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Caracterizaci�n f�sica-mec�nica del suelo utilizado como cimentaci�n para edificaciones de hasta tres niveles, barrio Altamira- Manta

 

Physical-mechanical characterization of the soil used as foundations for buildings of up to three levels, Altamira-Manta neighborhood

 

Caracteriza��o f�sico-mec�nica do solo utilizado como funda��o para edifica��es de at� tr�s pavimentos, bairro Altamira-Manta

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: Zambrano-suriany9709@unesum.edu.ec

 

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

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* Recibido: 23 de enero de 2023 *Aceptado: 14 de febrero de 2023 * Publicado: 23 de marzo de 2023

 

      I.         Ingeniero Civil. Universidad Estatal del Sur de Manab�. Jipijapa � Manab� � Ecuador.

    II.         Ingeniero Civil - Master en Gesti�n Ambiental menci�n Gesti�n Ambiental de Evaluaci�n del Impacto Ambiental- Docente de la Carrera de Ingenier�a Civil de la Universidad Estatal del Sur de Manab�. Jipijapa � Manab� � Ecuador.

  III.         Ingeniero Civil � Magister en Geotecnia- Docente de la Carrera de Ingenier�a Civil de la Universidad Estatal del Sur de Manab�. Jipijapa � Manab� � Ecuador. �

Resumen

El presente art�culo se refiere a las propiedades f�sicas y mec�nicas del suelo, mismas que son una variable b�sica a la hora de construir, porque a menudo se observan edificios que son demasiado grandes o demasiado peque�os, lo que tiene como consecuencia altos costos de trabajo o riesgos para los ocupantes. La presente investigaci�n estuvo orientada a determinar el comportamiento geot�cnico del suelo en estado natural del barrio �Altamira� en el cant�n Manta, bajo requerimientos de carga de edificaciones de hasta tres niveles. Para determinar las propiedades f�sico-mec�nicas del suelo del sector, se realiz� una investigaci�n de campo y descriptiva. Los resultados obtenidos determinaron que el �ndice de plasticidad es mayor que 18% y la relaci�n entre la humedad natural y el l�mite l�quido es menor a 0.80, por lo que el suelo es considerado no susceptible a la licuefacci�n. Tambi�n se identific� el tipo de suelo, mismo que al ser un suelo clase D es apto para la construcci�n de hasta tres pisos de edificaciones porque tienen una capacidad de carga aceptable. Finalmente se especifica que el m�todo adecuado para realizar una caracterizaci�n f�sico-mec�nica del suelo es la prueba de penetraci�n est�ndar de acuerdo con las normas de construcci�n ecuatorianas y las normas de la Sociedad Americana de Ensayos y Materiales.

Palabras Clave: Suelo; Propiedades; Carga; Caracterizaci�n; Normas.

 

Abstract

This article refers to the physical and mechanical properties of the soil, which are a basic variable when building, because buildings that are too large or too small are often observed, which results in high labor costs or risks to the occupants. The present investigation was oriented to determine the geotechnical behavior of the soil in its natural state of the "Altamira" neighborhood in the Manta canton, under load requirements of buildings of up to three levels. To determine the physical-mechanical properties of the soil in the sector, a field and descriptive investigation was carried out. The results obtained determined that the plasticity index is greater than 18% and the relationship between natural humidity and the liquid limit is less than 0.80, so the soil is considered not susceptible to liquefaction. The type of soil was also identified, which, being a class D soil, is suitable for the construction of up to three floors of buildings because they have an acceptable load capacity. Finally, it is specified that the appropriate method to perform a physical-mechanical characterization of the soil is the standard penetration test in accordance with Ecuadorian construction standards and the standards of the American Society of Testing and Materials.

Keywords: Floor; Properties; Burden; Characterization; Rules.

 

Resumo

Este artigo refere-se �s propriedades f�sicas e mec�nicas do solo, que s�o vari�veis ​​b�sicas na hora de construir, pois muitas vezes s�o observadas edifica��es muito grandes ou muito pequenas, o que resulta em alto custo de m�o de obra ou riscos para os ocupantes. A presente investiga��o foi orientada para determinar o comportamento geot�cnico do solo em seu estado natural do bairro "Altamira" no cant�o de Manta, sob solicita��es de carga de edif�cios de at� tr�s n�veis. Para determinar as propriedades f�sico-mec�nicas do solo no setor, foi realizada uma pesquisa de campo e descritiva. Os resultados obtidos determinaram que o �ndice de plasticidade � superior a 18% e a rela��o entre a humidade natural e o limite l�quido � inferior a 0,80, pelo que o solo � considerado n�o suscet�vel � liquefa��o. Tamb�m foi identificado o tipo de solo, que por ser um solo classe D, � adequado para a constru��o de edifica��es de at� tr�s pavimentos por apresentarem capacidade de carga aceit�vel. Finalmente, especifica-se que o m�todo adequado para realizar uma caracteriza��o f�sico-mec�nica do solo � o teste de penetra��o padr�o de acordo com os padr�es de constru��o equatorianos e os padr�es da Sociedade Americana de Testes e Materiais.

Palavras-chave: Ch�o; Propriedades; Fardo; Caracteriza��o; Regras.����������������������������������������������������������������������������������������������

 

Introducci�n

Todas las estructuras civiles imaginables hasta el momento se apoyan sobre el suelo o mantienen alg�n tipo de interacci�n con �l. Por lo que es indispensable realizar un correcto estudio de mec�nica de suelos a la hora de proyectar o construir, para de esta manera caracterizarlo y definir cu�les son sus caracter�sticas f�sicas-mec�nicas sin importar la envergadura de la construcci�n.

Ante lo expuesto es importante recordar que las caracter�sticas f�sicas y mec�nicas de un suelo son variables b�sicas a la hora de construir edificaciones, ya que a menudo se observan edificios que son demasiado grandes o demasiado peque�os, lo que tiene como consecuencia altos costos de trabajo o riesgos para los ocupantes.

En la ciudad de Manta existen edificaciones de hasta tres niveles, sin embargo, son pocas las construcciones que cuentan con un estudio de suelo donde se haya verificado el estado del mismo y se haya determinado si el suelo es apto para implantar este tipo de edificios, a esto se a�ade que son raros los proyectos constructivos en proceso o ya ejecutados, que aplican lo que establece la Norma Ecuatoriana de la Construcci�n (NEC, 2015).

En la actualidad se desconocen las caracter�sticas f�sicas-mec�nicas del suelo del barrio Altamira de la ciudad de Manta el cual es utilizado como cimentaci�n para edificaciones de hasta tres niveles, aunque se tiene como referencia que la zona de estudio est� calificada como de muy alta peligrosidad s�smica ubic�ndose en la VI posici�n seg�n la norma t�cnica NEC, lo cual indica que este sector est� propenso al movimiento tel�rico de alta y baja magnitud.

La importancia de este trabajo radica en la necesidad de realizar una investigaci�n del suelo del barrio Altamira-Manta y establecer sus propiedades f�sicas y mec�nicas, para determinar si este es apto para ser utilizado para la construcci�n de edificaciones de hasta tres niveles.

El estudio incluye determinar los m�todos necesarios para obtener la informaci�n del sitio y realizar las pruebas requeridas especificadas en las normas t�cnicas del NEC, procesar los datos obtenidos y determinar las propiedades del suelo adecuadas para los cimientos de edificios de bajo nivel. Asimismo, esta investigaci�n se realiza para aplicar los conocimientos te�ricos y pr�cticos sobre la mec�nica del suelo, utilizando la literatura, m�todos de campo y de laboratorio para obtener resultados generales sobre su interacci�n con las edificaciones.

 

Desarrollo

Cimentaci�n

Es una parte estructural del edificio y sirve para transferir la carga al suelo. Este es el �nico factor que no podemos elegir (Vera et al., 2019, p�gs. 222). En este sentido, la profundidad del terreno no se encuentra igual, la cual es otro factor que afecta a la elecci�n de la cimentaci�n. Seg�n INPRES (2015) cuando hablamos de cimentaciones tambi�n hablamos de la parte m�s importante de la edificaci�n, ni el material ni el mantenimiento se deben salvar, pues sus defectos son siempre fisuras provocadas por que la carga de la cimentaci�n es mayor que su resistencia.

 

Condiciones de cimentaci�n

Seg�n (Perales, 2014) la cimentaci�n es considerada como un elemento intermedio dentro de la ingenier�a civil, el cual es importante ya que permite que la carga soportada por la estructura se comunique con el suelo profundo para que pueda soportar la capacidad portante del tipo de suelo, y se permita la deformaci�n generada en la estructura. Por tanto, para realizar la cimentaci�n correcta se deben considerar las caracter�sticas geot�cnicas del suelo, y se debe ajustar el tama�o del cuerpo de cimentaci�n como elemento de hormig�n para que tenga la resistencia suficiente.

 

Caracter�sticas del terreno

Las caracter�sticas topogr�ficas que deben considerarse en la cimentaci�n son: la profundidad de la capa de resistencia, a capacidad de asentamiento de la capa de soporte, nivel de agua subterr�nea y sus cambios, el grado de socavaci�n causado por el flujo de agua subterr�nea y cambios en la formaci�n de hielo y la humedad en la superficie. (Construmatica, 2015)

 

Origen del suelo

Seg�n (Orozco & Centeno et al., 2014) son una colecci�n de varios minerales, pero a veces tambi�n pueden estar compuestos por un solo mineral. Las rocas se pueden formar a diferentes profundidades de muchas formas diferentes.

 

Rocas

�gneas: para (Orozco & Centeno et al., 2014) este tipo de rocas son formadas por medio del enfriamiento y congelaci�n de roca fundida y magma.

Intrusivas o plut�nicas: para (Acero, 2013) el magma los enfr�a lentamente y se forman dentro de la corteza terrestre.

Extrusivas o volc�nicas: seg�n lo establece (Le�n, 2001) se forman por el r�pido enfriamiento del magma en la superficie o cerca de ella, y se forman cuando el magma fundido se eleva desde las profundidades y llena las grietas cercanas a la superficie o cuando el magma entra en erupci�n a trav�s de un volc�n.

Sedimentarias: son el resultado de procesos f�sicos y qu�micos a largo plazo y existen en gran n�mero en la superficie de la tierra. (Le�n, 2000)

 

Formaci�n del suelo

Una vez que la superficie de la tierra se enfr�a, se determina el manto rocoso o lecho rocoso, luego de una serie de transformaciones, el suelo se origina a partir de �l. Para (Figueroa et al., 2018) estas transiciones son el resultado de los efectos combinados de diferentes variables clim�ticas (humedad, lluvia, temperatura), tipos de rocas, topograf�a, vegetaci�n y clima sobre los que act�an estas variables. Se describe al desarrollo o formaci�n del suelo como un desarrollo gradual en el cual las rocas se llegan a descomponer adoptando una forma m�s peque�a. Dependiendo del proceso de formaci�n, el suelo puede depositarse, ser residual y rellenado artificialmente.

 

Caracter�sticas f�sicas del suelo

Textura: se explica c�mo cada una de las proporciones de componentes inorg�nicos las cuales presentan diferentes formas y tama�os, como arena, limo y arcilla. Para la FAO (2016) la textura es aquella propiedad que afecta directamente a la fertilidad y la retenci�n de agua, la aireaci�n, el drenaje, el contenido de materia org�nica y otras propiedades. El tri�ngulo de textura del suelo de la FAO se utiliza como herramienta para la clasificaci�n de texturas.

 

Estructura: las part�culas de la textura del suelo, como arena, limo y arcilla, se combinan para formar agregados y unidades m�s grandes, que llevan el nombre de peds. Seg�n Irigion (2015) la estructura del suelo es conocida por ser la principal raz�n que afecta a una estructura, debido a que, a factores como la conducci�n de calor, y el crecimiento de las ra�ces provocan problemas al momento de construir una edificaci�n. Otro factor que tiene una influencia significativa en la estructura del suelo es el agua. La estructura interviene para que las part�culas del suelo realicen una uni�n la cual forma grumos. De acuerdo con esta caracter�stica, se pueden distinguir suelos con estructura esf�rica (agregados redondos), estratificados (agregados laminados), prism�ticos (prism�ticos), masivos (terrones) y granulares (granulares).

 

Consistencia: dependiendo de su contenido de humedad, la consistencia del suelo puede ser dura, muy dura y blanda. Se mide por tres niveles de humedad, el aire es seco, h�medo y h�medo. Para (Campos, 2012) la construcci�n en �l, es necesario medir la resistencia del suelo con mayor precisi�n antes del trabajo. La consistencia se refiere a la capacidad de resistir deformaciones o fracturas. Dependiendo de la resistencia, el suelo puede ser suelto, blando, duro, muy duro, etc.

 

Densidad: midiendo la densidad, se puede obtener la porosidad total del suelo. Se refiere al peso del suelo por volumen. Hay dos tipos de densidad, real y aparente. Seg�n (Briones & Irigion, 2015) en lo que respecta al nivel de densidad real de las part�culas encontradas en el suelo de textura densa depende de la proporci�n de los elementos que componen el suelo y suele rondar los 2,65.

Color: el tipo de color que presente un suelo estar� relacionado con cada una de las propiedades que contenga ya que por lo general su color cambia debido al nivel de oxidaci�n en la que se encuentra el agua, entre otros factores. Algunas propiedades del suelo pueden evaluarse como medidas indirectas. Seg�n (Zeballos, 2007) el rojo indica el contenido de �xido de hierro y �xido de manganeso; el amarillo indica �xido de hierro hidratado; el blanco y el gris indican la presencia de cuarzo, yeso y caol�n; el negro y el marr�n indican materia org�nica.

 

Porosidad: el espacio poroso del suelo se conoce como la participaci�n del volumen en el que se encuentra el suelo no ocupado por s�lidos. Por otro lado, para la FAO en lo que respecta a �l volumen del suelo se encuentra compuesto por un 50% de organismos s�lidos 45% de minerales y 5% de materia org�nica y finalmente en un 50% de espacio intersticial.

 

Perfiles del suelo: Se definen seis tipos de perfil de suelo. Los par�metros utilizados en la clasificaci�n son los correspondientes a los 30 m superiores del perfil para los perfiles tipo A, B, C, D y E. Aquellos perfiles que tengan estratos claramente diferenciables deben subdividirse, asign�ndoles un sub�ndice i que va desde 1 en la superficie, hasta n en la parte inferior de los 30 m superiores del perfil. Para el perfil tipo F se aplican otros criterios, como los expuestos en la secci�n 10.5.4 (NEC) y la respuesta no debe limitarse a los 30 m superiores del perfil en los casos de perfiles con espesor de suelo significativo.

 

Suelo como terreno de fundaci�n

Seg�n (Flores, 2018) el problema es dise�ar los cimientos, estribos de puentes, muros de contenci�n, etc. del edificio. De forma funcional y econ�mica, teniendo en cuenta la naturaleza del terreno, se consigue una seguridad suficiente mediante deformaciones o asentamientos compatibles con las tolerancias estructurales.

 

Ensayos de laboratorio

La norma t�cnica NEC-SE-GC (2015) establece, �Uno de los objetivos de la investigaci�n de campo es obtener muestras de suelo representativas para que se puedan realizar los ensayos de laboratorio� (p. 64).

Ensayo de Penetraci�n Standard (SPT): prueba de penetraci�n est�ndar (SPT) y muestreo de suelo con tubo de separaci�n. Este m�todo describe un procedimiento com�nmente conocido como Prueba de Penetraci�n Est�ndar (SPT), que penetra en un muestreador de rama para obtener una muestra de suelo representativa y mide la resistencia del suelo a la penetraci�n.

Equipo para ensayo de Penetraci�n Est�ndar (SPT): equipo de perforaci�n: tuber�a de perforaci�n o tuber�a de perforaci�n, broca, zapatas; tubo de derivaci�n o muestreador: DE = (50 mm o 2 pulgadas); equipo de aplicaci�n de carga; flex�metro, aprox. +/- 1 mm; cubierta de pl�stico, tarjeta de identificaci�n y libreta o registro de campo.

 

Licuaci�n de los suelos: �Se considera conocer el potencial de licuaci�n de un suelo en todo proyecto de geotecnia, la mayor�a de las veces est�n basados en los ensayos de penetraci�n est�ndar (SPT), Bray y Sancio (2006) en su f�rmula para obtener la licuaci�n incluyen el �ndice de plasticidad, el contenido de humedad y el l�mite l�quido, lo que conlleva a la siguiente formula (Aguay, 2010).

Ec.1

Ec.2

Ec.3

 

Materiales y m�todos

La presente investigaci�n es de tipo experimental con un enfoque cualitativo porque permiti� conocer la situaci�n actual y la determinaci�n de las propiedades f�sica-mec�nicas del suelo del sector Altamira de la ciudad de Manta.

El nivel o tipo de investigaci�n fue de tipo descriptivo, porque se realiz� el an�lisis de las condiciones del terreno y permiti� identificar para que tipo de construcci�n se puede utilizar, esto gracias a los ensayos que se realizaron in situ. �

En el estudio realizado se utiliz� el equipo para ensayo de penetraci�n est�ndar (SPT) para lo cual se tomaron 36 muestras del sector Altamira. Para los estudios de evaluaci�n se cont� con el n�mero m�nimo de sondeos, de acuerdo a la complejidad del terreno y el �rea: 267.427,96 hect�reas.

 

Resultados

Los resultados obtenidos mediante los ensayos realizados en el sector Altamira de la ciudad de Manta son los que se muestran a continuaci�n:

 

Tabla 1

Evaluaci�n de susceptibilidad a la licuaci�n.

 

 

 

 

 

Tabla 2

Capacidad portante del suelo.

 

Tabla 3

Resultados de sondeos.

	Perforaciones	Suelo predominante seg�n SUCS	Perfil de dise�o S�smico	Capacidad de carga (TN/M2)
	SONDEO 1	Arcilla media plasticidad arenosa CL	D	97,17
SONDEO 2		Arcilla media plasticidad arenosa CL	D	45,09
SONDEO 3		Arcilla alta plasticidad arenosa CH	D	61,46
SONDEO 4		Arcilla media plasticidad arenosa CL	D	30,97
SONDEO 5		Arena arcillosa SC	D	52,47
SONDEO 6		Arcilla media plasticidad arenosa CL	D	45,64

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El resumen de los ensayos de perforaci�n realizados se muestra en las siguientes tablas:

 

 

 

 

 

 

Figura 1

Resumen del Sondeo 1.

 

 

Figura 2

Resumen del Sondeo 2.

 

Figura 3

Resumen del Sondeo 3.

 

Figura 4

Resumen del Sondeo 4.

 

Figura 5

Resumen del Sondeo 5.

 

Figura 6

Resumen del Sondeo 6.

Conclusiones

El lugar de estudio nos dio como resultado que en los sondeos realizados se obtuvo un perfil del suelo tipo D, predominando Arcilla media plasticidad CL de acuerdo a la clasificaci�n SUCS. Aunque el sondeo cinco es una arena arcillosa SC y el nivel fre�tico se encuentra a la profundidad de 1.55 m, pero debido a su alto contenido de plasticidad lo hace no susceptible a licuefacci�n.

Se determina que el suelo en la comunidad de Altamira es apto para la construcci�n de hasta tres pisos de edificaciones porque tienen una capacidad de carga aceptable y ya no se consideran de alto riesgo s�smico.

 

Referencias

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� 2023 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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