Edgar Alexander Padilla González Una Tesis Presentada Para ...
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Modelación en centrifuga para el cálculo de asentamientos diferenciales en edificaciones.
Edgar Alexander Padilla González
Una Tesis Presentada Para Obtener El Título De
Magister en Ingeniería Civil
Universidad de los Andes
Facultad de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Bogotá 2016.
ii
Modelación en centrifuga para el cálculo de asentamientos diferenciales en edificaciones.
Edgar Alexander Padilla González
Asesor: Ph. D. Bernardo Caicedo Hormaza
Co-asesor: Ph. D. Cristian Camilo Mendoza
Universidad de los Andes
Facultad de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
Bogotá 2016.
iii Dedicatoria
Primero que todo como ser cristiano-católico agradecer a Dios por permitirme culminar mi
maestria y alentarme espiritualmente cuando lo necesitaba, por darme esa fuerza sobre humana
cuando sentía que no lo lograría, por darme paciencia y permitirme conocer personas tan
especiales y valiosas durante mis estudios.
A mis padres que durante toda este tiempo fueron un apoyo incondicional, porque fueron ellos
los que formaran una persona responsable, honesta, sincera, cualidades que a lo largo de mis
estudios me permitieron alcanzar el peldaño más alto, les doy inmensas gracias por su confianza
y tiempo depositado en mí y espero siempre se sientan orgullosos como me siento yo.
.
iv Agradecimientos
A mis padres porque sin ellos no habría logrado iniciar y mucho menos culminar mis estudios.
Al ingeniero Bernardo Caicedo director de tesis por su apoyo y asesorías cuando las necesitaba
para poder desarrollar el trabajo de grado.
A Julieth Monroy encargada del Laboratorio de Modelos Geotécnicos de la Universidad por
apoyarme cuando lo necesitaba y siempre estar dispuesto a colaborarme en cualquier duda que
surgiera.
A Sandra Sánchez por su ayuda y apoyo durante la investigación cuando lo necesitaba y siempre
estar dispuesta a colaborarme en cualquier momento.
En general a todos mis amigos que siempre me apoyaron, al grupo de técnicos de los laboratorios
de la universidad de los andes que siempre creyeron en mí y me animaron cuando me encontraba
agotado.
v Resumen
En el mundo de hoy, los problemas geotécnicos cada día requieren de mejores técnicas
para entender su comportamiento y poder presentar la mejor recomendación, por tal motivo la
técnica de modelación física con modelos a escala reducida es muy usual en los proyectos de
investigación de las universidades en general. La modelación en centrifuga tiene sus inicios en la
Academia de ciencias de Francia por E. Phillips en 1869 utilizando las ecuaciones diferenciales
que controlan el equilibrio de los cuerpos elásticos logro establecer las condiciones de similitud
que se deberán satisfacer para que el prototipo tenga el mismo comportamiento que la obra, sin
embargo en Colombia se ha utilizado esta técnica recientemente, la cual es una herramienta
importante para el entendimiento de problemas de la ingeniería civil, se realiza una modelación a
75g lo cual indica que la escala utilizada en la investigación es 1:75, la investigación en la
primera etapa busca realizar las curvas carga-asentamientos de pilotes representativos del
edificio Space 6 etapa y poder obtener la carga ultima de cada pilote, asentamientos diferenciales
y el asentamiento individual de cada pilote.
vi Tabla de Contenidos
1. Introducción ............................................................................................................................... 1 2. Objetivos ..................................................................................................................................... 2
2.1 Objetivo General ................................................................................................................... 2 2.2 Objetivos Específicos............................................................................................................ 2
3. Marco Teorico ............................................................................................................................. 3
3.1 Limitaciones de la modelación en centrifuga ....................................................................... 6 3.1.1 El campo de aceleración centrífuga .............................................................................. 6 3.1.2 Consecuencias de la reducción de las dimensiones geométricas ................................... 6
4. Caracterización del suelo y ensayos de laboratorio .................................................................... 8 5. Fase experimental ..................................................................................................................... 11
5.1 Elaboración del suelo .......................................................................................................... 11 5.1.1 Equipos Disponibles .................................................................................................... 13 5.1.2 Ensayos Realizados ...................................................................................................... 15
5.1.3 Diseño Pilotes y accesorios .......................................................................................... 17
5.2 Construcción del modelo .................................................................................................... 20 5.2.1 Verificación y alistamiento del molde ......................................................................... 21
5.2.2 Instrumentación pilotes ................................................................................................ 22 5.2.3 Consolidación del modelo............................................................................................ 27 5.2.4 Calibración y verificación de instrumentación ............................................................ 29
5.3 Vuelo en centrifuga ............................................................................................................. 31 6 Resultados y Análisis ................................................................................................................. 34
6.1 Vuelo No 1 Pilote S3 ......................................................................................................... 34
6.2 Vuelo No 2 Pilote S5 ......................................................................................................... 37
6.3 Vuelo No 3 Pilote R5 ......................................................................................................... 41 6.4 Vuelo No 4 Pilote R3 ......................................................................................................... 44
7 Conclusiones .............................................................................................................................. 47 8. Recomendaciones ..................................................................................................................... 50 Lista de referencias ....................................................................................................................... 51
Anexo 1 ......................................................................................................................................... 52
vii
Listado de Tablas
Tabla 1. Factores de escala que se obtienen de la similitud producida en modelación en
centrífuga. ............................................................................................................................... 5 Tabla 2. Dimensiones de pilotes y patas ....................................................................................... 17
Tabla 3. Dimensiones del modelo ................................................................................................. 17 Tabla 4. Espesor de capas a consolidar ......................................................................................... 27 Tabla 5. Cargas por pilotes ........................................................................................................... 47 Tabla 6. Carga Ultima de los pilotes ............................................................................................. 48 Tabla 7. Calculo de asentamientos................................................................................................ 48
viii
Lista de Figuras
Figura 1. Centrifuga Universidad de los Andes .............................................................................. 7 Figura 2. Tabla Resumen Ensayos de Laboratorio ......................................................................... 8
Figura 3. Perfil estratigráfico .......................................................................................................... 9 Figura 4. Ensayo de hidrometría ..................................................................................................... 9 Figura 5. Ensayo de compresión Triaxial CU ............................................................................... 10 Figura 6. Hidrometrías a distintos materiales ............................................................................... 12 Figura 7. Curva Granulométrica de la arena de rio ....................................................................... 13
Figura 8. Centrifuga geotécnica .................................................................................................... 14 Figura 9. Consolidomètro Unidimensional ................................................................................... 14 Figura 10. Consolidometro Modelo .............................................................................................. 15
Figura 11. Consolidación Material de Laboratorio ....................................................................... 15
Figura 12. Ensayo de compresión Triaxial ................................................................................... 16 Figura 13 Patas de los Pilotes ....................................................................................................... 18
Figura 14. Ranura para piedra porosa ........................................................................................... 19 Figura 15.Fabricacion Pilotes ....................................................................................................... 19 Figura 16. Pata, fuste y rosca para celda ....................................................................................... 20
Figura 17. Prueba de estanqueidad ............................................................................................... 21 Figura 18. Salida de agua .............................................................................................................. 22
Figura 19 Ubicación Strain Gages ................................................................................................ 23
Figura 20. Perforación pilotes ....................................................................................................... 24
Figura 21Instalacion Strain Gages ................................................................................................ 24 Figura 22. Protección sensores .................................................................................................... 25
Figura 23. Calibración Strain gages y celdas de carga ................................................................. 25 Figura 24Instalacion tubos para sensores de presion de poros ..................................................... 26 Figura 25. Sellado orificio de presión de poros ............................................................................ 26
Figura 26. Mezcla de suelo ........................................................................................................... 28 Figura 27. Consolidación Capa No 1 ............................................................................................ 28
Figura 28. Equipo de consolidación.............................................................................................. 29 Figura 29. Calibración LVTD ....................................................................................................... 30 Figura 30. Calibración Presión de poros ....................................................................................... 30 Figura 31. Tapa soporte Actuador ................................................................................................ 31
Figura 32. Vuelo Centrifuga ......................................................................................................... 32 Figura 33. Adquisición de Datos .................................................................................................. 32 Figura 34.Vuelo No 4 ................................................................................................................... 33
Figura 35. Escalones de carga Vs Asentamiento Pilote S3 .......................................................... 35 Figura 36. Escalones de carga Vs Presión de poros Pilote S3 ...................................................... 35 Figura 37. Registro Strain Gages Pilote S3 .................................................................................. 36 Figura 38. Curva Carga-Asentamiento Pilote S3 .......................................................................... 37 Figura 39. Escalones de carga Vs Asentamiento Pilote S5 .......................................................... 38 Figura 40. Escalones de carga Vs Presión de poros Pilote S5 ...................................................... 39 Figura 41. Registro Strain Gages Pilote S5 .................................................................................. 40
ix Figura 42. Curva Carga-Asentamiento Pilote S5 .......................................................................... 41
Figura 43. Escalones de carga Vs Asentamiento Pilote R5 .......................................................... 42
Figura 44. Registro Strain Gages Pilote R5 .................................................................................. 43 Figura 45. Curva Carga-Asentamiento Pilote R5 ......................................................................... 44 Figura 46. Curva Carga-Asentamiento Pilote R3 ......................................................................... 45 Figura 47 Curva Carga-Asentamiento S3, S5, R5 y R3 ............................................................... 45
1
1. Introducción
La construcción de edificaciones a nivel mundial causa inevitablemente asentamientos
por consolidación y asentamientos instantáneos dependiendo de las características del
suelo de cimentación, este tipo de construcciones normalmente son realizados en zonas
urbanas donde errores de diseño, de construcción o eventos catastróficos pueden poner en
riesgo vidas humanas, el edificio Space Etapa 6 en la ciudad de Medellín es un ejemplo
reciente de errores de diseño y constructivos los cuales terminaron en el inminente
colapso del edificio dejando pérdidas de vidas humanas.
El propósito de la investigación es comparar las cargas y los asentamientos obtenidos en
el edificio Space etapa 6l y el modelo, además obtener la carga ultima de cada pilote, para
cumplir el objeto de la investigación es necesario la realización de un modelo a escala
reducida 1:75 el cual fue simplificado según la etapa 6 que mediante los planos
estructurales y arquitectónicos se reduce el caso a las 4 pilas afectadas en mayor medida,
estas pilas son los ejes numéricos 3 y 5 y los ejes literales R y S los cuales evidenciaron
mayores asentamientos en terreno descartando el eje literal Q. Para esta investigación
adicionalmente fue necesario realizar una caracterización detallada del perfil
estratigráfico encontrado en las perforaciones S3, S5 y el caisson exploratorio R3
realizado por la universidad de los andes, se utilizaron las muestras custodiadas por la
universidad las cuales fueron extraídas mediante las metodologías convencionales,
muestras inalteradas en tubos shelby y muestra en bloque para la caracterización de los
suelos y ensayos para la determinación de parámetros mecánicos del material. Debido a
la problemática de las entidades y la alcaldía de Medellín fue imposible obtener más
muestra por lo cual fue necesario realizar una mezcla de laboratorio con arena y caolín
para tener un suelo similar al encontrado en la caracterización.
Finalmente se realizó el vuelo a 75g para la determinación de las curvas carga-
asentamiento mediante la metodología bilineal, para el cálculo de la carga última de un
pilote y el cálculo de asentamientos diferenciales obtenidos en el ensayo realizando la
comparación anteriormente mencionada.
2
2. Objetivos
2.1 Objetivo General
Calcular la carga ultima de los pilotes R3.R5, S3 y S5 mediante las curvas Carga-
Asentamiento.
2.2 Objetivos Específicos
Realizar la caracterización utilizando las muestras inalteradas recuperadas del caisson
exploratorio.
Preparar un suelo similar (Mezcla Caolín –Arena) al encontrado en la caracterización del
material encontrado en la Etapa 6 del edificio Space.
Calcular los asentamientos diferenciales S3-S5 y S3-R3 y compararlos con los
registrados en campo.
3
3. Marco Teorico
Edouard Phillips, en 1869 fue el primero en sugerir el uso de la aceleración centrifuga
para el desarrollo de ensayos de laboratorio en modelos a escala reducida. Los desarrollos
de modelos en máquinas centrifugas permanecieron detenidos por cerca de 60 años, hasta
que a mediados de la década de 1930, se retomaron las investigaciones en laboratorios de
Estados Unidos y la URSS, en esta última se alcanzó a construir de 20 a 30 máquinas
centrifugas durante las décadas de 1930 a 1970. (Tristancho, 2006)
La modelación en centrifuga geotécnica es una técnica utilizada para reproducir y
estudiar diversos fenómenos, en ingeniería civil, más específicamente en el área de la
geotecnia. Es utilizada para el estudio de problemas tales como la estabilidad de taludes,
cimentaciones, túneles, infiltración, terremotos y comportamiento de deformaciones de
suelos entre otros. Para esto es necesario reproducir los esfuerzos actuantes en los
prototipos, junto con su rigidez, en modelos a escala. La reproducción de los esfuerzos se
logra a través de un incremento del campo de aceleraciones inerciales en el modelo.
(Castro, 2008)
La universidad de los Andes desde 1998 viene diseñando e implementando la centrifuga
geotécnica con fines educativos, y hasta la fecha ha sido utilizada en proyectos tales
como: análisis de cimentaciones, deformaciones de losas de cimentación, capacidad de
carga de pilotes individuales, muros reforzados y muros de contención de tierras en
voladizo y anclada, predicción de asentamientos y deformaciones producidas por la
construcción de túneles poco profundos, modelación de suelos expansibles y colapsables,
asentamientos en tuberías, interacción pilotes y losa de cimentación. Actualmente diseño
de herramientas que permitan reproducir las condiciones climáticas en el laboratorio.
(Garzón, 2010)
Para observar los mismos fenómenos en una obra en escala natural y en su modelo a
escala reducida, se deben respetar, además de las propiedades físicas de los materiales,
las condiciones de similitud. Estas condiciones se presentan como relaciones entre las
escalas f*, es decir los factores que se definen como la relación entre la dimensión física
del modelo fm y la dimensión del prototipo fp. La literatura que trata sobre los problemas
de similitud es numerosa, nuestro propósito se limitará a los aspectos esenciales propios a
la modelación en centrífuga.
La búsqueda de condiciones de similitud puede hacerse partiendo del sistema de
ecuaciones y de condiciones de frontera escritas de manera explícita de tal manera que no
se obtenga variación cuando se cambian las unidades. Para los medios continuos, las
ecuaciones de equilibrio de la mecánica se escriben
∑𝜕𝜎𝑖𝑗
𝜕𝑋𝑗+ 𝜌 (𝑔𝑖 −
𝑑2𝜉𝑖
𝑑𝑡2) = 0 (1)
4
en donde:
x j representa las coordenadas
σ ij , son las componentes del tensor de esfuerzos
ξi son las componentes del tensor de desplazamientos
gi son las componentes del tensor de fuerzas de masa
ρ representa la densidad
t es el tiempo
Si se modifican las unidades se obtiene:
∑𝜕𝜎′𝑖𝑗
𝜕𝑋′𝑗+ 𝜌∗𝜌′ (𝑔∗𝑔𝑖 − 𝜉∗𝑡∗−2 𝑑2𝜉′𝑖
𝑑𝑡′2) = 0 (2)
en donde l* representa la escala de reducción de las longitudes.
La ecuación permanecerá sin modificación si las escalas satisfacen a las dos siguientes
ecuaciones:
𝜎∗ = 𝜌∗𝑔∗𝑙∗ (3)
𝜉∗ = 𝑔∗𝑡∗2 (4)
En mecánica de fluidos y para el estudio de las estructuras, las experiencias se realizan en
condiciones normales (gravedad terrestre, es decir: g*=1) y los materiales del problema
prototipo se reemplazan por otros (por ejemplo con un fluido de densidad o viscosidad
diferente) cuyas características mecánicas se escogen de tal manera que se satisfagan las
condiciones de similitud.
En la mayoría de problemas que se encuentran en la geotécnia, los esfuerzos generados
por el peso propio juegan un papel fundamental en el equilibrio. De este modo, se debe
tratar de satisfacer de la mejor manera la condición de similitud (3).
Para obtener el mismo estado de esfuerzos, σ*=1, en el modelo reducido (l *<<1), la
condición (3) puede satisfacerse de dos maneras: aumentando la densidad ρ* o
aumentando la intensidad de las fuerzas de masa g*. En el primer caso se deben encontrar
materiales de remplazo más densos. Sin embargo, para obtener el mismo campo de
deformaciones, es necesario que los materiales del prototipo y del modelo tengan las
mismas leyes de comportamiento o leyes constitutivas. La complejidad de la reología de
los suelos hace prácticamente imposible encontrar materiales de remplazo. La utilización
de pequeños cilindros metálicos como materiales de remplazo para los suelos granulares
5
para modelar un problema de deformaciones planas es una técnica válida pero tiene las
siguientes limitaciones:
• Una baja reducción de escala (menos de 10)
•Los efectos producidos por la deformabilidad del suelo no son reproducidos
correctamente.
Puesto que es muy difícil encontrar un material de substitución con una densidad muy
elevada, la solución que queda planteada es la de aumentar las fuerzas de masa aplicadas
al modelo siguiendo la relación:
𝑔∗𝑙∗ = 1 (5)
Este efecto puede obtenerse utilizando dos técnicas:
• El método del gradiente hidráulico (Zelikson, 1967) en el cual las fuerzas de filtración
producidas por el flujo forzado en el modelo se superponen al efecto de la gravedad.
• La centrifugación del modelo, con esta técnica la aceleración centrífuga creada por la
rotación del modelo permite aumentar la gravedad que actúa en el modelo.
De este modo, un modelo reducido a una escala 1:100 se deberá someter a una
aceleración equivalente a cien veces la gravedad para tener el mismo campo de esfuerzos
que en el prototipo.
La segunda técnica tiene un campo de aplicaciones mucho más amplio (problemas de
filtración con superficie libre, etc.) y es aplicable a la gran mayoría de problemas que se
presentan en geotécnia, no solamente en situaciones estáticas sino también en los
problemas de carga cíclica (choques, explosiones, sismos, etc.).
Tabla 1. Factores de escala que se obtienen de la similitud producida en modelación en
centrífuga.
Densidad 1
Longitud 1/N
Desplazamiento 1/N
Deformación 1
Esfuerzo 1
Velocidad 1
Aceleración N
Tiempo 1/N (problema dinámico)
Tiempo 1/N^2 (problema de difusión)
Dimensión del prototipo
Dimensión del modelo
6
3.1 Limitaciones de la modelación en centrifuga
Para presentar de manera completa la técnica de la modelación en centrífuga debemos
tener en cuenta las principales limitaciones de este tipo de modelación, las cuales se
pueden agrupar en dos tipos según su origen: la modificación del campo de gravedad y la
reducción de las dimensiones geométricas.
3.1.1 El campo de aceleración centrífuga
La aceleración centrífuga crea un campo de aceleración con centro en el eje de rotación,
la gravedad artificial inducida en el modelo no es uniforme sino que varía de un punto al
otro dependiendo de la distancia al eje de rotación. Esta dificultad disminuye cuanto más
grande sea el radio medio de la trayectoria del modelo. Si H representa la altura del
modelo que se coloca en el contenedor y R es el radio de la trayectoria de la base del
modelo, la diferencia relativa máxima entre los esfuerzos en el modelo y el perfil
geostático es igual a H/ (2R).
Cuando un punto de materia se desplaza en el contenedor, su trayectoria en un sistema de
coordenadas fijo al contenedor se modifica debido a la rotación del modelo. La
aceleración de Coriolis en una centrífuga es mucho más importante que la que se tiene en
nuestro planeta; de este modo ella crea una perturbación con respecto a la situación del
prototipo. Sin embargo, lo anterior tiene una influencia importante solamente en las
experiencias en las cuales existen elementos que se desplazan rápidamente con respecto
al modelo.
3.1.2 Consecuencias de la reducción de las dimensiones geométricas
En ciertos problemas las condiciones de similitud no pueden satisfacerse
simultáneamente. Esta situación que es clásica en la mecánica de fluidos (conflicto entre
las similitudes de Froude y de Reynolds) también se encuentra en centrífuga en los
problemas geotécnicos en los que varios fenómenos que dependen del tiempo se
presentan simultáneamente. Por ejemplo, si consideramos los problemas de filtración en
medios porosos saturados, conservando los mismos materiales, fluidos y esqueleto sólido,
la ley de Darcy conduce a la condición siguiente para los problemas de difusión:
𝑡∗ = 𝑙∗2 (6)
Mientras que según (4) los efectos de inercia están controlados por la condición:
𝑡∗ = 𝑙∗ (7)
7
En ciertos casos es posible limitar esta incompatibilidad modificando la curva
granulométrica del suelo o la viscosidad del fluido, sin embargo para esta modificación se
debe tener en cuenta la ley de comportamiento del suelo. Si no es posible encontrar una
solución para esta incompatibilidad, la similitud será imperfecta y el experimentador
deberá escoger la base de tiempo a utilizar en función del fenómeno fundamental que
controla el problema.
Otras fuentes de error pueden provenir de los materiales utilizados para la modelación:
• Cuando se utilizan bloques de suelo natural, las inclusiones orgánicas, las
discontinuidades y otras heterogeneidades locales tomarán otra proporción en el modelo.
La resistencia mecánica o las condiciones de drenaje a la escala del modelo reducido
podrán alterarse fuertemente con respecto al prototipo.
• El espesor de las superficies de rotura, de las discontinuidades, de las zonas de interface
depende principalmente del tamaño de las partículas elementales del material; por
consiguiente estas zonas no serán representadas a escala correctamente; actualmente no
se conocen completamente las implicaciones de este error de similitud. (Caicedo)
Podemos observar la centrifuga utilizada en la investigación y sus características
principales:
Figura 1. Centrifuga Universidad de los Andes
8
4. Caracterización del suelo y ensayos de laboratorio
El comportamiento del suelo depende de su historial de esfuerzos efectivos, de los
esfuerzos geoestáticos y de la trayectoria de los mismos, por esta razón es importante
realizar una excelente caracterización de las muestras suministradas por la universidad de
los andes para el desarrollo de la investigación para obtener un suelo similar al del sitio
de la etapa 6 del Space.
Para la caracterización del suelo se realizaron los siguientes ensayos: Humedad natural,
límites de atterberg, peso unitario, lavado pasa tamiz 200, azul de metileno, gravedad
específica, azul de metileno, consolidación unidimensional, triaxial CU y columna
resonante, los cuales se realizaron a profundidades de 6.0 a 6.6 m, 10.0 a 10.30m, 11.0 a
12.0 m, 15.0 a 16.0m y 16.0 a 17m
Figura 2. Tabla Resumen Ensayos de Laboratorio
Los ensayos realizados y los ensayos obtenidos del informe geotécnico suministrado por
el ingeniero Cristian Mendoza lograron verificar el perfil estratigráfico planteado en
dicho informe el cual se relaciona a continuación:
De 0 a 6 metros arcilla limosa con vetas blancas de humedad media, de 6 a 11 metros
limo arenoso color gris de baja compresibilidad de humedad media, de 11 a 22 metros
limo grueso de baja compresibilidad y baja plasticidad, de 22 a 27 metros estrato de
material duro (bolos de roca o material duro) y de 27 metros hasta el final de las
perforaciones S3 y S5 se encontró un limo arenoso de baja plasticidad, el caisson
exploratorio tenía una profundad de exploración similar a la profundidad alcanzada por el
pilote R3 el cual fue de 17.4 metros de profundidad. (Figura 3)
PU PU(ensayo)Azul de
MetilenoGS
Columna
resonante
LL LP IP Clasificacion g/cm3 g/cm3 % ret % pasa mg/g %arena %limos % arcillas Cc Cs Preconsolidacion Kg/cm2 c (Kpa) Ø (º)
1.0 - 2.0 m 1,5 37 1,646
2.0 - 3.0 m 2,5 29 1,703
3.0 - 4.0 m 3,5 49 1,645
3.0 - 4.0 m 3,5 48 1,648
4.0 - 5.0 m 4,5 59 1,607
4.0 - 5.0 m 4,5 51 1,656
6.0 - 6.6 m 6,3 42 48 36 12 ML 1,756 1,77 8,32 91,680 23,300 33,080 61,920 5,000 2,69 0,412 0,04 2 0 26,56
6.0 - 6.6 m 6,3
7.0 - 7.6 m 7,3
7.0 - 7.6 m 7,3 37 44 30 14 ML 1,845 1,908 21,670 78,330 X
8.0 - 8.6 m 8,3
8.0 - 8.6 m 8,3
9.0 - 9.6 m 9,3 36 46 31 15 ML 1,781 1,849 2,77 X
9.0 - 9.6 m 9,3
10.0 - 10.30 m 10,15 45
10.0 - 10.30 m 10,15 1,77 28,300 19,000 73,000 8,000 2,67 0,462 0,007 2,7
10.0 - 10.30 m 10,15 25 35 25 10 ML 1,923 46,51 53,490
11.0 - 12 m 11,5
11.0 - 12 m 11,5
11.0 - 12 m 11,5 32 40 33 7 ML 1,813 1,88 53,89 46,110 25,000 35,800 56,200 8,000 2,68 0,274 0,018 1,6
ProfundidadProfundidad
media (m)
LIMITES Pasa T 200
ENSAYOS REALIZADOS
TRIAXIAL CUHidrometriaHUMEDAD
CONSOLIDACION
9
Figura 3. Perfil estratigráfico
A continuación se observaran algunas figuras representativas de los ensayos realizados en
las exploraciones y el caisson exploratorio:
Figura 4. Ensayo de hidrometría
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Figura 5. Ensayo de compresión Triaxial CU
Todos los ensayos anteriormente mencionados los realizo el laboratorio de la universidad
de los andes con una orden de trabajo y recursos propios del docente a cargo de la
investigación, debido a la complejidad y gran número de ensayos era necesario realizar
dichos ensayos por manos expertas. Estuvieron a cargo del laboratorio acreditado 106, el
análisis de la información de ensayos de parámetros mecánicos fueron realizados por el
ingeniero Cristian Mendoza de los sondeos S3 y S5, el análisis de los ensayos del Caisson
exploratorio fueron realizados por el Ingeniero Edgar Padilla
Para los ensayos triaxiales realizados al material proveniente del caisson exploratorio,
para el caso de la figura 5 es la muestra a una profundidad de 5-6 metros, dando un
ángulo de fricción de 26 y una cohesión muy baja casi cero, para los otros triaxial a una
profundidad de 15 y 16 metros los ángulos de fricción fueron 24 y 25 grados con
cohesión 45 y 40 Kpa respectivamente, sin embargo es importante recordar que la
información suministrada de los sondeos S3 y S5 tienen ángulos de fricción reportados de
30, 34 y 32 grados respectivamente y en orden de profundidad, con una cohesión del
triaxial de 16 metros de 40 Kp, si realizamos un promedio de estos ángulos estaríamos
hablando de 28 grados para el suelo encontrado en el Space.
El registro de todos los ensayos realizados se podrá revisar en anexos del respectivo
documento, por la cantidad de ensayos no se visualizan todos en este capítulo además
observaran la tabla resumen de los mismos.
0
50
100
150
200
250ΔU [kPa]
ε[-]
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
q [kPa]
ε[-]0
50
100
150
200
250
300
350
400
0,000 100,000 200,000 300,000 400,000
q [Kpa]
p' [Kpa]
0
50
100
150
200
250
300
350
400
τ [kPa]
σ' [kPa]
11
5. Fase experimental
En esta fase experimental se encuentra dividida en tres etapas. La primera etapa
contempla los trabajos realizados para la conformación del suelo, debido a la
imposibilidad de contar con muestra inalterada del sitio de estudio, sin embargo cabe
resaltar que de contar con muestra inalterada en la mayoría de los casos de modelación en
centrifuga se remoldea dicha muestra para sacar contaminantes como raíces, sobre
tamaños superiores a las estructura del suelo, entre otras, las cuales provocan
incertidumbre en los modelos estudiados debido a que estos contaminantes quedan fuera
de escala, por esta razón se realiza una serie de ensayos a materiales como Caolín y
Arena de Rio lavada sobre tamiz 100 para determinar las cantidades adecuadas y
conformar el suelo utilizado en la investigación. En una segunda etapa se realiza la
construcción del modelo y verificación de la instrumentación instalada en el mismo para
la adquisición de los datos de interés del trabajo y en la tercera etapa se realiza el vuelo
en centrifuga el cual contempla la prueba de carga sobre cada pilote y el registro continuo
de la instrumentación usada en el modelo.
En la tercera etapa se contemplan 4 vuelos debido a que se realiza un vuelo por cada
pilote del modelo, sin embargo el pilote R3 el cual sería cargado en el cuarto vuelo sufre
asentamiento excesivo debido a la precarga inicial de la celda y soporte del LVTD
durante el primer vuelo.
5.1 Elaboración del suelo
Para la fase de elaboración del suelo fue necesario realizar un comparativo de varios
ensayos de hidrometría realizados a diferentes materiales para revisar el componente fino
del suelo el cual gobierna en mayor porcentaje el comportamiento del suelo contemplado
según la caracterización realizada de los ensayos de laboratorio al material recuperado del
caisson exploratorio junto al pilote R3, en términos generales el suelo de la ciudad de
Medellín es un suelo residual limo arcilloso de baja plasticidad y en algunos estratos un
contenido importante de arena.
En primera instancia se realizó ensayos de hidrometría en los cuales se observa que el
comportamiento de las muestras de campo no es muy diferente al comportamiento del
caolín utilizado en la tesis del Ingeniero Edgar Rincón, se utiliza un caolín similar y la
diferencia con respecto al caolín de Edgar no es notoria, se observa un contenido de
aproximadamente un 55% de limos y un 45 % de arcillas según clasificación por tamaños
en los dos caolines analizados, este comportamiento nos permite realizar pruebas con
diferentes dosificaciones, se observa que se realizan dos mezclas de 80% caolín y 20 %
finos de la arena de rio y 70% caolín y 30 % finos de la arena de rio para las cuales estas
mezclas están en el promedio de las muestras del sitio lo cual se puede observar en el
comportamiento según identificación de campo 7353 a 6 metros, 7362 a 10 metros, 7366
a 11 metros y 7417 a 15 metros de profundidad.
12
Figura 6. Hidrometrías a distintos materiales
Sin embargo esta mezcla presenta problemas cuando se desea caracterizar y no es posible
realizar los límites de atterberg, cambiando una mezcla de baja plasticidad a un material
sin plasticidad por esta razón y bajo la consideración que el caolín es un material plastico
con límites de atterberg similares a los presentados en la muestra y cuyo análisis
granulométrico no difiere de las muestras de sitio ensayadas en el laboratorio se
determina utilizar una mezcla con material arena de rio lavada sobre tamiz 100 para no
modificar el contenido fino de dicha mezcla, en otras palabras el contenido fino de
nuestra mezcla será el caolín caracterizado en el laboratorio, esto con el fin de desplazar
hacia la parte gruesa la curva granulométrica completa de la mezcla.
En la siguiente grafica se observa el cambio de la curva granulométrica cuando se realiza
el lavado sobre el tamiz 100, la curva granulométrica azul pertenece a la arena de rio
proveniente de cantera y la curva roja es la arena de rio lavada sobre tamiz 100, en ambos
casos hablamos de la misma arena y la misma cantera la diferencia está en el
procedimiento de lavado realizado-
13
Figura 7. Curva Granulométrica de la arena de rio
Las características del caolín utilizadas son LL de 42%, LP de 25% y un IP de 17%, Gs
de 2.642 y Wn de 2.25%, la mezcla utilizada se realiza a 1.5 veces el limite líquido, las
dosificaciones usadas para realizar los ensayos pertinentes y realizar el modelo fueron:
90% de caolín y 10% de arena de rio lavada sobre tamiz 100
5.1.1 Equipos Disponibles
La universidad de los andes cuenta con una gran cantidad de equipos para la
caracterización física y mecánica del material proveniente del proyecto como de la
mezcla realiza en el laboratorio.
Equipo de Consolidación unidimensional, equipo triaxial, equipos de caracterización
Cazuela de Casagrande, picnómetros probetas para hidrometrías, tamices entre otros
equipos utilizados en la investigación, el laboratorio 106b y el ML038 cuentan con
máquinas multiensayos y hornos para la determinación de propiedades físicas y
mecánicas de los materiales, la centrifuga anteriormente mencionada está debidamente
equipada en el laboratorio de modelos geotécnicos.
14
A continuación se observaran algunos de los equipos utilizados en la investigación:
Figura 8. Centrifuga geotécnica
Equipo utilizado para la realización del vuelo, equipo llevado a 75g para aumentar las
fuerzas inerciales del modelo o prototipo.
Figura 9. Consolidomètro Unidimensional
Equipo utilizado para realizar consolidación unidimensional de la mezcla de suelo
utilizado en el Proyecto, necesario para determinar los esfuerzos de pre consolidación y
llevar el modelo al historial de esfuerzos encontrado en el sitio del proyecto
15
Figura 10. Consolidometro Modelo
Equipo utilizado para realizar el estrato a diferentes esfuerzos de pre-consolidación como
en el perfil real del sitio del Proyecto.
5.1.2 Ensayos Realizados
Para la mezcla de laboratorio de 90% caolín y 10% arena de rio lavada sobre tamiz 100
se realizaron los siguientes ensayos de laboratorio:
Ensayo de consolidación Unidimensional
Ensayo de compresión Triaxial Norma
Figura 11. Consolidación Material de Laboratorio
16
Podemos observar la curva de relación de vacíos vs esfuerzo para la cual se evidencia un
material normalmente consolidado, teniendo un valor de esfuerzo de pre-consolidación
cercano al 0.22 kg/cm2, recordando de dicha muestra fue obtenida consolidando el
material a un esfuerzo de 0.30 kg/cm2 para obtener un suelo lo menos alterado posible y
sin sobre consolidación.
Figura 12. Ensayo de compresión Triaxial
Se pueden observar las trayectorias de esfuerzos y los parámetros obtenidos de la mezcla
de material para la cual se obtuvieron una cohesión de 52 kpa y un Angulo de fricción de
23º, estos parámetros son en trayectorias de esfuerzos efectivos, para el cálculo de los
parámetros se decidió realizar 3 regresiones lineales jugando con diferentes envolventes
debido a las tendencias calculados, el Angulo de fricción es un promedio de las tres
pendientes encontradas y la cohesión reportada es el valor más bajo de las tres
envolventes.
p`
125,963214
193
0
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 100 200 300 400
q (Kpa)
p (Kpa)
100 Kpa
200 Kpa
300 Kpa
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 100 200 300 400
q (Kpa)
p` (Kpa)
100 Kpa
200 Kpa
300 Kpa
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
q (Kpa)
ε
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
Δu
ε
y = 0,3219x + 73,489R² = 0,8558
y = 0,3389x + 63,282R² = 1
y = 0,6386x + 25,539R² = 1
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 50 100 150 200 250 300 350
q (
Kp
a)
p` (Kpa)
Trayectoria Esfuerzos efectivos
17
5.1.3 Diseño Pilotes y accesorios
Para la etapa de diseño de pilotes fue importante calcular el área equivalente en material
de aluminio después de haber afectado las dimensiones por la escala a trabajar 1:75
Tabla 2. Dimensiones de pilotes y patas
Exploración Caisson
Identificación Longitud Ø Fuste Ø Pie Longitud Fuste Longitud H Longitud Pie
m m m m m m
R3 17,4 1,2 1,2 17,4 0 0
R3 17,4 1,2 3 15,4 2 0
R5 23,2 1,2 2,4 21,7 1,5 0
S3 28,1 1,2 3,1 26 2,1 0
S5 25,7 1,2 2,5 24 1,7 0
Para el diámetro
𝑑𝑚 = (1.2
75) = 0.016𝑚
Donde dm es el diámetro en el modelo en concreto
Del mismo modo se escalaron las dimensiones de longitudes de fuste y sobre anchos o
patas de elefante para los pilotes según los planos estructurales de tal forma que las
dimensiones quedaron de la siguiente forma:
Tabla 3. Dimensiones del modelo
Modelo a escala 1:75
Exploración Caisson
Identificación Longitud T Ø Fuste Ø Pie Longitud Fuste Longitud H L total Pie
cm cm cm cm cm cm
R3 23,20 1,60 1,60 23,20 0,00 0,00
R3 23,20 1,60 4,00 22,00 1,20 1,20
R5 30,93 1,60 3,20 30,13 0,80 0,80
S3 37,47 1,60 4,13 36,20 1,27 1,27
S5 34,27 1,60 3,33 33,40 0,87 0,87
Cabe aclarar que aparece dos veces el pilote R3 debido a que este pilote debía tener una
base ensanchada de 3 metros de diámetro pero por los problemas constructivos no se
alcanzó la profundidad ni se realizó la base ensanchada.
18
Para realizar la equivalencia entre el concreto y el aluminio se utiliza la ley de hoek
debido a que los modelos en centrifuga tienen una relación de 1 en las deformaciones, se
realizó el siguiente cálculo para determinar el área de aluminio necesaria:
𝜀𝑐 = 𝜀𝐴𝐿
Donde εc deformación unitaria del concreto y εa deformación unitaria del Aluminio
𝜎𝑐
𝐸𝑐=
𝜎𝐴𝐿
𝐸𝐴𝐿
Despejando se obtiene:
𝐹
𝐴𝑐 × 𝐸𝑐=
𝐹
𝐴𝐴𝐿 × 𝐸𝐴𝐿
𝐴𝑐 × 𝐸𝑐 = 𝐴𝐴𝐿 × 𝐸𝐴𝐿
𝐴𝐴𝐿 = 𝐴𝑐 ×𝐸𝑐
𝐸𝐴𝐿
𝐴𝐴𝐿 = 50.61 𝑚𝑚2
Donde Área del concreto; Ac =201.06 mm2, Modulo de Elasticidad del concreto
Ec=17872 para un f`c de 21 Mpa y EAL = 71000 Mpa
Para lo cual el diámetro externo del pilote en aluminio debe ser de 1.6cm y el diámetro
interno deberá ser de 1.384 cm, para lo cual se debe realizar un tubo en aluminio con una
pared de 1.08mm.
Figura 13 Patas de los Pilotes
R3
S3
R5
S5
19
En la figura 13 podemos observar el trabajo realizado para la pata de elefante que según
planos estructurales deberian tener los pilotes R3, R5, S3 y S5, para este caso se aclara
que el modelo realizado presenta las dimensiones como quedo finalmente en obra, a la
profundidad reportada por las bitacoras y el pilote R3 sin la base ensanchada, por esta
razon se debera continuar con la investigacion y realizar un modelo similar contando con
la base ensanchada en el pilote R3.
Figura 14. Ranura para piedra porosa
En la figura 14 se observa en el circulo rojo el orificio para saturar dicha cavidad y poder
realizar la lectura de presiones de poros , del mismo modo se observa la piedra poroso
instalada en la ranura adecuada para el agua, se aclara que son dos orificios en cada pata.
Figura 15.Fabricacion Pilotes
20
Para la fabricación del pilote y cumplir con el área requerida, fue necesario comprar barra
maciza de aluminio de ¾ de pulgada llevarla al torno y realizar por el centro de la barra la
perforación con una broca de acero 17/32 (13.5mm) de pulgada para luego obtener el
diámetro exterior de 16mm.
Figura 16. Pata, fuste y rosca para celda
Para el acople con la celda de carga utilizada se debió realizar una rosca especial como se
observa en la figura 16 para tener conexión de la celda con el actuador de carga a utilizar.
5.2 Construcción del modelo
El proyecto de investigación general contempla 4 modelos a realizar, el primer modelo
contempla los 4 pilotes, pilote R3 sin sobre ancho en la pata, segundo modelo los 4
pilotes, pilote R3 con sobre ancho y los modelos 3 y 4 simulando la construcción del
edificio con sus 23 losas de entrepiso debidamente escaladas, para este trabajo de grado
se realiza únicamente la construcción del primer modelo el cual es objeto de la
investigación, los demás modelos deberán realizarse en otras investigaciones y pueden
ocurrir modificaciones a medida que avanza la investigación, siempre que en este
documento se haga referencia a modelo se estará hablando del primer modelo
anteriormente mencionado.
En la construcción del modelo es de gran importancia el control de la consolidación
realizada para representar el perfil estratigráfico del sitio con su historial de esfuerzos,
para la consolidación se siguió la metodología convencional de Taylor (raíz del tiempo) y
se realizó el seguimiento mediante un dispositivo electrónico (cámara web) el cual
21
permitió tomar datos en distintos deltas de tiempo para determinar la finalización de la
consolidación primaria en cada capa realizada.
Antes de la construcción se revisó la estanqueidad del modelo para evitar fugas y perdida
del nivel freático durante el vuelo en centrifuga, también se revisó la instrumentación
utilizada en el modelo y se realizaron las calibraciones necesarias a continuación se
describirán más detalladamente las actividades realizadas para llevar a cabo la
construcción del modelo.
5.2.1 Verificación y alistamiento del molde
Para la realización del modelo fue necesario revisar el molde circular a utilizar, donde se
verifico los racores de salida de agua, sellaron orificios existentes de otros trabajos
realizados permitiendo probar la estanqueidad del molde y tomando medidas para realizar
orificios de salida de las mangueras que se instalarían en las patas de los pilotes para el
registro de presiones de poros de los 4 pilotes.
Figura 17. Prueba de estanqueidad
En la figura 17 observamos la prueba realizada con agua para localizar salidas de agua,
racores dañados o flojos y la revisión de la tapa inferior del molde.
22
Figura 18. Salida de agua
En la figura 18 se observa los problemas encontrados a la prueba de estanqueidad, la cual
permitió identificar un racor de salida de agua suelto y orificios mal sellados, estos
inconvenientes se solucionaron y en una posterior prueba no se evidenciaron fugas, por lo
cual el molde a utilizar cumplía con las condiciones para el inicio de la construcción del
modelo.
5.2.2 Instrumentación pilotes
Para la fase de instrumentación de pilotes fue necesario definir la posición de cada sensor
en la longitud del pilote a continuación se presenta un esquema para un pilote debido a
que se cumple el mismo para el restante de los pilotes, se instalaron 6 strain gages en
cada pilote 3 en cada cara y todos distribuidos en distancias equidistantes, de esta forma
se realizó para los pilotes R3, R5, S3 y S5, su ubicación estará en función de la longitud
total del pilote sin tener en cuenta la longitud de la pata de cada pilote.
En la figura 19 se observa la ubicación empleada en el pilote R3, los números 1-4 hacen
referencia a dos strain gages instalados a la misma altura y donde en el pilote R3 tiene
una longitud de 23.2cm por lo cual quedaron instalados a 5.8 cm con respecto a la pata
del pilote, los sensores 2-5 quedaron a 11.6 cm y los sensores 3-6 quedaron a 17.4 cm
estos son los sensores más cercanos a la celda de carga instalada en la parte superior, de
la misma manera se realizó con los pilotes S3, S5 y R5 respectivamente.
23
Figura 19 Ubicación Strain Gages
Es importante resaltar que los pilotes utilizados en el modelo deberán contar con seis
strain gages instalados en su longitud para el registro de deformaciones a diferentes
profundidades que sufra el pilote como anteriormente se mencionó, es importante antes
de iniciar cualquier ensayo verificar que estén registrando los valores de resistencia
asociados al sensor, adicional se recomienda tener especial cuidado en la instalación ya
que la pieza que acopla el pilote y la celda de carga es un accesorio de roscar y puede
llegar a trozar los cables y perder el sensor, en esta investigación posiblemente en la etapa
de consolidación o ensamble de las celdas se perdieron dos sensores ubicados en la parte
superior del pilote carca a la celda de carga de los pilotes R3 y R5, los pilotes S3 y S5
durante todos los vuelos realizados siempre mostraron registrar datos, sin embargo el que
un sensor este registrando no garantiza que esté funcionando perfectamente y que este
describiendo el comportamiento esperado, por esta razón los análisis que se realicen
sobre los registro deben ser sobre tendencia definidas y en la mayoría de los casos sobre
tendencias conocidas,
24
Figura 20. Perforación pilotes
Para la instalación de los strain gages fue necesario perforar el pilote a la altura
anteriormente definida donde se instalarían los strain gages para sacar los cables de los
sensores, el orificio se realizó con una broca de 2 mm de diámetro.
Figura 21Instalacion Strain Gages
25
En la figura 21 observamos la instalación y la forma como deben quedar los strain gages,
de la misma manera se realizó el procedimiento en los puntos ubicados para instalar cada
sensor en los diferentes pilotes.
Figura 22. Protección sensores
Para todos los pilotes que se instalaron strain gage se deberá usar una cinta color gris que
recubre la totalidad del pilote para proteger los sensores instalados.
Figura 23. Calibración Strain gages y celdas de carga
Luego de la instalación se procede a la calibración de los pilotes y celdas de carga como
se observa en la figura 23, se utiliza un marco diseñado por el ingeniero Edgar Rincón
para la calibración realizada, en la realización de este procedimiento se evidencia la
26
perdida de dos sensores en los pilotes R5 y R3 los cuales estaban ubicados cerca a la
celda de carga.
Figura 24Instalacion tubos para sensores de presion de poros
Para la instalacion de los tubos flexibles de presion de poros fue necesario instalarlos y
esperar el secado de la silicona en la pata del pilote como se observa en la figura, se debe
recordar que para esta etapa la piedra porosa en la parte inferior de la base ensanchada de
los pilotes estaba instalada previamente.
Figura 25. Sellado orificio de presión de poros
27
Finalmente al ser intalados a la profundidad establecida debia sellarse la salida del
contenedor circular como observamos en la figura 25, tambien se debe tener un tiempo de
secado no inferior de 3 horas para continuar con la aplicación de la siguiente capa.
5.2.3 Consolidación del modelo
Para la construcción del modelo era importante seguir las indicaciones establecidas y
realizar la consolidación en las 7 capas establecidas que se observan en la tabla No 4 a
continuación se describen resumidamente las actividades realizadas para la construcción
del modelo.
En la tabla No 4 podemos observar las capas en las cuales fue consolidado el modelo, con
una totalidad de 7 capas debido a que la longitud de todos los pilotes era distinta se debía
llegar a la profundidad de cimentación de cada pilote para realizar la instalación del pilote
a la profundidad establecida, la construcción del modelo se realiza del fondo del molde
hacia la superficie por esta razón la última fila hace referencia a la capa numero 1 la cual
se consolido a un esfuerzo de pre consolidación de 3 Kg/cm2.
Tabla 4. Espesor de capas a consolidar
Capa No Profundidad
(m) Profundidad (cm) Esc 1:75
Esfuerzo de pre-consolidación σp`
(kg/cm2)
7 0 0,00 2
6 6 8,00 2,7
5 11 14,67 1,6
4 17,4 23,20 3
3 23,2 30,93 6
2 25,7 34,27 3
1 30
40
3
Como podemos observar la gráfica 27 muestra los diferentes escalones de carga
realizados a la capa No 1 para consolidar al esfuerzo de 3.0 Kg/cm2, para el cual fue
necesario realizar un total de 5 escalones sin contar que como procedimiento siempre se
dejaba al menos de 6 a 8 horas la tapa antes de realizar cualquier escalón de carga, esta
28
tapa tiene un peso aproximado de 14 kg pero era necesario realizar dicho procedimiento
ya que nuestra mezcla de suelo estaba fluida.
Figura 26. Mezcla de suelo
También podemos observar que para cada escalón de carga observamos un
comportamiento cercano a √8 donde en la mayoría de los casos observamos el mayor
asentamiento de cada incremento, la metodología utilizada es la del método de raíz de
tiempo (Taylor) el cual rápidamente permitía conocer que estábamos en un 90% de la
consolidación primaria en cada incremento.
Figura 27. Consolidación Capa No 1
29
Figura 28. Equipo de consolidación
En la figura 28 podemos observar el equipo utilizado para llevar a cabo la consolidación
del modelo utilizado en la investigación, adicional se observa en el círculo rojo la
lámpara utilizada y la cámara web para el control de la consolidación durante la noche
cuando no se podía realizar ingreso al laboratorio, junto con la aplicación para celular RD
client se podía acceder por control remoto para realizar el seguimiento de los
incrementos de carga en cada capa consolidada.
5.2.4 Calibración y verificación de instrumentación
Para la realización del vuelo en centrifuga a 75g se debe verificar la instrumentación y
calibrar los sensores de desplazamiento utilizados, este procedimiento es sencillo y se
revisara a continuación:
30
Figura 29. Calibración LVTD
En la figura 29 podemos observar el procedimiento realizado para calibrar los LVTDs
usados en el modelo, consistía en piezas de acrílico donde se conocía su espesor
previamente y se compara con el registro enviado al computador.
Figura 30. Calibración Presión de poros
El procedimiento realizado para la calibración de los sensores de presión de poros fue
similar a los realizados para los demás sensores, consistió en instalar un manómetro para
hacer incrementos de presión controlado desde el programa y revisar el comportamiento
del sensor, en todas las calibraciones de tomaron de 3 a 4 puntos de registros obteniendo
31
sus respectivas pendientes las cuales eran parte importante de la programación en el
programa para registrar los valores verdaderos e iniciar el vuelo.
5.3 Vuelo en centrifuga
Luego de el alistamiento de la instrumentación se realizaron algunas actividades de
último momento para poder realizar el vuelo, las cuales contemplaron recortar la tapa
diseñada para sostener el actuador ya que por la altura del modelo no podía iniciarse el
vuelo por cercanías a las conexiones y brazo de la centrifuga, por esta razón antes de
revisar la información obtenida del vuelo revisaremos el momento antes de realizarlo.
Figura 31. Tapa soporte Actuador
Para el vuelo es importante registrar el peso del modelo junto con el contenedor el cual
fue de 174.2 kg, 75 gravedades y a una frecuencia de 30.3 HZ para desarrollar las 75g,
ese fue el peso del contrapeso utilizado el cual tiene contemplado el peso de 38 kg del
sistema de agua para mantener el nivel freático durante el vuelo, se observa en la figura
31 el recorte realizado a la tapa soporte del actuador debido a la alta posibilidad de
choque como se observa en el círculo rojo, al lado izquierdo la tapa inicial circular y al
lado derecho la tapa final utilizada, se realizaron 3 vuelos exitosos y 1 vuelo fallido.
32
Figura 32. Vuelo Centrifuga
Para el primer vuelo por procedimiento del laboratorio siempre se realiza un vuelo a 5 g
para verificar funcionamiento de los sensores, cables ajustados y debidamente amarrados,
es importante ubicar bien los cables de los sensores y utilizar amarra cables para asegurar
las conexiones y no tener ningún tipo de desconexión, adicional todas las conexiones se
realizaron con conectores circulares metálicos de 6 pines y 5 pines los cuales tienen un
roscado seguro que evita problemas durante el vuelo.
Figura 33. Adquisición de Datos
33
En la figura 33 podemos observar el registro visualizado durante el primer vuelo
realizado el cual tenía asociado la carga del pilote S3, la primera grafica en la figura es la
evidencia de los escalones de carga realizados , las siguientes figuras son el registro del
desplazamiento del pilote S3 y del suelo respectivamente.
Figura 34.Vuelo No 4
De la misma forma se realizaron los siguientes dos vuelos restantes sin mayores
inconvenientes, los vuelos asociados a los pilotes S5 y R5, sin embargo se recuerda que
durante el primer vuelo el pilote R3 que no presentaba base ensanchada y el cual estaba
sobre un estrato de resistencia media se hundió con el peso del soporte del LVTD y la
celda de carga, esto ocurrió en la etapa de estabilización alrededor de 3 minutos mientras
la centrifuga llegaba a las 75g, por esta razón se retiró la capa numero 7 como se observa
en la figura 34 para reproducir el vuelo No 4 obteniendo el mismo resultado, en la etapa
de estabilización sufrió hundimiento excesivo y se perdió el sensor en menos de 3
minutos, del modo que se dio por finalizado el vuelo.
En el capítulo 6 se revisaran los registros obtenidos y tendencias de los strain gages
instalados de cada vuelo incluyendo los valores registrados para el pilote R3 los cuales
serán los ocurridos en el vuelo No 1.
34
6 Resultados y Análisis
En este capítulo revisaremos los resultados obtenidos de los 3 vuelos realizados con
éxitos y analizaremos los datos registrados para dar cumplimiento a los objetivos de la
investigación, a continuación se relacionan por orden de vuelo.
6.1 Vuelo No 1 Pilote S3
Para el vuelo No 1 se realizaron los incrementos de carga cada 7 minutos, se determinó
previamente realizar incremento de 40 kg hasta llegar a una carga de 400 kg lo cual
equivale a 2250 toneladas en escala real, por lo tanto es el doble de la carga muerta del
edificio Space sexta etapa, en la etapa de estabilización de las 75g todos los pilotes del
modelo quedaron con una precarga de 70 kg aproximadamente por el soporte del LVTD
y la celda de carga, para el pilote que tenía el actuador quedo con una precarga mucho
mayor de 140 kg sin embargo los vuelos se realizaron con dicha precarga.
35
Figura 35. Escalones de carga Vs Asentamiento Pilote S3
En la figura 35 podemos observar los incrementos de carga realizados al pilote S3 junto
con el asentamiento registrado el vuelo tardo aproximadamente 45 minutos y no se llegó
al final de los incrementos debido a la perdida de registro del LVTD por llegar al límite,
se observa en el círculo rojo el cambio de comportamiento cuando se estaba en el
incremento para llegar a una carga de 360kg.
Figura 36. Escalones de carga Vs Presión de poros Pilote S3
En la gráfica 36 observamos una gráfica similar pero con la presión de poros registrada
por el sensor 1, sin embargo en el círculo rojo se observa claramente el cambio de
tendencia asociado algún problema durante el vuelo, finalmente se confirmó la
desconexión del sensor durante el mismo, provocando perdida de agua en el sistema
empleado para mantener el nivel freático.
36
Figura 37. Registro Strain Gages Pilote S3
En la figura 37 observamos los registros obtenidos de los strain gages instalados en el
pilote S3, la tendencia azul son los más cercanos a la pata del pilote y la tendencia verde
son los más lejanos a la pata ensanchada, observamos la inclinación de la tendencia verde
y azul a los valores negativos de la gráfica lo cual podría pensarse que está sufriendo
compresión mientras la tendencia roja que está en la mitad de la longitud del pilote sufre
tensión, cabe resaltar que las tendencias obtenidas no son totalmente claras y el análisis
realizado puede ser subjetivo, se deberán revisar y analizar más a fondo todas las
variables y el funcionamiento de este tipo de sensores ya que no son claras las tendencias
y dificultan el análisis de los fenómenos analizados.
Los registros obtenidos en el vuelo número 1 y el vuelo numero 2 los cuales
corresponden a los pilotes S3 y S5 son los más claro que se obtuvieron de la
investigación pero como se menciona anteriormente su análisis es complejo por no estar
bien definidas las tendencias de los incrementos de carga realizados, sin embargo los
datos quedan abiertos para cualquier investigador que desee revisar o analizar estas
tendencias.
37
Figura 38. Curva Carga-Asentamiento Pilote S3
En la gráfica 38 observamos la curva principal de la investigación Carga-Asentamiento
del pilote S3 para el cual se obtiene una carga última de 157kg y un asentamiento
asociado de 0.3 mm por el método bilineal utilizado, estos resultados serán utilizados
para los comparativos a realizar.
6.2 Vuelo No 2 Pilote S5
Para el segundo vuelo se realizó el procedimiento de la misma manera, se realizaron
escalones de carga de 40 kg a continuación se observaran los datos registrados y el
comportamiento del pilote S5 identificado como pilote 2.
38
Figura 39. Escalones de carga Vs Asentamiento Pilote S5
En la figura 39 podemos observar los incrementos de carga realizados al pilote S5 junto
con el asentamiento registrado a través del tiempo, el vuelo tardo aproximadamente 38
minutos y no se llegó al final de los incrementos debido a la perdida de registro del
LVTD por llegar al límite, se observa en el círculo rojo el cambio de comportamiento
cuando se estaba en el incremento para llegar a una carga de 320kg.
39
Figura 40. Escalones de carga Vs Presión de poros Pilote S5
En la gráfica 40 observamos una gráfica similar pero con la presión de poros registrada
por el sensor 2, sin embargo este fue el único registro que se logró aunque no se
identifican algún comportamiento cuando se realiza el escalón de carga, se deberá entrar
a revisar el funcionamiento de dichos sensores y la calidad de la instalación debido a que
es importante comentar que durante la instalación de los mismos los únicos pilotes que
evidenciaron continuidad de agua en el sistema fueron los Pilotes S3 y S5 (Pilotes 1 y 2),
los dos pilotes restantes no se logró instalar los sensores por taponamiento.
Será importante revisar en las próximas investigaciones la forma de calibrar y garantizar
las mediciones de presión de poros de todos los pilotes que contemplan la investigación.
40
Figura 41. Registro Strain Gages Pilote S5
En la figura 41 observamos los registros obtenidos de los strain gages instalados en el
pilote S5, la tendencia azul son los más cercanos a la pata del pilote y la tendencia verde
son los más lejanos a la pata ensanchada, observamos la inclinación de la tendencia
verde, roja y azul a los valores negativos de la gráfica lo cual pensaríamos que está
sufriendo compresión, cabe resaltar que las tendencias obtenidas no son totalmente claras
y el análisis realizado puede ser subjetivo, se deberán revisar y analizar más a fondo todas
las variables y el funcionamiento de este tipo de sensores ya que no son claras las
tendencias y dificultan el análisis de los fenómenos analizados, de la misma manera tanto
el pilote S3 como el pilote S5 contaban con todas sus parejas de strain gages registrando
por lo cual se esperaba que fuera más fácil su análisis y comprensión.
41
Figura 42. Curva Carga-Asentamiento Pilote S5
En la gráfica 42 observamos la curva principal de la investigación Carga-Asentamiento
del pilote S5 para el cual se obtiene una carga última de 152 kg y un asentamiento
asociado de 1 mm por el método bilineal utilizado, estos resultados serán utilizados para
los comparativos a realizar.
6.3 Vuelo No 3 Pilote R5
Para el vuelo No 3, en la prueba de carga se esperaba que fuera el pilote con menor
asentamiento para evitar la pérdida del LVTD y poder completar los escalones de carga
propuestos, esto debido a que el pilote R5 (pilote 3) se encontraba apoyado en el estrado
rígido presentado en el perfil estratigráfico utilizado para el modelo, sin embargo en los
datos registrados no ocurrió de esa forma a continuación se observan los registros del
vuelo No 3
42
Figura 43. Escalones de carga Vs Asentamiento Pilote R5
En la figura 43 podemos observar los incrementos de carga realizados al pilote R5 junto
con el asentamiento registrado a través del tiempo, el vuelo tardo aproximadamente 30
minutos y no se llegó al final de los incrementos debido a la perdida de registro del
LVTD por llegar al límite, se observa en el círculo rojo el cambio de comportamiento
cuando se estaba en el incremento para llegar a una carga de 240 kg.
43
Figura 44. Registro Strain Gages Pilote R5
En la figura 44 observamos los registros obtenidos de los strain gages instalados en el
pilote R5, la tendencia azul son los más cercanos a la pata del pilote y la tendencia verde
son los más lejanos a la pata ensanchada, observamos la ligera inclinación de la tendencia
verde, roja y azul a los valores negativos de la gráfica lo cual pensaríamos que está
sufriendo compresión, cabe resaltar que las tendencias obtenidas no son totalmente claras
y el análisis realizado puede ser subjetivo, se deberán revisar y analizar más a fondo todas
las variables y el funcionamiento de este tipo de sensores ya que no son claras las
tendencias y dificultan el análisis de los fenómenos analizados, se menciona que antes de
iniciar el ensayo no se tenía registro del sensor 6 perteneciente a la tendencia verde, se
concluye que no hay tendencia clara para el análisis y se descartan estos registro por
comportamientos no definidos.
44
Figura 45. Curva Carga-Asentamiento Pilote R5
En la gráfica 45 observamos la curva principal de la investigación Carga-Asentamiento
del pilote R5 para el cual se obtiene una carga última de 144kg y un asentamiento
asociado de 0.1 mm por el método bilineal utilizado, estos resultados serán utilizados
para los comparativos a realizar.
6.4 Vuelo No 4 Pilote R3
El vuelo No 4 no fue exitoso debido a que a pesar de que se realizó el retiro de la capa 7 y
se instaló la celda de carga junto con un LVTD de mayor recorrido, en la etapa de
estabilización junto con la carga del actuador se hundía súbitamente, por esta razón la
gráfica fue necesaria obtenerla del registro obtenido del primer vuelo gracias a que en el
primer vuelo todos los pilotes estaban con los sensores de desplazamiento debidamente
instalados a continuación se muestran los registros obtenidos.
45
Figura 46. Curva Carga-Asentamiento Pilote R3
En la gráfica 46 observamos la curva principal de la investigación Carga-Asentamiento
del pilote R3 para el cual se obtiene una carga última de 43kg y un asentamiento asociado
de 0.6 mm por el método bilineal utilizado, estos resultados serán utilizados para los
comparativos a realizar.
Figura 47 Curva Carga-Asentamiento S3, S5, R5 y R3
46
Finalmente en la gráfica 47 se observan los registros que permitieron obtener las gráficas
de carga-asentamiento para determinar las cargas últimas y los asentamientos asociados
de cada pilote.
Es importante recordar las cargas acumuladas por pilote según avaluó de cargas realizado
en el informe geotécnico 05-05-2015 para el análisis de elementos finitos, para el pilote
R3 se tenía una carga acumulada de 922 Toneladas, pilote R5 722 Toneladas, pilote S3
830 Toneladas y pilote S5 736 Toneladas, en el capítulo de conclusiones para la tabla 5,6
y 7 las cargas registradas en el modelo.
Los anexos en este documento son bastantes, en algunos casos solo se muestra el registro
de la orden de trabajo, la caracterización realizada fue muy completa, por esta razón al
director de la investigación tendrá copia digital de dichos anexos.
47
7 Conclusiones
Se concluye que la carga ultima del pilote S3 es de 883 Ton, pilote S5 855 Ton,
pilote R5 810 Ton y R3 242 Ton según el modelo de la investigación.
Según los datos de la tabla 5 podemos concluir que el pilote R5 se encuentra
totalmente en estado de falla según el avaluó de cargas del edificio Space, el
pilote S3 están a punto de alcanzar su carga ultima tiene un valor cercano a 1, los
pilotes R5 y S5 con pilotes cercanos a alcanzar el 90% de la carga ultima.
Las cargas registradas en el informe son cargas del peso propio de la estructura y
de la placa típica asumida en el modelo de elementos finitos, las cargas
registradas por el modelo son las cargas ultimas de los pilotes, esto nos permite
concluir que lo sucedido en el modelo refleja en muy buena medida lo sucedido
en el edificio Space etapa 6, para lo cual podemos decir que si se cumple la
similitud al aplicar nuestro modelo 3 construcción del edificio Space se tendrá la
falla del pilote R3 y los demás pilotes a punto de falla, caso ocurrido en la etapa 6
y lo cual permite decir que el diseño realizado no contemplo factor de seguridad.
Es probable que la similitud del modelo sea muy buena con respecto al edificio
Space etapa 6, sin embargo no se descarta que el suelo utilizado hubiese quedado
muy blando con respecto al real y esta se la razón por la cual los pilotes estén
cerca a su límite de falla con cargas de peso propio de la estructura.
Tabla 5. Cargas por pilotes
Identificación Carga Pilote
Space
Carga ultima
Convertida
Relación Carga Space/ Carga modelo
Ton Ton
R3 922 242 3,81
R5 722 810 0,89
S5 736 855 0,86
S3 830 883 0,94
El pilote R5 es el que mejor presenta una relación P/L (Carga/Longitud), Presenta
5,2 veces mejor resistencia que el pilote R3, la relación realizada se realizó con la
carga de trabajo reportada la cual usa un factor de seguridad de 2.
48
Se concluye que el pilote R3 Presenta una carga última de 43 Kg muy inferior en
comparación a los demás pilotes, se evidencia la importancia de la base
ensanchada.
Tabla 6. Carga Ultima de los pilotes
Los asentamientos diferenciales calculados exceden los límites permitidos por la
NSR-10 en 2 veces y 3 veces respectivamente según tabla de asentamientos
diferenciales permitidos, y según el literal que relacionen.
Tabla 7. Calculo de asentamientos
(b) Edificaciones con muros de carga en concreto o en mampostería (1/500).
(c) Edificaciones con pórticos en concreto, sin acabados susceptibles de dañarse con
asentamientos menores (1/300).
Los asentamientos esperados bajo la carga ultima son similares a los registrados
en la Etapa 6 del edificio space, los asentamientos del modelo son inferiores para
los pilotes R3, R5 y S3, el único que excede sus valores es el pilote S5 con un
asentamiento 1.0mm el cual equivale a un asentamiento real de 75mm cuando se
Identificacion Carga ultima Carga TrabajoRelacion
Carga/ L
Relacion de
resistencia
Carga ultima
ConvertidaCarga Trabajo
Kg Kg Kg/cm (Kg/cm)/(Kg/cm) Toneladas Toneladas
R3 43,00 21,50 0,93 5,2 242 121
R5 144,00 72,00 4,78 1,0 810 405
S5 152,00 76,00 4,55 1,1 855 428
S3 157,00 78,50 4,34 1,1 883 442
IdentificacionAsentamiento
Modelo
Asentamiento
Edificio Space
Asentamiento
del modelo
convertido
Relacion Edificio
Space/ Modelo
Identificacion
Asentamient
o diferencial
Asentamiento
Diferencial
Relacion
Diferencial
Modelo/Norma
Relacion
Diferencial
Modelo/Norma
mm mm mm mm/mm mm/mm
(b)
1/500
( c )
1/300
Excede Norma
(1/500)
Excede Norma
(1/300)
R3 0,60 85 45,00 1,89 R3S3 0,0027 0,002 0,003 1,4 0,8
R5 0,10 15 7,50 2,00 R3R5 0,0051 0,002 0,003 2,5 1,5
S5 1,00 50 75,00 0,67 S3S5 0,0071 0,002 0,003 3,6 2,1
S3 0,30 30 22,50 1,33 S5R5 0,0063 0,002 0,003 3,2 1,9
Norma NSR-10
Calculo de Asentamientos Diferenciales
49
esperaba era de 50 mm ocurrido en el edificio Space etapa 6 por lo tanto tuvo un
aumento aproximado del 33% en el modelo.
El pilote R5 presenta mejor relación Carga / Longitud 4,78 Kg/cm posiblemente
debido a que su estrato de fundación era el estrato rígido en el perfil de suelo
utilizado el cual fue consolidado a 6 Kg/cm2.
No se ve un comportamiento claro en los datos registrados por los strain gages,
deberán revisarse dichas tendencias, los mejores registros son los
correspondientes a los pilotes S3 y S5.
50
8. Recomendaciones
Se recomienda buscar una forma más adecuada para instalar los sensores de
presión de poros.
Se debe utilizar geotextil en la parte lateral del molde para agilizar consolidación.
Se recomienda revisar y mejorar el diseño de la tapa soporte del actuador,
adicional revisar si existe otra forma de cargar para evitar la sobre carga generada
por el actuador al pilote.
Se recomienda reducir el espesor de los soportes de los LVTD para bajar la
precarga aplicada en la estabilización de los vuelos a realizar.
Se recomienda utilizar LVTDs con mayor recorrido para completar todos los
escalones de carga.
Se recomienda revisar otro tipo de celda de carga o celda más pequeñas para bajar
la precarga que se genera con el peso de la misma.
En el proceso de consolidación de los modelos se debe tener la precaución de
centrar muy bien la carga generada y preferiblemente usar accesorios metálicos
que no se debiliten por el agua expulsada durante la consolidación.
Se recomienda utilizar el sistema de cámara web para control de la consolidación
del modelo.
Para la mezcla del suelo es importante homogenizar la muestra después de los 10
minutos en la mezcladora, ya que la arena tiende a quedarse en el fondo del
recipiente.
Para el modelo numero 3 la simulación de la construcción de las 23 losas de
entrepiso se recomienda revisar alturas del modelo, sistema de rotación para
simulación de construcción placa a placa y realizar diseño del sistema y probar a
1g.
51
Lista de referencias
Taylor, R.N.(1995), Geotechnical Centrifuge Technology . Blackie Academic and
Professional.
W. Powrie. D.J. Richards & C Kantartzi. (1994), Centrifuge 94. Balkema Rotterdam.
Caicedo, Bernardo. La centrifuga geotécnica de la Universidad de los andes
Tristancho Ortíz, J. A., Caicedo Hormaza, B., Thorel, L., Delage, P., Estrada Mejía, N.,
Gallipoli, D., & Obregón, N. (2012).Contribuciones para un mejor entendimiento de la
modelación física y numérica de la interacción suelo-atmósfera en centrífuga geotécnica.
Bogotá : Uniandes, 2012.
Garzón Avila, L. X., & Caicedo Hormaza, B. (2010). Modelación en centrífuga de
túneles poco profundos con variación espacial del suelo. Bogotá : Uniandes, 2010.
Castro Buitron, J. C., & Murillo Feo, C. A. (2008). Modelación de suelos expansivos y
colapsables en centrífuga. Bogotá : Uniandes, 2008.
Rincón Pabón, C. L., Rodríguez Rincón, E., Lizcano Peláez, A., & Caicedo Hormaza, B.
(2001). Modelación física en centrífuga, de un muro pantalla sin anclaje en una arcilla
blanda. Bogotá, D.C. : Uniandes, 2001
52
Anexo 1
Capítulo 4 Caracterización del suelo y ensayos de laboratorio
PUPU
(ensay
o)Azu
l de
Metile
noGS
Colum
na
resona
nte
LLLP
IPCla
sificac
iong/c
m3g/c
m3% r
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asamg
/g%a
rena
%limo
s% a
rcillas
Cc
CsPre
consol
idacio
n Kg/c
m2c (K
pa)Ø (
º)
7347
Bolsa
2014-0
8-27
K1-M1
-BL1.0
- 2.0 m
1,537
1,646
7348
Bolsa
2014-0
8-27
K1-M2
-BL2.0
- 3.0 m
2,529
1,703
7349
Bolsa
2014-0
8-28
K1-M3
-BL3.0
- 4.0 m
3,549
1,645
7350
Bolsa
2014-0
8-28
K1-M3
-BL3.0
- 4.0 m
3,548
1,648
7351
Bolsa
2014-0
8-28
K1-M4
-BL4.0
- 5.0 m
4,559
1,607
7352
Bolsa
2014-0
8-30
K1-M4
-BL4.0
- 5.0 m
4,551
1,656
7353
Shelby
2014-0
8-30
K1-M5
-T6.0
- 6.6 m
6,342
4836
12ML
1,756
1,77
8,32
91,680
23,300
33,080
61,920
5,000
2,69
0,412
0,04
20
26,56
7354
Shelby
2014-0
9-01
K1-M5
-T6.0
- 6.6 m
6,3
7355
Shelby
2014-0
9-01
K1-M6
-T7.0
- 7.6 m
7,3
7356
Shelby
2014-0
9-03
K1-M6
-T7.0
- 7.6 m
7,337
4430
14ML
1,845
1,908
21,670
78,330
X
7357
Shelby
2014-0
9-03
K1-M7
-T8.0
- 8.6 m
8,3
7358
Shelby
2014-0
9-03
K1-M7
-T8.0
- 8.6 m
8,3
7359
Shelby
2014-0
9-04
K1-M8
-T9.0
- 9.6 m
9,336
4631
15ML
1,781
1,849
2,77
X
7360
Shelby
2014-0
9-04
K1-M8
-T9.0
- 9.6 m
9,3
7361
Shelby
2014-0
9-09
K1-M9
-T10.
0 - 10.
30 m
10,15
45
7362
Shelby
2014-0
9-09
K1-M9
-T10.
0 - 10.
30 m
10,15
1,77
28,300
19,000
73,000
8,000
2,67
0,462
0,007
2,7
7363
Shelby
2014-0
9-09
K1-M9
-T10.
0 - 10.
30 m
10,15
2535
2510
ML1,9
2346,
5153,
490
7364
Shelby
2014-0
9-12
K1-M1
0-T11.
0 - 12
m11,
5
7365
Shelby
2014-0
9-12
K1-M1
0-T11.
0 - 12
m11,
5
7366
Shelby
2014-0
9-12
K1-M1
0-T11.
0 - 12
m11,
532
4033
7ML
1,813
1,88
53,89
46,110
25,000
35,800
56,200
8,000
2,68
0,274
0,018
1,6
Azul de
Metile
no
LLLP
IPCla
sificac
ion% r
et% p
asamg
/g%a
rena
%limo
s% a
rcillas
Cc
CsPre
consol
idacio
n (kg/c
m2)
c (Kpa)
Ø (º)
TUBO-P
VC201
4-09-1
6M-
11K-PV
C14.
0 - 15.
0 m14,
5g/c
m3g/c
m3
TUBO-P
VC201
4-09-1
6M-
11K-PV
C14.
0 - 15.
0 m14,
5
TUBO-P
VC201
4-09-1
6M-
11K-PV
C14.
0 - 15.
0 m14,
5
TUBO-P
VC201
4-09-1
7M-
12K-PV
C15.
0 - 16.
0 m
TUBO-P
VC201
4-09-1
7M-
12K-PV
C15.
0 - 16.
0 m
TUBO-P
VC201
4-09-1
7M-
12K-PV
C15.
0 - 16.
0 m
TUBO-P
VC201
4-09-1
7M-
13K-PV
C16.
0 - 17.
0 mX
XX
TUBO-P
VC201
4-09-1
7M-
13K-PV
C16.
0 - 17.
0 m
TUBO-P
VC201
4-09-1
7M-
13K-PV
C16.
0 - 17.
0 m
TUBO-P
VC201
4-09-1
7M-
13K-PV
C16.
0 - 17.
0 m
ENSAY
OS RE
ALIZAD
OS
TRIAX
IAL CU
23,63
4024,
92
15,5
16,5
Hidrom
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HUME
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CION
47
ENSAY
OS RE
ALIZAD
OS
Colum
na
resona
nte
Consec
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e
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TomaI
dentifi
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Profun
didad
Profun
didad
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Hidrom
etria
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IAL CU
7418
7417
7416
TERCER
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S ENV
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N CUS
TODIA
(2014-
10-14)
LIMITE
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MEDA
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47
LIMITE
S
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200
Pasa T
200
Consec
utivo
Intern
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Tipo d
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Muest
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TomaI
dentifi
cación
Profun
didad
Profun
didad
media
(m)
1,850
1,64
2,57
68,5
2531,
563,
5005,0
00
CONS
OLIDA
CION
PU(en
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0,555
0,003
3,145
TRIAX
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O
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4147
1532
ML1,7
900,3
49
3116
ML
0,023
31,8
114,
7677,
747,5
53
54
55
56
57
58
59
60
Anexo 2
Fase experimental
Capítulo 5 Caracterización de los materiales y mezcla
PROYECTO:
LABORATORIO: FECHA EJECUCIÓN ENSAYO: 23/04/2015
DESCRIPCIÓN:
Número de hojas del presente informe incluyendo anexos: HOJA ___1___ DE __1__
2,25
Observaciones:
Determinación en el laboratorio del contenido de agua (humedad) de muestras de suelo
UNIVERSIDAD LA GRAN COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
ÁREA DE GEOTECNIA
CONTENIDO DE HUMEDAD (I.N.V. E – 122 – 13)
Degradación del módulo cortante (G)
Arcillolita caolinita
PRUEBA No. 1 2 3
PESO REC + MUESTRA HÚMEDA (gr) 310,4
PESO REC + MUESTRA SECA (gr) 305,99
NÚMERO REC 128
PESO REC (gr) 110,4
CONTENIDO DE HUMEDAD % =
CONTENIDO DE HUMEDAD 0,023
% DE HUMEDAD 2,25
61
PROYECTO:
LABORATORIO: FECHA EJECUCIÓN ENSAYO: 23/04/2015
DESCRIPCIÓN:
Número de hojas del presente informe incluyendo anexos: HOJA ___1___ DE __1__
30 26 17 38 35 29 20
30,29 37,44 37,19 32,79 25,37 24,92 21,71
24,77 31,97 31,07 26,98 23,74 23,08 18,66
3 L2 115 9 L16 L41 4
11,22 19,10 17,32 11,77 18,33 18,54 11,60
0,407 0,425 0,445 0,382 0,301 0,405 0,432
40,74 42,50 44,51 38,20 30,13 40,53 43,20
1 2 3 4 5 6
21,04 20,98 20,17 27,14
19,19 19,16 18,45 25,43
8 7 9 L60
11,70 11,68 11,78 18,57
0,247 0,243 0,258 0,249
24,70 24,33 25,79 24,93
LL % = 42,6 LL % = 42
LL % = 42
LP % = 25
IP = 17
Observaciones:
PESO REC + MUESTRA SECA(gr)
UNIVERSIDAD LA GRAN COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
ÁREA DE GEOTECNIA
LÍMITES DE ATTERBERG (I.N.V. E - 125 – 13, I.N.V. E - 126 – 13)
Degradación del módulo cortante (G)
Determinación del límite líquido, plástico e índice de plasticidad de los suelos
Arcillolita caolinita
LÍMITE LÍQUIDO
NÚMERO DE GOLPES
PESO REC + MUESTRA HÚMEDA (gr)
% DE HUMEDAD
NÚMERO REC
PESO REC(gr)
CONTENIDO DE HUMEDAD
% DE HUMEDAD
LÍMITE PLASTICO
PRUEBA No
PESO REC + MUESTRA HÚMEDA (gr)
PESO REC + MUESTRA SECA (gr)
NÚMERO REC
PESO REC (gr)
CONTENIDO DE HUMEDAD
0,395
0,405
0,415
0,425
0,435
0,445
0,455
10 15 20 25 30 35
% d
e h
um
ed
ad
Número de golpes
LIMITES DE CONSISTENCIA
0,290
0,310
0,330
0,350
0,370
0,390
0,410
0,430
0,450
15 20 25 30 35 40
% d
e h
um
ed
ad
Número de golpes
LIMITES DE CONSISTENCIA
62
PROYECTO:
LABORATORIO: FECHA EJECUCIÓN ENSAYO: 22/04/2015
DESCRIPCIÓN:
Número de hojas del presente informe incluyendo anexos: HOJA ___1___ DE __1__
2,642
Observaciones:
Determinación de la grav edad específica de las partículas sólidas de los suelos
UNIVERSIDAD LA GRAN COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
ÁREA DE GEOTECNIA
GRAVEDAD ESPECÍFICA (I.N.V. E – 128 – 13)
Degradación del módulo cortante (G)
Arcillolita caolinita
PRUEBA No. 1 2 3
PESO PICNÓMETRO (gr) 85,02 85,52
PESO RECIPIENTE (gr) 110,96 113,79
PESO RECIPIENTE + SUELO + AGUA (gr) 358,32 358,32
PESO RECIPIENTE + SUELO SECO (gr) 149,12 151,88
PESO SUELO SECO (gr) 38,16 38,09
ms (gr) 38,2 38,1
mpws,t (gr) 334,6 334,3
t 17 17
mpw,t (gr) 358,3 358,0
k (17°c) 1,00057 1,00057
Gs (gr/cm3) =
Gs 2,641 2,640
Gs corregido 2,643 2,641
63
PROYECTO:
LABORATORIO: FECHA EJECUCIÓN ENSAYO:
DESCRIPCIÓN:
Número de hojas del presente informe incluyendo anexos: HOJA ___1___ DE __1__
DEFLOCULANTE 1
14
14,5
-0,5
3
0,25 17 55 56 71 0,0045 0,0758 41 82
0,5 17 53 54 74 0,0045 0,0547 39 78
1 17 52 53 76 0,0045 0,0392 38 76
2 17 49 50 81 0,0045 0,0286 35 70
4 17 46 47 86 0,0045 0,0209 32 64
8 17 44 45 89 0,0045 0,0150 30 60
15 17 41 42 94 0,0045 0,0113 27 54
30 17 39 40 97 0,0045 0,0081 25 50
60 17 38 39 99 0,0045 0,0058 24 48
120 17 36 37 102 0,0045 0,0041 22 44
240 17 35 36 104 0,0045 0,0030 21 42
480 17 33 34 107 0,0045 0,0021 19 38
1380 17 31 32 111 0,0045 0,0013 17 34
60
Observaciones:
MATERIAL PASA TAMIZ # 200 τ'
UNIVERSIDAD LA GRAN COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
ÁREA DE GEOTECNIA
HIDROMETRIA (I.N.V. E – 124 – 07)
Degradación del módulo cortante (G)
Análisis granulométrico por medio del hidrómetro
Arcillolita caolinita
CORRECCIONES
Hexametafosfato de sodio Cm (gr/litro)
GRAVEDAD ESPECÍFICA (gr/cm3) 2,64 Cd
Ct
PRUEBA No. 1 2
HIDRÓMETRO TIPO (gr/litro) 152H
PESO MUESTRA SECA (gr) 50
PRUEBA No.
TIEMPO
(min)
TEMPERATURA
(°C)
LECTURA
(gr/litro) R'R K D (mm) Rcorregido %más fino
C2 (%) =
L (mm)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0,0010 0,0100 0,1000
% q
ue p
asa
Diámetro de las particualas (mm)
CURVA GRANULOMÉTRICA
64
CÓDIGO:
VERSIÓN:
COMPAÑÍA:
DIRECCIÓN: Agente defloculante Hexametafosfato de sodio
INGENIERO: Cantidad de muestra 50 gramos
OBRA: % pasa malla No.200
DESCRIPCIÓN: Corrección*menisco Cm G.especifica2.64 g/cm3
PLANTA: Corrección*defloculante Cd
MUESTRA No.:
INFORME PC No.: F 63 C 17,222222
TEMPERATURA
°C TIEMPO (min) RH´ MT R Cd Ct N% N´ L(mm) D D TOTAL(mm)
17,2 2 46 1 47 7 -0,8 76,6 70,8 86,0 6,557 0,0295
17,2 5 41 1 42 7 -0,8 66,6 61,6 94,0 4,336 0,0195
17,2 15 38 1 39 7 -0,8 60,5 56,0 99,0 2,569 0,0116
17,2 30 34 1 35 7 -0,8 52,5 48,6 106,0 1,880 0,0085
17,2 60 32 1 33 7 -0,8 48,5 44,9 109,0 1,348 0,0061
17,2 120 31 1 32 7 -0,8 46,5 43,0 112,0 0,966 0,0043
17,2 240 30 1 31 7 -0,8 44,5 41,2 114,0 0,689 0,0031
17,2 615 26 1 27 7 -0,8 36,5 33,7 120,0 0,442 0,0020
17,2 1517 23 1 24 7 -0,8 30,5 28,2 125,0 0,287 0,0013
ANALISIS POR MALLAS
MALLA mm 4,76 2,00 841 420 149 74
% PASA
REVISÓ: APROBÓ:
ELABORÓ:
LOS RESULTADOS PRESENTADOS EN ESTE INFORME CORRESPONDEN UNICAMENTE A LAS MUESTRAS ENSAYADAS.
EL PRESENTE INFORME NO ES VALIDO SIN LA FIRMA ORIGINAL.
PROHIBIDA LA REPRODUCCION TOTAL O PARCIAL DEL PRESENTE INFORME SIN AUTORIZACION DE LABORATORIOS PAVIM CONC LTDA. Y EL CLIENTE.
PÁGINA 1 DE 1
M ARTIN E. VIATELA
LABORATORISTA Jefe de Laboratorio Gerente Técnico
REPORTE DE ENSAYOS
GRADACION POR METODO DE HIDROMETRO FECHA
EDICIÓN:NORMAS INV E-124
0,05,010,015,020,025,030,035,040,045,050,055,060,065,070,075,080,085,0
-0,00500,00500,01500,02500,03500,04500,05500,06500,0750
% p
asa
D (mm)
Hidrometria
65
COMPAÑÍA
INGENIERO:
OBRA:
MATERIAL:
PESO INICIAL PESO INICIAL ANTES DE LAVAR 687,1
PESO FINAL PESO FINAL DESPUES DE LAVAR649,4
pulg mm
100,0
3" 76,10 0,0 0,0 100,0
2 ½" 64,00 0,0 0,0 100,0
2" 50,80 0,0 0,0 100,0
1 ½" 38,10 0,0 0,0 100,0
1" 25,40 0,0 0,0 100,0
3/4" 19,00 0,0 0,0 100,0
1/2" 12,70 0,0 0,0 100,0 724
3/8" 9,51 0,0 0,0 100,0 687,1
1/4" 6,30 0,0 0,0 0,0 100,0 0
Nº 4 4,76 65,1 9,5 9,5 90,5 5,4
Nº 8 2,38 73,2 10,7 20,1 79,9
Nº 10 2,00 31,6 4,6 24,7 75,3
Nº12 1,68 23,1 3,4 28,1 71,9
Nº16 1,19 66,7 9,7 37,8 62,2
Nº30 0,59 143,4 20,9 58,7 41,3
Nº40 0,42 73,8 10,7 69,4 30,6
Nº50 0,30 65,6 9,5 79,0 21,0
Nº60 0,25 21,9 3,2 82,1 17,9
Nº100 0,15 47,7 6,9 89,1 10,9
Nº200 0,074 32,4 4,7 93,8 6,2
PASA No.200 42,6 6,2 100,0
COEF. UNIFORMIDAD
COEF. CURVATURA
MODULO DE FINURA
CLASIFICACION USC
CLASIFICACION AASHTO
INDICE DE GRUPO
OBSERVACIONES:
ELABORO APROBO
3,3
1,6
0,0
0
% DE GRAVAS 9,5
% DE ARENAS 84,3
% DE FINOS 6,2
% LIM ITE LIQUIDO N.L.
% LIM ITE PLASTICO N.P.
% INDICE PLASTICO N.P.
%
WnRECIPIENTE No.
PESO SUELO HUM EDO + RECIP.
PESO SUELO SECO + RECIP
PESO RECIPIENTE
% DE HUM EDAD
No. DE GOLPES
PESO SUELO HUM EDO + RECIP.
PESO SUELO SECO + RECIP
PESO RECIPIENTE
% DE HUM EDAD
LIMITE PLASTICO NORMA I.N.V. E-126
687,1LIMITE LIQUIDO NORMA I.N.V. E-125
687,1
RECIPIENTE No.
TAMIZ PESO
RETENIDO
%
RETENIDO
% RET.
ACUMULADO% PASA
LOCALIZACIÓN:
FECHA DE TOMA:
FECHA DE ENSAYO:
GRANULOMETRIA NORMA I.N.V. E-123 LIMITES DE CONSISTENCIA
CLASIFICACION DE SUELOS
VERSION 1
FECHA 11-nov -09
CODIGO MV-FL-001
21,0
22,0
23,0
24,0
25,0
26,0
10 100
% D
E H
UM
ED
AD
No. DE GOLPES
LIMITE LIQUIDO
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
100,0
110,0
0,00,11,010,0
% P
AS
A
Diámetro Particula (mm)
GRAFICA DE LA GRADACION
66
COMPAÑÍA
INGENIERO:
OBRA:
MATERIAL:
ANILLO 1 PESO INICAL MUESTRA WO 68 gr
DIAMETRO (§) 5,00 cm PESO FINAL MUESTRA HUMEDA (W f) 58 gr
ALTURA (ho) 2,00 cm PESO FINAL MUESTRA SECA (Ws) 36,7 gr
AREA (A) 19,6 cm2 HUMEDAD INICIAL (wi) 38 %
VOLUMEN (Vo) 39,3 cm3 HUMEDAD FINAL (wf) 57,5 %
GRAVEDAD ESPECIFICA (Gs) 2,644 ALTURA SOLIDOS (HS) 0,947 cm
PESO UNITARIO HUMEDO 1,727 kg/cm3 PESO UNITARIO SECO 1,252 kg/cm3
TIEMPOLECTURA FINAL (10-
4)
CARGA EN
BRAZOCARGA APLICADA
PRESION
APLICADA
ALTURA
MUESTRAALTURA DE VACIOS
RELACION DE
VACIOSh:m:s pul kg kg kg/cm2 cm cm e
0 0,0 0 0,0 2,0 1,053 1,112
0,0035 0,2 2,4 0,123 2,0 1,044 1,103
0,0149 0,5 5,4 0,276 2,0 1,015 1,072
0,0462 0,8 8,4 0,429 2,0 0,936 0,988
0,0719 1,4 14,4 0,734 2,0 0,870 0,919
0,1033 2,9 29,4 1,498 2,0 0,791 0,835
0,1377 5,9 59,4 3,026 2,0 0,703 0,743
0,1817 15,7 157,4 8,017 2,0 0,592 0,625
0,2086 31,3 313,4 15,962 2,0 0,523 0,553
0,2078 15,7 157,4 8,017 2,0 0,525 0,555
0,2062 7,7 77,4 3,943 2,0 0,529 0,559
0,2033 3,7 37,4 1,905 2,0 0,537 0,567
0,1983 1,7 17,4 0,887 2,0 0,549 0,580
s p (kg/cm2) 0,123
CONTENIDO DE HUMEDAD % 38,0% Cc -0,438439284 Cr -0,022010926
Cc/Cr 19,91916602
LABORATORISTA: Ing. JEFE DE LABORATORIO
FECHA DE ENSAYO:
UNIVERSIDAD LA GRAN COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
ÁREA DE GEOTECNIA
CONSOLIDACION UNIDIMENSIONAL DE LOS SUELOS (I.N.V. E – 151 – 13)
LOCALIZACIÓN:
FECHA DE TOMA:
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
1,10
1,20
0,0 0,1 1,0 10,0 100,0
RELA
CIO
N D
E V
ACI
OS
PRESION KG/CM2
67
p`
125,963214
193
0
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 100 200 300 400
q (Kpa)
p (Kpa)
100 Kpa
200 Kpa
300 Kpa
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 100 200 300 400
q (Kpa)
p` (Kpa)
100 Kpa
200 Kpa
300 Kpa
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
q (Kpa)
ε
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
Δu
ε
y = 0,3219x + 73,489R² = 0,8558
y = 0,3389x + 63,282R² = 1
y = 0,6386x + 25,539R² = 1
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 50 100 150 200 250 300 350
q (
Kp
a)
p` (Kpa)
Trayectoria Esfuerzos efectivos
68