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Revista de la construcción

versión On-line ISSN 0718-915X

Revista de la Construcción v.9 n.1 Santiago ago. 2010

http://dx.doi.org/10.4067/S0718-915X2010000100013 

Revista de la Construcción
Vol. 9 Nº 1 / agosto 2010 / páginas: 120 - 131

 

Estimación de Parámetros Resistentes a Partir del Ensayo de Penetración PANDA y su Aplicación en el Cálculo de la Capacidad de Soporte y Asentamientos del Suelo de Fundación (1a parte)

Estimates of Strength Parameters, from PANDA Penetration Test and its Application to the Calculation of Bearing Capacity and Settlements of the Foundation Soil (1st Part)

 

Sanhueza, C.1, Villavicencio, G.2

1Pontificia Universidad Católica de Chile, Chile. Email: csanhuep@uc.cl
2Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, Chile.


RESUMEN: Uno de los ensayos más empleados Francia para estimar la resistencia de un suelo en función de la profundidad, lo constituye el pentrómetro portátil PANDA ("Pénétromètre Autonome Numérique Dynamique Assisté")[NF P 94-105].

Este equipo ha sido empleado para la estimación de las propiedades resistentes del suelo de fundación de una vivienda ubicada en Reñaca - Chile, los cuales han sido utilizados para calcular la carga de hundimiento del terreno, determinar un nivel de seguridad y calcular los asentamientos que se pueden producir bajo las cargas de servicio de la estructura.

Los cálculo han sido efectuados bajo condiciones de carga estática y pseudoestática, considerando antecedentes de los daños sufridos por la estructura a raìz del terremoto del año 1985, Mw7.8.

Palabras clave: PANDA, capacidad de soporte, asentamientos.


ABSTRACT: One of the most popular tests used in France to estimate the strength of a soil according to depth is the portable PANDA penetrometer ("Pénétromètre Autonome Numérique Dynamique Assisté") [NF P94-105].

This device has been used in the estimation of the strength parameters of the soil of a house located in Reñaca - Chile which were used to estimate the ground sinking load, the safety level, and the settlements that can be developed due to the structure's service loads.

Calculations have been performed for static and pseudo-static conditions, considering the damage in the structure after the 1985 Chile Earthquake, Mw7.8.

Key words: PANDA, bearing capacity, settlements.


Introducción

El presente artículo nace como resultado de un análisis geotécnico y estructural llevado a cabo en una vivienda ubicada en la V Región del país, patrocinado por el Museo de la Moda.

El principal objetivo de esta investigación fue estimar los parámetros resistentes del suelo de fundación de la vivienda en función de la profundidad y, con ellos, calcular la capacidad de soporte del suelo y los asentamientos esperables, tanto en condiciones estáticas como dinámicas.

En la bibliografía se pueden encontrar distintos métodos que permiten obtener los parámetros mecánicos del suelo, c' y φ' ya sea de manera directa o a través de correlaciones con otros parámetros del suelo obtenidos mediante ensayos. Para los suelos del sector en estudio, donde el porcentaje de finos es bajo, el parámetro mecánico más importante corresponde al ángulo de fricción, el cual puede ser obtenido a través de ensayos de penetración tipo SPT ("Standard Penetration Test"), CPT ("Cone Penetration Test") u otro, como se presenta en este artículo.

En Francia, uno de los ensayos de penetración dinámica más empelados en la actualidad, corresponde al ensayo PANDA ("Pénétromètre Autonome Numérique Dynamique Assisté") [NF P 94-105].

El principio básico de funcionamiento de este equipo consiste en hincar un tren de barras de 14 mm de diámetro, provisto en su extremo de una punta cónica metálica de 4 cm2, en su modalidad reconocimiento del terreno. El proceso de hincado se realiza mediante la aplicación de golpes de un martillo estandarizado (2.0 kg), sobre una cabeza de golpeo que se encuentra conectada al extremo superior del tren de barras (Figura 1).

Para cada golpe de martillo se registra de manera continua la penetración (e) y resistencia dinámica de punta (qd) del suelo. Un microprocesador recibe la señal generada, la cual registra la resistencia qd (Mpa) y la penetración (mm) del tren de barras. Una vez que el ensayo finaliza, los datos son transferidos a un computador y, posteriormente, analizados por medio del software PANDAWin.

Con los resultados obtenidos se pueden identificar claramente los estratos constituyentes del terreno. Por otra parte, es posible correlacionar la resistencia dinámica de punta (qd) con el estado de compacidad (DR%) y con el ángulo de fricción efectivo (φ')en los suelos granulares. En relación a las limitaciones de este penetrómetro, se pueden mencionar la profundidad máxima que se puede alcanzar (7.0 m) y el tamaño máximo de las partículas del suelo (≤ 2").

Figura 1. Trabajos de campo con el Penetrómetro Dinámico PANDA.

 

Antecedentes empleados y metodología de trabajo

Con el objeto de estimar los parámetros resistentes del suelo de fundación de la vivienda en función de la profundidad y con ellos, posteriormente, calcular la capacidad de soporte del suelo y los asentamientos esperables, se procedió con la metodología de trabajo que se explica a continuación.

En primer lugar, se llevaron a cabo una serie de visitas técnicas a la zona de emplazamiento de la vivienda, con el propósito de recopilar información tanto en poder del mandante como aquella disponible en los archivos municipales. A continuación, se realizó una inspección del sitio para definir in situ los trabajos de terreno a desarrollar.

Posteriormente, se definió la exploración del terreno en base a cuatro calicatas en las inmediaciones de la vivienda, a partir de las cuales se pudieron extraer muestras de suelo representativas para efectuar ensayos de caracterización física (granulometrías, límites de Atterberg, contenido de humedad, densidad in situ y densidad relativa) y mecánica (corte directo). Paralelamente, se definieron los puntos donde se realizaron los ensayos de penetración dinámica.

Con los resultados que se obtuvieron, tanto de los ensayos de laboratorio como de los efectuados in situ, se procedió a la caracterización geotécnica de los suelos presentes, a la obtención de su grado de densificación y a la estimación de los parámetros mecánicos requeridos para efectuar, posteriormente, la comprobación de la capacidad de soporte del suelo de fundación y la estimación del valor de los asentamientos.

Los asentamientos calculados fueron correlacionados con el estado de densificación que posee el suelo, concluido a partir de la caracterización física del terreno a través del valor de la densidad relativa.

Es importante mencionar que la información básica necesaria para el desarrollo del estudio, concerniente a las características generales de la zona de emplazamiento, fue generada a partir de varias fuentes, tales como: bibliografía técnica especializada y antecedentes obtenidos desde proyectos de edificación emplazados en sectores cercanos al sector en estudio (estratigrafía tipo, características físicas y valores de referencia de parámetros geotécnicos de los suelos existentes).

 

Características generales de la zona de emplazamiento

A nivel global, en la zona comprendida entre Las Salinas y Concón se extiende un depósito de sedimentos eólicos asignado al Cuaternario, correspondiente al campo de dunas que cubre el Gneiss de transición y la formación de Horcón. Estas dunas se encuentran interrumpidas parcialmente por el río Aconcagua, continuando hacia el norte, al oeste del camino a Quintero y extendiéndose hasta Ritoque. Las dunas entre Las Salinas y Concón se encuentran estabilizadas, aunque existen áreas en que se encuentran activas. Es posible distinguir algunos niveles de suelos antiguos en el perfil de las dunas; estas se encuentran constituidas por más del 80% de arena fina, con una porosidad y permeabilidad muy altas. Es importante señalar que en profundidad las dunas presentan cierta cementación (Grimme & Álvarez, 1964).

A nivel local, la zona de Reñaca se ubica en el borde erosionado de un acantilado costero de 100 a 120 m de altura sobre el nivel medio del mar. El borde inferior de este acantilado está constituido por un angosto remanente, que habría sido una antigua terraza fluviomarina. La playa se desarrolla entre 0.0 y 6.0 m sobre el nivel medio del mar, aflorando promontorios rocosos solo en el extremo norte.

Considerando lo anterior, Musante & Ortigosa (1985) dedujeron que sobre el basamento rocoso yace un espesor de 120 m de sedimentos arenosos acuñados hacia el este. Los sedimentos ubicados entre 0.0, 80.0 y 100.0 m sobre el nivel medio del mar son fundamentalmente arenosos y limosos, de color pardo-amarillento, de estratificación fina y parcialmente cementados en profundidad.

En algunos sectores, en los cortes de los caminos, se observa que estos sedimentos se encuentran cubiertos por una delgada capa de material coluvial. Estos sedimentos corresponden a la formación Horcón del Plioceno, de carácter marina. Sobre ellos se disponen sedimentos del tipo arena fina en un 80%, siendo el 20% restante arena muy fina, limos y algo de arcilla. Estos sedimentos son de color pardo-amarillento, bastante oxidados por la meteorización, parcialmente cementados, con una porosidad y permeabilidad muy alta. Debido a su posición estratigráfica, por su naturaleza y características físicas asociadas, los sedimentos se pueden clasificar como depósitos eólicos; dunas antiguas estabilizadas en su mayor parte y dunas nuevas activas de colores más claros y apariencia suelta. En relación a la composición mineralógica, esta corresponde a cuarzo, feldespatos, fragmentos líticos, anfíbolas, magnetita y edipota. Los granos en su mayoría presentan una morfología entre subredondeada a redondeada.

 

Investigación geotécnica del terreno

Para evaluar geotécnicamente los suelos del sector de la vivienda, se realizó una campaña de trabajos de terreno consistente en ensayos de penetración dinámica, excavación de calicatas, toma de densidades in situ y extracción de muestras representativas, para la caracterización física de los materiales mediante ensayos de laboratorio. La Tabla 1 resume los ensayos in situ y de laboratorio realizados durante la investigación.

A partir de la inspección visual de las calicatas efectuadas en terreno, se pudo concluir la estratigrafía tipo del sector en estudio (Figura 2), identificándose 3 horizontes de origen eólico. Un primer estrato (H1) de 1 m de espesor, aproximadamente, clasificado como SP, con estructura homogénea y de baja compacidad. Un segundo estrato (H2) de espesor indefinido, clasificado como SP, con estructura homogénea y de compacidad baja a media que aumenta con la profundidad. Ambos estratos (H1 y H2) son conocidos como "duna nueva". El estrato 3, denominado "duna vieja", no se detectó en las calicatas realizadas.

La información generada a partir de la estratigrafía tipo pudo ser complementada con los perfiles de resistencia a la penetración obtenidos de las 5 prospecciones efectuadas con ensayos PANDA, lo que permitió estimar mejor los espesores de dichos estratos.

A partir de los resultados obtenidos de los ensayos de caracterización física y de resistencia al corte realizados en laboratorio, se pudo concluir en líneas generales que los suelos identificados, conocidos localmente como "dunas activas", corresponden a arenas finas uniformemente graduadas, con escasa presencia de finos (1 % a 4%) de plasticidad nula. Según el sistema de clasificación USCS este tipo de suelos es clasificado como SP.

En la Tabla 2 se presenta un resumen con las características físicas, estado de compacidad en función de la densidad relativa y parámetros resistentes de los suelos analizados.

Para identificar el estrato correspondiente a la "duna vieja", se correlacionó la resistencia de punta (qd) con el índice de resistencia a la penetración NSPT, según la relación (1):

(qd / pa) / NSPT60 = 5,44 · (D50)0.26
(1)

Donde:

qd resistencia de punta pa presión atmosférica
Nspt índice de resistencia a la penetración corregido por eficiencia de energía
D50 diámetro medio de las partículas de suelo

Tabla 1. Ensayos in situ y de laboratorio.

Ensayos

Tipo

Objetivos

In situ

Calicatas

- Identificar visualmente los suelos a nivel superficial, hasta 1.5 m de profundidad

Penetrómetro dinámico ligero PANDA (Pénétrometre Automatique Numérique Dynamique Assisté)

- Identificar en profundidad los estratos de suelo, hasta la profundidad máxima de penetración
- Estimar en profundidad el estado de compacidad (%DR) y los parámetros resistentes del suelo (ángulo de fricción)

Toma de muestras

Caracterizar físicamente el material

Cono de arena

Tomar Densidad in situ en el fondo de las calicatas

Laboratorio

Granulometría Densidad relativa Corte directo

- Caracterizar físicamente los suelos (distribución de tamaños, densidad máxima, densidad mínima y límites de Atterberg)
- Obtener parámetros resistentes

 

Figura 2. Perfiles estratigráficos tipo del sector en estudio.

 

Tabla 2. Resumen de las caracterísiticas físicas, estado de compacidad y parámetros resistentes

Sector

Nombre

Clasificación USCS

Densidades mínima y máxima

Densidad y humedad in situ

Densidad relativa

Ángulo de fricción (*)

γdmín,
(grs/cm3)

γdmax,
(grs/cm3)

yd, (grs/cm3)

W
(%)

DR%

φ'

Vivienda

Duna Activa

SP

1,45

1,71

1,60

5,9

62

32

Exterior Vivienda

Duna Activa

SP

1,45

1,71

1,65

4,3

80

(**)

(*) el ángulo de fricción ha sido determinado a partir de ensayos de resistencia al corte realizados sobre probetas compactadas a la densidad in situ correspondiente a cada punto de exploración.

(**) el valor será estimado a partir de correlaciones desarrolladas en función de la resistencia de punta normalizada a la presión atmosférica (qdN1)

Estudios anteriores realizados en sectores cercanos (Kort, 1985; Musante, & Ortigosa, 1985), identificaron el estrato "duna vieja" en función del índice de resistencia a la penetración de cono NDCPT60, obtenido a partir del ensayo de penetración dinámica DCPT ("Dynamic Cone Penetration Test").

Con el objetivo de validar los valores NSPT60 que se obtuvieron en función de qd (mediante ensayo de penetración PANDA), estos fueron correlacionados con el índice NDCPT60 empleando la relación (2), con la cual se estimó la profundidad de la "duna vieja":

(2)

En el Gráfico 1 se observan los perfiles de resistencia a la penetración en función de la profundidad, para los puntos de inspección P1 y P5.

En relación a la profundidad del estrato correspondiente a la "duna vieja", constituido por arenas más compactas y en algunos casos con cierta cementación, en líneas generales los resultados concordaron con los obtenidos a partir de ensayos de penetración dinámica de cono (Dcpt) realizados en las dunas de los sectores aledaños al sitio en estudio (Kort, 1985; Musante & Ortigosa, 1985; Petrus Ingenieros LTDA, 2003).

A partir de análisis estadístico de las señales penetrométricas de los ensayos de penetración PANDA en cada uno de los 5 puntos, se determinó el rango de variación de la resistencia de punta (qd) obtenido para cada estrato identificado, lo cual permitió estimar en profundidad la variación del estado de compacidad (vía la densidad relativa, DR%) y el ángulo de fricción efectivo.

Gráfico 1. Perfiles de resistencia a la penetración en función de la profundidad. a) Punto de prospección P1, b) Punto de prospección P5

 

 

La Tabla 3 presenta un resumen con los valores de resistencia de punta (qd), del índice de resistencia a la penetración estándar (NSPT) y del índice de penetración de cono (NDCPT), considerados como característicos del estrato "duna vieja".

Tabla 3. Variación de la resistencia de punta (qd), del índice de resistencia a la penetración estándar (NSPT) y del índice de resistencia a la penetración de cono (NDCPT)

Punto de prospección

qd(MPa)

Nspt(golpes/pie)

Ndcpt(golpes/pie)

Mín.

Máx.

Mín.

Máx.

Mín.

Máx.

1

7,0

8,3

30

37

42

51

2

4,8

5,7

22

25

31

35

4 y 5

5,7

7,4

25

32

35

44

 

Estimación del estado de compacidad y de los parámetros resistentes en profundidad

Para estimar el estado de compacidad en profundidad de los suelos del sector, en función de la densidad relativa (DR%), se empleó la clasificación propuesta inicialmente por Terzaghi & Peck (1967) y modificada por Skempton (1986).

La relación seleccionada para obtener la densidad relativa DR(%) en función de la resistencia de punta normalizada a la presión atmosférica (qdN1), correspondió a la desarrollada por Villavicencio (2009), para arenas de similares características físicas en relación a aquellas existentes en los sectores en estudio.

Para estimar el comportamiento asociado al estado de compacidad de los suelos en profundidad, el valor límite que define el límite entre la contracción (densificación) y la dilatancia del material, corresponde a un 60% de la densidad relativa (DR%). La Tabla 4 presenta un resumen con los valores de referencia adoptados.

El Gráfico 2 muestra un ejemplo del perfil obtenido para estimar la densidad relativa en función de la profundidad.

Tabla 4. Rango de valores de DR%, en función de la resistencia de punta normalizada (qdN1). Estado de compacidad y comportamiento asociado

Resistencia de punta normalizada, (qdN1)

Densidad relativa (DR%)

Estado de compacidad

Comportamiento asociado

0 - 15,5

0 - 15

Muy suelto

Contractivo

15,5 - 30,5

15 - 35

Suelto

Contractivo

30,5 - 85

35 - 65

Medianamente denso

Contractivo-dilatante

85 - 168,5

65 - 85

Denso

Dilatante

168,5 - 280,5

85 - 100

Muy denso

Dilatante

 

Gráfico 2. Perfiles de densidad relativa (DR%). Punto de prospección P1.

En el terreno de emplazamiento de la vivienda se efectuaron ensayos que han permitido estimar el grado de compacidad de los materiales encontrados, en 4 puntos previamente seleccionados, cuyos resultados se muestran en la Tabla 5.

Con el objetivo de estimar el ángulo de fricción efectivo (φ') en profundidad, a partir de la resistencia de punta normalizada (qdN1), se empleó la relación experimental propuesta por Díaz & Rodríguez-Roa (2007). En el Gráfico 3 se presenta un ejemplo del perfil de estimación de los valores de obtenidos en función de la profundidad.

La Tabla 6 presenta los resultados obtenidos en cada uno de los puntos de prospección PANDA. Mientras que la Tabla 7 muestra la variación del ángulo efectivo, con la cual se estimó la capacidad de soporte del suelo en estudio.

Gráfico 3. Perfil de valores del ángulo de fricción en función de la profundidad. Punto de prospección P1

 

 

Tabla 5. Grado de compacidad y comportamiento asociado

Punto

Espesor (m)

DR%

Condición

Comportamiento asociado

Terraza

0.8 - 5.0

< 43

Muy suelta a medianamente densa

Contractivo

Entrada vivienda

N.T - 1.0

< 15

Muy suelta

Contractivo

Entrada vivienda

> 1.0

78

Muy suelto a denso

Contractivo-dilatante

Vértice vivienda (asentado en 1985)

1.5 - 4.0

< 60

Muy suelto a medianamente denso

Contractivo-dilatante

Vértice vivienda (asentado en 1985)

> 4.0

Medianamente denso

Contractivo-dilatante

Tabla 6. Variación del ángulo de fricción efectivo en función de la profundidad

Punto

Estrato

Descriptor estadístico para

Mínimo

Máximo

Rango

Media

Desv. Estándar

Coef. Variación, C.V (%)

P1

1

34

43

9

41

2,53

6,25

2

41

43

2

42

0,49

2,20

3

33

35

4

33

0,66

2,01

P2

1

31

37

6

34

0,46

1,36

2

35

37

2

36

0,90

2,49

P3

1

-

-

-

30

-

-

2

31

43

12

36

3,48

9,53

P4

1

-

-

-

30

-

-

2

31

42

11

37

3,63

9,82

P5

1

31

39

8

36

1,57

4,41

2

36

38

2

37

0,39

1,05

Tabla 7. Variación del ángulo de fricción efectivo

Sector

Perfil

Estrato

Espesor

Angulo de fricción efectivo,φ'

medio (m)

Mínimo

Máximo

Promedio

Vértice vivienda

-

1

3 a 3.7

31

39

36

2

> 3,7

36

38

34

Terraza

-

1

= 4,90

31

39

36

2

> 0,50

33

37

36

Para estimar una relación general entre la densidad relativa (DR%) y el ángulo de fricción efectivo (φ'), considerando la condición de homogeneidad desde el punto de vista físico de los estratos identificados, se realizó un análisis de regresión simple empleando los siguientes datos:

• Resultados obtenidos de análisis estadísticos realizados sobre valores de DR% y de (φ') estimados a partir de la resistencia de punta normalizada (qdN1).

• Resultados obtenidos de ensayos de corte directo realizados sobre probetas remoldeadas a los valores obtenidos de la densidad in situ.

• Datos obtenidos por Musante & Ortigosa (1985) de ensayos triaxiales realizados sobre muestras de arenas extraídas de la "duna activa".

A partir de los resultados obtenidos, se pudo concluir que el ángulo de fricción efectivo (φ') aumenta en función de la densidad relativa (DR%), como fue inicialmente propuesto por Musante & Ortigosa (1985).

Lo anterior confirma los resultados obtenidos desde las correlaciones empleadas para estimar los valores de DR% y de (φ') a partir de la resistencia de punta normalizada (qdN1). En el Gráfico 4 se presenta la banda de valores propuesta, la que fue obtenida desde el análisis de regresión simple realizado.

Gráfico 4. Relación entre la densidad relativa y el ángulo de fricción efectivo

 

Capacidad de soporte y asentamientos del suelo de fundación

Considerando los problemas de asentamientos que se han presentado en la vivienda como consecuencia del terremoto del año 85, se determinó la capacidad de soporte del suelo de fundación y los asentamientos elásticos posibles de desarrollarse para las condiciones geotécnicas actuales que presenta el subsuelo, tanto para condiciones estáticas como pseudoestáticas.

En terreno, con el objeto de verificar una posible densificación del terreno en un sector crítico de la vivienda, definido en función de la tipología estructural, es que se ejecutó una calicata en uno de los vértices de esta. La prospección permitió observar que bajo los muros estructurales, que cumplen además la función de fundación en contacto con el terreno, se encontró una cavidad, con lo cual el muro, en su vértice al menos, no se encontraría en contacto con el terreno.

El vértice de la casa no se asentó debido a la elevada rigidez de los muros de fundación. En estos casos se produce una redistribución de esfuerzos, las cargas gravitacionales, y sísmicas si procede, que deben ser trasmitidas al terreno en el sector donde no existe contacto entre el muro y el suelo de fundación, son conducidas a otros puntos, provocando un sobreesfuerzo local, que podría ocasionar asentamientos, que en este caso no ha ocurrido.

Los asentamientos inducidos por movimientos sísmicos en este tipo de suelos provocan un reacomodo de las partículas, y como resultado de ello un aumento de la compacidad del material. Esta condición puede provocar un aumento de la capacidad de soporte del suelo de fundación y una reducción de los asentamientos elásticos ante futuros eventos, sin que ellos afecten de forma importante a la estructura de la vivienda.

Para la determinación de la capacidad de soporte y asentamientos elásticos, se definieron una serie de parámetros geotécnicos que han sido obtenidos de los ensayos de laboratorio y terreno, teorías clásicas relacionadas con la Mecánica de Suelos, tales como las de Terzaghi y Boussinesq, y correlaciones empíricas.

Las principales hipótesis o consideraciones de cálculo planteadas, fueron las siguientes:

• El tipo de fundación empleado en algunos sectores de la vivienda corresponde a muros perimetrales que se apoyan directamente en el suelo de fundación, con espesor de 0,40 m y profundidad de 2,5 m.
• Parte de la estructura estaría apoyada sobre una losa de fundación, eventualmente, fundada a nivel de terreno o a muy poca profundidad.
•La vivienda se encuentra fundada en su totalidad en el estrato denominado "duna nueva".

Los parámetros geotécnicos necesarios para la determinación de la capacidad de soporte y asentamientos elásticos del suelo de fundación corresponden a: densidad natural (γ), ángulo de fricción interna (φ') y módulo de elasticidad (E).

En general, la adecuada definición de estos parámetros depende de múltiples factores, como son: estado de humedad del suelo, cementación natural, angularidad de las partículas de arena y densidad natural del suelo. Estas consideraciones fueron tomadas en cuenta a la hora de definir los parámetros geotécnicos y, para ello, se utilizaron correlaciones empíricas para la obtención del ángulo de fricción interna (φ') del suelo de fundación a partir de ensayos de penetración tipo PANDA, los que fueron comparados con el valor de (φ') obtenido de ensayos de Corte Directo.

Las correlaciones empíricas empleadas relacionan, en general, el valor de NSPT con el valor de %DR y φ'. Estas correlaciones son muy empleadas para suelos de tipo arenosos y permiten definir los parámetros resistentes en profundidad. Los valores de NSPT han sido definidos a partir de los valores de qd obtenidos por el penetrómetro PANDA.

A partir de las prospecciones efectuadas y resultados de ensayos, se obtuvieron los siguientes valores: γd = 1,60 grs/cm3; %W = 5,9; γt = 1,69 grs/cm3; DR = 62%; φ' = 32° y c' = 0t/m2.

Según se presenta en el Gráfico 4, la resistencia por punta aumenta de forma aproximadamente lineal con la profundidad. Para una profundidad entre 2,4 y 2,7 m el valor de qd varía entre 1,2 y 1,4MPa. El valor de qd obtenido del ensayo PANDA puede ser directamente correlacionado con el valor de NSPT y el valor de %DR, a partir del cual se puede estimar el ángulo de fricción interna de suelos granulares. Según conclusiones preliminares, el valor promedio de %DR del suelo correspondiente a la duna nueva es de 38%.

Meyerhof (1956) estableció correlaciones empíricas para la obtención de φ' en función de %DR y del contenido de finos que presente el material. Para arenas con un contenido de finos menor a 5%, el valor de es obtenido a partir de la siguiente formulación (3):

φ' = 30 + 0,15DR

 (3)

Considerando la formulación (3), el valor de φ' que se obtiene es de 35°, bastante más elevado que aquel obtenido del ensayo de Corte Directo.

Por otro lado, el Gráfico 4 presenta una relación entre el valor de φ' con %DR, en base a múltiples investigaciones desarrolladas para materiales arenosos del sector de Reñaca. Para una DR = 38%, el valor de φ' obtenido de esta gráfica es de 32°.

Finalmente, De Mello (1971) obtuvo una relación entre el valor de NSPT, la presión de confinamiento vertical, σv0', y Considerando un valor de NSPT de 6 a nivel de sello de fundación y un valor de sv0' promedio de 4,5t/ m2, el valor de φ' que se alcanza es de 30°.

Considerando estos análisis, los parámetros geotécnicos empleados para la determinación de la capacidad de soporte y asentamientos esperados a nivel de sello de fundación, corresponden a: Yt = 1,70 grs/cm3; = 30°; c' = 0 t/m2 y E = 150 kg/cm2.

La determinación de la capacidad de soporte del suelo de fundación ha sido obtenida aplicando la metodología propuesta por Meyerhof, la cual incluye factores de corrección por forma, inclinación de la carga y profundidad (4):

 (4)

Donde Nq, Nc y Ng corresponden a factores de capacidad de carga.

La capacidad de soporte última del suelo de fundación (qult), considerando los parámetros geotécnicos mostrados en la Tabla 7, es de 12,96 kg/cm2.Si se define la capacidad de soporte adminisble del suelo de fundación como qadm = qult/FS; donde FS corresponde al factor de seguridad, que en la práctica de ingeniería geotécnica para el diseño de fundaciones para obras de edificación, se puede considerar igual a 3,0, permite obtener una capacidad admisible bajo condiciones estáticas de 4,32 kg/cm2.

En cuanto a la capacidad de carga admisible bajo condiciones dinámicas, la práctica en ingeniería geotécnica permite estimarla como: qdin = 1,3qest, con lo cual se obtiene una tensión admisible dinámica de 5,62 kg/cm2.

La metodología propuesta para el análisis de asentamientos elásticos instantáneos considera su cálculo mediante la teoría de elasticidad en un espacio semiinfinito, a partir de expresión (5):

 (5)

 

Donde, ρ = asentamiento producido por la carga q; q = tensión de trabajo; B = ancho de la fundación; v = coeficiente de Poisson; y E = módulo de deformación del suelo.

Los factores I1, I2 e If se estiman a partir de formulaciones que se encuentran en la bibliografía.

El asentamiento elástico en condiciones estáticas del suelo de fundación, para las condiciones actuales que presenta, es de: ρ = 0,96 (cm).

 

Conclusiones

Los valores de resistencia, estimados a partir de las correlaciones empleadas, concordaron con los resultados de los ensayos de penetración DCPT, realizados por Kort en 1985 en sectores cercanos al sitio en estudio. Ello, permitió validar la profundidad del estrato denominado como "duna vieja".

Con respecto a la capacidad de carga del suelo de fundación y posibles asentamientos, se concluye que presenta una capacidad de carga admisible en condiciones estáticas de 4,32kg/cm2 y dinámica de 5,62kg/cm2. De acuerdo a las solicitaciones a las que se encuentra sometido el terreno de fundación, se alcanza un valor de FS = 1.1, aceptable desde el punto de vista ingenieril. Los asentamientos elásticos que se podrían producir, bajo condiciones estáticas, corresponden a valores cercanos a 1 cm.

 

Agradecimientos

Para el desarrollo del presente artículo se agradece la colaboración en el análisis de la información estructural y geotécnica de los ingenieros Dr. Gonzalo Jara Mori y MsC. Gabriel Candia Agusti.

Esta investigación ha sido desarrollada con el auspicio del Museo de la Moda, a quienes también se agradece su apoyo por la información y el acceso a una de sus propiedades.

 

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Fecha de recepción: 11/05/2010

Fecha de aceptación: 30/06/2010

 

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