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Caracterizaci�n geot�cnica de los suelos de la ciudad de Calceta en la provincia de Manab�

 

Geotechnical characterization of the soils of the city of Calceta in the province of Manab�

 

Caracteriza��o geot�cnica dos solos da cidade de Calceta na prov�ncia de Manab�

 

Vicente Antonio Zambrano-Rend�n ^I

antoniozambrano_7@hotmail.com

https://orcid.org/0000-0003-0313-7144

�

Eduardo Humberto Ortiz-Hern�ndez ^II

eduardo.ortiz@utm.edu.ec

https://orcid.org/0000-0002-1885-6005

 

William Stalin Alc�var-Moreira ^III

william.alcivar@utm.edu.ec

https://orcid.org/0000-0001-8430-0534

 

Correspondencia: antoniozambrano_7@hotmail.com

Ciencias t�cnicas y aplicadas

Art�culos de investigaci�n

 

*Recibido: 18 de junio de 2021 *Aceptado: 15 de julio de 2021 * Publicado: 10 de agosto de 2021

I.            Ingeniero Agr�cola, Estudiante de posgrado la Universidad T�cnica de Manab� en la Maestr�a de Investigaci�n en Prevenci�n y Gesti�n de Riesgo, T�cnico Responsable de la Unidad de Gesti�n de Riesgos del GAD Municipal del cant�n Bol�var, Portoviejo, Ecuador.

II.            Ingeniero Civil, Magister en Construcci�n de Obras Viales, Candidato a Ph.D en Ingenier�a del Terreno en la Universidad de Alicante, Espa�a, Profesor Investigador de Mec�nica de Suelos y Geotecnia de la Facultad de Ciencias Matem�ticas F�sicas y Qu�micas de la Universidad T�cnica de Manab�, Portoviejo, Ecuador.

III.            Ingeniero Civil, Mag�ster en Ingenier�a Estructural y Geot�cnica, Diplomado en Tecnolog�a para la Construcci�n Sismo-resistente, Diplomado en Evaluaci�n de Escenarios para la Reducci�n de Riesgo de Desastres de Origen Natural, Profesor Auxiliar Tiempo Completo del Departamento de Construcciones Civiles de la Facultad de Ciencias Matem�ticas, F�sicas y Qu�micas de la Universidad T�cnica de Manab�, Portoviejo, Ecuador.

Resumen

Se realiz� una caracterizaci�n Geot�cnica en los suelos de la ciudad de Calceta ubicada en la provincia de Manab� � Ecuador, evaluando los par�metros del suelo entre ellos su compacidad nivel fre�tico y sus propiedades como Limite Liquido, Limite pl�stico, �ndice de plasticidad y contenido de fino en el Tamiz N�200. Adem�s se realiz� ensayos de penetraci�n est�ndar o (SPT) midiendo la compacidad de suelo por medio del n�mero de Golpes, que� posteriormente se extrajeron muestras alteradas e inalteradas, las mismas que fueron procesadas en los laboratorios de mec�nica de suelos particularmente y prestando los servicios en� el laboratorio de la Universidad T�cnica de Manab�, estudiando el comportamiento del terreno como su expansividad del suelo con sus propiedades f�sicas - mec�nica� a cada una de las muestras. Al analizar los resultados se concluye que la Ciudad de Calceta presenta suelos cohesivos como Arcillas de baja plasticidad de compacidad de media a muy compacta y para los suelos no cohesivos como Arenas, Arena limosas con compacidad de Suelta a Densas con presencia dep�sitos recientes con susceptibilidad de licuaci�n, adem�s tambi�n se estudi� los cambios volum�tricos del suelo calific�ndolo como suelo expansivo bajo.

Palabras claves: Suelos; caracterizaci�n geot�cnica; consistencia; compacidad; Ensayo de penetraci�n est�nda.

 

Abstract

A Geotechnical characterization was completed on the soils of the city of Calceta located in the province of Manab� - Ecuador. Evaluating the parameters of the soil amongst its compactness, ground water levels and its properties as liquid limit, limit plastic, plasticity index and fine content in Sieve No. 200. In addition, a standard penetration tests or (SPT) were performed measuring the soils compactness through the number of blows, which later samples were extracted, altered and undisturbed, the same ones were processed in a in particular soil mechanics laboratories service that was provided by the University Tecnica of Manab�, studying the behavior of the ground and its expansiveness of the soil with its physical properties-mechanical to each one of the samples. After analyzing the results, it is concluded that the City of Calceta has soils cohesive to clay like of low plasticity of medium compactness to very compact and for the non-cohesive soils such as sand, slimy sands with density release compactness with the presence of recent deposits with liquefaction susceptibility, in addition a volumetric changes were also studied of the soil qualifying it as low expansive soil.

Keywords: Soils; geotechnical characterization; consistency; compactness; Standard penetration test.

 

Resumo

Foi realizada uma caracteriza��o geot�cnica dos solos da cidade de Calceta localizada na prov�ncia de Manab� - Equador, avaliando-se os par�metros do solo como compacta��o, len�ol fre�tico e suas propriedades como Limite de L�quido, Limite de Pl�stico, �ndice de plasticidade e teor de finos. na peneira N � 200. Al�m disso, foram realizados ensaios de penetra��o padr�o ou (SPT), medindo a compacta��o do solo por meio do n�mero de golpes, que posteriormente foram extra�das amostras alteradas e indeformadas, as quais foram processadas nos laborat�rios de mec�nica do solo particularmente e prestando servi�os em o laborat�rio da Universidade T�cnica de Manab�, estudando o comportamento do terreno quanto a sua expansividade do solo com suas propriedades f�sicas e mec�nicas a cada uma das amostras. Ao analisar os resultados, conclui-se que o Munic�pio de Calceta apresenta solos coesivos como Argilas de baixa plasticidade de compacta��o m�dia a muito compacta e para solos n�o coesivos como Areias, Areia Siltosa com compacta��o Solta a Densa com presen�a de recente dep�sitos com suscetibilidade a Al�m disso, as altera��es volum�tricas do solo tamb�m foram estudadas, qualificando-o como solo pouco expansivo.

Palavras-chave: Solos; caracteriza��o geot�cnica; consist�ncia; compacidade; Teste de penetra��o padr�o.

 

Introducci�n

Los suelos de la provincia de Manab� presentan irregularidades en su superficie por estar presente en zonas monta�osas y llanas. Esto hace que tengan una variabilidad en los estratos desde sus resistencias, plasticidad, densidad y humedad, donde sus propiedades est�n altamente influenciadas por nivel fre�tico en el suelo generando p�rdidas de firmezas y estabilidad.

 

En la ciudad de Portoviejo se realiz� un estudio similar se procedi� a la elaboraci�n de ensayos de campo con exploraci�n de forma indirecta que consistieron en Perforaciones con SPT y CPT; exploraci�n directa con m�todos de s�smica de refracci�n complementando con ensayos de laboratorio de suelos (Eduardo Humberto Ortiz Hern�ndez, Lucia Katherine Mac�as S�nchez y Delgado Guti�rrez Daniel Alfredo, 2019) .

Al situarse la ciudad de Calceta en una regi�n tropical a c�lida cuya extensi�n territorial es de aproximadamente 537.80 km2, sus suelos requieren de estudios complementarios que permitan caracterizar su litolog�a con una mayor aproximaci�n y representaci�n en las muestras; por esta raz�n, en este art�culo se presenta de forma detallada la caracterizaci�n geot�cnica de la ciudad de Calceta con presencia de un suelo de clima tropical a c�lido ubicado en Ecuador provincia de Manab�.

En esta investigaci�n se efectuaron ensayos de campo como SPT determinando su compacidad de los suelos, analizando su variabilidad de las propiedades que se asocian a la litolog�a del suelo. En laboratorio se evalu� el contenido de humedad natural, l�mites de consistencia, granulometr�a fina, para posteriormente su clasificaci�n de suelos por las tablas SUCS y ASTTHO. La finalidad de estudiar los ensayos de penetraci�n est�ndar de forma localizada es para poder interpretar si los valores y m�todos utilizados que tanto afectan el dise�o final y cu�l ser�a el m�todo apropiado para trabajar en una zona determinada (Carmona �lvarez, 2014).

El objetivo de esta investigaci�n radic� en la Caracterizaci�n geot�cnica evaluando los par�metros del suelo y su compacidad del suelo de la ciudad de Calceta.

 

Equipo de SPT o ensayo de penetraci�n est�ndar y sus especificaciones t�cnicas.

El Ensayo de Penetraci�n Est�ndar o SPT creado en 1927 que entre el 85% y un 90 % los dise�os de cimentaciones en Am�rica se realizan utilizando este ensayo.

Este es uno de los m�s usados para la caracterizaci�n de suelos; no obstante, en su ejecuci�n resulta muy variable debido a m�ltiples detalles de procedimiento y equipos. Sin embargo, con la medici�n de la energ�a y aplicando el principio del trabajo y la energ�a, es posible estimar de manera objetiva par�metros de rigidez del suelo (Rodr�guez, J. A., & Pinto, N. E.).

 

El equipo de penetraci�n est�ndar o� SPT, siguiendo las especificaciones indicadas en la norma establecida en el ( ASTM Standards. Standard test method for penetration test , 1999), consisten en dejar caer libremente desde una altura de 75 cm un martinete con 64 kg de peso sobre un yunque acoplado a una tuber�a de perforaci�n y en cuyo extremo inferior se encuentra el penetr�metro como se ilustra en la figura 1. De esta manera se estim� en forma cualitativa, la resistencia al esfuerzo cortante del suelo, de acuerdo al n�mero de golpes necesarios para hincar los 30 cm intermedios del penetr�metro. En los perfiles estratigr�ficos se muestra la variaci�n con la profundidad del n�mero de golpes obtenidos en la prueba de penetraci�n est�ndar.

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Figura 1: Ensayo de Penetraci�n Est�ndar (SPT) en los suelos de la ciudad de Calceta.

 

Se contabiliza y se anota el n�mero de golpes necesarios para hincar la cuchara los primeros 15 cent�metros (N0−15). Seguidamente se realiza la prueba en s�, introduciendo otros 30 cent�metros, anotando el n�mero de golpes requerido para la hinca en cada intervalo de 15 cent�metros de penetraci�n (N15 − 30 y N30 − 45) (C�rdova Neumane, A. E. , 2019) NSPT = N15 − 30 + N30 − 45.

Si el n�mero de golpes requerido para profundizar en cualquiera de estos intervalos de 15 cent�metros, supera los 50, el resultado del ensayo deja de ser la suma anteriormente indicada, para convertirse en rechazo (R), debi�ndose anotar tambi�n la longitud hincada en el tramo en el que se han alcanzado los 50 golpes. Hasta aqu�, el ensayo STP se considera finalizado cuando se alcanza este valor. (Por ejemplo, si se ha llegado a 50 golpes en 120 mm en el intervalo entre 15 y 30 cent�metros, el resultado debe indicarse como N0 − 15 / 50 en 120 mm, R) (C�rdova Neumane, A. E. , 2019). �l toma muestras permite por otro lado recoger una muestra alterada del suelo que posibilita su identificaci�n seg�n ilustra la figura 2.

 

Figura 2: Toma muestras o cuchara SPT.��� (ASTM, D. 1586-84, 1988).

 

�rea de estudio

La zona de estudio se ubica en Ecuador provincia de Manab� ciudad de Calceta. El suelo estudiado se encuentra exactamente en las coordenadas 0�50�S80�10�0 / -084-80.17como se ilustra en la figura 3, esta se encuentra a 22 msnm y su temperatura promedio es de 26�C. La humedad relativa es de 70%, llegando a valores extremos de 60% en la �poca seca y 96% durante las lluvias. La zona de estudio est� compuesta en su mayor�a por rocas metam�rficas (anfibolita), as� como por extensos dep�sitos de vertiente y aluviales.

 

Figura 3: Ubicaci�n de la zona de estudio de la ciudad de Calceta.

 

Materiales y m�todos

Materiales

Se utiliz� un ensayo de campo con un equipo llamado SPT ( ASTM Standards. Standard test method for penetration test , 1999), que sirve para la evaluaci�n de los suelos y la obtenci�n de los par�metros geot�cnicos mediante muestras alteradas e inalteradas como se muestra en la figura 4. Adem�s, se realizaron ensayos geot�cnicos permitiendo caracterizar los suelos de la ciudad de Calceta entre estos son:

�         Ensayo de Humedad natural seg�n la norma (ASTM- D-18 , 2005)

�         La densidad de s�lidos se determin� con base a las normas (ASTM - D854-02 , 2002).

�         L�mite L�quido se realiza con un� Equipo llamado Casagrande y sus implementos adicionales son ranurador, esp�tula de cuchillo, recipientes en base a la t�cnica mencionada en por (Ju�rez E., y Rico A., 1999) y de acuerdo a las normas (ASTM D423-66, 1972), ( AASHTO T89, (2010)), ( AASHTO T90, (2000)), (ASTM D4318-10, (2010)) posteriormente se realizara el ensayo de limite pl�stico, con �stos se definen� propiedades caracter�sticas del suelo as� como par�metros que hacen posible su clasificaci�n (MONTES-ZARAZ�A, E., COL�N-CRUZ, A., P�REZ-REA, M., MART�NEZ-HERN�NDEZ, A. L., & VELASCO-SANTOS, C.).

�         Granulometr�as finas se la determino seg�n las normas� (AASHTO T88, (2010)), (ASTM - D422-63, 2007), est� nos permite definir parte de la clasificaci�n del suelo en estudio, para ella se us� un juego de mallas completo; y en todas las pruebas se hizo uso de un horno el�ctrico de 110� C  5� C y una balanza para el pesado de las probetas (MONTES-ZARAZ�A, E., COL�N-CRUZ, A., P�REZ-REA, M., MART�NEZ-HERN�NDEZ, A. L., & VELASCO-SANTOS, C.).

 

M�todo

Para la realizaci�n de ensayos que permitan obtener una caracterizaci�n geot�cnica del suelo, se tomaron muestras alteradas e inalteradas para la obtenci�n de sus propiedades f�sica, mec�nicas de suelos.

 

Analisis y resultados de las caracteristicas y parametros de las muestras sujetas a esta investigacion

Los resultados se analizan a trav�s de la aplicaci�n y ejecuci�n de los ensayos de suelos, relacionados con los objetivos planteados. En la Tabla N�1, se reflejan la localizaci�n de los SPT ubicado en el �rea estudio en donde se encuentras las coordenadas de las 20 perforaciones hechas en la ciudad de Calceta.

 

Tabla 1: Coordenadas de las perforaciones realizadas en la ciudad de Calceta.

 

Mediante la investigaci�n realizada a los suelos de la ciudad de Calceta se pudo reconocer que se trataba de un suelo con consistencia de l�mite l�quido de bajo a alto como se ilustra la tabla 2 y para los �ndices de plasticidad de baja a media como se muestra la tabla 3. La consistencia del suelo es la resistencia del suelo a ser deformado o amasado, gobernada por las fuerzas f�sicas de adhesi�n y cohesi�n, las cuales dependen del contenido de humedad del material (Hern�ndez, E. H. O., Salvatierra, W. E. B., & S�nchez, L. K. M., 2018), ya que de acuerdo al Sistema Unificado de Clasificaci�n de Suelos (SUCS) estos� presenta tipo de suelo CL, ML, MH, (Arcilla de baja plasticidad) (Limos de baja a Alta Plasticidad con presencias de estratos de Arena, y Arenas limosas). Seg�n las propiedades de plasticidad de los suelos de la Ciudad de Calceta seg�n menciona (Chen F.H., (1975)), el suelo puede ser clasificado como bajo a medianamente expansivo.

 

Tabla 2: Resumen de par�metros geot�cnicos del suelo de Limite Liquido de la ciudad de Calceta.

 

Tambi�n se puede observar que mediante los ensayos realizados de l�mite de contracci�n (LC) dentro de la investigaci�n nos arroba valores de bajos a medio, indicando as� que el potencial expansivo acuerdo como lo indica� (Ju�rez E., y Rico A., 1999), entre mayor sea el LC en los suelos dicho potencial es m�s peque�o, lo que har� al suelo factible para desplantarla cimentaci�n de una edificaci�n (MONTES-ZARAZ�A, E., COL�N-CRUZ, A., P�REZ-REA, M., MART�NEZ-HERN�NDEZ, A. L., & VELASCO-SANTOS, C.) Adem�s tambi�n en la ciudad de Portoviejo la cual est� a 50 km de Calceta,� se analiz� si ning�n componente de estabilizaci�n el comportamiento expansivo cuyo resultado fue de alto a muy alto,� afectando a la superficie de la estructura con presencia de� deformaciones (Hern�ndez E. H. O., Moncayo E. H. O., S�nchez L. K. M., & de Calderero, R. P., 2017).

 

Tabla : Resumen de par�metros geot�cnicos del suelo de �ndice de Plasticidad de la ciudad de Calceta.

 

El comportamiento de los suelos es complejo debido a los contenidos de finos que tiene el suelo. La importancia del tamiz #200 se hace evidente cuando se analizan las fuerzas dominantes sobre las part�culas, incluyendo las de peso propio, las fuerzas debidas a los esfuerzos efectivos, fuerzas el�ctricas, y fuerzas capilares (Narsilio, G. A., & Santamarina, C., 2016).

Seg�n se menciona tambi�n que, en cuanto a la relaci�n densidad seca m�xima/pasante tamiz N�200, existe una disminuci�n de la densidad seca m�xima con el aumento de fino, resultado que podr�a indicar a priori lo beneficioso de tener un elevado contenido de finos, dado que los mismos disminuyen la densidad seca m�xima, por lo cual, se necesitar�a menor energ�a de compactaci�n para lograr dichas densidades (Mariano, D. F. E., o Orlando, B. G., & Antonio, B. D, 2018).

La tabla 4 indica que estos suelos de la ciudad de Calceta presentan contenidos de finos comprendidos entre el 45% hasta un 96% de Limos Arenosos hasta arcillas.

 

Tabla 4: Resumen de par�metros geot�cnicos del suelo de �ndice de Plasticidad de la ciudad de Calceta.

 

El ensayo de penetraci�n est�ndar (SPT), es un ensayo in situ de penetraci�n por medio de golpeteo que define par�metros de dise�o geot�cnico.� Las variaciones del ensayo SPT se deben tener en cuenta para calcular las correcciones de los par�metros de energ�a y presi�n por confinamiento (Cn), con los cuales obtendremos los valores finales para las correlaciones entre el n�mero de golpes (N) y el �ngulo de fricci�n (�) (Carmona �lvarez, 2014).

 

 

 

 

Tabla 5: Correlaci�n para suelos no cohesivos entre Dr, compacidad y N (Hunt, R. E., 1984).

 

Tabla 6: Relaci�n de la consistencia en suelos cohesivos con el n�mero de golpes del SPT (Villalaz, 2004)

 

Seg�n ilustra la tabla 5 los resultados de n�mero de golpes corregidos del SPT para suelos no cohesivos, que al correlacionar con la tabla 7 y tabla 8 muestra los resultados de SPT de los suelos de la ciudad de Calceta seg�n el comportamiento estratigr�fico donde estos presentan una compacidad de Suelta a Densas.

Para los suelos en las zonas con presencias de arcillas seg�n la tabla 6 menciona la consistencia para suelos cohesivos con el n�mero de golpes del SPT, que al correlacionar con los resultados de la tabla 7 que presenta el resumen de valores de SPT, esta zona presenta suelos de consistencias de media a muy compactas.

 

Tabla 7: Resumen de valores de SPTN60 de suelos corregidos de la ciudad de Calceta.

 

Tabla 8: Resumen de las perforaciones realizadas en la ciudad de Calceta de SPTN60.

 

Conclusiones

�         Al evaluar las propiedades geot�cnicas la ciudad de Calceta, este presenta suelos tipo CL, ML, MH, (Arcilla de baja plasticidad, Limos de Baja a Alta Plasticidad con presencias de estratos de Arena) de acuerdo a R1 a clasificaci�n del SUCS.

�         Para los suelos cohesivos este presenta compacidad de media a muy compactas y para los suelos no cohesivos este presenta compacidad de Suelta a Densas es por ello que la ciudad de Calceta se asienta en estratos y zonas variables.

 

Agradecimiento

A mi madre Antonia Rend�n Chavarr�a, que con Dios descansa tu alma a ti gracias por darme la vida.�

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Referencias

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� 2020 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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