUSION DE RESULTADOS

El RNE-E.050 indica que no se puede cimentar sobre suelos colapsables con PC>6, pero

si este suelo es tratado con una soluciones adecuada no será necesario reemplazarlo.

Entre las soluciones expuestas todas requieren de equipos especializados, excepto la de

reemplazar los suelos colapsables cuando son muy superficiales.

La elección de cuál de las soluciones es la más adecuada se podría tomar en base a

experiencias de Especialistas en el tema y del costo que éste dispuesto a pagar el cliente.

IX. CONCLUSIONES

Un suelo colapsable no sufre asentamientos, agrietamientos y rupturas de las

cimentaciones y estructuras mientras no sufra un aumento del nivel freático o una

sobrecarga.

En la actualidad se puede cimentar sobre suelos colapsables dando soluciones

ingenieriles, tales como el método de compactación dinámica, Compactación profunda

mediante vibro flotación y vibro sustitución de suelos, Estabilización química o inyección

de lechado, etc.

X. RECOMENDACIONES

Mejorar la presente investigación tomando muestras de suelos de la ciudad de Huaraz

para hacer una zonificación con posibles lugares donde existan suelos colapsables,

Realizar un proyecto demostrativo de las posibles fallas que se presentan en una

cimentación sobre un suelo colapsable,

Aportar soluciones novedosas a esta problemática.

XI. REFERENCIA BIBLIOGRAFICA

RNE-050

VIII CONGRESO NACIONAL DE ESTUDIANTES DE INGENIERIA CIVIL.

“ESTUDIOS DE MICROZONIFICACION SISMICA”.CISMID. ICA NOVIEMBRE DE

2000.

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PÁGINAS WEB:

http://www.acingenieros.com/descargas/pdfs/Articulo_02_Parte_02.pdf

http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/7550/Capitulo2.pdf

http://www.docentes.unal.edu.co/aepazgon/docs/Suelos%20Colapsables.pdf

http://www.asefa.es/index.php/patologias/162-59-suelos-colapsables-conceptos-y-

desarrollo-de-patologias.html

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