ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 NAYIB MORENO RODRIGUEZ CORPORACIÓN UNIVERSIDAD DE LA COSTA FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL BARRANQUILLA 2013 Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 1 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 TABLA DE CONTENIDO Pág. 1. 1.1 1.2 1.2.1 1.2.2 1.3 INTRODUCCIÓN ANTECEDENTES OBJETIVOS Objetivo general Objetivos específicos CONTENIDO DEL PROYECTO 6 6 8 8 8 8 2. 2.1 2.2 2.3 ESTADO DEL ARTE LOCALIZACIÓN ANTECEDENTES GEOLOGÍA DE BARRANQUILLA 10 10 10 15 3. METODOLOGIA DE LA INVESTIGACIÓN 18 4. TECNICAS DE ENSAYO DETERMINACIÓN EN LABORATORIO DEL CONTENIDO DE HUMEDAD. Normas Objetivo Equipos e implementos Procedimiento Cálculos 21 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.1.5 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.2.4.1 4.2.4.2 4.2.4.3 4.2.4.4 4.3 4.3.1 4.3.2 DETERMINACIÓN DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SÓLIDOS Normas Objetivo Equipos e implementos Procedimiento Calibración del picnómetro Preparación de la muestra Desarrollo de la prueba Cálculos DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO DE LOS SUELOS Normas Objetivo Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 21 21 22 22 22 23 24 24 24 24 25 26 27 27 29 29 29 29 Página 2 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 Pág. 4.3.3 4.3.4 4.3.4.1 4.3.4.2 4.3.4.3 Equipos e implementos Procedimiento Preparación de la muestra Desarrollo de la prueba Cálculos 29 30 30 30 32 4.4 4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.4.4 4.2.4.1 4.2.4.2 4.4.4.3 DETERMINACIÓN DEL LÍMITE PLÁSTICO DE LOS SUELOS Normas Objetivo Equipos e implementos Procedimiento Preparación de la muestra Desarrollo de la prueba Cálculos 32 32 32 33 33 33 33 34 4.5.1 4.5.2 4.5.3 4.5.4 4.5.4.1 4.5.4.2 4.5.4.3 DETERMINACIÓN DEL LÍMITE DE CONTRACCIÓN DE LOS SUELOS Normas Objetivo Equipos e implementos Procedimiento Preparación de la muestra Desarrollo de la prueba Cálculos 4.6 4.6.1 4.6.2 4.6.3 4.6.4 4.6.4.1 4.6.4.2 4.6.4.3 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE SUELOS POR TAMIZADO Normas Objetivo Equipos e implementos Procedimiento Preparación de la muestra Desarrollo de la prueba Cálculos 4.5 4.7 4.7.1 4.7.2 4.7.3 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE SUELOS POR MEDIO DEL HIDRÓMETRO Normas Objetivo Equipos e implementos Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 34 34 34 35 35 35 36 37 38 38 38 38 38 38 39 40 40 40 40 40 Página 3 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 Pág. 4.7.4 4.7.4.1 4.7.4.2 4.7.4.3 4.7.4.4 4.7.5 Procedimiento Calibración del hidrómetro Preparación de la muestra Desarrollo de la prueba Correcciones de las lecturas del hidrómetro Cálculos 41 41 42 42 44 45 PERMEABILIDAD DE SUELOS. VARIABLE Normas Objetivo Equipos e implementos Procedimiento Preparación de la muestra Desarrollo de la prueba Cálculos MÉTODO DE LA CABEZA MÉTODO DE LA CABEZA 4.9.1 4.9.2 4.9.3 4.9.4 4.9.4.1 4.9.4.2 4.9.5 PERMEABILIDAD DE SUELOS. CONSTANTE Normas Objetivo Equipos e implementos Procedimiento Preparación de la muestra Desarrollo de la prueba Cálculos 4.10 4.10.1 4.10.2 4.10.3 4.10.4 4.10.4.1 4.10.4.2 4.10.5 CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE LOS SUELOS Normas Objetivo Equipos e implementos Procedimiento Preparación de la muestra Desarrollo de la prueba Cálculos 52 52 52 52 53 53 54 55 DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA AL CORTE POR EL METODO DE CORTE DIRECTO 56 4.8 4.8.1 4.8.2 4.8.3 4.8.4 4.8.4.1 4.8.4.2 4.8.5 4.9 4.11 Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 46 46 47 47 47 47 48 48 49 49 49 49 50 50 51 52 Página 4 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 4.11.1 4.11.2 4.11.3 4.11.4 4.11.4.1 4.11.4.2 4.11.5 Normas Objetivo Equipos e implementos Procedimiento Preparación de la muestra Desarrollo de la prueba Cálculos DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA AL CORTE POR EL METODO DE COMPRESIÓN INCONFINADA 4.12.1 Normas 4.12.2 Objetivo 4.12.3 Equipos e implementos 4.12.4 Procedimiento 4.12.4.1 Preparación de la muestra 4.12.4.2 Desarrollo de la prueba 4.12.5 Cálculos 4.12 DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA AL CORTE POR EL METODO DE COMPRESIÓN TRIAXIAL 4.13.1 Normas 4.13.2 Objetivo 4.13.3 Equipos e implementos 4.13.4 Procedimiento 4.13.4.1 Preparación de la muestra 4.13.4.2 Desarrollo de la prueba 4.13.5 Cálculos 4.13 Pág. 56 56 57 57 57 60 62 62 62 62 63 63 63 64 66 66 67 67 69 69 70 72 5. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LA INFORMACIÓN 75 6. CONCLUSIONES 80 BIBLIOGRAFÍA 81 Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 5 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 1. INTRODUCCIÓN 1.1 ANTECEDENTES Gran parte de Barranquilla y sus cercanías está asentada sobre la formación geológica denominada Barranquilla, la cual tiene su origen en la edad terciaria superior, específicamente en el Plioceno, de acuerdo a lo establecido por Raasveld. El subsuelo de la ciudad está fuertemente influenciado por fenómenos sedimentarios de origen marino y fluvial que coadyuvaron a la formación de depósitos de arenas de playa, margas, calizas de arrecifes coralinos y cieno. Al estar Barranquilla localizada sobre un plano ligeramente inclinado cuyas alturas extremas, según el Instituto Geográfico Agustín Codazzi, son 4 metros sobre el nivel del mar al oriente y 98 metros sobre el nivel del mar al occidente, se requiere asociar la estratigrafía de la ciudad a su variación altimétrica mediante el posicionamiento geográfico de los registros de perforación, lo cual a la fecha no se ha realizado. El programa de Ingeniería Civil ha venido estudiando por cerca de 20 años las propiedades físicas y mecánicas de los suelos de la ciudad, pero él no contar con tecnología adecuada impidió asociar estos suelos a una posición geográfica determinada. Solo ahora que se cuenta con herramientas computacionales y softwares pertinentes que posiciona exactamente un registro de perforación a un determinado lugar, nos permite plantear esta propuesta de investigación El contar con estudios de zonificación y caracterización geotécnica en Barranquilla facilita y permite a inversionistas y diseñadores la consulta para la toma adecuada de decisiones Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 6 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 conducentes a la inversión en lotes de terrenos cuyas características geotécnicas preliminares se conozcan. Esta investigación permitirá dar respuestas a las siguientes preguntas: Que tipos de suelos representan la geotecnia de Barranquilla? Cuáles son las propiedades físicas de los suelos presentes? Como varían los suelos con la profundidad? Como varían los suelos horizontalmente? Son erráticos u homogéneos los perfiles estratigráficos de los suelos en Barranquilla? El responder a los interrogantes planteados en este proyecto de investigación, permitirá a la geotecnia local contar con herramientas útiles para evaluar la aplicabilidad de los códigos existentes en términos de sus alcances y limitaciones. En ningún momento se pretende prescindir de los estudios geotécnicos correspondientes a cada proyecto. Se pretende facilitar a las empresas de planeación y desarrollo urbano del Distrito como a todas las empresas constructoras de la ciudad para que orienten y ordenen las acciones tendientes a la realización de anteproyectos más económicos y ajustados a la realidad geotécnica de la ciudad. Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 7 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 1.2 OBJETIVOS 1.2.1 Objetivo general Elaborar el perfil geotécnico de los suelos de Barranquilla, usando el sistema de información geográfica 1.2.2 Objetivos específicos Generar el mapa de zonificación de los suelos de Barranquilla Determinar la posición geográfica de los registros de perforación Aplicar el software ARCGIS para la geo referenciación de suelos de Barranquilla Caracterizar los suelos de Barranquilla e identificar sus propiedades físicas como granulometría, densidades, gravedad específica de los sólidos y límites de consistencia para los suelos finos. 1.3 CONTENIDO DEL PROYECTO El proceso de investigación está organizado en cuatro capítulos, cuya temática se organiza de la siguiente manera: El primer capítulo corresponde a la introducción. Se presenta brevemente la geomorfología y geología de la ciudad de Barranquilla. De igual forma, se presentan los objetivos y alcances del proyecto. Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 8 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 El capítulo dos corresponde al estado del arte, donde se presenta la localización de la ciudad, los antecedentes con respecto a estudios previos realizados sobre la caracterización geotécnica de los suelos en Barranquilla y las propiedades físicas y mecánicas conocidas de los suelos. El capítulo tres presenta la metodología presentada en la investigación para la captura y organización de la información. De igual manera, se establece el proceso para la introducción de la información en el software Arcgis. El capítulo cuatro corresponde a las técnicas de ensayo utilizadas a fin de determinar las propiedades físicas y mecánicas de los suelos encontrados El capítulo cinco corresponde al análisis e interpretación de la información obtenida a través del software Arcgis. Esta información se representa en planos donde se presente el perfil estratigráfico de los suelos de Barranquilla. El capítulo seis presenta las conclusiones producto del trabajo de investigación y las recomendaciones que permitan mejorar el proceso de investigación en próximos trabajos que se ajusten al perfil de la investigación. Finalmente, el título del proyecto contempla que esta investigación corresponde a una primera fase, en la cual se delimita la ciudad de Barranquilla donde se concentra la información correspondiente al registro de sondeos o exploraciones geotécnicas. Esta información contempla un mayor número de registros de perforación en el sector norte de la ciudad, dado que corresponde al sector donde se realizan los proyectos de ingeniería de mayor complejidad, principalmente edificios de apartamentos unifamiliares. Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 9 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 2. ESTADO DEL ARTE 2.1 LOCALIZACIÓN Barranquilla, capital del departamento del Atlántico, se encuentra ubicada sobre la margen occidental del río Magdalena a aproximadamente 20 kilómetros de su desembocadura. Geográficamente, la ciudad está ubicada al norte de América del sur y al norte de Colombia, ocupando la parte más septentrional del departamento. Figura 1. Localización de Barranquilla 2.2 ANTECEDENTES Desde su creación en el año 1971, el programa de Ingeniería Civil cuenta con un laboratorio de geotecnia con equipos e implementos que permiten la caracterización física y mecánica de los suelos. Dentro de los equipos e implementos con que cuenta el laboratorio están: triaxial, corte directo, compresión inconfinada, consolidación, límites de consistencia, determinación de tamaño de partículas por tamizado y sedimentación, compactación tipo proctor estándar y modificado, contenido de humedad, pesos unitarios, gravedad específica. Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 10 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 La docencia e investigación en el programa y específicamente en el área de geotecnia ha sido dirigida por ingenieros de reconocido prestigio en la región por sus vínculos con el medio laboral de la geotecnia, la investigación, la cátedra y la publicación de artículos en eventos nacionales e internacionales, así como la publicación de libros. Se mencionan profesionales como: Michael Hernández, Miguel García, Juan Acevedo, Javier Jaramillo, Víctor Chi, Enith Miranda y Nayib Moreno. Históricamente, en el programa de Ingeniería Civil se ha trabajado en la línea de investigación correspondiente a la caracterización geotécnica de los suelos de Barranquilla, lo cual se evidencia en los trabajos de investigación realizados por docentes investigadores y por estudiantes en la modalidad de trabajo de grado como un requisito parcial para optar al título de Ingeniero Civil. Dentro de las investigaciones realizadas como caracterización geotécnica de los suelos en Barranquilla, desde el año 1983 se cuenta con memorias de investigación que reposan en la biblioteca de la institución. Se tienen, entre otras investigaciones: Caracterización de las propiedades mecánicas de los suelos calcáreos (caliches) en estado seco Determinación del potencial de dispersión de algunos suelos en Barranquilla Determinación del límite líquido en los suelos de Barranquilla utilizando el ranurador de Hovany Caracterización geotécnica de los caliches en Barranquilla Determinación de la actividad de las arcillas en Barranquilla Determinación en forma directa de los diferentes tipos de suelos Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 11 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 Determinación en forma directa de los diferentes tipos de arcilla en Barranquilla Determinación de los índice de compresibilidad y expansión en las arcillas de Barranquilla Estudio de estabilización de arcillas expansivas mediante pilotines de cal Correlación entre el límite líquido y el índice de compresibilidad en las arcillas de Barranquilla Estabilización electroquímica con aceite sulfonado para las arcillas de Barranquilla Perspectiva del uso de la cal hidratada en la estabilización de arcillas de Barranquilla Acondicionamiento de la máquina triaxial y obtención de parámetros de las arcillas de Barranquilla Perspectiva de un proctor intermedio y caracterización geotécnica de los caliches en Barranquilla Determinación de parámetros de resistencia de las arcillas en Barranquilla con equipo de comprensión inconfinada Los resultados de las investigaciones realizadas por el programa de Ingeniería Civil permiten evidenciar la presencia de diversos tipos de suelos con propiedades físicas y mecánicas disimiles, lo que permite establecer que el subsuelo de Barranquilla está constituido por suelos como: arenas medias a finas color amarillo, calizas y margas calcáreas color amarillo y blanco, limos arenosos color gris, depósitos eólicos color gris denominados médanos que corresponden a arenas de grano fino uniforme y arcillas Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 12 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 amarillas y grises. Desafortunadamente, los parámetros físicos y mecánicos de los materiales ensayados fueron determinados sin referenciar la localización y profundidad de los materiales ensayados. A continuación se presenta el plano de localización de los sondeos exploratorios utilizados en esta investigación. Figura 2. Localización de sondeos exploratorios A Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 A Página 13 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 Arnoldo Sabbagh (1981) presentó un perfil típico correspondiente a un corte hecho en la dirección norte sur de la ciudad. El objeto de este estudio, de acuerdo al autor, es presentar los diferentes tipos de suelos y sus respectivas propiedades físico mecánicas. Figura 3. Perfil típico de Barranquilla Fuente: Estudio geotécnico de la costa Atlántica. Trabajo de Grado Universidad de la Costa. Antonio Santodomingo y Donaldo del Toro. 1982 Las propiedades físicas y mecánicas promedio de los diferentes estratos, las resumió Sabbagh de la siguiente manera: Arenas amarillas: Límite líquido: 0% Índice de plasticidad: NP Gravedad específica: 2,65 Clasificación: SM-SC Ensayo de penetración estándar: 13 7 Calizas, margas calcáreas y areniscas amarillas y blancas Límite líquido: 24% 4% Índice de plasticidad: 12% 5% Gravedad específica: 2,64 0,05 Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 14 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 Arcilla amarilla a gris Sus propiedades las resume según el sector así: Sector Límite líquido Gravedad específica relativa de los sólidos Caujaral 45-60 2,60-2,67 Villa Santos 56-82 2,71-2,77 Campo Alegre 35-50 2,70-2,79 Bosque 85-108 2,68-2,74 El índice de compresibilidad Cc, variable por el límite líquido (LL), presenta relación Cc = 0,0003(LL+14) 2.3 GEOLOGÍA DE BARRANQUILLA Tomando la información consignada en INGEOMINAS (1997), la disposición geológica del Caribe colombiano es producto de la interacción tectónica de las placas de Nazca, Caribe y Suramérica. Regionalmente el área de Barranquilla se ubica en el llamado Terreno Sinú - San Jacinto constituido por dos cuñas de materiales sedimentarios (cinturones de San Jacinto y Sinú), caracterizado por presentar pliegues anticlinales estrechos y sinclinales amplios, donde también convergen dos trenes estructurales de dirección N20ºE de edad Eoceno medio y otro de dirección N45ºE de edad PliocenoPleistoceno (Duque, 1984). Según el mapa tectónico del departamento del Atlántico, los pliegues y fallas se localizan principalmente hacia el centro y occidente del departamento, y hacia el sector de Barranquilla no se presentan o destacan fallas o pliegues de importancia regional Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 15 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 Los registros geológicos y geotécnicos realizados en Barranquilla y específicamente en el sitio objeto de la presente investigación, establecen que el subsuelo estudiado está constituido por depósitos sedimentarios de origen fluvial y marino que datan del terciario y el cuaternario. De acuerdo a los mapas geológicos publicados por el Ingeominas en el año1977, desde hace 55 millones de años, el subsuelo donde se localiza el Barranquilla, se ha comportado como un paleo alto desde el Eoceno inferior, con eventos de sumergimiento asociados a transgresiones marinas durante el Eoceno medio, Oligoceno y PleistocenoHoloceno hace un millón de años. Tal dinámica es la responsable de la presencia de materiales arenosos de playa y arcillosos calcáreos intercalados, localmente aún sin litificar, particularmente en los dos últimos millones de años. De igual manera, Ingeominas establece que las rocas que afloran en la zona de estudio corresponden a rocas sedimentarias de origen marino profundo y transicional continental pertenecientes a la Formaciones Perdices y La Popa intercaladas con unidades de Areniscas Friables. Estas unidades se encuentran cubiertas por depósitos Cuaternarios correspondientes a materiales de origen aluvial, eólico, coluvial y de movimientos en masa. A continuación se hace una descripción de cada una de estas unidades. Formación Las Perdices. Es el nombre dado por Anderson (1929) para designar una secuencia de shales, shales arenosos, capas de chert y algunas areniscas observadas al suroccidente de Barranquilla en un sector rural denominado Las Perdices. Esta formación aflora en una extensa área, principalmente hacia la parte media y baja de las laderas occidentales de Barranquilla. Teniendo en cuenta su litología predominantemente arcillosa, la unidad desarrolla morfologías suaves, con un relieve bajo a suavemente ondulado. La unidad está constituida por lodolitas de colores grises y amarillos, que dependen del estado de meteorización. Algunos niveles presentan fisilidad, mientras otros tienen una partición concoidea, con tintes de oxidación de color pardo y cristales de yeso. Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 16 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 Esporádicamente están intercaladas con arenitas cuarzosas de grano fino, amarillas, con laminación plana paralela y en capas delgadas levemente onduladas. El espesor de la unidad en el área occidental de barranquilla puede sobrepasar los 20 metros de espesor, según lo observado en algunas perforaciones realizadas. Por las características litológicas y texturales con aporte de sedimentos tamaño arcilla y limo, se considera que la formación las Perdices se depositó en un ambiente marino con profundidades batiales. Formación La Popa. Aflora en la parte noroeste del departamento, donde forma una serie de colinas abruptas y alargadas en las lomas de Camarón y Juaruco, al norte de Tubará, en las lomas de la Risota, Nisperal, Aguas Vivas y Pan de Azúcar en los alrededores de Puerto Colombia. Tiene un patrón de drenaje sub paralelo. La primera referencia de la unidad La Popa se encuentra en Anderson (1926) como la Popa Group, pero es Bürgl en 1957 quien le da el nombre de Formación la Popa a los estratos que conforman el cerro de la Popa en Cartagena. La edad de la Formación la Popa ha sido muy discutida; Anderson (1926) la consideró Pliocena; Link (1927) la considera del Pleistoceno inferior; Royo y Gómez (1950) postula que es del Mioceno superior. Con base en las muestras micropaleontológicas recolectadas por geólogos del INGEOMINAS en el Departamento del Atlántico, durante el Proyecto Caribe, se asume que esta formación es del Pleistoceno. Con base en la litología se puede establecer que esta unidad es correlacionable con las Margas de Salgar y Barranquilla (Anderson, 1929). Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 17 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 3. METODOLOGIA DE LA INVESTIGACIÓN Las investigaciones realizadas por los docentes y estudiantes del programa de ingeniería Civil de la Corporación Universidad de la Costa por más de 30 años en el área de la geotecnia permite conocer con certeza las propiedades físicas y mecánicas de los suelos de Barranquilla, pero el alcance de estas investigaciones no permite conocer las fronteras que delimitan los diferentes tipos de suelos tanto en superficie como en profundidad. Por lo antes expuesto, se solicitó a la firma INCOSUELOS Ingenieros Civiles Ltda su apoyo consistente en el aporte de los registros de perforación de estudios de suelos y diseños geotécnicos realizados por ellos donde se establece la localización exacta de los sondeos exploratorios, a fin de establecer la zonificación y caracterización geotécnica de los suelos en Barranquilla. Se tomaron aproximadamente 120 diseños geotécnicos localizados en el norte y noroccidente de la ciudad, cada uno con registro en promedio de tres sondeos exploratorios a profundidades variables entre tres y diez metros de profundidad. Se tabuló la información extraída de cada registro de exploración geotécnica, de la cual se utilizó la siguiente información: Espesor y profundidad de cada estrato localizado Clasificación y descripción de cada estrato mediante la aplicación del Sistema Unificado de Clasificación de Suelos. Ensayos de humedad natural Granulometría, Límites de Consistencia Pesos unitarios Gravedad específica Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 18 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 Adicional a la información tabulada, se procedió a determinar para cada diseño geotécnico las coordenadas geográficas y la altura sobre el nivel del mar. Para esto, se ubicó el sitio donde se realizó cada estudio geotécnico y se determinaron los parámetros establecidos mediante la utilización de un equipo de posicionamiento satelital. Los registros de perforación con toda la información adecuadamente registrada se geo referenció mediante la utilización del sistema de información geográfica ArcGIS y Google Earth. Para esto, se utilizó el mapa digital de Barranquilla elaborado por el Instituto Geográfico Agustín Codazzi sobre el cual se ubicaron los sitios donde se realizaron las perforaciones, por el sistema de coordenadas Universal Transversal de Mercator –UTM. Este es un sistema de coordenadas basado en la proyección cartográfica transversa de Mercator, que se construye como la proyección de Mercator normal, pero en vez de hacerla tangente al ecuador, se la hace tangente a un meridiano. A diferencia del sistema de coordenadas geográficas, expresadas en longitud y latitud, las magnitudes en el sistema UTM se expresan en metros únicamente al nivel del mar, que es la base de la proyección del elipsoide de referencia. Como producto final se creó un mapa base estandarizado que muestra el perfil estratigráfico del sector en la ciudad donde se registra por capas los perfiles estratigráficos, presentados desde la superficie hasta la profundidad máxima explorada. La información geológica de la ciudad se obtuvo a partir de consultar la información disponible en entidades del estado a nivel nacional, departamental y distrital, como de revisar las memorias de los estudios geotécnicos realizados por empresas privadas en diversos sectores de la ciudad. Esta información secundaria fue revisada, procesada y relacionada con la información primaria de esta investigación, a fin de disponer de una información ajustada a la realidad geotécnica del sector estudiado. La geología de la ciudad, se consultó en estudios como: Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 19 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 Zonificación de amenaza por movimientos en masa de las laderas occidentales de Barranquilla, Departamento del Atlántico elaborado por el Instituto Colombiano de Geología y Minería –Ingeominas. Plan de Ordenamiento de Barranquilla, 2000. Asesoría Geotécnica denominada Parrish S.A. Urbe INV/PID S.A. elaborado por el Ing. Aquiles Huertas Recopilación de estudios y diseños geotécnicos realizados por el Ing. Arnoldo Sabbagh y la firma INCOSUELOS Ingenieros Civiles Ltda. Estudio geotécnico de la Costa Atlántica, elaborado por la Corporación Universidad de la Costa. Estudios varios a los arroyos de Barranquilla, los cuales contemplan diseño geotécnico, realizados en la Corporación Universidad de la Costa. Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 20 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 4. TECNICAS DE ENSAYO En base a los ensayos de laboratorio se determinaron las características físicas y mecánicas del subsuelo típico del área de estudio, para ello, las muestras obtenidas en los sondeos exploratorios se sometieron a diversas pruebas. Se practicaron ensayos de: humedad natural, límites de consistencia, peso unitario, gravedad específica, compresión inconfinada, esfuerzo cortante, expansión y consolidación. Las técnicas de ensayo presentadas en este documento se ajustan a las normas referenciadas por el Instituto Nacional de Vías, INVIAS, en el documento denominado Normas INVIAS, por ser este un organismo gubernamental que rige toda la actividad relacionada con el diseño y construcción de obras viales y complementarias en el territorio colombiano. 4.1 DETERMINACIÓN EN LABORATORIO DEL CONTENIDO DE HUMEDAD. La humedad o contenido de agua de una muestra de suelo se define como la relación del peso del agua que llena los poros contenidos en la muestra y la masa de las partículas sólidas de la muestra. 4.1.1 Normas I.N.V.E–122–07 ASTM D 2216-98 Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 21 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 4.1.2 Objetivo Determinar en el laboratorio el contenido de agua o humedad de una muestra de suelo. 4.1.3 Equipos e implementos Horno. Controlado termostáticamente para que mantenga una temperatura uniforme de 110° ± 5°C (230° ± 9°F) en toda la cámara de secado. Balanzas. Con una precisión de ± 0.01 g para muestras que tengan una masa de 200 gramos o menos; y ± 0.1 gramos para muestras que tengan una masa por encima de 200 gramos. Recipientes. Vasijas apropiadas hechas de un material resistente a la corrosión y a cambios en su masa al ser sometidas a repetidos calentamientos y enfriamientos y a operaciones de limpieza. Para muestras con masa menor o próxima a 200 gramos, se usarán recipientes con tapas de cierre hermético; mientras que para muestras de masa mayor que 200 gramos se usarán recipientes sin tapa. Se necesita un recipiente para cada determinación del contenido de agua. 4.1.4 Procedimiento Se determina y registra la masa de un recipiente limpio y seco. La cantidad mínima de masa usada puede ser incrementada para poder obtener los dígitos mínimos necesarios para la masa de agua cuando se reporten contenidos de agua al más Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 22 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 cercano 0.1%. Cualquier espécimen usado, que no satisfaga estos requisitos, deberá anotarse en la hoja de datos de la prueba o en sus formatos. Al trabajar con un espécimen pequeño menor de 200 gramos que contenga una partícula de grava relativamente grande, resulta apropiado no incluir esta partícula en el espécimen de prueba. Sin embargo, cualquier material descartado debe describirse y anotarse en los formatos para datos u hojas de datos. Para aquellas muestras que consisten en su totalidad de roca intacta, la masa mínima del espécimen debe ser de 500 gramos. Porciones representativas de la muestra pueden partirse en partículas más pequeñas, dependiendo del tamaño de la muestra, del recipiente y de la balanza que se va a usar. Se coloca la muestra húmeda en el recipiente; y se determina el peso del recipiente con la muestra de material, usando una balanza apropiada. Se anota este valor. Se coloca el recipiente con el material húmedo en el horno para secar el material hasta obtener una masa constante. El horno secador se mantiene a una temperatura de 110° ± 5º C. El tiempo requerido para obtener una masa constante es de 24 horas, pero puede variar dependiendo del tipo de material, tamaño del espécimen, tipo de horno y su capacidad, y otros factores. La influencia de estos factores puede establecerse generalmente usando buen juicio y con la experiencia adquirida con los materiales que están siendo probados y el equipo que se use. 4.1.5 Cálculos Se calcula el contenido de agua del material así: Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 23 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 Dónde: w = contenido de agua en % W1 = masa del recipiente y del espécimen húmedo, en gramos W2 = masa del recipiente y del espécimen seco, en gramos Wc = masa del recipiente, en gramos Ww = masa del agua, en gramos Ws = masa de las partículas sólidas, en gramos 4.2 DETERMINACIÓN DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SÓLIDOS 4.2.1 Normas I.N.V. E – 128 – 07. AASHTO T 100 – 2003. ASTM D 854 – 00. 4.2.2 Objetivo Determinar por medio de un picnómetro la gravedad especifica de solidos de suelos que pasan el tamiz de 4.75 mm (No 4) 4.2.3 Equipos e implementos Picnómetro. Frasco volumétrico con capacidad mínima de 250 ml. El volumen del picnómetro debe ser de 2 a 3 veces mayor que el volumen de la mezcla suelo – agua a la que se le extraerá el aire atrapado. Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 24 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 Horno. Controlado termostáticamente para que mantenga una temperatura uniforme de 110°C ± 5°C (230° ± 9°F) en toda la cámara de secado. Balanza. Con capacidad de 2000 gramos y sensibilidad de 0,01 gramos Bomba de vacío. Con capacidad para producir un vacío parcial de 100 mm de mercurio de presión absoluta. Termómetro. Con capacidad para medir temperaturas entre los rangos en que se está realizando la prueba. Tamiz de 4.75 mm (No 4) Mortero y recipiente de porcelana Espátula. Recipiente con agua desaireada Embudo 4.2.4 Procedimiento Para la realización de este ensayo, primero se debe calibrar el picnómetro, posteriormente se prepara la muestra de suelo y finalmente, se realiza la prueba que permitirá la determinación de la gravedad específica de los sólidos de un suelo Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 25 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 4.2.4.1 Calibración del picnómetro El picnómetro se limpia con algún disolvente de grasa, se seca y se registra la masa con aproximación a 0,01 gramos. Posteriormente se llena con agua desaireada a la temperatura ambiente hasta que la parte inferior del menisco coincida con la marca de calibración. Se deja que el picnómetro alcance el equilibrio térmico, lo que sucede cuando la temperatura esté dentro de los 4°C de la temperatura ambiente y se registra la masa del frasco y agua con una aproximación de 0,01 gramos. Se mide la temperatura del agua con aproximación de 0.1°C y se calcula el volumen calibrado del picnómetro mediante la siguiente ecuación: Dónde: Vp = Volumen calibrado del picnómetro Wi = Masa del picnómetro más agua a la temperatura de calibración. Expresado en gramos. Wf = Más del picnómetro seco. Expresado en gramos. w = Densidad del agua a la temperatura de calibración. En gramos/cm3 T = Temperatura de calibración en °C. Tabla 1. Densidad del agua para diferentes temperaturas Temperatura °C Densidad del agua gr/cm3 Coeficiente de temperatura. K 16 0,99895 1,00074 17 0,99878 1,00057 18 0,9986 1,00039 19 0,99841 1,0002 20 0,99821 1,00000 21 0,99799 0,99979 22 0,99777 0,99957 23 0,99754 0,99933 24 0,9973 0,99909 25 0,99705 0,99884 Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 26 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 26 0,99679 0,99858 27 0,99652 0,99831 28 0,99624 0,99803 29 0,99595 0,99774 30 0,99585 0,99744 4.2.4.2 Preparación de la muestra. La muestra debe representar las características del material a ensayar. La muestra se seca al horno hasta una masa constante a una temperatura de 110° ± 5°C. Se enfría, se pesa y se registra la masa seca. Con un mortero se desmenuza cualquier terrón de suelos. Las muestras arcillosas deben ser dispersadas en agua destilada antes de colocarla en el picnómetro por lo menos durante 12 horas. La muestra de ensayo compuesta por partículas menores de 4,75 mm debe tener un tamaño mínimo así: Tabla 2. Masa recomendada para cada tipo de suelo usando picnómetro de 500 ml. Tipo de suelo Masa seca de la muestra Gramos SP, SP-SM 10010 SP-SM, SC 7510 Limo o arcilla 5010 4.2.4.3 Desarrollo de la prueba. Se inserta el embudo en el picnómetro hasta pasar la marca de calibración. Con una cuchara se introducen los sólidos de suelo en el embudo. Se lavan las partículas de suelo que queden adheridas al embudo y se vierte el agua con las partículas sólidas en el picnómetro, usando agua desaireada de la botella guardada en el recipiente aislante hasta que su nivel esté entre 1/3 y 1/2 de la profundidad del cuerpo principal del picnómetro. Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 27 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 Se agita el picnómetro hasta formar una mezcla de suelo y agua (lechada). Se enjuaga cualquier suelo adherido a la parte superior del picnómetro y se añade a la lechada. Si en vez de una lechada se forma una pasta viscosa, se debe usar un picnómetro de mayor volumen. Se extrae el aire atrapado en la lechada aspirándolo con la bomba de vacío por lo menos por dos horas, se agita la lechada cuanto sea necesario para evitar que el suelo se pegue o se seque en el frasco. El vacío debe permanecer relativamente constante y ser suficiente para causar burbujas al comienzo del proceso de aspiración de aire. Se llena el picnómetro con agua desaireada introduciendo el agua por un tubo delgado, flexible, de diámetro pequeño, manteniendo el extremo de salida justamente por debajo de la superficie de la lechada. Se mide y anota la masa del picnómetro con suelo y agua con una aproximación de 0.01 g, usando la misma balanza utilizada para la calibración del picnómetro. Se mide y se anota la temperatura de la lechada de suelo y agua con aproximación a 0.1˚C usando el termómetro. Se determina la masa de un recipiente con una aproximación de 0.01 gramos. Se transfiere la lechada de suelo al recipiente teniendo la precaución de transferir la totalidad del suelo. Para esto, se puede añadir agua para lavar completamente el picnómetro. Se seca el espécimen hasta obtener una masa constante en un horno a 110 ± 5˚C. Se mide la masa seca de los sólidos de suelo más el recipiente con aproximación a 0.01 g, usando la misma balanza utilizada en las anteriores determinaciones de masa. Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 28 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 4.2.4.4 Cálculos Se calcula la gravedad específica relativa de los sólidos (Gs) así: Dónde: Ws = Masa de suelo seco. Expresado en gramos K = Factor de corrección basado en la temperatura del agua Wa = masa del picnómetro más agua a la temperatura del ensayo. En gramos Wb = masa del picnómetro + agua + suelo a la temperatura de ensayo. En gramos 4.3 DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO DE LOS SUELOS 4.3.1 Normas I.N.V E – 125 – 07 AASHTO T 89 – 02 ASTM D4318 – 00 4.3.2 Objetivo Determinar en laboratorio el límite líquido de un suelo. 4.3.3 Equipos e implementos Recipiente de evaporación Espátula Aparato para la determinación del límite líquido. Cazuela de Casagrande Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 29 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 Ranurador Balanza. Sensibilidad de 0.01 g. Horno. Con capacidad para medir temperaturas entre los rangos en que se está realizando la prueba. 4.3.4 Procedimiento 4.3.4.1 Preparación de la muestra Se seca la masa de suelo hasta obtener una masa constante, luego se disgrega para ser tamizada con un tamiz N° 40 o (4.425mm) de la cual se toma una muestra representativa que tenga una masa o peso aproximado de 100 g. Se ajusta la altura a la cual levanta la cazuela, de tal manera que el punto de la cazuela que hace contacto con la base este a 10.0 ± 0.2 mm (0.394”) sobre esta. 4.3.4.2 Desarrollo de la prueba Se coloca la muestra de suelo en un recipiente y se mezcla completamente con 15 a 20 ml de agua destilada o potable, amasándola y tajándola con una espátula en forma alternada y repetida y dando un tiempo de absorción del agua de aproximadamente una hora. Se realiza más adición de agua en incrementos de 1 a 3 ml. Un ensayo por cada incremento, para un total de tres. Cuando se halla mezclado perfectamente el agua con el suelo hasta formar una pasta uniforme de constancia dura, se coloca una cantidad adecuada de esta mezcla en la cazuela encima del punto donde esta descansa en la base y se comprime y extiende con la espátula para nivelarla y a la vez, dejarla con una profundidad de 10 mm en el punto de su máximo Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 30 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 espesor. Se debe usar el menor número posible de pasadas con la espátula, evitando atrapar burbujas de aire en la masa de suelo. El suelo excedente se debe devolver al recipiente mezclador y se debe tapar con el fin de que se retenga la humedad de la muestra. Se divide el suelo en la cazuela de bronce con una firme pasada del ranurador a lo largo del diámetro y a través de la línea central de la masa del suelo, de modo que se forme una ranura limpia y de dimensiones apropiadas. Para evitar rasgar los lados de la ranura y el desmoronamiento de la pasta de suelo en la cazuela de bronce, se permite hasta 6 pasadas, de adelante hacia atrás o de atrás hacia adelante, contando cada recorrido como una pasada; con cada pasada el ranurador debe penetrar un poco más profundo, hasta que la última pasada de atrás hacia adelante limpie el fondo de la cazuela. La ranura se debe hacer con el menor número posible de pasadas. Se levanta hasta que golpee la base del aparato girando la manija, a una velocidad de dos revoluciones por segundo, hasta que las dos mitades de la pasta se suelo se pongan en contacto en el fondo dela ranura a lo largo de una distancia de cerca de 13 mm (0.5”). Se registra el número de golpes requeridos para cerrar la ranura. El número de golpe puede estar entre 20 – 35. Algunos suelos tienden a deslizarse en lugar de fluir sobre la superficie de la cazuela. Cuando esto ocurra, se deberá agregar más agua a la muestra y mezclar de nuevo y se realiza el ensayo nuevamente. Se toma una muestra de las pasta del ensayo de uno de los dos lados de la ranura en ángulo recto con la ranura incluyendo la porción de esta en la cual se hizo el contacto y se coloca en un recipiente y se halla y registra su masa o peso para posterior secado en un horno termostáticamente controlado, regulable a 110°C0 ± 5°C en toda la cámara de secado hasta obtener una masa constante y se vuelve a hallar y registrar su masa o peso después del secado para determinar la masa de agua que contenía. Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 31 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 Se repetirá el proceso por lo menos dos veces con el suelo restante en el recipiente, al cual se le agregara agua suficiente para ponerlo en un estado de mayor fluidez. El objeto de este procedimiento es obtener muestras de tal consistencia que al menos una de las determinaciones de número de golpes requeridos para cerrar la ranura del suelo se halle en cada uno de los siguientes intervalos: 25 – 35; 20 – 30; 15 – 25, de manera que la oscilación entre las 3 determinaciones sea de, por lo menos, 10 golpes. 4.3.4.3 Cálculos Se determina el contenido de humedad a cada muestra de suelo ensayada en la cazuela de Casagrande. Posteriormente se dibuja en un papel semilogarítmico la gráfica de contenido de humedad contra número de golpes. La humedad que le corresponda a la intercepción de la proyección vertical del punto de 25 golpes representa el límite líquido del suelo ensayado. 4.4 DETERMINACIÓN DEL LÍMITE PLÁSTICO DE LOS SUELOS 4.4.1 Normas I.N.V. E – 126 – 07. AASHTO T90 – 0 (2004) ASTM D 4318 – 00 NORMA CHILENA 8102.4 4.4.2 Objetivos Determinar en laboratorio el límite plástico de un suelo. Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 32 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 4.4.3 Equipos e implementos Espátula. Capsulas o recipientes para evaporación. Balanza. Sensibilidad de 0.01 g. Horno. Termostáticamente controlado, regulable a 110° ± 5° C en toda la cámara de secado. Agua destilada. Tamiz N° 40 (425µm). Superficie lisa para el amasado y enrollamiento del material, preferiblemente vidrio grueso esmerilado. Pie de rey o calibrador 4.4.4 Procedimiento 4.4.4.1 Preparación de la muestra La masa de suelo es secada al horno hasta obtener una masa constante, luego se disgrega y se pasa por el tamiz N° 40 (425µm) hasta obtener 20 g de la masa de suelo como muestra representativa para el ensayo. En un recipiente se mezclara la masa de suelo con agua destilada y se amasara hasta que se puede formarse con facilidad una esfera con la masa de suelo. 4.4.4.2 Desarrollo de la prueba Se rueda la masa de suelo entre la palma de las manos o los dedos y el plato de vidrio esmerilado o un pedazo de papel que este sobre la superficie horizontal y lisa con solo la Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 33 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 presión necesaria para formar un rollo de diámetro uniforme en toda su longitud. El rollo se debe adelgazar más con cada rotación, hasta que su diámetro alcance 3 mm, tomándose para ello no más de dos minutos. La presión requerida de la mano o de los dedos, variara en gran medida, dependiendo del tipo de suelo. Se repite el procedimiento de división, juntado, amasado y enrollado hasta que el rollo de 3 mm de diámetro se desmorone bajo la presión requerida para enrollamiento y el suelo no pueda ser rotado para formar el rollo. El desmoronamiento puede ocurrir cuando el rollo tenga un diámetro mayor de 3 mm. Esto se conoce como un punto final satisfactorio, siempre y cuando el suelo haya sido previamente enrollado en un rollo de 3 mm de diámetro. El desmoronamiento se manifiesta de manera diferente con distintos tipos de suelos. 4.4.4.3 Cálculos 4.5 DETERMINACIÓN DEL LÍMITE DE CONTRACCIÓN DE LOS SUELOS 4.5.1 Normas I.N.V E – 127 – 07. AASTHO T 92 – 97 (2007). ASTM D 427 – 98. 4.5.2 Objetivo Determinar en laboratorio límite de contracción de un suelo Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 34 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 4.5.3 Equipos e implementos Recipiente de evaporación. Diámetro 115 mm (4 – ½”) y de 150 mm (6”) Espátula Recipiente para la contracción. Puede ser de porcelana o de metal monel (aleación de níquel y cobre) con una base plana y de 45 mm (1 ¾”) de diámetro y 12.7 mm (1/2”) de altura. Regla de metal Recipiente de vidrio con diámetro de 50 mm (2”) y 25 mm (1”) de altura, con bordes lisos y nivelados. Placa de vidrio con tres patas metálicas salientes para sumergir la muestra de suelo en mercurio. Probeta con capacidad de 25 ml y graduada cada 0.2 ml. Balanza con sensibilidad de 0.01 gramos. Mercurio suficiente para llenar el recipiente de vidrio, hasta que rebose. Horno termostáticamente controlado, regulable a 110° ± 5° C en toda la cámara de secado. Guantes de asbesto y de caucho. 4.5.4 Procedimiento 4.5.4.1 Preparación de la muestra La masa de suelo se seca al horno hasta obtener una masa constante, luego se disgrega y se pasa por el tamiz N° 40 (425µm) hasta obtener 30 g de la masa de suelo como muestra representativa para el ensayo. Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 35 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 4.5.4.2 Desarrollo de la prueba La muestra se coloca en el recipiente de evaporación de 115 mm de diámetro (4 – ½”) y se mezcla completamente con agua destilada suficiente para llenar completamente los vacíos de suelo y para hacerla lo suficiente pastosa, de manera que sea fácilmente manejable en el Recipiente para la contracción, evitando la formación de burbujas de aire. Para los suelos friables, la cantidad de agua requerida para llegar a la consistencia deseada es igual o ligeramente mayor que el límite líquido; y para suelos plásticos, la cantidad de agua puede exceder en un 10% el límite líquido. El interior del recipiente de construcción se reviste con una capa delgada de vaselina o cualquier grasa pesada, para evitar la adhesión del suelo al recipiente. Se coloca la pasta de suelo en una proporción de 1/3 del volumen de recipiente de construcción en el centro de este y se esparce hacia los borde golpeándolo suavemente sobre una superficie firme y acolchonada. A continuación, se agrega una cantidad de suelo aproximadamente igual a la primera porción y se golpea al recipiente hasta que el suelo este completamente compactado y todo el aire incluido hayan sido expulsados. Se agregara más suelo y se continúan los golpes del recipiente hasta que este se llene completamente y rebose por los lados. El exceso de suelo se quita con la regla metálica y el suelo adherido a la superficie externa del recipiente deberá ser limpiado. Se enrasa el recipiente y se pesa de inmediato. La muestra se seca al aire a temperatura ambiente hasta que pase de un color oscuro a uno claro. Luego, esta se seca en el horno a una temperatura de 110° ± 5 °C hasta obtener una masa constante; se pesa registrando el peso seco de la muestra. Se halla el volumen de la muestra húmeda agregando mercurio hasta rebosar eliminado el exceso, haciendo presión con la placa se vidrio sobre la parte superior del recipiente que la contenía en el proceso de secado, y se mide el volumen de mercurio retenido en el recipiente que contenía la muestra húmeda con una probeta graduada o hallando la masa o peso del mercurio y aplicando la fórmula: Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 36 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 V = M/D Dónde: M: masa del mercurio D: Densidad de mercurio igual a 13.5 g/cm3. El volumen de la masa de suelo seco se determina de la siguiente manera: El recipiente de vidrio 50 mm de diámetro se llena de mercurio hasta rebosar y el exceso de mercurio debe removerse presionando firmemente la placa de vidrio con tres saliente sobre la parte superior del recipiente, retirar el exceso del mercurio derramado. Luego se halla su volumen. Se repite el proceso anterior pero en este se pondrá el recipiente lleno de mercurio dentro del recipiente de 150 mm de diámetro percatándose que esté libre de partículas de mercurio, a continuación se coloca la pastilla de suelo sobre la superficie del mercurio. Esta es forzada cuidadosamente para sumergirla en el mercurio por medio de la placa de vidrio con las tres salientes, presionando firmemente sobre el recipiente. Luego se halla el volumen del mercurio retenido en el recipiente o el que fue desplazado por la pastilla de suelo seco. 4.5.4.3 Cálculos Se determina mediante el desarrollo de las fórmulas siguientes: Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 37 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 4.6 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE SUELOS POR TAMIZADO 4.6.1 Normas I.N.V E – 123 – 07 ASTM D 422 – 63 AASHTO T 88 00 4.6.2 Objetivo Determinar cuantitativamente la distribución del tamaño de las partículas de suelo. 4.6.3 Equipos e implementos Juego de tamices Tapa y fondo Cepillo y brocha Horno termostáticamente controlado, regulable a 110° ± 5° C en toda la cámara de secado. Balanza con sensibilidad de 0.01 gramos. 4.6.4 Procedimiento 4.6.4.1 Preparación de la muestra Se toma una muestra representativa con una masa o peso de 2000 gramos para suelos que contengan partículas con un tamaño menor a 25.4 mm o 1” de diámetro y 5000 gramos para Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 38 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 suelos que contengan partículas con un tamaño menor a 76.2 mm o 3” de diámetro aproximadamente. Para materiales finos, previo al proceso de tamizado, se realiza un lavado de la muestra utilizando para esto el tamiz N° 200. Se procede de la siguiente manera: Se coloca la muestra en un recipiente cubriéndola con agua dejándola remojar hasta que todos los terrones se ablanden. Con la muestra más maleable, se procede al proceso de lavado colocando toda la muestra dentro del tamiz para lavado. Se lava la muestra con abundante agua, evitando presionarla contra el fondo del tamiz y teniendo mucho cuidado de que no se pierda ninguna partícula de las retenidas en él. Se recoge lo retenido en el tamiz en un recipiente, se seca en el horno a una temperatura de 110° ± 5° C y luego se halla su masa o peso. 4.6.4.2 Desarrollo de la prueba Se pasa la muestra a través de un juego de tamices colocando los diámetros de forma descendente desde arriba hacia abajo. Para la operación tamizado manual se sacuden los tamices con un movimiento lateral y vertical acompañado de vibraciones y recorriendo circunferencias de forma que la muestra se mantenga en movimiento continuo sobre la malla. En ningún caso se debe girar o manipular manualmente fragmentos de la muestra a través de un tamiz. Al desmontar los tamices debe comprobarse que la operación está terminada, esto se sabe cuándo no pasa más del 1 % de la parte retenida al tamizar durante un minuto. Se determina la masa de cada fracción retenida en cada tamiz en una balanza con una sensibilidad de 0.01 g. la suma de las masa de todas las fracciones y la masa inicial de la muestra no debe diferir en más de 1 %. Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 39 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 4.6.4.3 Cálculos Porcentaje retenido sobre cada tamiz: Se calcula el porcentaje más fino, restando en forma acumulada de 100% los porcentajes retenidos sobre cada tamiz 4.7 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE SUELOS POR MEDIO DEL HIDRÓMETRO 4.7.1 Normas ASTM D421-58 ASTM D422-63 ASTM E100 4.7.2 Objetivo Determinar cuantitativamente la distribución de los tamaños de las partículas de la fracción fina de los suelos. 4.7.3 Equipos e implementos Hidrómetro. Hidrómetros 151 H o 152 H graduados para leer la gravedad especifica de la suspensión o los gramos por litro de suspensión respectivamente. En el primer caso, la escala tiene valores de gravedad especifica que van de 0.995 a 1.038. En el otro caso, la escala tiene valores de gramos de suelo por litro (gramos/l) que van de 5 a +60. Está Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 40 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 calibrado para el supuesto que el agua destilada tiene una gravedad específica de 1.00 a 20° C y que el suelo en suspensión tiene una gravedad específica de 2.65. Las dimensiones de estos hidrómetros son las mismas, solo varia la escala. Probeta o cilindro de sedimentación. De unos 460 mm (18”) de alto, y 60 mm (2.5”) de diámetro y marcado para un volumen de 1000 mm a 20° C. Termómetro de inmersión Cronometro o reloj Tamiz N° 200 Aparato agitador. Mecánico o neumático, con su recipiente de dispersión. Horno. Termostáticamente controlado, regulable a 110° ± 5° C en toda la cámara de secado. Balanza con sensibilidad de 0,01 gramos. Agente dispersante. Solución de hexametafosfato de sodio que se usa en agua destilada o desmineralizada en proporción de 40gramos de hexametafosfato de sodio por litro de solución. Agua destilada o desmineralizada. 4.7.4 Procedimiento 4.7.4.1 Calibración del hidrómetro El hidrómetro debe ser calibrado para determinar su profundidad efectiva en términos de lectura de hidrómetro. Esta profundidad efectiva se obtiene de la tabla 1 en la norma I.N.V E– 124 – 07 y está en función del tipo de hidrómetro disponible. Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 41 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 4.7.4.2 Preparación de la muestra El tamaño aproximado de la muestra que se debe usar para el análisis por el hidrómetro varía con el tipo de suelo que va a ser ensayado. La cantidad requerida para suelos arenosos es 100 gramos para limos y arcillas de 50 gramos de masa seca. La masa de suelos es secada al horno hasta obtener una masa constante, luego se disgrega con cuidado y se procede a tamizar con el tamiz N° 200 hasta obtener una masa o peso de la muestra de 50 gr de la muestra a analizar. A continuación, se coloca la muestra en recipiente de capacidad de 250 ml previamente identificada con un número, se agrega agua destilada o desmineralizada hasta que la muestra quede totalmente sumergida. En ese momento, se coloca el agente dispersante: 125 ml de solución hexametafosfato de sodio (40gramos/1itro). Se deja remojar por una noche hasta que los terrones de suelo se hayan desintegrado. 4.7.4.3 Desarrollo de la prueba Se transfiere la muestra con agua, del recipiente a un vaso de dispersión, lavando cualquier residuo que quede en el recipiente con agua destilada o desmineralizada. Si es necesario, se añade agua al vaso de dispersión, hasta que la superficie de ella quede de 50 a 80 mm por debajo de la boca del vaso; si el vaso contiene demasiada agua, esta se derramara durante el mezclado. Se coloca el vaso de dispersión en el aparato agitador durante el tiempo de un minuto. Se transfiere la suspensión a un cilindro de sedimentación de 1000 ml. Un minuto antes de comenzar el ensayo, se toma el cilindro de sedimentación y, tapándolo con la mano o con un tapón adecuado, se agita la suspensión vigorosamente durante varios segundos, con el objeto de remover los sedimentos del fondo y lograr una suspensión uniforme. Se continúa la agitación hasta completar un minuto, volteando el cilindro hacia arriba y hacia abajo Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 42 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 alternativamente. Cada acción de estas, constituye 2 giros. Algunas veces, es necesario aflojar los sedimentos del fondo del cilindro, mediante un agitador de vidrio antes de proceder a agitar la lechada. Se deben ejecutar sesenta (60) giros durante ese minuto. Se pone en marcha el cronometro y se comienza en proceso de dispersión al terminar el minuto de agitación, se coloca el cilindro sobre la mesa en un lugar donde no va a hacer perturbado por movimientos que ocurran a su alrededor o por obstáculos en la trayectoria de colocación sobre la mesa. No se detendrá el cronometro para evitar pérdida de tiempo. Ya colocado el cilindro en la mesa se procede a introducir el hidrómetro 151 H en la suspensión con extremo cuidado, para evitar perturbar la suspensión. Se deben observar y registrar las dos primeras lecturas del hidrómetro, al minuto, y al segundo minuto después de haber colocado el cilindro sobre la mesa sin extraer el hidrómetro de la suspensión. Estas lecturas se deben realizar en el tope del menisco. Inmediatamente después de realizar la lectura de dos minutos, se extrae cuidadosamente el hidrómetro de la suspensión y se coloca en un cilindro graduado con agua limpia, luego se repetirá el proceso antes descrito con el fin de que las lecturas coincidan y percatarse de que las lecturas obtenidas son las adecuadas. Si el hidrómetro se deja mucho tiempo en la suspensión, partes del material que se está asentando se puede adherir al bulbo, causando errores en las lecturas. Luego se introducirá nuevamente el hidrómetro y se realizan lecturas a los 5, 15, 30, 60 minutos y después cada hora del inicio de la sedimentación. Todas estas lecturas deben realizarse en el tope del menisco formando alrededor del vástago del hidrómetro. Inmediatamente después de cada lectura, extrae el hidrómetro cuidadosamente de la suspensión y se coloca en el cilindro con agua limpia de igual manera se toma la temperatura de la suspensión después de cada lectura del hidrómetro, con el mismo cuidado. Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 43 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 4.7.4.4 Correcciones de las lecturas del hidrómetro Corrección por menisco (Cm) La corrección por menisco es constante para un hidrómetro dado, y se determina introduciendo el hidrómetro en agua destilada o desmineralizada y observando la altura a la cual el menisco se levanta por encima de la superficie del agua. Valores corrientes de Cm son: Hidrómetro tipo 151 H: Cm = 0.6 X 10-3 g/cm3 Hidrómetro tipo 152 H: Cm = 1.0 g/litro. Corrección por temperatura (Ct) En el caso de no disponer de agua destilada a una temperatura de 20° durante la prueba, a cada lectura del hidrómetro se le debe aplicar también un factor de corrección por temperatura, el cuales debe sumarse algebraicamente a cada lectura. Este factor puede ser positivo o negativo, dependiendo de la temperatura de la suspensión en el momento de realizar cada lectura. Tabla 3. Factor de corrección por temperatura Temperatura °C 10 11 12 13 14 15 16 17 Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Hidrómetro graduado en (Ct) Densidad Concentración (Gramo/cm3x103) (Gramo/litro) -1,3 -2,0 -1,2 -1,9 -1,1 -1,8 -1,0 -1,6 -0,9 -1,4 -0,8 -1,2 -0,6 -1,0 -0,5 -0,8 Página 44 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 -0,3 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,3 1,5 1,8 2,0 2,3 -0,5 -0,3 0,0 0,3 0,6 0,9 1,3 1,7 2,0 2,4 2,9 3,3 3,7 Corrección por agente defloculante y por desplazamiento del punto cero. Se selecciona un cilindro graduado de 1000 ml de capacidad y se llena con agua destiladas o desmineralizada con una cantidad de defloculante igual a la que se empleara en el ensayo. Se realizara, en la parte superior del menisco, la lectura del hidrómetro y, a continuación, se introduce un termómetro para medir la temperatura de la solución. Se calcula con la siguiente formula: Dónde: Ct = corrección por temperatura. ’= lectura del hidrómetro, en agua con defloculante únicamente. Cm = corrección por menisco. 4.7.5 Cálculos Lectura de hidrómetro corregido (R) Dónde: Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 45 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 R’= lectura sin corregir Cm = corrección por menisco Calculo del diámetro de las partículas (D) El diámetro máximo, D, de las partículas en suspensión correspondiente el porcentaje indicado por una lectura en el hidrómetro, debe ser calculado usando la ley de Stokes. √[ ( ) ] Dónde = coeficiente de viscosidad del medio de suspensión (agua) L= profundidad efectiva. T = tiempo trascurrido en minutos. Gs o Ss = gravedad especifica de las partículas de suelo. = densidad del agente de suspensión (agua) aprox. 1.0. 4.8 PERMEABILIDAD DE SUELOS. MÉTODO DE LA CABEZA VARIABLE 4.8.1 Normas I.N.V E - 130 – 07 AASHTON T 215 – 70 (2003) ASTM D 2434 – 68 (2003) Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 46 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 4.8.2 Objetivo Determinar en laboratorio el coeficiente de permeabilidad midiendo la cantidad de agua que atraviesa una muestra de suelo, por diferencia de niveles en un tubo alimentador. 4.8.3 Equipos e implementos Permeámetro Embudo Balanza Reloj Probeta o vaso graduado 4.8.4 Procedimiento 4.8.4.1 Preparación de la muestra Se escoge una muestra representativa de suelo granular secada al aire o al horno, antes del ensayo de permeabilidad. Las partículas mayores de 19.0 mm (3/4”) deberán ser separadas por tamizado. Los sobre tamaños no deberán ser empleados para el ensayo de permeabilidad. Del material del cual han sido removidas las partículas de gran tamaño se escoge una cantidad aproximadamente igual a dos veces la requerida para llenar la cámara del permeámetro. Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 47 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 4.8.4.2 Desarrollo de la prueba Se determinan las dimisiones de las partes del equipo de permeabilidad. Luego se halla el peso o masa del contenedor de suelo vacío con las dos piedras porosas que sellan el recipiente. Se rellena el contenedor de suelo con la muestra representativa hasta un 1/3 de la capacidad del recipiente y se esparce hacia los bordes golpeándolo suavemente sobre una superficie firme y acolchonada para que se reacomoden las partículas de suelo y se eliminen los vacíos que hayan quedado del proceso de llenado. A continuación, se agrega una cantidad de suelo aproximadamente igual a la primera porción hasta conseguir tres capas de suelo y se golpea el recipiente hasta que el suelo este completamente nivelado y se pueda colocar las piedras porosa que sellan el contenedor. Se determina la altura de suelo. Se procede a llenar el contenedor de agua con agua suficiente para saturar la muestra de suelo. La muestra se satura aproximadamente uno o dos días pendiendo el tipo de suelo. Ya saturada la muestra se procede a cerrar válvula que regula la salida del agua y se llena de nuevo el contenedor de agua hasta el mismo nivel anterior y se mide o marca su altura hasta la base del permeámetro. Se procede a abrir la válvula, tomando en cuenta el momento en el que se inicia la prueba. Las lecturas del nivel de agua del contenedor se harán cada hora por lo menos dos días. 4.8.5 Cálculos Dónde: A = área de la muestra Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 48 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 a = área del tubo vertical de carga hidrostática L = longitud de la muestra de suelo H1 = carga hidrostática inicial H2 = carga hidrostática final K = Coeficiente de permeabilidad 4.9 PERMEABILIDAD DE SUELOS. MÉTODO DE LA CABEZA CONSTANTE 4.9.1 Normas I.N.V E - 130 – 07 AASHTON T 215 – 70 (2003) ASTM D 2434 – 68 (2003) 4.9.2 Objetivo Determinar en laboratorio el coeficiente de permeabilidad midiendo la cantidad de agua que atraviesa una muestra de suelo, por altura constante en un tubo alimentador. 4.9.3 Equipos e implementos Permeámetro Cucharon Embudo amplio Equipo de compactación Bomba de vacío Tubo manométrico Balanza Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 49 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 4.9.4 Procedimiento 4.9.4.1 Preparación de la muestra Se escoge una muestra representativa de suelo granular secada al aire o al horno, antes del ensayo de permeabilidad. Las partículas mayores de 19.0 mm (3/4”) deberán ser separadas por tamizado. Los sobre tamaños no deberán ser empleados para el ensayo de permeabilidad. Del material del cual han sido removidas las partículas de gran tamaño se escoge una cantidad aproximadamente igual a dos veces la requerida para llenar la cámara del permeámetro. Se nivela la superficie superior del suelo colocando la placa porosa o la malla superior en posición y rotándola suavemente de derecha e izquierda. Se calcula y se registra la altura final de la muestra y las masas unitarias, la relación de vacío, y la densidad relativa de la muestra de ensayo. Con el empaque en su sitio, se presiona hacia abajo la placa superior contra el resorte y se fija seguramente en la parte superior del cilindro del permeámetro, produciendo un sello a prueba de aire. Empleando una bomba de vacío o una aspiradora adecuada, se aspira la muestra, bajo 500 de mercurio como mínimo, durante 15 minutos, para remover el aire de los vacíos y el adherido a las partículas. Se continúa la operación mediante una saturación continuada de la muestra de abajo hacia arriba, bajo vacío total, con el fin de liberar cualquier remanente en la muestra. La saturación continuada de la muestra se puede mantener más adecuadamente mediante el uso de agua desairada, agua mantenida a una temperatura de flujo suficientemente alta para causar una disminución del gradiente de temperatura en el espécimen durante el ensayo. Después de la saturación del espécimen de ensayo y que el permeámetro se encuentre lleno de agua, se cierra la válvula del fondo sobre el tubo de desagüe y se desconecta el vacío. Se Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 50 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 debe tener cuidado de constatar que el sistema de flujo de permeabilidad y el sistema de manómetro se hallen libres de aire. Se llena el tubo de admisión con agua proveniente del tanque d carga constante, abriendo ligeramente la válvula del filtro del tanque. Se conecta el tubo de admisión y los topes del permeámetro, se abre ligeramente la válvula de admisión y los grifos del manómetro de salida para permitir que fluya el agua, eliminándose así el aire. Se conectan lo tubos manométricos de agua con las salidas de manómetro, y se llenan con agua para que el agua alcance, en los tubos manométricos, un nivel estable con cabeza cero. 4.9.4.2 Desarrollo de la prueba Se realiza una prueba abriendo la válvula de admisión del tanque filtrante para comprobar que se las condiciones se cumplan. Se repite la prueba con un incremento cabeza de 5 mm para establecer exactamente la zona de flujo laminar con velocidad (v=Q/At) directamente proporcional al gradiente hidráulico, (i =h/L). Cuando se hagan presentes las deviaciones de la relación lineal, indicando con ello la iniciación de condiciones de flujo turbulento, se puede emplear intervalos de cabeza de 10 m para llevar el ensayo suficientemente dentro de la zona de flujo turbulento como para definir esta zona, si esto fuere significativo para las condiciones de campo. Se requiere valores mucho más bajos del gradiente hidráulico, de los que generalmente se reconocen para asegurar condiciones de flujo laminar. Se sugiere los siguientes valores: compactación suelta, relaciones de h/L de 0.2 a 0.3 y compactación densa, relaciones de h/L de 0.3es menores de h/L se aplican a suelos gruesos y los mayores a suelos finos. Al concluir el ensayo de permeabilidad, se drena y se examina la muestra para establecer si era esencialmente homogénea y de carácter isotrópico. Cualquier clase de rayas o capas horizontales alternadas claras y oscuras son evidencia de la segregación de finos. Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 51 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 4.9.5 Cálculos Dónde: Coeficiente de permeabilidad Q = cantidad de agua descargada L = distancia entre manómetros. A = área de la sección transversal del espécimen. t = tiempo total de desagüe h = diferencia de cabeza (altura) sobre el manómetro 4.10 CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE LOS SUELOS 4.10.1 Normas I.N.V E – 151 – 07 AASHTO T 2160 – 03 ASTM D 2435 – 90 4.10.2 Objetivo Determinar en laboratorio la consolidación inicial, primaria y secundaria de un suelo mediante la aplicada de un incremento de carga, permanente en un tiempo determinado. 4.10.3 Equipos e implementos Consolidometro Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 52 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 Piedras porosas Cizalla o cortador cilíndrico Balanza Horno Deformímetro Recipiente Cargas o pesas 4.10.4 Procedimiento 4.10.4.1 Preparación de la muestra Se moldea la muestra de acuerdo con el interior del diámetro del consolidómetro, forzándola directamente dentro del mismo. Se corta cuando haya que emparejar con la superficie plana del anillo. En suelos blandos a medianos, debe usarse una sierra de alambre para cortar la parte superior e inferior de la muestra con el fin de disminuir las zonas con agrietamientos. Una regla con un borde cortante puede usarse para el corte final después de que el exceso de suelo haya sido removido con una sierra de alambre. Para suelos duros, una regla con borde cortante puede usarse para perfilar el fondo y la parte superior. Se determina la masa de la muestra dentro del anillo de consolidación y se determina la altura inicial de la muestra con una precisión de 0.025 mm (0.001”) tomando el promedio de al menos cuatro espaciadas mediciones entre la parte superior e inferior de la muestra con un calibrador o vernier. Previo al ensayo se a la muestra se le determina: el contenido de humedad natural, la masa, el volumen, la gravedad específica relativa de los sólidos, los límites líquido y plástico y la distribución granulométrica. Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 53 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 4.10.4.2 Desarrollo de la prueba Se arma el anillo, la muestra y las piedras porosas. Con el conjunto del consolidómetro ensamblado, se envuelve la muestra, el anillo y las piedras porosas con un plástico suelto o con una membrana de caucho para evitar el cambio en el volumen de la muestra por evaporación. Se podrá omitir esta etapa cuando la muestra se inunde después de aplicado el primer incremento de carga Al consolidómetro se le aplica una carga de asentamiento de 5 kPa (0.05 kg/cm²) o de 100 lb/pie². Dentro de los cinco minutos siguientes a la aplicación de ésta, se ajusta el deformímetro para la lectura inicial o para la lectura de cero. Para los suelos muy blandos es deseable por lo menos una presión de (0.025 kg/cm² o 2 o 3 kPa, alrededor de 50 lb/pie²). Se colocan cargas sobre el consolidómetro para obtener presiones sobre el suelo de aproximadamente 12.5, 25, 50, 100, 200, 400 kPa, etc., o de 0.125, 0.25, 0.5, 1.0, 2.0, 4.0 kg/cm², etc.), o 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000, etc. lbf/pie², con cada carga mantenida constante. (Se pueden requerir incrementos más pequeños sobre muestras muy blandas o cuando se desee determinar con mayor precisión la carga de preconsolidación). Como recomendación la carga inicial podrá estar entre 10 a 50 kPa (0.1 a 0.5 kg/cm2) dependiendo de la consistencia inicial de la muestra del suelo y lo que se desee investigar. El proceso del cargue de la muestra se deberá continuar dentro de la zona de la compresión virgen de manera que se pueda apreciar la forma de la curva en la parte correspondiente a ésta. Típicamente, una carga final igual o cuatro veces mayor que la de preconsolidación de la muestra puede ser requerida con este fin. En particular, en el caso de arcillas preconsolidadas, puede ser deseable un ciclo de carga - descarga para evaluar mejor los parámetros de recompresión, aunque dicho procedimiento es opcional. Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 54 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 Se anota el espesor de la muestra o el cambio de ésta antes de aplicar cada incremento de carga y con intervalos de aproximadamente 0.1, 0.25, 0.5, 1, 2, 4, 8, 15 y 30 minutos, 1, 2, 3, 4, 5 hora. Cada carga permanecerá constante por un día y se aumentara o disminuyera Para la correcta consolidación de la muestra se inundara la cámara de consolidación para mantener la saturación de la muestra 4.10.5 Cálculos A fin de establecer el tiempo correspondiente al 50% de la consolidación, se debe graficar la curva de deformación versus tiempo en escala logarítmica. Graficar de relación de vacío versus esfuerzos en escala logarítmica a fin de establecer el esfuerzo de preconsolidación Graficar la relación de vacío versus esfuerzos en escala numérica a fin de establecer: Índice de compresibilidad: Coeficiente de consolidación: Coeficiente de cambio volumétrico: Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 55 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 Coeficiente de compresibilidad: Coeficiente de permeabilidad: ( ) 4.11 DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA AL CORTE POR EL METODO DE CORTE DIRECTO 4.11.1 Normas I.N.V E – 154 – 07 ASTM D 3080 – 98 AASHTO T 236 – 03 4.11.2 Objetivo Determinar la capacidad de resistencia al cortante del suelo mediante las distintas modalidades del ensayo de corte directo. 4.11.3 Equipos e implementos Aparato o dispositivo de corte directo Caja de corte Piedra porosa Anillo de tallado de la muestra Balanza Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 56 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 Horno Recipientes Espátula Pie de rey 4.11.4 Procedimiento 4.11.4.1 Preparación de la muestra La muestra debe ser suficientemente grande para proveer un mínimo de tres probetas de ensayo y debe preservarse de tal manera que la perdida de humedad sea insignificante. La muestra se extrae oprimiendo el molde longitudinalmente o cortándola en trozos más pequeños para facilitar la extracción de la muestra sin alterarla. Se talla según las dimensiones del dispositivo de corte directo. El diámetro mínimo de las muestras circulares o el ancho mínimo de las muestras rectangulares debe ser alrededor de 50 mm (2”), pero no menor de diez veces el tamaño máximo de las partículas de suelo, el espesor mínimo de la muestra de ensayo, debe ser alrededor de 13 mm (1/2”), pero no menor de seis veces el tamaño máximo de las partículas del suelo. La relación mínima del diámetro / espesor o ancho/espesor, según la forma geométrica de la muestra, debe ser 2:1. Se determina la masa inicial de la muestra para el cálculo del contenido inicial de humedad. 4.11.4.2 Desarrollo de la prueba Se coloca el deformímetro en su posición habitual, se ajusta este indicador de tal manera que se puedan medir lecturas de consolidación como de expansión, para luego aplicar fuerzas normales iguales a las cargas que se van a utilizar en el ensayo. Se registra la Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 57 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 lectura del deformímetro como una futura referencia para determinar, tanto el espesor de la muestra de ensayo como la deformación desarrollada por el conjunto. MÉTODO DE ENSAYO UU Se Toman las dimensiones del espécimen de ensayo con sumo cuidado de no alterar su geometría. Se aplica una ligera capa de grasa entre los marcos para reducir la fricción durante el corte. Se ensambla la caja de corte con los marcos alineados y se bloquea para no permitir efectos de corte prematuros en la muestra. Se introduce la muestra de ensayo con sumo cuidado. Se colocan las cargas en el soporte y se ajustan los medidores de deformaciones laterales de corte. Como en el ensayo no se va a consolidar la muestra, no se hacen necesarios lo medidores de deformaciones de espesor. La velocidad del ensayo es constante. La lectura del anillo de esfuerzo se realiza cada 0.05 mm de deformación en el medidor de deformación lateral por corte y el ensayo se repite dos veces más para un total 3 de ensayos, cada ensayo. Se aplica una carga mayorada de acuerdo a las cargas aplicadas en in situ. Se toman lecturas del deformímetro del anillo de esfuerzo cada 5 milímetros. Se debe conocer la constante del anillo de esfuerzo. Se determina el contenido de humedad de la muestra al final del ensayo. Se debe construir una gráfica de esfuerzo vs deformación para cada uno de los ensayos y hallar su máximo valor de esfuerzo cortante (Qu). Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 58 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 Se debe preparar una gráfica que incluya los valores de las cargas aplicadas a las probetas ensayadas contra resistencia al cortante y se determina a partir del mismo los valores efectivos del ángulo de fricción y de la cohesión. MÉTODO DE ENSAYO CC Se aplica una ligera capa de grasa entre los marcos para lograr impermeabilidad durante la consolidación y reducir la fricción durante el corte. También se puede usar espaciadores o superficies recubiertas con teflón, para reducir la fricción durante el corte. Se introduce la muestra de ensayo con sumo cuidado. Se conectan los dispositivos de carga y se ajustan los medidores de deformación lateral de corte, como los de cambio del espesor de la muestra, luego se determinara el espesor inicial de la probeta. Se debe permitir la consolidación de la muestra bajo una fuerza normal adecuada y previamente escogida. Inmediatamente después y tan pronto como sea posible aplicar la fuerza normal predeterminada, se llena el depósito de agua hasta un nivel por encima de la muestra, permitiendo el drenaje y por lo tanto la consolidación. El nivel de agua se debe mantener durante la consolidación y en las fases siguientes de corte de tal manera que la muestra esté saturada en todo momento. Durante el proceso de la consolidación se deben registrar las lecturas de desplazamiento normal, en tiempo apropiado, antes de aplicar un nuevo incremento de la fuerza o carga. Cada incremento de la fuerza normal debe durar hasta que se complete la consolidación primaria. El incremento final debe completar la fuerza o esfuerzo normal especificado. Se utiliza un procedimiento análogo soportado en los mismos criterios que son aplicables y descritos en el ensayo de consolidación unidimensional de los suelos. Luego de terminada la consolidación se sueltan los marcos desbloqueándolos y separándolos aproximadamente 0.25 mm (0.01”), para permitir el corte de la muestra. Se aplica la fuerza cortante lentamente para permitir la disipación completa del exceso de Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 59 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 presión de poros. Para determinar la velocidad de aplicación de la carga hasta la falla, se usa como herramienta la siguiente expresión: = tiempo calculado para la falla. = tiempo requerido por la muestra para lograr el 50% de consolidación bajo la fuerza normal. En el ensayo con control de deformaciones, la velocidad de aplicación de cargas (Vc) se puede determinar, aproximadamente, dividiendo el desplazamiento estimado de corte para la falla, por el tiempo calculado para la falla. Como una guía para determinar, aproximadamente, el cual depende de mucho factores, se toma como 12 mm para suelos normalmente consolidados y 5 mm para suelos sobreconsolidados. Se toman las lecturas del deformímetro del anillo de esfuerzo a cada 0.05 mm. 4.11.5 Cálculos Esfuerzos de corte nominal que actúa en la probeta Dónde: F = fuerza de corte A = área inicial de al probeta Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 60 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 Esfuerzo normal que actual en la probeta Dónde: N = fuerza normal que actúa sobre la probeta. A = área inicial de al probeta. Velocidad de desplazamiento. Se calcula la velocidad de corte real dividiendo el desplazamiento relativo lateral por el tiempo transcurrido o se reporta la velocidad usada para la prueba. Dónde: dh desplazamiento relativa lateral. te: tiempo transcurrido del ensayo. Se construye una gráfica de esfuerzo VS deformación para cada uno de los ensayos y se halla su máximo valore de esfuerzo cortante (Qu). Se prepara una gráfica que incluya los valores de las cargas aplicadas a las probetas ensayadas contra resistencia al cortante y se determina, a partir del mismo, los valores efectivos del ángulo de fricción y de la cohesión C. Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 61 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 4.12 DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA AL CORTE POR EL METODO DE COMPRESIÓN INCONFINADA 4.12.1 Normas I.N.V E – 152 – 07 NLT 202 AASHTO T 208 – 05 ASTM D 2166 – 00 4.12.2 Objetivo Determinar la resistencia a la compresión por el método de compresión inconfinada en muestra de suelo. 4.12.3 Equipos e implementos Aparato de compresión Extractor de muestra Torno tallador de probetas de muestra inalteradas Moldes Para preparar probetas de suelo amasado o compactado. Cronometro Pie de rey o vernier Horno Balanza Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 62 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 4.12.4 Procedimiento 4.12.4.1 Preparación de la muestra La probeta debe ser de sección constante, circular o cuadrada, y eje perpendicular a dicha sección. Su diámetro o lado no debe ser inferior a 30 mm (1.3”) y en suelos que presentan discontinuidad se recomienda que sea de mayor tamaño. La mayor partícula contenida en su interior debe ser, como máxima, igual a 1/10 del diámetro o lado. Si una vez terminado el ensayo, se encuentran partículas mayores que dicho tamaño, se hará constar esto. Para muestra con diámetro igual o mayor de 72 mm (2.8”), el tamaño de las partículas deberá ser menor a 1/6 del diámetro o lado. La relación de altura al diámetro o lado de la base debe ser de 2 a 2.5 4.12.4.2 Desarrollo de la prueba Se debe manejar la muestra con gran cuidado para evitar su alteración, cambios en la sección transversal o la perdida de humedad. Se puede extraer la muestra oprimiendo el molde longitudinalmente o cortarlo en trozos más pequeños para facilitar la extracción de la muestra sin alterarla (muestra de tubos). Si se trata de arcilla no duras, se recomienda, cuando sea posible, tallar la muestra para eliminar las zonas alteradas próximas a las paredes del tubo. En general se deben desechar las partes alteradas de la muestra. En cuanto una probeta haya sido cortada, se envuelve en papel celofán o encerado, o se colocan en un recipiente hermético a menos que inmediatamente se realice el ensayo. Si lo que queda de la muestra inalterada original se va a usar otra vez, se debe cubrí nuevamente. Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 63 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 Se determina la masa o peso dela probeta y separadamente se toma una muestra para determinar la humedad. La masa debe excluir la capa de material utilizado para emparejar los extremos de la probeta. Para velocidad controlada, se utiliza una velocidad de deformación unitaria ½ % y 2 % por minuto. Se toman medidas de las deformaciones y de las cargas cada 30 segundos hasta que las cargas comiencen a disminuir o hasta llegar a una deformación axial de 15 % o que ocurra una rotura visible en la probeta. Se escogerá una velocidad en que la rotura ocurra en un lapso entre 1 y 10 minutos. Para esfuerzos controlados, se aplica la carga para que produzca una deformación axial a una rata de 0.50% a 2% por minuto y se registran los esfuerzos y las deformaciones cada 30 segundos. La rata de deformación se regula en tal forma que la falla de probetas nunca sobrepase de 10 minutos. La carga se debe proseguir hasta que decrezcan los valores de carga con el aumento de sección que se produce en la probeta durante la rotura, lo cual se traduce en una disminución del esfuerzo aplicado. Se documenta la forma de la rotura. Si la rotura se produce a través de un plano inclinado, es conveniente medir el ángulo de inclinación de dicho plano. Se toma una muestra de la zona donde se produjo la rotura y se determina su humedad. 4.12.5 Cálculos Se debe conocer la constante del anillo de carga. Deformación Unitaria Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 64 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 Dónde: = cambio en la longitud de la muestra, igual al cambio entre lecturas inicial y final del indicador de deformación = longitud inicial de la muestra. Área transversal promedio de la muestra Dónde: = deformación unitaria axial para la carga dada Ao = área inicial promedio de la probeta. Dónde: = área en la parte superior de la probeta = área en la parte media de la probeta = área en la parte inferior de la probeta Esfuerzo Dónde: P = carga aplicada A= área de la sección promedio correspondiente Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 65 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 Cohesión Dónde: qu = esfuerzo máximo La resistencia encofinada se emplea también para calificar la consistencia del suelo como: Tabla 4. Relación entre la resistencia a la compresión inconfinada y la consistencia del suelo Consistencia del suelo Muy blanda Blanda Mediana Firme Muy firme Dura Resistencia a la compresión inconfinada Kg/cm2 kpa < 0.25 < 25 0.25 – 0.50 25 – 50 0.50 – 1.00 50 – 100 1.00 – 2. 00 100 – 200 2.0 – 4. 00 200 – 400 >4.00 >400 4.13 DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA AL CORTE POR EL METODO DE COMPRESIÓN TRIAXIAL 4.13.1 Normas I.N.V E – 153 – 07 AASHTO T 234 AASHTO T 297 ASTM D 2850 Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 66 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 ASTM D 4767 4.13.2 Objetivo Determinar la resistencia del suelo mediante el ensayo de compresión triaxial. 4.13.3 Equipos e implementos Cámara de compresión triaxial. Empleada para contener el espécimen y el fluido de confinamiento, durante el ensayo. La cámara del triaxial utilizada deberá tener capacidad para colocar un presión igual a la presión de confinamiento máxima (ensayo UU) o a la capacidad para colocar un a presión igual a la suma del esfuerzo de consolidación efectivo y la contrapresión (ensayo CU). Pistón de carga axial. Un diámetro del pistón de mínimo 1/6 del diámetro del espécimen, para minimizar el pandeo lateral de éste mismo. Dispositivos de aplicación de presión y vacío. Los controles de la presión de cámara y de contrapresión deberán ser capaces de aplicar y controlar las presiones dentro de un rango de ±2 kPa para presiones de consolidación efectivas menores de 200 kPa y dentro de un rango de ± 1% para presiones de consolidación efectivas mayores que 200 kPa. El dispositivo de control de vacío será capaz de aplicar y controlar vacíos parciales dentro de un rango de ± 2 kPa. Los dispositivos pueden consistir en mecanismos autocompensados de mercurio, reguladores de presión neumática, una combinación de estos, o cualquier otro dispositivo que cumpla con las tolerancias requeridas. Aparato para la medición de presión de poros. Manómetro cerrado, un indicador de cero presiones, o un transductor de presión o cualquier otro dispositivo, al medir la presión de poros, permita que la fuga de agua sea nula o despreciable. Dispositivo para la medición del cambio de volumen. Mide la cantidad de volumen de agua que entrará o drenará de la muestra, podrá ser de cualquier clase, pero deberá Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 67 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 cumplir con que tenga una precisión de ± 0.05% del volumen total de la probeta de ensayo. Generalmente se utiliza una bureta graduada pero no es una disposición obligatoria. Piedras porosas. Se usan para proporcionar drenaje al espécimen. El coeficiente de permeabilidad de los discos podrá ser aproximadamente igual a 1x10- 4 cm/s, o uno que se ajuste a los requerimientos de la muestra. Los discos deberán ser limpiados regularmente por ultrasonido o por ebullición y por cepillado verificando si poseen obstrucciones. Papel de filtro, discos y tiras. Los papeles de filtro en forma de disco serán de igual diámetro al de la muestra y se podrán colocar entre las piedras porosas y la probeta de ensayo para evitar obstrucción de los discos porosos. El papel de filtro no será soluble en agua y el coeficiente de permeabilidad no será menor a 1x10- 5 cm/s para una presión normal de 550 kPa. Membrana de caucho. Son completamente impermeable. Se inspeccionarán las membranas cuidadosamente antes de usarlas para verificar su total estanquidad, si no se cumple se deberá desechar. Para que la membrana de caucho ofrezca el menor confinamiento a la muestra, el diámetro de esta membrana elástica deberá estar entre el 90% y 95% de la muestra. El espesor de la membrana no debe exceder el 1% del diámetro de la muestra. La membrana se sellará a las bases de la muestra con anillos en forma de O (O-rings), los cuales deberán tener un diámetro entre el 75% y 85% del diámetro de las bases (cabezal y pedestal), o se sellará por otros medios que proporcionen una impermeabilidad perfecta. Dispositivo de carga axial. Puede ser cualquier aparato de compresión eléctrico, hidráulico, neumático o de otro tipo con la suficiente capacidad y el adecuado control, para proporcionar la velocidad de carga. Sus vibraciones debidas a su operación deben ser mínimas para evitar alteraciones en las dimisiones de la muestra o la presión de poros cuando las válvulas estén cerradas. Esto se podrá comprobar al colocar la muestra a la velocidad de ensayo seleccionada y colocando un vaso con agua de tal manera que Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 68 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 no se genere ninguna onda visible en este último. La velocidad de avance del dispositivo de carga no se deberá desviar en más del 1 % del valor seleccionado para la ensayo sin importar el tipo de prueba. Dispositivo para medir la carga axial. Podrá ser un anillo de carga, una celda eléctrica de carga, una calda hidráulica de carga o cualquier otro dispositivo capaz de medir con una precisión que este dentro del 1.0 % de la carga axial anticipada de falla. El dispositivo para medir la carga axial podrá ser parte del dispositivo de carga axial, si el dispositivo para medir se encuentra dentro de la cámara triaxial, este deberá ser insensitivo a los esfuerzos horizontales y a la magnitud de la presión de cámara. Cuando se emplee un anillo de carga, normalmente este se hallara montado en la parte exterior de la cámara de presión. Se puede emplear también una celda electrónica para medir las cargas axiales aplicadas a la probeta de ensayo, dicha celda se deberá montar en el interior de la cámara triaxial y, cuando se la emplee, se necesitara además el siguiente equipo electrónico pata indicar la carga. Equipo para tallar las probetas Horno Balanzas 4.13.4 Procedimiento 4.13.4.1 Preparación de la muestra Consiste en un plato superior y un plato de base, separado por un cilindro, que podrá ser de cualquier material capaz de resistir las presiones aplicadas, pero preferiblemente se usara un material transparente o un cilindro que posea puntos de observación para ver el comportamiento de la muestra. Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 69 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 En el plato superior de la cámara, deberá haber una válvula de abertura tal que el aire se puede forzar a salir fuera de la cámara cuando esta se va a llenando con fluido. En el plato de base deberá tener una entrada a través de la cual el líquido de confinamiento se le proporcionara a la cámara triaxial. Posee entradas colocadas en la base inferior (pedestal) de la probeta que proporcionaran conexión a la base superior (cabezal) de tal manera que se pueda realizar la saturación (aplicación de contrapresión), el drenaje, y la medición de la presión de poros cuando sea necesario, según sea el método de prueba. 4.13.4.1 Desarrollo de la prueba Se extrae la muestra oprimiendo el molde longitudinalmente o cortardo en trozos más pequeños para facilitar la extracción de la muestra sin alterarla (muestra de tubos). Método no consolidado no drenado (UU) Se prepara el pedestal (base inferior) colocando una piedra porosa sobre éste, si las bases poseen drenajes, si no es así se podrá hacer el ensayo sin piedras porosas. También en lugar de la piedra porosa se puede emplear un espaciador adecuado de plexiglas pulido o de un material similar. Se coloca un disco pulido de plexiglas o de teflón ligeramente mayor que la muestra sobre la piedra porosa, si éstas son utilizadas en el pedestal y se deben cubrir las bases, independientemente del montaje, con una película delgada de grasa de silicona. Las bases engrasadas se emplean para reducir la fricción entre la muestra y éstas y permitir así una deformación más uniforme. Se coloca la muestra sobre la base ya preparada. Si se usa una relación h/d de 2.0 o mayor, los discos pulidos de plexiglas o teflón no se necesitan. Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 70 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 Empleando un dilatador de membranas al vacío, se coloca sobre la muestra una membrana delgada e impermeable, asegurándola con O-rings u otros sellos de presión alrededor de la membrana, a la altura del pedestal, para proporcionar un sello efectivo. Colocando un disco pulido engrasado, una piedra porosa (si se utiliza) y el cabezote superior sobre la probeta cilíndrica de ensayo. Se colocan O-rings u otros sellos de presión alrededor de la membrana en el cabezote superior, con el fin de proporcionar un sello efectivo en el extremo de la muestra. Se coloca una capa delgada de grasa de silicona en las superficies verticales de las bases para ayudar con la impermeabilidad del montaje. Se coloca el cilindro hueco de la cámara triaxial, sobre la base y se deberá asegurar. Se coloca el pistón de carga dentro de la cámara a través de la guía y se bajará hasta que entre, se asiente y se alinee correctamente con el cabezal. Se debe registrar la lectura de desplazamiento cuando el pistón entre en ajuste final. Durante este procedimiento se cuida que no se aplique un esfuerzo axial al espécimen mayor del 0.5% del esfuerzo de compresión de falla estimado. Si el peso del pistón es suficiente para aplicar un esfuerzo axial mayor al 0.5% del esfuerzo de compresión de falla estimado, se debe asegurar el pistón sobre el cabezal después de verificar el ajuste y la alineación y se dejará así hasta la aplicación de la presión de cámara. Se coloca en movimiento el aparato de carga y se deja en funcionamiento por algunos minutos, a la velocidad de ensayo deseada, para compensar cualquier efecto separado o combinado, por fricción o por empuje, debido a la presión de la cámara. Se anota la lectura cero de los dispositivos de medida de carga y deformación cuando el pistón se ponga en contacto con la cabeza de compresión. La rata de deformación se halla dentro del rango de 0.3%/min a 1.0%/min, 1%/min para los materiales plásticos y 0.3%/min para los materiales frágiles que llegan a la falla aproximadamente entre el 3% al 6% de la deformación. Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 71 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 Se continúa la carga hasta el 15% de la deformación axial, excepto cuando no se haya alcanzado el máximo esfuerzo desviador, en este caso se llevará hasta el 20% de la deformación axial o hasta un 5% más de deformación axial a partir de donde el máximo esfuerzo desviador ocurrió. Nota: Se anotan las lecturas de carga y deformación a intervalos suficientemente pequeños, para definir exactamente la curva esfuerzo-deformación. La Falla de la muestra se considerada desde dos puntos de vista, uno es cuando se alcanza el máximo esfuerzo desviador o dos, el valor del esfuerzo desviador que se logra cuando la muestra ha alcanzado una deformación del 15%, se tomará el que ocurra primero. 4.13.5 Cálculos Deformación axial = cambio en la longitud de la muestra, igual al cambio entre lecturas inicial y final del indicador de deformación = longitud inicial de la muestra. Área transversal promedio de la muestra En el caso que la aplicación de la presión de cámara dé como resultado un cambio en la longitud del espécimen, A0, se debe corregir. Esto se podrá realizar asumiendo que el diámetro de la muestra después del cambio de volumen es (di): Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 72 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 ( ) Esfuerzo desviador P= la carga desviadora aplicada A = área promedio de la correspondiente sección transversal Se dibuja la curva esfuerzo-deformación con el esfuerzo desviador como ordenada y la correspondiente deformación en porcentaje como abscisa, de esta gráfica se seleccionara el esfuerzo desviador de falla Se utiliza el valor de en el punto de falla para dibujar en el formato del ensayo el diámetro del círculo de Mohr. Se localiza el centro del círculo de Mohr en un punto que tenga el valor de ⁄ ( )a lo largo del eje del esfuerzo total. Corrección del esfuerzo desviador por causa de la membrana de caucho ( ) d = diámetro de la muestra = espesor de la membrana. = deformación axial = módulo de yound para el material de la membrana Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 73 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 F= fuerza aplicada para estirar la membrana = área transversal inicial de la membrana L = longitud inicial dela membrana L = cambio en la longitud de la membrana debido a la aplicación de F. El valor tipo de módulo de Young para la membrana de látex es de 1400 kN/m2 Esfuerzos totales principales en la falla. = esfuerzo total principal menor es igual la presión de la cámara en la falla. = esfuerzo total principal mayor, es el esfuerzo desviador de la mal la presión de la cámara en la falla. Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 74 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 5. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LA INFORMACIÓN. La base de datos que permite la elaboración del plano corresponde a 120 sondeos exploratorios realizados por la firma INCOSUELOS Ingenieros Civiles Ltda y los ensayos de laboratorio realizados en las investigaciones que por cerca de 20 años se han realizado en el programa de Ingeniería Civil en la Corporación Universidad de la Costa. Los suelos localizados en la zona de estudio presentan características similares a las establecidas en otros estudios como los de Ingeominas. A fin de estandarizar la denominación de los suelos en Barranquilla, la denominación de los suelos localizados en la zona de estudio es similar a la de los suelos coincidentes establecidos en la literatura de Ingeominas. En general, las características de estos suelos son: Rocas Calizas Arrecifales. Corresponden al conjunto superior de la formación La Popa. Presentan color amarillo a crema y están compuestas por fragmentos de conchas y de especies fósiles. en general estas calizas tienen buena estabilidad, resistencia a la compresión alta a muy alta y es excavable con métodos mecánicos o con explosivos. En algunos sectores la roca se encuentra moderadamente meteorizada y fracturada. En general, este material se encuentra al occidente del centro comercial Buenavista, al oriente del centro comercial Miramar y al norte en la zona de canteras de cementos Argos. En el sector norte donde se presentan estratos que se acuñan, hasta de 4 metros de espesor, con abundantes corales en forma de tallo y fragmentos de otros tipos de corales. Roca Calizas alcalinosa. Corresponden al conjunto superior de la formación La Popa. Se localizan en zonas con morfología plana a ligeramente ondulada con presencia de Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 75 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 escasa vegetación. Presentan una plasticidad baja, son hidrosolubles, con tacto jabonoso y se disgregan fácilmente generando abundante polvo, con muy baja resistencia al corte. Son ligeramente limosa, con aspecto de tiza, son dispersivas y presentan color gris crema a rosado claro. El espesor de este estrato es de hasta de 4 metros y en algunos sectores presenta costras de malaquita de color verdoso. Aflora hacia el sector norte del área en inmediaciones de las canteras de Cementos Argos y al norte de la carrera 65 en el barrio Riomar. Arenas. Son sueltas a pobremente compactadas asociadas a los estratos de la Formación Las Perdices. Se caracteriza por presentar alta porosidad y permeabilidad, baja compresibilidad y consistencia. Se componen de arenas de grano fino a grueso, deleznable, compuesta por granos subangulares a subredondeados, de color gris a marrón, con tintes rojizos de oxidación Se intercalan lentes de arena gravosa con granos subredondeados constituidos por cuarzo y chert. Estas arenas generan morfología ondulada de suave a plana. Se localizan en los alrededores de la avenida Olaya Herrera, en el sector de las canteras de Cementos Argos, en el barrio Villa Santos, en la parte alta y baja de Campo Alegre, en el barrio La Pradera y al occidente del centro comercial Buenavista hasta la avenida Circunvalar, donde se presentan arenas intercaladas con niveles delgados de calizas arrecifales. Médanos. Depósitos eólicos que corresponden a sedimentos transportados por el viento. presentan alta porosidad y permeabilidad, baja compresibilidad y consistencia. En el área de estudio presentan color gris amarillento a gris oscuro. Constan de arenas muy sueltas, de grano fino a medio. Su espesor es inferior a 20 metros y varía de acuerdo a los cambios de morfología. Se localizan en la parte norte del área en estudio, cubriendo Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 76 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 los sectores de las canteras de cementos Argos, alrededores de la vía Circunvalar en la zona industrial. Arcilla. Corresponden a la formación Perdices y afloran en sectores como Villa Santos, Campo Alegre y el barrio el Bosque. En general, son de comportamiento expansivo moderado, ya que poseen caolinitas e illitas y muy pocas como las del Barrio el Bosque poseen Montmorillonita. Se presenta los cortes horizontales de los perfiles estratigráficos correspondientes a las profundidades de un metro, tres metros y ocho metros de profundidad. Figura 4. Corte estratigráfico horizontal a 1 metros de profundidad Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 77 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 La figura 4 corresponde a un corte horizontal a la profundidad de un metro, donde se observa que los suelos presentes son gravas, arenas, limos y arcillas con las características físicas establecidas con anterioridad en este documento. Las gravas se localizan en el norte de la ciudad, las arcillas claramente se definen en algunos sectores como son el noroccidente y en el sur de Barranquilla, mientras que las arenas se localizan en el centro y nor oriente de la ciudad. Figura 5. Corte estratigráfico horizontal a 3 metros de profundidad La figura 5 presenta un corte horizontal del perfil estratigráfico de la ciudad, donde se evidencia continuidad general de los estratos presentados a un metro de profundidad en la Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 78 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 figura 4. Solo se resalta que a esta profundidad desaparece el estrato de limo de baja compresibilidad ubicado en el norte de la ciudad, subyaciendo sobre este una grava y arena caliza conocida como caliche. Figura 6. Corte estratigráfico horizontal a 8 metros de profundidad La figura 6 presenta el corte horizontal a los 8 metros de profundidad. Se puede apreciar que a esta profundidad los cambios en los estratos son significativamente similares a los estratos presentados a la profundidad de un metro y tres metros; sin embargo, en el centro oriente de la ciudad se aprecia cómo se amplía el estrato de arcilla limosa (ML-CL) Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 79 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 6. CONCLUSIONES Las arcillas presentan propiedades disimiles que corresponden a los tipos de minerales arcillosos presentes en su estructura o esqueleto. La mayor parte de las arcillas corresponden a las Illitas, especialmente en los barrios Campo Alegre, Villa Santos y la Terrazas. Las arcillas del Barrio el Bosque se enmarcan entre Illitas y Montmorillonitas. Las arcillas del barrio El Bosque presentan un grado de dispersión intermedio donde los suelos se erosionan lentamente, pero las arcillas presentes en el resto de la ciudad presentan poca dispersibidad. En resumen, las arcillas de Barranquilla categorizadas por sectores o barrios presentan las siguientes propiedades: BARRIO PROPIEDADES DE LAS ARCILLAS BOSQUE VILLA CAMPO LAS SANTOS ALEGRE TERRAZAS Límite Líquido (%) 85 - 108 56 - 82 35 - 57 63 - 84 Límite Plástico (%) 40 - 52 30 - 65 23 - 31 32 - 49 Densidad (Ton/m3) 1,60 - 1,71 1,70 – 1,91 1,89 – 2,10 1,67 – 1,93 Gravedad específica relativa de los sólidos 2,60 - 2,84 2,60 – 2,89 2,63 – 2,81 2,60 – 2,83 Cohesión (kg/cm2) 0,37 - 1,56 0,15 0,34 – 3,79 0,23 – 2,19 Las arenas y los caliches son los suelos más conocidos de la ciudad y se caracterizan por sus buenas propiedades físicas y mecánicas, lo que permite obtener aceptables capacidad de carga en la construcción de cualquier tipo de edificación. En resumen las propiedades de estos materiales son: Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 80 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 Los médanos se clasifican según el sistema unificado de clasificación de suelos como un SP-SM y un SM; es decir, una arena fina con presencia significativa de limos en un porcentaje que oscila entre el 8% y el 17%. La gravedad específica de los sólidos varía entre 2,70 y 2,80, mientras que la densidad está entre 1,40 y 1,50 gr/cm3. Las rocas calizas tanto arrecifales como alcalinosas presentan diversas clasificaciones tales como GM, SM y ML según el sistema unificado de clasificación de suelos. Corresponden a rocas limosas que han sufrido un proceso de desintegración mecánica, Este proceso de meteorización produce un tamaño de partículas más pequeño, pero que la composición química y mineralógica del material es similar. Presentan restos de fósiles marinos y una matriz hidrosoluble. Vicerrectoría de Investigaciones Proyecto INV 1101- 01 - 001 - 2 Página 81 ZONIFICACION Y CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LOS SUELOS DE BARRANQUILLA. FASE 1 BIBLIOGRAFÍA [1] Reglamento colombiano de Construcción Sismo Resistente –NSR-10. Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial. Bogotá, 2010. Disponible en: http://camacol.co/informacion-tecnica/nsr-10. [2] Alcaldía Distrital de Barranquilla. Código de Laderas del Distrito de Barranquilla. 2005 [3] Instituto Colombiano de Geología y Minería –Ingeominas. Zonificación de amenaza por movimientos en masa de las laderas occidentales de Barranquilla, Departamento del Atlántico. 2011 [4] Santodomingo, Antonio y Del Toro Donaldo. Corporación Universidad de la Costa. Estudio geotécnico de la Costa Atlántica. Tesis de grado. 1982. [5] INVIAS. Especificaciones Generales de construcción de carreteras y normas de ensayo para materiales de carreteras. 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