Edgar Alexander Padilla González Una Tesis Presentada Para ...

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

10

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


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


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


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


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


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

et% p

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

etria

HUME

DAD

CONS

OLIDA

CION

47

ENSAY

OS RE

ALIZAD

OS

Colum

na

resona

nte

Consec

utivo

Intern

o

Tipo d

e

Muest

raFec

ha de

TomaI

dentifi

cación

Profun

didad

Profun

didad

media

(m)

Hidrom

etria

TRIAX

IAL CU

7418

7417

7416

TERCER

AS MU

ESTRA

S ENV

IADAS

AL LAB

ORATO

RIO CO

N CUS

TODIA

(2014-

10-14)

LIMITE

SHU

MEDA

D

47

LIMITE

S

PUGS

Pasa T

200

Pasa T

200

Consec

utivo

Intern

o

Tipo d

e

Muest

raFec

ha de

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

sayo)

0,555

0,003

3,145

TRIAX

IAL

CICLIC

O

31,5

2,62

4147

1532

ML1,7

900,3

49

3116

ML

0,023

31,8

114,

7677,

747,5

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:


DESCRIPCIÓN:


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)



ÁREA DE GEOTECNIA

LÍMITES DE ATTERBERG (I.N.V. E - 125 – 13, I.N.V. E - 126 – 13)


Determinación del límite líquido, plástico e índice de plasticidad de los suelos


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:


DESCRIPCIÓN:


2,642

Observaciones:

Determinación de la grav edad específica de las partículas sólidas de los suelos



ÁREA DE GEOTECNIA

GRAVEDAD ESPECÍFICA (I.N.V. E – 128 – 13)



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:


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'



ÁREA DE GEOTECNIA

HIDROMETRIA (I.N.V. E – 124 – 07)


Análisis granulométrico por medio del hidrómetro


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:



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

Edgar Alexander Padilla González Una Tesis Presentada Para ...

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