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UNIVERSIDAD NACIONAL DE UCAYALI FACULTAD DE INGENIERIA DE SISTEMAS E INGENIERIA CIVIL ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL “Año del Diálogo y la Reconciliación Nacional”

CURSO

: MECANICA DE SUELOS II

DOCENTE

: ING. ESTUARDO ALONSO LIZARZABURU VELARDE

TEMA

: ESTUDIO DE LAS CIMENTACIONES SUPERFICIALES EN EL SUELO DE UNA ZONA DEL DISTRITO DE CALLERÍA EN LA CIUDAD DE PUCALLPA

CICLO

: VI

ALUMNO

:

BLAS MELÉNDEZ, PEDRO ANDRÉS

PUCALLPA – PERÚ 2019

Índice INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................................ 1 1.- MARCO TEORICO ................................................................................................................................ 2 1.1.- CIMENTACIONES SUPERFICIALES ............................................................................................... 2 1.1.1 ZAPATAS............................................................................................................................................ 2 1.1.2 FUNCIONES DE LAS CIMENTACIONES SUPERFICIALES ........................................................ 3 1.1.3 CLASIFICACIÓN DE LAS CIMENTACIONES SUPERFICIALES ................................................ 3 2.- CÁLCULO DE LAS CIMENTACIONES SUPERFICIALES ............................................................... 4 3.- CAPACIDAD DE CARGA DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES .............................................. 5 3.1 TIPOS DE FALLAS POR CAPACIDAD DE CARGA ......................................................................... 5 3.2 TEORÍA DE LA CAPACIDAD DE CARGA DE TERZAGUI............................................................. 6 4.- CIMENTACIONES SUPERFICIALES EN TALUDES ........................................................................ 6 5.- CONDICIONES QUE DEBE CUMPLIR LA CIMENTACIÓN ............................................................ 6 6.- ESTUDIO DEL SUELO PARA LA REALIZACIÓN DE UNA CIMENTACIÓN SUPERFICIAL…..7 7.- EJECUCIÓN DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES ..................................................................... 7 8.- TAREAS PREVIAS DE LA EJECUCIÓN DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES POR ZAPATAS…………………………………………………………………………………………………..8 8.1. PROCESO CONSTRUCTIVO DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES POR ZAPATAS ........... 8 8.1.1. ASPECTOS A TENER EN CUENTA ............................................................................................. 10 9.- CONCLUSIONES ................................................................................................................................. 10 10.- BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................. 11 11.- ANEXOS ............................................................................................................................................. 11

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INTRODUCCIÓN

La cimentación constituye el elemento intermedio que permite transmitir las caras que soporta una estructura al suelo subyacente, de modo que no rebase la capacidad portante del suelo, y que las deformaciones producidas en éste sean admisibles para la estructura. Por tanto, para realizar una correcta cimentación habrá que tener en cuenta las características geotécnicas del suelo y además dimensionar el propio cimiento como elemento de hormigón, de modo que sea suficientemente resistente. La cimentación es muy importante porque es la base estructural más importante de la vivienda, en ella se transmiten las cargas puntuales de toda la infraestructura, brindando resistencia y seguridad a todas las personas que la habitan. Proporciona estabilidad ante cualquier desastre evitando que esta se desplome, nos da confianza para poder sobrevivir ante un sismo o terremoto. La cimentación cumple con diversas características y cuanto mayor es el costo en materiales, se mejora el tipo de cimentación, proporcionando una mejor resistencia y adecuado comportamiento de esta ante una catástrofe. La ciudad de Pucallpa se ubica en el centro oriente del Perú a orillas de río Ucayali en plena selva amazónica. Localizada en la región de la selva baja, tiene un clima tropical cálido todo el año (promedio de 24°C), con estación lluviosa en verano. En gran parte de las zonas donde se realizaron estudios existen suelos del cuaternario, formado por suelos finos arcillosos, limosos y arenosos. En el desarrollo de este trabajo se observará este tipo de suelo arcilloso, realizado en una zona del distrito de Callería en la ciudad de Pucallpa y el tipo de ensayo que se realizó en el laboratorio de la Universidad Nacional de Ucayali de la escuela profesional de Ingeniería Civil. De esta manera se sabrá y se conocerá si las construcciones de cimentaciones superficiales sufren algún tipo de comportamiento en el suelo donde se saco la muestra de una zona del distrito de Callería.

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1.- MARCO TEORICO 1.1.- CIMENTACIONES SUPERFICIALES Para poder diferenciar una cimentación superficial con una cimentación profunda tenemos la siguiente relación:

Superficiales: cuando el nivel de cimentación es inferior a cuatro veces la dimensión menor del cimiento.

Profundas: cuando el nivel es superior a diez veces la dimensión menor. Entre ambos grupos evidentemente hay gran cantidad de casos intermedios. La cimentación superficial es aquella que se apoya sobre los estratos superficiales del terreno, permitiendo estos apoyar el edificio directamente sobre ellos sin producir asientos importantes. Se utilizan cimientos superficiales cuando existe a poca profundidad en el terreno, una capa resistente como para soportar el peso de la estructura, en condiciones estables de seguridad y con asentamientos o movimientos admisibles (Áviles, 1994). La teoría de Terzaghi ha sido utilizada muchas veces en el proyecto de cimentaciones superficiales reales, de manera que se ha generado una gran confianza y familiaridad en torno a ella; por otra parte, muy pocos diseños se han verificado con mediciones de campo (Castillo, 2005). Se llaman cimentaciones superficiales a las cimentaciones realizadas en el suelo a una profundidad pequeña. Sea, por ejemplo, una zapata corrida, es decir, de ancho B y longitud infinita, colocada en el suelo a una profundidad h (Sanz, 1975). Dentro de las cimentaciones superficiales el caso más común y más usado en las estructuras son las zapatas.

1.1.1 ZAPATAS Las zapatas son cimentaciones superficiales o directas, como toda cimentación ha de garantizar, de forma permanente, la estabilidad de la obra que soporta. En el cálculo de las presiones ejercidas por la zapata debe tenerse en cuenta además del peso del edificio y las sobrecargas, el peso de la propia zapata y de las tierras que descansan sobre sus vuelos, estas dos últimas cargas tienen un efecto desfavorable respecto al hundimiento. Para todo tipo de zapata, el plano de apoyo de la misma debe quedar empotrado 1dm en el estrato del terreno. La profundidad del plano de apoyo se fija basándose en el informe geotécnico, sin alterar el comportamiento del terreno bajo el cimiento, a causa de las variaciones del nivel freático o por posibles riesgos debidos a las heladas. En el caso en que el edificio tenga una junta estructural con soporte duplicado (dos pilares), se efectúa una sola zapata para los dos soportes.

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1.1.2 FUNCIONES DE LAS CIMENTACIONES SUPERFICIALES a) Asegurar una distribución pareja de las cargas, fuerzas, y una base nivelada para que la estructura no se vea. b) Comprometida por pesos mal distribuidos ni exigencias en pilares o en cualquiera de las partes de la construcción. c) Para que sea mejor construido la cimentación, se debe contar con un terreno bien preparado. d) El terreno debe estar bien nivelado, asentado, con la composición correcta para evitar que los azotes meteorológicos, las condiciones climáticas lo hagan ceder y perder estabilidad.

1.1.3 CLASIFICACIÓN DE LAS CIMENTACIONES SUPERFICIALES Se pueden clasificar en los siguientes tipos: a) Cimentaciones ciclópeas: En terrenos cohesivos donde la zanja pueda hacerse con parámetros verticales y sin desprendimientos de tierra. El procedimiento para su construcción consiste en ir vaciando dentro de la zanja piedras de diferentes tamaños al tiempo que se vierte la mezcla de concreto en proporción 1:3:5, procurando mezclar perfectamente el concreto con las piedras, de tal forma que se evite la continuidad en sus juntas. b) Zapatas aisladas: Son un tipo de cimentación superficial que sirve de base de elementos estructurales puntuales como son los pilares. La zapata aislada no necesita junta pues al estar empotrada en el terreno no se ve afectada por los cambios térmicos. Para construir una zapata aislada deben independizarse los cimientos y las estructuras de los edificios ubicados en terrenos de naturaleza heterogénea o con discontinuidades, para que las diferentes partes del edificio tengan cimentaciones estables. c) Zapata Combinada: Es un elemento que sirve de cimentación para dos o más pilares. Al combinar los momentos flectores de las zapatas aisladas y si se combinan en un único elemento de cimentación, el resultado puede ser un elemento más estabilizado y sometido a un menor momento resultante. d) Zapata Continua: Son llamadas zapatas corridas y se emplean para cimentar muros portantes o hileras de pilares. Están indicadas como cimentación de un elemento estructural longitudinalmente continuo, como un muro, en el que pretendemos los asientos en el terreno. Las zapatas corridas son, según el Código Técnico de la Edificación (CTE), aquellas zapatas que recogen más de tres pilares. e) Losa de Cimentación: Se usan de asiento común a toda la estructura. Es una placa flotante apoyada directamente sobre el terreno. Está sometida principalmente a esfuerzos de flexión. Su espesor será proporcional a los momentos flectores actuantes sobre la misma.

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2.- CÁLCULO DE LAS CIMENTACIONES SUPERFICIALES Factores que se toman en cuenta: a) Su construcción. Se calcula la sección del hormigón y del hierro de que está compuesta su armadura; así como también la transmisión de fuerzas por frotamiento con el terreno y presión de a punta.

b) El transporte del taller a la obra por las vibraciones que sufre el material.

c) Su levantamiento por grúa.

d) Su hinca.

e) Las cargas a soportar. Como regla general, el cálculo se basa principalmente, en los esfuerzos que sufre durante su transporte y la tensión producida al ser izado por la grúa para prepararlo a la hinca. Se determina el número de pilotes, colocándolos según la forma de la losa sobre la que irá la construcción, así como los momentos y la reacción que el pilote ejerce en su eje, pues es necesario tener muy en cuenta el esfuerzo cortante a que está sometida la losa.

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3.- CAPACIDAD DE CARGA DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES Cuando una fundación produce carga al subsuelo se producen asentamientos y si la carga se incrementa lo suficiente, se forman en el suelo superficies de deslizamiento, a lo largo de las cuales se sobrepasa la resistencia al esfuerzo cortante y finalmente se produce un colapso o falla por capacidad de carga.

3.1 TIPOS DE FALLAS POR CAPACIDAD DE CARGA - Falla general por corte (Terzaghi): La superficie del terreno a la zapata se levanta y puede rotar (inclinándose). La falla es violenta y catastrófica. Generalmente ocurre en suelo “incompresibles”-suelos granulares densos y cohesivos de consistencia dura a rígida.

-Falla local por corte (Terzaghi, De Beer y Vesic) Tendencia visible a levantamiento del terreno alrededor de la zapata. No se producirá un colapso catastrófico de la zapata ni una rotación de la misma. Constituye un modo transicional entre falla general y falla por punzonamiento.

-Falla por corte punzonado (De Beer y Vesic) A medida que se incrementa la carga, se comprime el suelo inmediatamente debajo de la zapata produciendo desplazamiento vertical. La fundación se asienta mediante pequeños movimientos verticales repentinos. Se produce en arenas muy sueltas o en suelos cohesivos blandos o muy blandos.

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3.2 TEORÍA DE LA CAPACIDAD DE CARGA DE TERZAGUI Terzagui dijo, una cimentación es superficial si la profundidad Df, es menor o igual al ancho de la misma. ZONA I.- Zona triangular inmediatamente debajo de la cimentación. “Zona que se acuña, con estado de equilibrio elástico”. ZONA II.- Zona de cortante radial “Zona rofatoria”, en las que las curvas DE y DE, son arcos de una espiral loarítmica “estado plástico de Prandtl”. ZONA III.- Zona pasiva de Rankine Triangulares.

4.- CIMENTACIONES SUPERFICIALES EN TALUDES En este caso, la ecuación de capacidad de carga debe ser calculada teniendo en cuenta la inclinación de la superficie y la inclinación de la base de la cimentación, si la hubiera. Adicionalmente debe verificarse la estabilidad del talud, considerando la presencia de la estructura. El factor de seguridad mínimo del talud, en consideraciones estáticas debe ser 1.5 y en condiciones sísmicas 1.25.

5.- CONDICIONES QUE DEBE CUMPLIR LA CIMENTACIÓN a) Estabilidad global: La estructura y su cimiento pueden fallar globalmente sin que se produzcan, otros fallos locales. Es típico de cimentaciones en taludes o en medias laderas. b) Estabilidad frente al hundimiento: Este fallo del terreno puede ocurrir cuando la carga

actuante sobre el terreno supera la carga de hundimiento. c) Estabilidad frente al deslizamiento: El contacto de la cimentación con el terreno puede

estar sometido a tensiones de corte. Si éstas superan la resistencia de ese contacto se puede producir el deslizamiento entre ambos elementos, cimentación y terreno.

7 d) Estabilidad frente al vuelco: El vuelco es típico de estructuras cimentadas sobre terrenos

cuya capacidad portante es mayor que la necesaria para sostener la cimentación, antes de producirse el vuelco se provocaría el hundimiento del cimiento. e) Capacidad estructural del cimiento: Los esfuerzos en los elementos estructurales que componen el cimiento, igual que cualquier otro elemento estructural, pueden sobrepasar su capacidad resistente.

6.- ESTUDIO DEL SUELO PARA LA REALIZACIÓN DE UNA CIMENTACIÓN SUPERFICIAL La profundidad mínima de exploración para la realización de una cimentación superficial en la zona para este trabajo fue de 2m. En caso de no encontrarse adecuado el suelo para soportar cimentaciones superficiales, por presencia de pantanos, suelos de baja compacidad, dunas,etc, se deberá realizar una profundidad que sea necesaria. Se tomo la muestra del estrato del suelo arcilloso , en la cual se llevo al laboratorio para realizar el ensayo respectivo.En las cuales se demuestra que el suelo cabado a la profundidad de 1.60m , es adecuado para la realizacion de un cimiento superficial. Se ejecutó el ensayo a la muestra obtenida de la exploración de campo, que permita conocer el origen del suelo, la clasificació, pesos unitarios, propiedades de resistencia al corte, deformación, permeabilidad, compactación. Se ejecutó ensayo de comprensión inconfinada y/o corte directo a la muestra obtenida y ensayo triaxial. Cuando no se puedan obtener muestras inalteradas, se aceptarán los resultados obtenidos mediante pruebas directas. Se realizó un análisis de los resultados de las pruebas, de la observación de campo, que identifique el origen del suelo y su comportamiento ante solicitaciones estáticas y dinámicas (resistencia la corte, asentamientos, colapso, erosión).

7.- EJECUCIÓN DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES El replanteo debe ejecutarse sobre un terreno limpio y despejado, sin obstáculos. Una vez ejecutada la excavación de zapata de cimentación, vemos que el terreno sobre el que nos encontramos se ha convertido en un agujero. En este trabajo se simula la construcción de una zapata de cimentación para la construcción de una casa. Por eso se dice que el fondo de excavación se mantendrá limpio de desprendimientos del terreno antes de proceder al hormigonado. Además se eliminará del fondo cualquier material ajeno a la cimentación como trozos de ladrillos, piedras, bloques. Para conseguir mantener limpio el fondo de la cimentación, es muy conveniente mantener tambien limpio el borde exterior de la misma,así como establecer una zona de paso de manera que se evite pisar en las proximidades del agujero para evitar desprendimiento de tierra debido al peso de la pisada. El hormigonado se realiza comenzando en el eje de pilares desplazando el vertido hacia las riostras según se va llenando la zapata. En caso de ser necesario detener el hormigonado por cualquier razón se dejarán completamente llenas las partes que ya han comenzado a hormigonarse, dejando una junta de ejecución lo más cerca posible de la mitad de la luz entre los ejes de pilares.

8 8.- TAREAS PREVIAS DE LA EJECUCIÓN DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES POR ZAPATAS Antes de comenzar con las cimentaciones, deberán realizarse las siguientes tareas: A). Estudio Geotécnico considerando lo siguiente: 1.- Corte estratigráfico y nivel de la capa freática. 2.-Grado de agresividad del suelo. 3.-Características mecánicas (módulo endométrico, etc.) 4.-Estimación de la profundidad de la cimentación. B). Después de realizar el desmonte o vaciado, preparar la superficie con la planeidad suficiente para replantearlas zapatas. C). Previo a la realización de la cimentación directa por zapatas, deberá tener pleno conocimiento del terreno y saber si existen zonas blandas o cavernas que impidan la ejecución de estos trabajos. Del mismo modo, deberá tener conocimiento previo de la posible existencia de agua en el terreno, para efectuar los achiques necesarios. Deberá también considerar la existencia de cimentaciones cercanas y los servicios afectados que puedan perjudicar la ejecución de las tareas. D). Hormigón: Previo a su empleo, debe analizarse y haber aprobado la planta de fabricación y las fórmulas de trabajo propuestas y los materiales componentes del hormigón; verificar los resultados de rotura a la compresión y los equipos de transporte, colocación y vibrado que han de emplearse en la obra. E). Cimbras y Apeos: Comprobar la documentación técnica y el dimensionado para resistir el peso del hormigón, su propio peso y el peso de los encofrados y las probables sobrecargas accidentales que incidan sobre los mismos. Las cimbras deberán soportar una acción horizontal del orden del 2% de la carga vertical que actúe sobre ellas. F). Encofrados: Deberá comprobar que los elementos componentes de los encofrados y sus uniones, tengan la resistencia suficiente para no deformarse, verificar las presiones del hormigón fresco y los efectos del método empleado para compactación.

8.1. PROCESO CONSTRUCTIVO DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES POR ZAPATAS Excavación y Hormigón de Limpieza

Después de efectuar el replanteo de la zapata, se inicia la excavación con una retroexcavadora con cuchara, en el caso de terreno de tránsito, o con martillo en caso de terreno rocoso o conglomerado, reservando el

9 material acopiado para el posterior relleno o para su transporte a vertedero. De acuerdo al tipo de terreno y a la profundidad de excavación se disponen los taludes necesarios para garantizar su estabilidad. Al llegar al fondo de la excavación, la misma se nivela y se comprueba si el terreno, considerando las condiciones de tensión admisible del proyecto, es el previsto para efectuar la cimentación. Las dimensiones de las zapatas deben ser las de los planos, con una tolerancia en + o - 5 cm. Antes de verter el hormigón de limpieza, se limpiará el fondo de la excavación quitando cualquier material suelto hasta obtener una plataforma horizontal. En la superficie de la excavación se disponen repartidos uniformemente marcando la cota de hormigón de limpieza coincidiendo con la cota inferior de la zapata. En caso de que sea necesario, se coloca seguidamente el encofrado lateral, comprobando las dimensiones y pendientes. Luego se coloca el hormigón de limpieza para nivelar el fondo de la excavación y para preparar la colocación de la armadura.

Armaduras

Comprobada la colocación de la ferralla, se efectúa el replanteo de la cota de hormigonado colocando barras de acero o pintando los laterales. Luego se disponen cuerdas entre las marcas para la nivelación de la superficie de hormigón. Previo a hormigonar, debe limpiarse la superficie de asiento de toda suciedad y materiales sueltos. Se lava la superficie y si quedan charcos, debe eliminarse todo resto de agua. Se hormigona con bomba o grúa con cubilote. El hormigón se coloca con vertido directo, desde una altura menor o igual a 1,5 m., tratando de que no segregue y considerando los factores climáticos (EHE). Al hormigonar, debe cuidarse que no se produzcan desplazamientos de los encofrados o de las armaduras y tratando que no se formen juntas, coqueras o planos de debilidad dentro de estas secciones. El hormigón se coloca en forma continua o en capas, con esperas cortas para que al colocar la capa siguiente, la anterior aún se encuentre en estado plástico, para evitar la formación de junta fría. Se compacta el hormigón mediante vibradores de aguja, considerando que la aguja se introduzca profundamente en la masa vertical y debe quitarse con lentitud y a velocidad constante. El hormigón se compacta en tongadas no mayores a 60 cm. Cuando se compacta por tongadas, la aguja del vibrador debe introducirse en la capa inferior entre 10 y 15 cm.

Juntas

Todas las juntas de hormigonado deben preverse en el proyecto. Si se produjera alguna junta no prevista, deberá ejecutarse normalmente en la dirección de los esfuerzos máximos; cuando esto no pueda realizarse, formarán con ella el mayor ángulo que sea posible. Cuando se interrumpe el hormigonado, superando las 4 o 6 horas, se limpiará la junta con un chorro a presión de aire y agua o con cualquier otro sistema que realice la correcta limpieza de la lechada superficial, áridos sueltos, etc., para que el árido quede visto.

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Curado del Hormigón

El curado se efectúa mediante riego de agua o con líquido especial de curado (filmógeno) durante 7 días seguidos. Esta operación se realiza en toda la superficie expuesta a continuación del vibrado y enrasado de la superficie final, para evitar la aparición de fisuras de retracción plástica con la pérdida de humedad. Si se emplea película filmógena. la misma se extiende sobre la superficie humedecida y saturada, pero evitando los charcos. Los paramentos encofrados se curan inmediatamente después de desencofrar. En los curados con agua, el proceso lleva una duración mínima de 4 días; si las temperaturas son muy bajas, se extiende a 7 días. Si arreciara el viento, hubiera mucho calor o baja humedad ambiente, se intensifican los procesos de curado.

8.1.1. ASPECTOS A TENER EN CUENTA 

     

Las tareas de excavación del fondo y laterales se efectúan inmediatamente antes del vertido del hormigón de limpieza, para impedir así que el terreno de cimentación sufra cualquier deterioro. Se procura mantener abierta la excavación el menor tiempo que sea posible. En el caso en que al excavar las zapatas se comprueba que el cimiento no es el adecuado, se efectuará nuevamente el cálculo de los mismos. El fondo de la excavación debe tener planeidad y homogeneidad suficiente para evitar los asientos diferenciales. Debe cuidarse la excavación controlando que no se vierta hormigón en exceso. Verificar la estanquidad de los encofrados para impedir las pérdidas de lechada. Siempre guardar vibradores de repuesto para la vibración del hormigón. En los casos en que se requiera, disponer con anterioridad la conexión y red de puesta a tierra.

9.- CONCLUSIONES

 El pilotaje de una cimentación es análogo al de cualquier otra parte de una estructura. Se suponen unas dimensiones propuestas se tiene la seguridad necesaria y se revisa sucesivamente hasta que se encuentre que el proyecto es satisfactorio.  El colocar pilotes en una cimentación puede ser inútil en algunos lugares y bajo ciertas condiciones puede ser muy perjudicial. Por ejemplo: una capa; la de un suelo bastante firme situada sobre otra capa profunda de suelo blando, pudiera actuar como una losa natural para distribuir la carga de una cimentación poco profunda. La hinca de pilotes en la capa firme puede romperla o reamasarla; el resultado final seria la concentración de cargas en un estrato blando con el correspondiente asentamiento excesivo.

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10.- BIBLIOGRAFÍA

Áviles, E. (1994). Código de ciemntaciones de Costa Rica. Costa Rica: Tecnológica de Costa Rica. Bertin, R. (1976). Cimentaciones y Obras en Recalces. Barcelona: Técnicos Asociados, S.A. Castillo, A. R. (2005). La Ingenieria de Suelos en las Vias Terrestres. Mexico: Noruega. Costarricense, A. (1994). Código de Cimentaciones de Costa Rica . Costa Rica : Tecnológica de Costa Rica. Graux, D. (1975). Fundamentos de Mecanica de Suelos, poyectos de Muros Y cimentaciones. Barcelona: Técnicos Asociados, S.A. Sanz, J. (1975). Mecanica De Suelos. Barcelona: Tecnicos Asociados, S.A.

11.- ANEXOS