cimentaciones

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
CENTRO PERUANO JAPONES DE
INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y
MITIGACION DE DESASTRES
SEMINARIO TALLER DE
MECANICA DE SUELOS
Y EXPLORACIÓN
GEOTECNICA
9 al 11 de setiembre de 1992

2. SEMINARIO TALLER DE
MECANICA DE SUELOS
Y EXPLORACIÓN
GEOTECNICA
9 al 11 de setiembre de 1992

3. Primera Edición realizado por:
Ing. Antonio Campos Sigüenza e Ing. Oscar Vásquez Huamaní
CISMID-FIC-UNI, 1992
Primer Edición Versión digital realizado por:
Ing. Silene Minaya González
Docente Departamento de Mecánica de Suelos-FIC-UNI, Febrero 2002

4. PRESENTACIÓN
El CENTRO PERUANO-JAPONES DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y
MITIGACION DE DESASTRES (CISMID) de la Facultad de Ingeniería Civil (FIC) de la
Universidad Nacional de Ingeniería (UNI), es un centro de investigaciones y académico que
estudia de manera multidisciplinaria en coordinación con instituciones afines, los desastres
naturales que ocurren en el Perú y en los países del Area Andina; difunde los resultados y
las técnicas desarrolladas en el CISMID y en otros países, particularmente en el Japón, con
la finalidad de mitigar sus efectos.
El CISMID fue creado por la Facultad de Ingeniería Civil de la UNI en acuerdo
tomado por su Consejo de Facultad en Sesión del 16 de junio de 1986.
El Comité Directivo del CISMID, conformado por autoridades de la UNI y
miembros de la representación Japonesa, determina la política a seguir y los programas
anuales de actividades en el CISMID.
El Comité Ejecutivo, conformado por autoridades de la FIC y expertos de la
Misión Japonesa, fija las prioridades de los proyectos de investigación, coordina la
participación de sus miembros en los mismos y la aplicación de los resultados de los
estudios por los sectores que queden afectados por desastres naturales. Aprueba los
programas de estudio de los seminarios y cursos regulares.
Una de las actividades principales del CISMID es la difusión de los resultados de
las investigaciones del Centro y de las técnicas desarrolladas en el Japón u otros países,
mediante publicaciones, conferencias y programas de video TV.
Con el apoyo económico de la AGENCIA DE COOPERACIÓN INTERNACIONAL
DEL JAPÓN (JICA) se han editado e impreso 8 publicaciones y fotocopiado numerosos
Informes de Investigación, correspondientes a las actividades académicas mas importantes
desarrolladas en el CISMID durante el año 1992.
La presente publicación SEMINARIO TALLER DE MECANICA DE SUELOS Y
EXPLORACIÓN GEOTECNICA, corresponde a los trabajos presentados en el seminario
realizado en el CISMID durante los días 9, 10 y 11 de setiembre de 1992.
Expresamos nuestro agradecimiento a las Instituciones, a los Expositores y
Autoridades que han hecho posible la realización de dicho evento; asimismo a todos los
participantes, quienes han dado realce al evento.
Expresamos un especial reconocimiento a la AGENCIA DE COOPERACIÓN
INTERNACIONAL DEL JAPÓN (JICA) por su constante apoyo a todas las actividades del
CISMID.

5. ASTM Asignación : D1194
Método de Ensayo Estándar
Carga Estática para Capacidad Portante del Suelo
1.0 INTRODUCCION
El ensayo de carga directa es un ensayo in-situ que permite la estimación de la capacidad
portante del suelo mediante métodos empíricos. Este ensayo es sólo una parte de los
procedimientos necesarios en la investigación del suelo para el diseño de la cimentación.
Este método proporciona información del suelo sólo hasta una profundidad igual a dos veces el
diámetro de la placa a partir del nivel de ensayo, y toma en cuenta sólo parte del efecto del
tiempo.
2.0 EQUIPO
Para llevar a cabo el ensayo de carga se debe contar con los siguientes equipos y aparatos:
- Carga de reacción: Una plataforma o cajón cargado, de tamaño y peso suficientes para
suministrar la carga total requerida en el terreno. Para este fin se puede utilizar un
camión cargado, con un peso total mayor o igual a 20 TM.
- Gata hidráulica: De suficiente capacidad para proveer y mantener la carga máxima
estimada para las condiciones específicas del suelo, pero no menor de 50 ton. en
cualquier caso.
Para registrar la fuerza aplicada por la gata hidráulica se debe contar con un medidor de
presión (manómetro), un anillo de carga o una celda de carga electrónica. Estos
dispositivos deberían ser capaces de registrar la carga con un error que no exceda de ±
2% del incremento de carga.
- Placa de carga: Se debe disponer de tres placas de acero circulares, con espesores no
menores a 1 pulgada y con diámetros variando de 12 a 30 pulgadas (305 a 762 mm),
incluyendo el mínimo y el máximo diámetro especificado, o placas de acero cuadradas
de áreas equivalentes.
- Dispositivos de registro de asentamientos: Se requiere de 3 extensómetros, capaces
de medir el asentamiento de la placa de carga con una precisión de por lo menos 0.01
pulgadas (0.25 mm).
- Aparatos diversos: Incluye una columna de acero (tubo) para transmitir la carga de la
plataforma a la placa, y otras herramientas y equipos requeridos para la preparación del
ensayo y el montaje del equipo (nivel, plomada, etc).

6. El montaje del equipo puede variar ampliamente dependiendo de las condiciones de
trabajo, requerimientos del ensayo y equipo disponible. Un montaje típico para realizar el
ensayo de carga se muestra en la Figura Nº1.
3.0 PROCEDIMIENTO
- Selección del área de ensayo: Una selección representativa de la ubicación del
ensayo se realiza en base a los resultados de los sondajes de exploración y de los
requerimientos de la estructura. Se debe realizar el ensayo de carga a la profundidad de
cimentación propuesta y en las mismas condiciones a las que ésta estará sujeta, a
menos que se especifiquen condiciones especiales.
- Pozos de prueba: Se requieren por lo menos tres pozos, los cuales deben estar
espaciados por lo menos 5 veces el diámetro mayor de las placas usadas.
Se debe nivelar y limpiar cuidadosamente el área donde se colocará la placa de carga,
de modo que el área de contacto sea en suelo no disturbado.
Previo a la realización del ensayo, proteger el pozo y áreas vecinas contra los cambios
de humedad del suelo, a menos que se espere un humedecimiento de éste en un
tiempo futuro, como en el caso de estructuras hidráulicas. En este caso, prehumedecer
el suelo en el pozo hasta una profundidad no menor que el doble del diámetro o el largo
de la placa.
- Plataforma de carga: Soportar la plataforma de carga o cajón en puntos tan distantes
del área de ensayo como sea posible, preferiblemente a distancias no menores que 8
pies (2.4 m). La carga total requerida deberá estar disponible en el sitio antes de iniciar
el ensayo.
- Carga muerta: Pesar y registrar como peso muerto todo el equipo usado, tal como la
placa de acero, columna de transmisión de carga y gata hidráulica, etc., que es colocada
en el área previa a la aplicación de los incrementos de carga.
- Viga de referencia: Soportar independientemente la viga de referencia, que sostendrá
los extensómetros u otros dispositivos de registro de asentamientos, tan lejos como sea
posible, pero no menor que 8 pies (2.4 m) desde el centro del área de carga.
- Incrementos de carga: Aplicar la carga al suelo en incrementos iguales y acumulativos,
no mayores que 1.0 Ton/ft² (95 KPa), o no más que un décimo de la capacidad portante
estimada para el área a ser ensayada. Asegurarse de medir cada carga, y aplicar ésta
de manera que el suelo sea cargado en forma estática, sin impactos, fluctuaciones o
excentricidades.
- Intervalo de tiempo de carga: Después de la aplicación de cada incremento de carga,
mantener la carga constante por un intervalo de tiempo seleccionado no menor que 15
minutos. Intervalos de tiempo mayores deben ser determinados manteniendo la carga
constante hasta que el asentamiento cese o hasta que la razón de asentamiento sea
uniforme. Mantener el mismo intervalo de tiempo seleccionado para cada incremento de
carga en todo el ensayo.

7. - Registro del asentamiento: Mantener un registro continuo de todos los asentamientos.
Realizar mediciones del asentamiento tan pronto como sean posibles antes y después
de la aplicación de cada incremento de carga, y en intervalos de tiempos iguales cuando
ésta es mantenida constante. Realizar por lo menos 6 mediciones del asentamiento
entre las aplicaciones de carga.
- Término del ensayo: Continuar cada ensayo hasta que la carga pico sea alcanzada o
hasta que la relación de incremento de carga a incremento de asentamiento resulte un
mínimo. Si existe suficiente carga disponible, continuar el ensayo hasta que el
asentamiento total alcance por lo menos el 10% del diámetro de la placa, a menos que
una falla bien definida sea observada.
Después de terminar las observaciones para el último incremento de carga, liberar la
carga aplicada en aproximadamente tres decrementos iguales. Continuar registrando la
recuperación del suelo hasta que la deformación cese, o por un período no menor que el
intervalo de tiempo seleccionado para la carga.
NOTA: El siguiente procedimiento alternativo es también permitido. Aplicar la carga al
suelo en incrementos correspondientes a incrementos de asentamientos de
aproximadamente 0.5% del diámetro de la placa. Después de la aplicación de cada
incremento de asentamiento, medir la carga en intervalos de tiempo fijados; por ejemplo
30s, 1, 2, 4, 8 y 15 min. después de la aplicación de carga, hasta que la variación de
ésta cese o hasta que la razón de variación de la carga, en el gráfico de carga Vs.
logaritmo de tiempo, sea lineal.
Continúe cargando en incrementos de asentamientos seleccionados. El término del
ensayo y la descarga se realiza de manera similar a la indicada anteriormente.
4.0 EVALUACION DE LOS RESULTADOS
- Capacidad admisible del terreno: Existen varios criterios para evaluar la capacidad
admisible del terreno en base a los resultados del ensayo de carga in-situ. El Comité
Francés de Mecánica de Suelos indica que el valor de qad es el menor valor entre q03,
2/3 q10 y 1/2 q20, donde los subíndices representan los valores de descarga en
milímetros. El valor de qad se toma como la carga correspondiente en la curva esfuerzo-
deformación, que es producto de la intersección de una recta paralela a la curva de
descarga que pasa por los valores de deformación en milímetros indicados y la curva
referida.
También existe el criterio de Terzaghi y Peck que indica que la carga admisible de un
ensayo de carga es la mitad del esfuerzo, que ocasiona un asentamiento de 1
centímetro en el ensayo de carga o la mitad del esfuerzo en la falla.
- Cálculo de asentamientos: El asentamiento registrado en una placa de 300 mm, de
diámetro puede ser relacionada con los asentamientos esperados de la cimentación. Existen
varios métodos empíricos para este fin, una relación sugerida por Terzaghi y Peck (1967) es:
-
-
B/B+1
2
S=S
21
2
12

8. donde:
S2 = asentamiento de la cimentación de ancho B2 en cm.
S1 = asentamiento de la placa de 300 mm (B1) bajo la carga esperada a ser
aplicada por la cimentación.
Otra relación ha sido dada por Bond (1961)
S2 = S1 (B2/B1)n+1
donde la notación usada es la misma que para la expresión de Terzaghi y Peck. El
coeficiente adimensional "n" depende del suelo y puede ser determinado por la
realización de dos o más ensayos de placa con diferentes diámetros y resolviendo la
ecuación para "n". El rango de valores de "n" dado por Bond (1961) es:
0.20 a 0.40 para arenas sueltas a compactas.
0.40 a 0.50 para arenas densas.
NOTA: las relaciones anteriores sólo se consideran aplicables para la estimación del
asentamiento en suelos no cohesivos, donde la dependencia del tiempo de las
relaciones de asentamiento son despreciables.
- Cálculo de la rigidez (Kv) y módulo de corte (G):
El ensayo de carga directa puede ser utilizado para la estimación de la rigidez vertical
del suelo (Kv), mediante la aplicación de cargas cíclicas, tal como se indica en la Fig.
Nº2. Este parámetro es muy importante en el diseño de cimentación máquinas; además
a partir de este valor se puede obtener el módulo de corte G, mediante la siguiente
expresión:
21
z
v
(BL)
)-(1K
=G
donde : G = módulo de corte
Kv = rigidez vertical
= módulo de Poisson
ßz = coeficiente de forma
B = ancho de la cimentación
L = largo de la cimentación
Para una placa cuadrada se tiene:
B2.16
)-(1K
=G v
Para extrapolar las rigideces obtenidas usando las placas de áreas pequeñas a las
áreas reales del prototipo se pueden utilizar las recomendaciones de Terzaghi para
cargas estáticas; es decir.

9. suelo cohesivo : Kprototipo = K1 C
suelo no cohesivo : Kprototipo = K1 ( c + 1 )2
donde
placalademenorTamaño
ncimentaciolademenorTamaño
C
5.0 EJEMPLO DE APLICACION
A manera de ejemplo de aplicación se presenta en el Anexo I los resultados de un ensayo de
placa realizado con fines de estudio de cimentación de un edificio. Este ensayo se ha realizado a
una profundidad de 2.20 m. en un material de relleno, obteniéndose un asentamiento total de 4.6
cm. para una carga aplicada de 6 Kg/cm².
Otra aplicación que se ha estado dando al ensayo de carga directa es la determinación del
potencial de colapso in-situ, el cual consiste en determinar el asentamiento adicional que sufre el
suelo bajo una carga de 2 Kg/cm², cuando éste es saturado. En este caso se mantiene constante
la carga de 2 Kg/cm² y se añade agua al terreno por un período de tiempo considerable hasta
que los asentamientos se estabilicen. En el Anexo II se presenta los resultados de un ensayo de
este tipo realizado en Ventanilla, con fines de cimentación.
BIBLIOGRAFIA
1. ASTM (1988).
"Annual Book of ASTM Standars" Section 4, Constuction. ASTM, Philadelphia. U.S.A.
2. BOWLES, JOSEPH E. (1982).
"Foundation, Analysis and Design". Mc Graw-Hill Book Company, New York. U.S.A.
3. CANADIAN GEOTECHNICAL SOCIETY (1985).
"Foundation Engineering Manual", 2nd
Edition C.G.S. Canada.
4. LABORATORIO GEOTECNICO-CISMID (1989).
"Estudio Geotécnico de Cimentación de 7 Centros Educativos y una Posta Sanitaria en
Ventanilla", CISMID, UNI, Lima.
5. LABORATORIO GEOTECNICO-CISMID (1990).
"Estudio Geotécnico de Cimentación de la Planta de Irradiación Multipropósito en Santa Anita",
CISMID, UNI, Lima.
6. LABORATORIO GEOTECNICO-CISMID (1992).
"Ensayo de Carga Directa para la Cimentación de un Edificio Multifamiliar en Surco", CISMID,
UNI, Lima.

10. Columna de
Compresión
Varillas de Anclaje
Plataforma de Carga
Viga de
Refer.
Extensometro
Viga de Reaccion
de anclaje
Tacos de Madera
Columna de Compresión
Placa
Pilotes
placa
Viga de Reacción
Figura No.1

11. ASENTAMIENTO
X
1
CARGA
DINAMICA
CARGA MUERTA
CARGA
Figura No. 2: Determinación de k mediante pruebas de placa

12. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
CENTRO PERUANO-JAPONES DE INVESTIGACIONES
SÍSMICAS Y MITIGACION DE DESASTRES
ANEXO I
ENSAYO DE CARGA DIRECTA
PROYECTO : CIMENTACIÓN DE EDIFICIO CALICATA : EP-2
SOLICITANTE : Ing: MAJLUF PROFUNDIDAD : 2.2
UBICACIÓN : CALLE GERONA-SURCO DIÁMETRO DE PLACA : 30.60 cm
FECHA : 13-08-92 AREA DE PLACA : 735.40 cm2
LECTURASTIEMPO
(min)
CARGA
(kg/cm2
) 1 2 3
PROMEDIO
LECTURAS
ASENT.
(mm)
0
1
1
2
4
6
8
10
0.50 0.38
0.49
0.52
0.57
0.65
0.66
0.67
0.70
0.00
0.00
0.00
0.00
0.06
0.07
0.06
0.06
0.24
0.30
0.33
0.37
0.44
0.44
0.46
0.49
0.21
0.26
0.28
0.31
0.38
0.39
0.40
0.42 0.42
0
1
1
2
4
6
8
10
12
14
16
18
1.00 1.34
1.58
1.65
1.72
1.80
1.88
1.90
1.92
1.94
1.95
2.01
2.01
0.53
0.70
0.74
0.79
0.85
0.91
0.91
0.91
0.91
0.91
1.02
1.02
1.07
1.30
1.36
1.44
1.51
1.60
1.62
1.64
1.66
1.67
1.69
1.70
0.98
1.19
1.25
1.32
1.39
1.46
1.48
1.49
1.50
1.51
1.57
1.58 1.58
0
1
1
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
25
2.00 4.02
4.47
4.69
4.95
5.23
5.42
5.56
5.68
5.75
5.83
5.90
5.95
6.00
6.12
2.68
3.07
3.28
3.52
3.79
3.95
4.06
4.17
4.23
4.33
4.37
4.42
4.45
4.60
3.77
4.21
4.43
4.68
4.97
5.15
5.29
5.40
5.48
5.55
5.62
5.68
5.73
5.85
3.49
3.92
4.13
4.38
4.66
4.84
4.97
5.08
5.15
5.24
5.30
5.35
5.39
5.52 5.52

13. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
CENTRO PERUANO-JAPONES DE INVESTIGACIONES
SÍSMICAS Y MITIGACION DE DESASTRES
0
1
1
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
25
30
4.00 16.76
18.00
18.71
19.71
20.82
21.51
22.06
22.48
22.81
23.09
23.35
23.55
23.77
24.44
25.12
14.59
15.76
16.42
17.35
18.27
18.84
19.44
19.83
20.09
20.27
20.56
20.69
20.91
21.54
22.13
16.48
17.73
18.74
19.43
20.57
21.27
21.79
22.22
22.56
22.85
23.11
23.32
23.53
24.21
24.90
15.94
17.16
17.86
18.83
19.89
20.54
21.10
21.51
21.82
22.07
22.34
22.52
22.74
23.40
24.05 24.05
0
1
1
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
25
****DESCARGA
6.00 36.99
38.19
39.54
41.04
42.63
44.18
45.30
45.82
46.26
46.66
46.99
47.29
47.58
47.94
45.45
33.65
35.82
36.84
38.14
39.55
40.38
40.68
40.99
41.33
41.71
41.96
42.21
42.47
42.77
40.61
36.91
39.43
40.83
42.32
43.93
44.93
45.42
45.97
46.36
46.65
46.92
47.19
47.52
47.82
45.54
35.85
37.81
39.07
40.50
42.04
43.16
43.80
44.26
44.65
45.01
45.29
45.56
45.86
46.18
43.87
46.18

14. FACULTAD DE INGENIERIA CIVI
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
CARGAUNITARIA(kg/cm2)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
105 2015
ASENTAMIENTO (mm )
3025 4035 5045
E N S A Y O E S T A T I C O D E C A R G A D I R E C T A
CIMENTACION DE EDIFICIO
Ing. MAJLUF
CALLE BERONA - SURCO
PROYECTO :
SOLITANTE :
UBICACION :
FECHA : 13-08-92
EP-2
2.2 m.
30.8 cm
735.4 cm2
CALICATA
PROFUNDIDAD
DIAMETRO PLACA
AREA PLACA
:
:
:
:

15. ANEXO II
ENSAYO ESTATICO DE CARGA DIRECTA
UBICACIÓN ANTONIA MORENO DE C. DIÁMETRO DE PLACA = 30 cm
FECHA 18-08-89 AREA DE PLACA = 707 cm2
LUGAR CEI 7 PROFUNDIDAD = 1.15 m
LECTURASTIEMPO
(min)
CARGA
(kg/cm2
) 1 2 3
PROMEDIO
LECTURAS
ASENT.
(mm)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0.50 0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.01
0.01
0.00
0.00
0.00
0.00
0.01
0.01
0.01
0.01
0.01
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.01
0.01 0.01
0
2
4
6
8
10
12
14
16
1.00 0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.08
0.11
0.11
0.11
0.11
0.11
0.11
0.11
0.11
0.07
0.07
0.07
0.07
0.07
0.07
0.07
0.07
0.07
0.05
0.06
0.06
0.06
0.06
0.06
0.06
0.06
0.06 0.06
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0
2
4
6
10
25
55
85
115
145
205
265
325
385
445
505
2.00
2.00
0.00
0.02
0.05
0.10
0.14
0.31
0.33
0.33
0.34
0.34
0.45
0.50
0.57
0.64
0.77
0.92
1.02
1.15
1.23
1.28
1.44
1.50
1.50
1.50
1.50
0.30
0.30
0.33
0.44
0.55
0.62
0.64
0.64
0.64
0.64
0.72
0.76
0.82
0.89
1.02
1.33
1.53
1.62
1.79
2.01
2.18
2.37
2.56
2.60
2.80
0.10
0.10
0.11
0.25
0.35
0.41
0.42
0.43
0.43
0.43
0.48
0.49
0.53
0.57
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2.27
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2.09
2.12
2.24
0.47

16. 565
625
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2005
2065
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1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
1.50
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1.50
1.50
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1.50
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1.50
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1.50
1.50
1.50
1.50
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1.50
1.50
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1.50
1.50
1.50
1.50
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1.50
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5.08
5.08
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5.09
5.09
5.09
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17. 8
10
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14
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20
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0
1
2
4
6
8
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12
14
16
DESCARGA
8.00
10.00
3.83
3.83
3.83
3.83
3.91
3.91
3.91
4.03
4.11
4.14
4.17
4.17
4.22
4.22
4.22
4.23
4.24
4.24
4.24
4.24
4.24
4.24
4.24
4.24
4.24
4.24
4.24
4.24
4.24
3.94
7.14
7.16
7.19
7.21
7.24
7.24
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8.77
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8.87
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8.91
8.93
8.93
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10.00
10.00
10.00
10.00
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6.56
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9.06
9.11
9.15
9.16
9.17
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11.02
11.18
11.23
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11.46
11.47
10.56
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5.90
5.91
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7.20
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7.38
7.38
7.42
7.43
7.44
7.45
8.29
8.37
8.44
8.46
8.48
8.52
8.54
8.55
8.57
8.57
7.87
5.91
7.45
8.57

18. FACULTAD DE INGENIERIA CIVI
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
SOLICITADO POR : ENACE
DIAMETRO PLACA = 30 cm
= 707 cm2
60
2
4
2 4
ASENTAMIENTO ( mm )
8 10 12
E N S A Y O E S T A T I C O D E C A R G A D I R E C T A
ANTONIA MORENO DE C.
CARGAUNITARIA(kg/cm2)
6
2
8
10
12
14
18
20
UBICACION
FECHA
LUGAR
:
:
:
18-08-89
CEI - 7 AREA PLACA
PROFUNDIDAD = 1.15 m