Materiales y procedimientos de construcción: Mecánica de suelos y cimentaciones

113 Pages·1998·4.781 MB·Spanish

by  Vicente Pérez Alamá

PRÓlOGO
Estlei bersoe lp rimerdoe v aritoosm oess crityod si rigidao se studiantes, maestros,
arquitecitnogse nei eerneo lse jercidcesi uop rofeseinóén l;s er esumelno psri ncipales
conceptdeol sa m ecánidceas uelyo sc imentaciyo sneee sx,p onleam ejomra nerdae
ejecutalro dse talcloenss tructqiuveso ese mplecaonn m ásf recuencia.
Elt extsoeb asean c ursoqsu eh ei mpartai deos tudiadneta ersq uitecetnlu ar a
Universidad NAauctiónoonmaadel Méxicyo,a le scribaiprrloov,e clhaeo x periencia de
32 añosd ee nseñaneznac olaboraecsitróenc hcao np rofesodreelds e partamednet o
edificaceinól naF acultdaedA rquitecLtauo rbar.ea s d eu tiliednau dn iversidya des
politécnaisciomsi,s meosp, r ovechpoasraca o nsuletnad espachdoesp rofesionistas
dedicaad olsac onstrucciEólnl .i brcoo ntieinleu straciqouneye ose laboyr eéj emplos
relacioncaodnco ass opsr ácticcuoyspa,r esenecspi aar tees encdieatlle xtyoaq ues er e­
suelven apllioce asntduod ieandc oa dac apítuDleo i.g uamlo do,p retenfdaec ilitar
mediopsa real p royectyi eslct oan strucatf omr d eq uep uedanr esoluvneare xcavación,
o bienc,al cuulnaacr i mentacpiróonfu nda.
Aproveclhaoo portunipdaardaa g radecae rdloenF ranciTsrciol lqauset, a nto
contribucyoens use dicioan leasd ifusideón l ac ultuproare, l e stímullaao y,u dya l as
facilidoatdoersg adsailsno, c uahlu biesriad iom posibslaec aarl al uze sttrea bajo.
Expresmoi a gradecimiae tnotdoal sa sp ersonqaused irecot ian directamente
intervineinee srtopanu blicaycmi ió dne sepoo rq uer esuulntaeo brdae u tilidad.
V. PÉREZ ALAMÁ
5
ínmct ot comtnlm
Prólogo S
Cap. l. Suelos 9
1.1. Suelo1s1., 1 .2. Naturalye rzeac onocimideenlst uoe l1o2,. 1.3. Explo­
racidóenl s uel1o3,. 1.4. Sondeopsa rlaa e xploracdieólsn u bsue1l4o. 1,.5 .
Excavacio1n7e. 1s.,6. Drenajdeel oss ueloy ss aneamiednetl oa se xca­
vacion2e1s. ,1. 7. Electroósm2o2.s 1i.8s. ,A taguíya tsa blest2a4c. a1.s9.,
Congelacdieólsn u elcoo mom urod ec ontencdieóu nn ae xcavaci28ó. n1.,10 .
Accionperso ducipdoarls a s hel2a9d. as,
Cap. 2. Limpieza y preparación del terreno 31
•
2.1. Limpieyz par eparacdieóltn e rre3n3o. 2,.2 . Trazyo n ivelac3i3.ó 2n.3,.
Plantyi clolmap actac3i6.ó n,
Cap. 3. Cimentaciones 41
3.1. Generalid4a3.d 3e.2s. ,C imentacisounpeesr fici4a5l. 3e.3s. ,C imientdoes
piedr46a. ,3. 4. Cimienctioc lóp5e4.o 3,.5 . Cimientdoecs o ncreto a5r6m. ado,
Cap. 4. Losa o placa de cimentación 93
Generalid9a5 des,
Cap. S. Cimentaciones profundas 103
Pilot1e05s. ,P ilaos c ilind1r14o. sC,a jone11s6,
Bibliografía 119
Índice analítico 121
7
5�fl05
1.1. SUELOS
Parau nc onstrudcete odri ficieolss ,u elsoe d efine cuonmm oa terinaolc on­
solidafdoor madpoo rp artícmuilnaesr acloensg aseos l íquiidnocsl uidos.
Loss uelsoesc lasifiecnas une los orgánicos (sour igeesnp rincipalomregnátnei co),
ys uelos inorgánicos (produdcetl oad escomposifcíisóionc q au ímidceal arso cas).
La mayor dpeal romtsae t eriqauleef so rmanl af uenotrei gidneasllu elo lsaorsno cas.
Duranmtiel londeesa ñose,lh ielloa,n ieveel,v ienyt ol al luvhiaan d esgastado
gradualmleanmsto en tañaesla; g uhaa a rrastlraapsda or tdeesl ar ocqau es ed isuelven
fácilmeEnstc eo.m únq ues obrlea sr ocasse d esarroplllaennt qause p,o coa poco,
contribuay deens integrdaarnldaaoss ,íc omienzaolp rocedseof ormacidóenl os
suel(ovsé afisge. 1. 1 a, b, e, d y e).
Roca firme
l. '
r
Roca firme
•
a) b) e) d) e)
Cuandloo sp roductdoels ad escomposidceil óansr ocasse e ncuenternae nl
Figura 1.1 mismo ludgeao rr igesne,d iceen toncqeusef ormaunn s uelo residual; cuandloo s
producdteol sa d escomposidceil óanrs o cassee ncuentfruaenrd aes ul ugadreo rigen,
sed icqeu ef ormaunn s uelo transportado, siinm portealmr e didoe t ransporte.
a) Suelos residuales. Sonl osm ása ntigudoest odoys e stácno mpuestpoosre l
residrueos ultadnelt aei ntemperizdaecl iaór no cap,r oducipdoarf uerzas
físicqausí,m icya bsi ológiqcuaeds a nc omoc onsecuelnacf ioar macidóenl
suelEos.t ossu elososn g eneralmente cofinrfmieasyb elsetsa,b elnec sl imas
templadoo sse miáriyd porse senptoacnap rofundiEdnac da.m bieon,c limas
húmedoys c aliensteee sn cuentar uanna p rofundimdaaydo ry suelen ser
igualmefnitrem eys s eguropse,r ot ambiépnu edeens tafro rmadpoosr
materiaalletsa menctoem presibyl perse sen,te aner stos cagsroasn,d es
complicaciyo tnreasb apjaorsca i mentsaorb reel los.
b) Suelos transportados. Sons uelodseo rigeonr gánipcroo,d ucdteol ad es­
composicdieól na sr ocacso nc ontendiedm oa teroirag ánivceag etdaels com­
puestSao.n s uelobsl andyo ss ueltqouse g eneralmepnrtees engtraann des
dificulttaédcensi ccuaasn dsoer equieedriefi csaorb reel los.
Dentrdoel ag eologmíoad ernas ec reqeu eh acmei llondeeas ñ oesl c limear at an
fríqou ee ne lC anadsáe a cumulargorna ndmeass adse h ielloa,sc ualeasle, n treanr
movimienatloc,a nzaurnoanf uerzcaa padze t ritulraasrr o caEsn. s ur ápidaov ance,
estamsa sahse ladaarsr astratboadnpa,a rtícula desl uaescl otlai nya mso ntañalsa,s
mezclabcaonno trays l aesx tendsíoabnr eelt errednaon,d oor igae nl oq ues ec onoce
comos uelo glacial. Estossu elofso,r madpoosru nam ezcldae p artícfuilnaasps i,e dras
11
y grandpeesd azdoser ocas,ef ueroanc umulandduor anmtuec hoasñ osd ebidao l os
deshieelnol so sa ñocsa lurosyo sla a c ongelaceinló onsa ñofs ríoAsd.e másc,u ando
elc limean l aT iersreah izmoá st emplayd too leraenlht iee,l doel osg laciaermepse zó
a derretoicrassei onaqnudeso u f usidóine roar igean l af ormacidóern í omsu chom ás
caudaloqsuoesl osa ctualleossc, u aleasr rastraa sbuap na sog ravalsi,m oa,r cilyl as
arenaqsu,es ef uerodne positaenndl oa sp lanicyi veasl laecst ualoe lsl evadao lso
largdoel acso rrientes.
Elv ienttaom bijéune guan p apemlu yi mportaenntl eaf ormacidóeln o ss uelos.
En sua rrasdtaro er igean d ost ipodse s ueleol:l oesys l osm édanoEsl.l oess son
depósiatcousm uladpoosre lv ient(os edimenetóolsi ccoosh esivnoosc )o,n tienen
piedrya ssee ncuentfroarnm adporsi ncipalpmoerln itmeo ys a renfaisn as.
Losm édanos sona cumulacidoena erse nassu eltcausa rzoasrarsa strpaodrea ls
vienteos;t áfno rmadcoosna renuansi formceosnu np equeñcoo ntendiedm oi ca.
Como hemvois stloo,ss uelossee ncuentcroannf ormapdoorsu nav ariedad
muya mplidae m ateriatlaelsec so mol ag raval,aa renya l asm ezclaasr cillosas
depositpaodargs l aciayr veise ntloism;o isn orgániyc loism oosr gánicloasts,u rbas,
lasa rcilmlaarsi nbalsa ndoa msa rgalsa,sa renadsel asp layadsel ac ostlaa,sm o­
renalsa,st ierdriaast omácleaasts u,f aeslc, a liclhaebs,e ntoniltaarsso ,c ays l ase s­
camasy cenizaSsu.o rigesned ebea unav arieddaedc ausaqsu ee xcedetno da
descripdceitóanl lTaoddaa.e stgaa mad em ateriadliesst inqtuoeps u edefno rmaurn
sueldoi ficulstearni ameenlte ev aulard,e m anereax actsau,c apacidya sdu
comportamieenspt oor,e stqou ep aread ifiscoabrr eel lorse sulnteac esarreiaol izar
ensayfoíss icqouseo frezcraens ultardeopsr esentdaetl iavpso rso piedaddeelss u elo,
yaq uea lp retencdlears ifuincs aure leon e lt erresnuoc ,l asificpauceidórene sultar
incieer itnac orrecta.
Esp ore straa zóqnu ea,l i ncrementeanrl saée p ocmao dernal aa ltudrea las
edificacimouncehso,is n vestigaed ionrgeesn iesreov si eroonb ligaad odse sarrollar
métodos nuevos parealc ocmopnoorctearm ideenl tooss ueloys l ast eorídaesl a
mecániec ian genideerlís au elo.
1.2. NATURALEZAY RECONOCIMIENTO
DELS UELO
Siempreesc onveniernetael iuznae rs tudgieoo lógsiicmop loe am ayor profun­
didadde,p endiednedl oai mportandceli aae dificacpiaórdnae, t ermilnaan art uraleza
del osd epósiftoorsm adeonse ll ugadrel ai nvestigaRceisóunla.td ae cuacdoon oceelr
espesdoerl asc apagse ológiqcuaesl of ormasnu,r esisteyn ccainat iddaeda gua;
ademásh,a yq uer ecordqauree lc omportamideenlst uoe lnoo s óldoe penddeel as
propiedasdiegsn ificadteli ovsag sr anodse s um asas,i ntoa mbiédnea quellqause
tienseuno rigene ne la comodamiednet ol paasr tícduelnatrsod e e lladse,t amla nera
quee lc onstrupcuteodrpa r eveenrr elaccioónne lg raddoe c ompresibidleiltd eardr e­
no,l ar epartidceil óacnsa rgdaesle dificaic oo nstruir.
{
Paread ifiscoabrre el lolso,ts e rrepnuoesd ecnl asifiecnad rossge r andgersu pos:
• Terrencoosm presiblesD eleznables
• Terrenionsc ompresibles
No deleznables
Dentrdoel ocs ompresiob blleasn doesn,c ontralmoosss i guientes:
a) Fanghoú med(os feo rmean l aasg uaess tancadas).
b) Turb(ae stiémreczocll acdoon c arbóvne getal).
e) Tiervreag et(acla psau perfiqcuieca oln stiteulsy uee lnoa tural).
12
d) Tierarrac ill(otsiaec rornac ierctoon tendieda or cilla).
e) Arenarse vuelntoac so mpactya dse positeandl aesc hnoson atura(lpeasr tícu­
lassu eltdaers o ca).
Dentrdoe e ste grluapspo r,e siones máqxuielm oasst errenos prueesdiesnt ir
varídaens dOe h ast35a0 0 kg/m2.'
Enl oisn compresoi dbulreos(s d eleznayb nloed se leznabtleense)m,o s:
a) Calizeansl echcoosm pact(orso ccao mpuesdteac arbondaetc oa lcio).
b) Esquisot roosc bal and(ar ocdaee struchtoujroaso a p izarrosa).
e) Piedarrae niesncl ae chcoosm pact(orso caar enífera).
d) Gravasse cays e ncerra(dpaise dmraac hacada).
e) Rocag ranít(imcaasm ai nercarli stalina pfoorfr emladdeas pcautaor,zy o m ica).
En estger upol,a sp resiomnáexsi maqsu el ost errenpouse derne sisstoindr e l
ordedne 5 0 000 hast3a00 000 kg/m2y, e ne lc asdoe l ar ocgar anítliacc aar gqau e
puedlel egaas ro poretsap rr ácticamielnitmei tada.
Loss ueloesn ciertraannt moiss terqiuoesd etermicnuaárel s l ac imentación
adecuardeas ultsaireám pcroem plicado.
Sine mbargcou,a ndcoi mentamsoosb ruen t errenion compresyi cbolmep actyo ,
sec onocaed,e máss,ue spesyo rre sistegnecniear,a lmennoht aeb rpár oblemeansl o
ques er efiearl eae stabildiedl aacd o nstrucPcoiróe nlc. o ntracruiaon,d soet radteeu n
terrecnoom presiyb cloen e spesovraersi abelnes su sc apasl,ac imentacsieóe nn ­
contraerxáp uesat rai esgnoasd af ácildeeps r edecEinr e.f ectloac, o nsolidapcrioó­n
gresidveals uelpoo re lp esod ele difiqcuieoc omprimleo se stractoonsf inaddeo s
arcilbllaa nduab icadeonso tracsa pamsá sp rofundpause,d cea usaars entamientos
excesivaodse,m ádse,s uniforSmiends u.d ae,l c onocimieyn mtaog nitduedl osa sen­
tamienntoossl levaarl áar ealizadceiu ónan d ecuapdroo yecdteco i mentacainótned se
iniciar cucaolnqsutireurc ción.
Enr esumepno,d emoasf irmqaureu nt erreensbo u encou andeosd uro sóyl iyd o
susc apamsá sp rofundparse senftoarnm aciohnoersi zontiamlpeesr meabal leass
filtraciyo anlea sr rasptorrfle u jdoe a guassu perficoi saulbetse rráneas.
1.3. EXPLORACIÓN DELS UELO
Losd epósintaotsu raqlueesf ormatno do tdieps ou elo tsaonnv ariadqouse
ningúmné toddoe e xploraceisió dne apla rtao dolso sc asoess;t soi gnifqiuceca a da
suelroe querpirroáb,a blemedneut nep ,r ocedimipeanrtiaon vestigmauryld oi ferente
delq uen ecesitoatrrsáou bsueAlnot.e dse p rocedae erx ploraerslc oo,n venieunnt e
análiys oibss ervacpiróenl imidneal raz onap artae neurn ai nformacqiuóene, n m u­
chocsa soesv,i tairnáv estigacciosotnoesesai sn necesarias.
Lao bservandceitaa lldaedl aa sc onstruccdieol naze osn ay lac omparaccioónn
laq ues ep iensa lal ceavbaori ndicaerltá i pdoe e xcavacyi ódni ficultnaidveesl,
freáticcooh,e sidóenls uelhou,m edada,g rietamiey natsoesn tamienttiopdsoe,
cimentacyi sóunp rofundiadsaícd o,m ol ost ipodse e structmuársu at ilizeandl oas
zonaE.n otrocsa sobsa stacroán u nas enciplrluae bdae p enetración pdairrae cta
conocleard ensiddaedlm atermiáasl débislu bdseules lionn e cesiddeas do ndepoasr a
lao btencdieóm nu estrSaisn.e mbarghoa,b rcáa soesn l osq ues ernáe cesarreicou rrir,
ademáasl ,a i nvestiggaecoifóíns piocrla a i mportandceli aac imentación.
1Véas"eN ormatsé cniccoamsp lementpaarriDaai ss eñyo C onstrucdceiC óinm entacioTnaebsl"1a, ,R equisitos mpíanrilama o s
investigdaeclsi uóbns ueRlegol,am ento de Construcciones para el Distrito Federal, Trill1a99s1,.
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1.4. SONDEOSP ARALA EXPLORACIÓN
DELS UBSUELO
Parsao ndesoesn cilsleuo tsi lliazb aa rrecnoam oh erramiedneat taa qupee réos ta
puedsee rd ev aritoisp odse,p endiedned ol caasr acterídsetlsi ucealsyo d elp ro­
cedimiednetp oe rforaeclieógni (dvoé afisge. 1. 2).
Estahse rramiendteaf so,r msae nciyl lmaa nejmoa nuals,eu san phaarcae r
perforacidoepn reuse bcao np rofundidqaudeev sa nd esdleo s2. 00, hasta 1l0.o00s
m,c ond iámetrcoosm unedse 4 , 6 y 8". En ocasionseeh sa nh echpoe rforaciones
másp rofundpaesr aol a umentlaarp rofunditdaamdb,i éseni ncremeenltd ai ámetro
del ab arre(n20a" ), loq uet raceo moc onsecueqnuceis aie lt errennooe sc ohesivo,
lasp areddeesl ap erforapcuieódne dne sprendhearcsiee nndeoc esalraic ao locación
dea demes/ operaciqóuned ificullotsta r ajboasp uestqou el ab arredneab ereás tar
fuerdael ap erforamciieónnt rsaehs i nceala deme.
Enl aa ctualiedxaids,t en baqrurepe enrafso rcaonns up ropio ademe.
Cuandloa o brrae quideerp ee rforacmiáosnp erso fundya ess tuddieolss uelmoá s
elaboradsoers e,c omienudtai lilzaasbr a rreniamsp ulsamdeacsá nicameon ltaes
máquinpaesr foradoernea lsm ;e rcadhoa yu nav ariedeando rmdee e quipyo sp ro­
cedimienatdoesc uadpoasrc aa dtai pdoe s ubsuelo.
A continuasceii ónnd iclaonsm ásu sadoesn e lc ampod el ac onstrucdcei ón
edificios.
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Barrena de hélice. Se utiliza Barrena en espiral. Se Barreno en espiral. Es Barrena cilíndrica. Se
en terrenos arcillosos, arenas emplea en terrenos utilizada también para utiliza con frecuencia
compactas y arena con grava. considerados como terrenos compactos. En en suelos de arena y
compactos. También es este caso, la espiral es de tierra arcillosa.
conocida como barrena diámetro más pequeño y También es
de cola de pescado. uniforme. recomendable para
Figura 1.2
suelos de arenilla seca.
'Ademe esu np untoa tlu bqou ese colooc ah incean e lt errepnaor eav itdaerr rumbeenls a psa reddeesl ae xcavación.
14
Sondecoo nb arregniar atoria
Consisstiem plemeennth ea cesro ndemoáss o menosp rofundpoasr cao rtlaors
estradteolss ubsueel ion yectaagru al,a c uasle b ombeaal e xterjiuonrt coo nf ra­
gmentodse ls uelpoa rsae lra vadyo psa sadpoosru nt amiz.
Cone lfi n dee vitdaers plomeensl asp areddeesl ap erforasceiuó tni libzean ­
tonihtúam edqau et apya r ecublroeps o ropse rmeabdleelss u elo.
Elp roceessom uyr ápidy op uedhea ceresner ocaa,r ciyl laar enEas.t sei stema
nos er ecomieenndt ae rreensopso njosos.
Sondecoo nb arrendae lavadcoo na gua
Elp rocedimiceonntsoi esnti en yecatgaura p orm edidoe u nt ubdoe l avadeol,
cuatli eneens ue xtreimnof eruinoabr r ocqau ep erforsau eeleloi nyecetlla í quipdoor
unp equeñoor ificio.
Lac antiddaeda guaq uer equieersets ei steemsam uchal,o c uall,am ayorídae
lasv ece(ss obtroed eon l oss uelnoosc ohesivos) oqcuaesl iaospn aar eddeesl ap er­
foracsiuófnr daens prendimiheanctioésn,d eonse es tocsa sonse cesalraci oal ocacdieó n
ademeesn l opsa ramendteolbs a rreno.
Ela guai nyectsaadlape o re lo rifiqcuieos ee ncuenetnrl aa p artien ferdieolr
tubdoe l avadeom,p juandhoa ciaar ripbaar tícduellsa use ljou ntcoo na guay lodol,a s
cualedse spuéssep asapno ru nt amipza rsae parlaorsf ragmendteot si erSrian.
embargloai, n formacqiuóesn e d eridveae stees tudeiso poccoon fiabElles .i stenmoa
ser ecomieenndp ae rforacmiuoynp erso fundas.
Sondepoo rp ercusión
Elp rocedimieesnm tuoy s implCeo.n sisetneg olpeealrs uelcoo nu nab arrena
bastapnetsea dqau es ed ejcaa er desde udnea5 .0a0 lmt cuornla a fi naliddaerd o mpeyr
machacealsr u elo yro claahssa sta logcroahre suincóoann l acsa racterídsetlli ocdaos.
Elp rocedimiteinetnloei mitacisoonberste,o doc uandsoe q uieraen alizlaasr
muestrpause,sl osg olpecso nvieretlme ant ereianul n al echada lmoudyod siaf ídcei l
clasifiNcoa orb.s tanstere e,c omiepnadrata e rrernoocso soo dse g radnu reza.
Sondepoo rp enetracieósnt ándar
Lap erforacsiebó ans ap rincipalmeenan ttrea velsaasdr i ferenctaepsad se l
subsuecloonb arrena, indyeea cgcuioaó sno ndegoi ratolraicsoa ;p aosp onemna yoor
menorr esistean lcaip ae netraciinódni,c anadsoíl ac ompaciddaedl oss uelocsoh e­
sivoys l ons oc ohesivaosscí,o mot ambiléanr esisteanlec sifau erczoor tante.
Estper ocedimiienndtiocc oan b astanatper oximacliaró ens istedneclsi uae leol,
espesyo rla sc aracterídsetl iocsea sst rataodse,m ádse s up rofundiSdua edm.p leo
proporciroanpai dye ezc onomíuan;av enjtaaa dicioensaq lu ep uedaep licaernsc ea si
todolso ssu eloisn,c luyelnodtsoe rrefnoorsm adpoosrr ocbal anda.
A continuasceip órno ceadl ea i nvestigdaeclsi uóenl poo re xtraccdiemó une stras
quea,u nquees ú til,s ineom persei ndispenspaubelspe a,r eal c onstruncote osrt an
importacnotneo cae fro ndloa g eologdíealt erresnion loa r esisteyn eclie as pesdoer
lacsa paqsu el of orman.
Hayg rand iversiddeap dr ocedimiepnatroals ae xploracyi oóbnt encidóen
muestrpaesr,po r ácticamteondtoseso np areciednotsrs eíy tienleanm ismaf inalidad:
obtenye cro nserlvaasmr u estrcaosn ttroad aal teraecnis óunsp ropiedafdíessi cYaas .
quet odosso ns imilasreeas n,a lizuanroád el osp rocedimientosa lea lzeagrei,ld o
sondecoo nb arrenya e xtraccdiemó une stras.
15
Sondecoo nb arrenay extraccidóenm uestras
Primesreop erfocroanl ab arremneac ánihcaas tuan e straqtuoep ,o rs um ayoor
menocro hesidóenm,u estqrueeh ayu nc ambieon l ac apdae ls ueldoe;s puséese xtrae
lap erforayd osreia n trodeulcm eu estreatduobru ldaerm edicaa ña( toma-muestras),
ques eh incaag olpedesm artindeett ea mla nerqau ec,o nocieenldn oú merdoe g olpes,
sup esoa,l tudreac aídáar,e tar ansveyr pseanle tracdieólmn u estrea,p duoerda
obtenelrasr ee sisteanl capi ean etraecsitóánn d(avré afisge. 1. 3).
Barra de sondeo
atornillable
r
e
Espacio de
amortiguación
Cabezal de la
válvula de cierre
Paredes del muestreador
(de acero)
Muestreador de media
caña que une la
corona de corte con
la barra de sondeo
(diámetro de 2 y 3")
Rosca
Corona de corte de acero o
de carburo de tungsteno CORTE
LONGITUDINAL
(A·A,)
Figura 1.3
/-
16 PLANTA