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Boletín Técnico M.I.G N°-19 ( Lgga-1996)
M aterial aluvial
70%
B olones
(Sólido)
30%
M atriz
G +S+ M
Propuesta para las cimentaciones en suelos aluvionales
M áxim o V v
M atriz
15%
Vv
(m ínim o) (m áxim o)
3.9%
1
13.3% 85%
M atriz
(Sólido)
1
M ínim o V v
5%
B olones
(Sólido)
B olones
(Sólido)
BOLETÍNTECNICO
M.I.G
95%
M atriz
(Sólido)
M atriz
(Sólido)
PROPUESTA PARA LAS CIMENTACIONES EN SUELOS ALUVIONALES
Alberto José Martínez Vargas
EDITORIAL
Motivado por el estudio e investigación de suelos aluvionales en zonas de alto
riesgo por huaycos en Chosica, Lima-Perú y al comprobar que en obras
especiales de ingeniería civil como Presas, Reactor Atómico, Bocatoma, Puentes,
etc, se ha cimentado sin merecer las correcciones de las cantos > 3” y la
presencia de boleos que en la mayoría de los casos representa más del 50% del
volumen. Muchos diseños de obras fueron sobredimensionadas otras encierran
incertidumbre en su estabilidad con limitaciones para su clasificación en el
S.U.C.S, y su definición en la determinación de sus propiedades estas pueden
ser encontradas con pruebas in-situ o aparatos gigante en el laboratorio que
conducen a un análisis del comportamiento real ,sin embargo no económico, ni
practico, existe otra posibilidad de análisis el trabajar con los aparato existentes y
seleccionando el rango de diámetros de las gravas que es posible efectuar
ensayos en el laboratorio y que permita conocer las tendencias con diferentes
matrices. En consecuencia resulta importante en la clasificación de los suelos
granulares su gradación o granulometría, incluyendo todos los tamaños de las
partículas del suelo, y si se omite la mayor parte de un volumen unitario debería
efectuarse su corrección para una adecuada interpretación y uso de los
parámetros requeridos. Los métodos y procedimientos convencionales,
normalizados en mecánica de suelos como el S.U.C.S tienen tiempos más o
menos largo en la práctica con suelos menores de 3" y poco o casi nada para los
mayores, y donde las referencias técnicas y observaciones del comportamiento
de estructuras y obras de tierra, sugieren mejorar el análisis de su granulación
que son escasas y casi nunca reportadas. En obras importantes se vienen
ocasionando gastos innecesarios al darles mayor capacidad de carga, rigidez por
medio de inyecciones, sobre dimensión estructural o simplemente asignándole un
valor numérico referencial sin ninguna sustentación técnica. Es más nuestra
investigación esta iniciando con un material granular común y representativo de
los máximos tamaños que se encuentran como producto de los Huaycos “Flujo
de bloques y lodos” o (dreby flugue) que ocupan las partes bajas en las sub
cuencas de torrenteras y donde existen pueblos y ciudades, sin que las Normas
E.050 Mecánica de Suelos y Cimentaciones no considera, y permite estudios y
proyectos sin el buen criterio y experiencia de los profesionales responsables y
especialistas geotécnicos.
Es nuestro propósito complementar la influencia de la granulometría y sus
proporciones desde bloques, gravas mayores de 3” que las normas y la
clasificación SUCS considera para el diseño de vías de comunicación de
carreteras, aeropuertos, pero no en cimentaciones sobre suelos naturales que
son predominantes en el Perú. La investigación cubre los suelos granulares hasta
las gravas, efectuando las correcciones pertinentes en cimentaciones, para lo
cual no dispone de un modelo como la arena Ottawa, que permite un control de
campo y laboratorio.
La ausencia de condiciones y sin apoyo para la investigación en FIC-UNI, del
Jefe de investigación impide divulgar el Boletín Técnico MIG después de 10
números difundidos en la pagina Wed del Post grado durante cuatro años
consecutivos, sobre aportes de licuación y colapso de gravas del Perú, tema poco
investigado en el Mundo (9 casos), en Perú el profesor Martínez ha identificado
10 casos uno histórico-geológico en licuación en Arequipa y otro en el cuerpo de
una presa en la Oroya-Junín, los restantes son en gravas colapsables en Piura
Moquegua, Arequipa y Tacna).
GEOTECNIA
Número-19
Septiembre-Octubre
DIRECTOR
ALBERTO J MARTÍNEZ VARGAS
PROFESOR EMËRITO .LIMA-PERÚ
M.I –MS. UNAM-México
C..I.P-582
ASESOR, CONSULTOR EN
INGENIERIA GEOTECNICA
……..- …….
ESPECIALISTA GEOTÉCNICO
ALBERTO J MARTÍNEZ DEL ROSARIO
Ing° Civil C:I:P-53362
Director del Laboratorio
Geotécnico M.I.G
………… - ………..
INFORMATICA APLICADA
ALBERTO J MARTÍNEZ VARGAS JUNIOR
Bachiller F.I.C-U.N.I.
----------------------------------------LUIS F MARTÍNEZ VARGAS
INGENIERO GEOGRAFO
MEDIO AMBIENTE Y SIG
Universidad Federico Villareal
Ing° GLADYS HURTADO AQUINO
Alumno del Post grado FIC-UNI
----------------------------------↸ Calle3, 853. la florida rimac lima-perú.
4816278
proyectos amv @ yahoo. es
martinez [email protected]
Boletín Técnico M.I.G N°-19 ( Lgga-1996)
Pag-2
Propuesta para las cimentaciones en suelos aluvionales
SUMARIO
Estudios, investigaciones y experiencia de campo en suelos aluvionales con predominio de boleos (diámetro mayor
de 3"), encuentran limitaciones para su clasificación en el S.U.C.S, que al no considerarse se introduce errores en
sus propiedades físicas, distorsionando posteriormente el análisis de su comportamiento, la experiencia con
muestras grandes en el laboratorio es reducida y en el campo existen dificultades con las pruebas de S.P.T, C.P.T.
y ensayos de placas, en estas condiciones los resultados son cuestionables y los ensayos macro son
antieconómico en nuestro medio, donde la indiferencia y la envidia del bajo nivel técnico y científico.
Frente a esta situación se viene adoptando valores numéricos referenciales diferentes a la realidad, y en el mejor
de los casos se realizan ensayos de laboratorio (corte directo, triaxial ) en especimenes de la matriz del suelo sin
corregir la presencia de boleos y excepcionalmente bloques.
En este trabajo se presenta clasificaciones de suelos aluvionales incluyendo los boleos, se advierte los errores
introducidos, y se sugiere alternativas para determinar los parámetros en base a las propiedades físicas del
material granular en función del volumen expresado por la relación de vacíos y el peso seco.
Se concluye:
a) Que el suelo del aluvión puede clasificarse en el S.U.C.S con sus mismos principios y reglas.
b) Algunas reflexiones sobre la influencia de los suelos aluvionales explicarían los problemas e incertidumbres en
los estudios, construcción, supervisión y vida de servicio con las diferentes tipos de gravas especiales.
GRADACIÓN
Al revisar y analizar los sistemas de clasificación de
suelos por su granulometría que consideran y
mencionan el tamaño de las denominaciones de las
partículas mayores de 3", como se muestra en el
Cuadro-1, se observa que el sistema A.G.U. es el más
completo, presenta por tamaño tres tipos: bloques
mayores de 4.00 m, bolones entre 0.25 y 4 m y
guijarros entre 0.064 y 0.25 m, y el ASEE propone el
símbolo para bloques (Bidr) y bolones (Cbl), en cambio
el ASTM y AASHTO son iguales y consideran dos tipos
que incluye a todos los tamaños mayores que la grava,
el DIN y SUCS son más generales.
Considerando que el S.U.C.S limita clasificar el material
granular mayor de 3", impuesto por su aplicación
original en pavimentos de aeropuertos y caminos, dado
por Casagrande; ello ha contribuido a que en el
muestreo se separe el material mayor de 3" y solo se
considera la parte de la matriz para clasificarla,
constituida por gravas, arenas, limos y arcillas.
DENOMINACIÓN
Inglés
Boulders
Castella
no
Bloques
Las características geológicas y geotécnicas más
importantes de los suelos aluvionales fueron estudiadas
por A. Martínez, J. Martínez (1991 y 1992), en esta
oportunidad se presenta la clasificación y reclasificación
incluyendo los boleos en cimentaciones de obras
importantes del Perú. Es de interés la experiencia
chilena por encontrarse que el trabajo de Moguera
(1987), es el que aporta mayores datos para una
interpretación correcta de las gravas del río Maule y río
Melado, como se muestra en el Cuadro-2, reclasificada
por tener Bo > 50%.
La experiencia Chilena indica que estos sedimentos
"fluviales" son gruesos constituidos por gravas que
contienen un alto porcentaje de bolones que complican
aún más el muestreo, encontrando que el uso de
Cucharas de almeja (Chanshell) ha resultado muy
positivo, así mismo indican que las calicatas y zanjas son
recomendables en cimentaciones superficiales y
profundas mientras no se encuentre con la presencia de
la nivel freático, o impida la extracción de los boleos
CUADRO – 1: CLASIFICACIÓN POR GRANULOMETRÍA – TAMAÑO MAYORES DE 3”
ASTM
DIN
AASHTO
SUCS
AGU
D422,
A.S.E.E.
TIPO DE
4022
T-88
D-2487
D653
TAMAÑOS
Tamaño (mm)
----> 4000
Muy grande
4000 a 2000
> 300
Grande
2000 a 1000
Cobbles
Boleos
>
60
Mediano
1000 a 500
Pequeño
500 a 250
Grandes
250 a 125
Guijarros
300 a 75
Pequeños
125 a 64
Muy
Gravel
Gravas
< 64
< 60
< 75
gruesos
A.G.U. American Geophysical Union
A.S.E.E. American Society for Engineering Education System (Burmister, 1948)
SUGERENCIAS
A.M.V. (1993)
(Bldr) > (9”)
> 300
> 75
(Cbi)
76 – 230
(3” – 9”)
> 75
Bo
> 75
< 75
< 75
(< 3”)
< 76 (3”)
< 75
G
Boletín Técnico M.I.G N°-19 ( Lgga-1996)
Propuesta para las cimentaciones en suelos aluvionales
CUADRO – 2: EXPERIENCIA CHILENA
MUESTRA
UBICACIÓN
N°
11
12-13
Río Maule
Río Melado
TAM.
MÁX.
(cm)
58
56
Pag-3
%
% GRAVA % ARENA % FINO
BOLONERÍA
Cu
(4” – 6”) > N° 250 < N° 200
6”
59
31
6
4
57.8
50
29
15
6
342.9
Cc
12.3
8.6
CLASIFICACIÓN RECLASIFICACIÓN
A.M.V. Perú
S.U.C.S.
GP
GP-GM
Bo + GP
Bo + (GP-GM)
> 50%
PROPUESTA DE CLASIFICACIÓN
PARA SUELOS ALUVIONALES
En el Cuadro-3 se da la clasificación y
reclasificación de suelos aluvionales,
otros ejemplos, en el libro del autor
sobre Mecánica de Suelos, material
que fue analizado y discutido en el
Postgrado de Magíster en la UNÍ, LimaPerú y publicado en Lgga-138,ref-2
Se hace notar que la gran mayoría de
estudios de mecánica de suelos de
importante proyectos no consideran, ni
presentan correcciones por la omisión
de la boleos, algunos lo aprecian y
todos lo mencionan sólo cuando el
porcentaje es menor de 50%, y cuando
es mayor según las mismas normas
debería recibir el nombre del suelo
predominante, que consideramos como
B0 sumando el material restante.
MATERIAL NATURAL ALUVIONAL CON MAS DE 50% DE BOLONES
Tomamos como material de referencia el estudiado por Martínez (1991a)
en Pedregal, Lima-Perú, que en promedio tiene:
Material de aluvión del Pedregal = 30% de Matriz + 70% Boleos (Fig. 1).
Es obvio, que en la matriz, el volumen de vacíos disponibles, es del suelo
fino que es una de las tres fases normales, como el gas o aire que llena los
volúmenes de los espacios vacíos, de este modo las propiedades pueden
ser evaluadas en función de emáx = 13.3%, emín = 3.9% de la matriz y luego
corregir aumentando el volumen de los sólidos de la botonería.
70%
Máximo Vv
Material aluvial
Matriz
Bolones
(Sólido)
Vv
(mínimo) (máximo)
30%
Matriz
G+S+M
5%
15%
3.9%
1
13.3% 85%
Matriz
(Sólido)
1
Mínimo Vv
Bolones
(Sólido)
Bolones
(Sólido)
95%
Matriz
(Sólido)
Matriz
(Sólido)
Fig. 1 Diferentes formas de representar al material de aluvión y sus partes
Para el material de aluvión se tiene:
0.05 < e < 0.15
CUADRO - 3
PROPUESTA DE CLASIFICACIÓN EN SUELOS ALUVIONALES
CLASIFICACIÓN
φp
LUGAR
REFERENCIA
(S.U.C.S.)
(mm)
HUARANGAL – Chillón, Lima
Bo + SP (1991) *
2500
Martínez, A. y Martínez, J. (1991)
La Cantuta – Chosica, Lima (Estación de
Bo + GP (1992) *
500
Atala, C. (1984) Misión Japonesa – SENAPA
Bombeo)
Martínez, A. (1986) Irrigación, Agua y Agro A.A.S.A. –
San Martín de Pangoa (Huancayo – Junín)
Bo + SW (1992) *
2500
I.N.A.F.
Moguera, G. (1987)
Río Maule - Chile
Bo + GP (1992) *
580
Congreso Panamericano de Mecánica de Suelos
Río Melado – Chile
Bo + (GP-GM) (1992) *
560
Sección IV Cartagena - Colombia
Bo + ML
4000
Martínez, A. ; Santos, E.
Quebrada Pedregal – Chosica, Lima
Bo + SM (1990) *
CONIC – 1988, Piura – Perú
Quebrada de Quirio – Chosica, Lima
Bo + SW
1800
Martínez, A. (1990) – PREDES
Moyabamba San Martín (Baños Termales)
Quebrada Condor Pica, Bocatoma
Chavimochic
Quebrada Santa María – Yanacoto N°5,
Chosica
La Pelota – Jaén, Central Hidroeléctrica
Bo + SP
1300
Martínez, A. (1991)
Bo + GP
1500
Martínez, A. (1991b) Agua y Agro, A.A.S.A.
GP con algunos Bo
< 500
Bo + (GP-GC) **
305
Martínez, A. ; Ortiz, J. y Fernández, D. (1992) IX
CONIC, Ica – Perú
Atala, C. (1993)
La Atarjea – Río Rímac (Zona B)
Bo + GP (1993) *
330
CISMID (1993) – U.N.I. – SEDAPAL
U.N.I. Lima-Perú. Cimentación del Auditorio
Bo + GP
450
Martínez, A. (1993)
φp
(*)
(**)
Diámetro o tamaño promedio en milímetros
Reclasificado por el Prof. A. Martínez V. – UNI, Magíster Cátedra de Geotecnia
Apreciación
Boletín Técnico M.I.G N°-19 ( Lgga-1996)
Pag-4
ALGUNAS REFLEXIONES
Es necesario plantear algunas reflexiones sobre el
comportamiento de los suelos aluvionales y su
interacción en las obras de ingeniería.
1.
Es fundamental hacer una buena clasificación del
SUCS sin omitir el material mayor de 3", de lo
contrario
las
propiedades
físicas
y
su
comportamiento como un todo es diferente.
2.
En cimentaciones de obras especiales en suelos
aluvionales del Perú o similares, es necesario
reflexionar sobre la influencia :
• El sobre dimensionar la estructura, soslayando y
olvidando riesgos más significativos.
• Tratamientos adicionales que siempre son
antieconómicos y quedan dudas en la seguridad
de su estabilidad.
Propuesta para las cimentaciones en suelos aluvionales
ENSAYO IN-SITU CON PRESURÍMETRO
DISEÑO DE CIMENTACIONES
PARA
El Presurímetro Menard: La ingeniería Geotécnica
todavía se basa en muchos casos, en la observación
empírica y experiencia. Una de las principales razones
para esta confianza continuada en los resultados
observados es la incapacidad para obtener propiedades
de resistencias respetables y exactas del suelo y roca a
un costo razonable. Incluso cuando el costo no sea un
problema, hay todavía la limitación práctica que involucra
la recuperación, extracción y realización de las pruebas
en laboratorio.
Los ensayos in-situ elimina muchos de los problemas de
perturbación asociado con obtener buena calidad de las
muestras. La limitación principal de las pruebas in-situ es
llegar a seleccionar un dispositivo que desarrolle
apropiadamente los parámetros C y Φ.
3.
Las medidas tomadas en estos depósitos
aluvionales para la cimentación de obras
importantes no son suficientes por los errores
introducidos y un equivocado nivel de riesgo
considerado como:
• El reactor atómico de Huarangal-Lima, con
estudios de riesgos sísmicos fue sobre
dimensionada la cimentación para el suelo
aluvional, donde el riesgo por huayco es de 10 a
1 respecto al sísmico.
El dispositivo del presurímetro se desarrolló por L.
Menard en 1956 para ser usado como una prueba de
carga in-situ que podría llevarse
a
cabo
dentro
de
una
perforación, a una profundidad
específica, para evaluar las
características de esfuerzodeformación de un suelo in situ.
El
ensayo
mide
la
características de:
4.
Complementar con ensayos y experiencias de
campo y laboratorio en gravas para determinar sus
parámetros como: φ, γd, τ , etc.
carga-deformación
completas
del suelo ensayado, mientras
minimizando los efectos de
perturbación de la muestra en
los resultados de la prueba. Los
presurímetros ganaron una amplia aceptación en 1970, y
es un método bien demostrado para medir la resistencia
de los suelos y rocas blandas
MATRIZ
Aplicaciones del Presurímetro:
30% arenosa- imosa
70% de gravas > de 3”
Fotos1y2 Suelo Aluvional de Pedregal .Chosica-Lima
BIBLIOGRAFIA
-
-
Alberto J Martínez Vargas, VII Congreso Nacional
de Mecánica de Suelos y Fundaciones, Lima-Perú,
1993 y VI Congreso Panamericano de Mecánica de
Suelos y Cimentaciones .Monterrey –México 1995.
Roy E. Hunt , Geotechnical Engineering Techniques
and Practices
“Ensayo de Presurímetro: Diseño de Cimentaciones
con los pilotes y estribos Cargados Lateralmente.
http://www.ecslimited.com/projects.cfm
Los resultados de pruebas con presurímetros
• Permite el incremento de las capacidades de soporte
mientras se mantiene un factor de seguridad
apropiado.
• Evalúa el suelo de sub-rasante de la cimentación
existente para permitir el incremento de cargas.
• Determina las características de resistencia de los
suelos que son sumamente difícil de ensayar con la
tecnología “convencional”.
• Mejora las predicciones de asentamiento por la
medición directa del módulo de reacción de la subrasante.
• Limitaciones: Porque el rango de presión del
dispositivo está limitado, es posible en roca
meteorizada que no pueda alcanzarse la presión
límite de la roca en la prueba. Afortunadamente,
incluso cuando las limitaciones de carga del
presurímetro controlan la aparente resistencia de la
roca, los resultados todavía son mucho mejor que la
mayoría los métodos "convencionales" alternativos.