Construccion IE COLEGIO
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7/23/2019 Construccion IE COLEGIO
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ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS Y
CIMENTACIONES
PROYECTO:
ICA, NOVIEMBRE DEL 2,012
CONSTRUCCIN DE LA
INFRAESTRUCTURA DE LA I.E. N 86751
SAN PEDRO DE HUARCA PROVINCIA DE
YUNGAY DEPARTAMENTO DE ANCASH
I ETAPA
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Mecnica de Suelos - Ensayos - SPT- DPL- SPL- ConcretoTl.f. 213805 956456008- Av. L. Valcarcel B-13 Urb.San Joaqun Ica
EMS CON FINES DE CIMENTACION 2
PRO IN RL PROGRAMAS DE INVESTIGACIONES GEOTECNICAS
CONTENIDO
1. ALCANCES DEL ESTUDIO
2. UBICACIN
3. GEOLOGIA
4. INFORMACION PREVIA
4.1 DE LA OBRA A C IMENTAR
4.2 DATOS GENERALES DE LA ZONA
4.3 DE LOS TERRENOS COLINDANTES
4.4 NUMERO DE PUNTOS A INVESTIGAR5. TRABAJ OS EFECTUADOS
5.1 EXPLORACION DE CAMPO
5.2 ENSAYOS DE LABORATORIO Y CAMPO
5.3 PERFIL DEL SUELO
6. AGRESIVIDAD DEL SUELO
7. NIVEL FRETICO
8. ANALISIS DE LA CAPACIDAD DE CARGA
8.1 ANALISIS POR ASENTAMIENTO
8.2 CAPACIDAD DE CARGA POR ASENTAMIENTO
8.3 CAPAC IDAD DE CARGA POR CORTE
9. EFECTOS SISMICOS
9.1 CARACTERISTICAS DINAMICAS
9.2 POTENCIAL DE LICUACION DE SUELOS
9.3 ANALISIS SISMOGRAFICOS EN LA REGION DE ICA
10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES DEL ESTUDIO
11. RESUMEN DE LAS CONDICIONES DE CIMENTACION
12. FOTOGRAFIAS
13. MEMORIA DE CALCULO
14. PERFIL ESTRATIGRAFICO
15. ENSAYOS DE LABORATORIO
16. ENSAYOS DE CAMPO
17. ANEXOS
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PRO IN RL PROGRAMAS DE INVESTIGACIONES GEOTECNICAS
MEMORIA DESCRIPTIVA
PROYECTO:
CONSTRUCCIN DE LA INFRAESTRUCTURA DE LA I.E. N 86751 SANPEDRO DE HUARCA PROVINCIA DE YUNGAY DEPARTAMENTO DEANCASH I ETAPA
SOLICITA:
ING. CARLOS HERNANDEZ IBARRA
UBICACION :
DEPARTAMENTO - ANCASH
PROVINCIA - YUNGAY
DISTRITO - YUNGAY
LOCALIDAD - HUARCA
FECHA: NOVIEMBRE DEL 2,012
1. ALCANCES DEL ESTUDIO
El objeto del presente Informe es mostrar los trabajos realizados, as como los
resultados y conclusiones obtenidos en el estudio de suelos ejecutado conforme a
la Norma Peruana E.050 de Suelos y cimentaciones, con la finalidad de
determinar la informacin requerida para el diseo de la cimentacin del
proyecto: CONSTRUCCION DE I.E. N 86751 SAN PEDRO DE HUARCA.
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2. UBICACION
La zona, materia del presente estudio de suelos, se encuentra ubicado en la
localidad de Huarca, comprensin del Distrito de Yungay, Provincia de Yungay
y Departamento de Ancash.
3. GEOLOGIA
Los depsitos clsticos cuaternarios se han acumulado desde el Pleistoceno hasta
el reciente y se debe a distintos orgenes; siendo los ms antiguos las morrenas,
debido a la glaciacin cuaternaria y seguidos por depsitos aluviales y fluviales
ms recientes.
Las mineralizaciones en el rea de estudio estn estrechamente relacionadas a la
actividad magmtica mio-pliocnica, o sea por contacto de intrusivos con la roca
o por sistemas hidrotermales generados por el emplazamiento de las grandes
estructuras volcnicas.
La Geologa local de la zona de estudio, esta constituida principalmente por
depsitos cuaternarios. Los depsitos cuaternarios existentes en la zona y sus
alrededores son los coluviales y fluvio aluvionales.
DEPOSITOS COLUVIALES: Los depsitos estn formados por la
sedimentacin de materiales provenientes de las partes altas, los mismos que se
caracterizan por ser materiales de naturaleza Granular y arcillosa. Sobre estos
suelos se localiza la zona en estudio principalmente; cuyas componentes son
materiales de mayores dimensiones que las arenas, provenientes de los cerros
circundantes y de la parte alta de las quebradas.
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4. INFORMACION PREVIA
4.1 DE LA OBRA A CIMENTAR
El proyecto materia del presente estudio, se encuentra destinada para Uso
como Centro educativo, lo cul segn la Norma E.030 es categorizado como
edificacin Esencial el coeficiente de uso e importancia (U) para la
presente edificacin es igual a 1.5.
El sistema estructural a emplear e incluso existente, es en base a Elementos
de Concreto Armado de 02 niveles, siendo la sobrecarga tpica para este tipo
de estructuras del orden de 250 Kg/m2
La Clasificacin, para los fines de la determinacin del programa Mnimo de
exploracin del EMS, de la Norma E-050, de acuerdo a la tabla N 2.1.2, es
tipificada como:
TIPO DE
ESTRUCTURA
DISTANCIA MAYOR ENTRE
APOYOS
N DE PISOS
(Incluido sotano)
TIPO DE
EDIFICACION
Porticos y/o Muros de
concreto Menor a 10 m. Menor a 5 A
Los tipos de edificacin A, B y C, designan la importancia relativa de la
estructura desde el punto de vista de la investigacin de suelos necesaria
para cada tipo, siendo el A ms exigente que el B y este que el C.
4.2 DATOS GENERALES DE LA ZONA
Para la realizacin del estudio de suelos de la zona, las condicionestopogrficas, evidencian efectos de Geodinmica externa, provenientes de
las partes altas de la zona, debido a lo cual es visible una segregacin de los
materiales, esto es causado por los efectos fluvioaluviales mencionados, este
material se halla con densidades medias de acuerdo a la evaluacin realizada
(la evaluacin de los suelos se han hecho a travs de pozos de sondeo), el
material subyacente esta compuesto por un material normalmente
consolidado.
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4.3 DE LOS TERRENOS COLINDANTES
No existen en los terrenos colindantes grandes irregularidades como
afloramientos rocosos, fallas, estratos errticos, cavidades, etc.
Asimismo se comprueba que no existen edificaciones cercanas que
presenten anomalas como grietas o desplomes originados por el terreno de
cimentacin. De lo cual puede deducirse que el suelo es un material
aceptable como terreno de fundacin.
Sin embargo, por tratarse de la cimentacin de una estructura ubicada en la
del Circulo de fuego, toda esta zona es susceptible de sufrir cambios
geolgicos importantes, debido al proceso dinmico de interaccin de las
placas Sudamericana y Nazca, lo cul siempre debe tenerse en cuenta.
4.4 NUMERO N DE PUNTOS A INVESTIGAR
El numero de sondajes a realizar se determina de acuerdo a la tabla N 2.3.2
de la Norma E.050, el cul esta en funcin del tipo de edificio y del rea dela superficie a ocupar por este.
El numero n de puntos a investigar, que se exige, de acuerdo al uso de la
edificacin es de 01 punto por cada 250 m2. En nuestro caso se cumpli
con lo normado ya que se realizo 05 pozos de sondeo y 05 ensayos
dinmicos, ubicados dentro de la superficie a ocupar por la futura estructura.
4.5 TIPO DE MUESTRAS EXTRAIDAS
Para el presente estudio, se ha tomado en cada sondaje una muestra tipo
Mabpor estrato, hasta el plano de apoyo de la cimentacin prevista Df, y a
partir de esta se ha procedido a tomar una muestra tipo Mib, en la
profundidad p.
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5 TRABAJOS EFECTUADOS
5.1 EXPLORACION DE CAMPO
El reconocimiento del rea de investigacin consisti en observar la
topografa y el permetro del rea a edificar. Seguidamente se determin
la ubicacin de la perforacin a realizar. Efectundose las calicatas a una
profundidad de 1.5 veces el ancho aproximado de la cimentacin,
contando a partir del fondo de la base, segn la Norma E-050.
Prof. = h + Df + Z
Prof. = h + Df + 1.5 (B)
Prof. = 0.00 + 1.20 + (1.50 x 1.20) = 3.00 m (profundidad alcanzada)
Donde:
Df = En edificios con stano, es la distancia vertical entre el nivel del
piso terminado del stano al fondo de la cimentacin.
5.2 ENSAYOS DE LABORATORIO Y CAMPO
Se realizaron los trabajos de campo, conforme a las normas vigentes. En
el laboratorio se seleccionaron las muestras tpicas, se verifico la
clasificacin visual de las muestras y se procedi a ejecutar con ellas los
ensayos (de campo y de laboratorio) que a continuacin se mencionan:
Recoleccin de muestras ASTM 420
Contenido de Humedad ASTM 2216
Anlisis granulomtrico ASTM D 422
Peso especifico ASTM D 854Clasificacin Unificada de Suelos (SUCS) ASTM D 2487 y
D 2488
Limite Liquido ASTM D 4318
Limite Plstico ASTM D 4318
Ensayo de Penetracin Ligera DIN 4094
Ensayo de corte directo
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PERFIL DEL SUELO
Luego de obtenido los ensayos en laboratorio, adjunto al presente informe se
contrastaron estos con las caractersticas de los suelos observados en el campo,
habindose hecho las compatibilizaciones en los casos necesarios. Con estos
resultados se procedi a elaborar el respectivo perfil estratigrfico.
El sistema de clasificacin de suelos para este tipo de estudios es del mtodo
SUCS, (Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos, determinando de acuerdo
con los dimetros comprendidos entre 3 plg a la malla N 4 como gravas, los
dimetros comprendidos entre las mallas N 4 y N 200 como arenas y los
dimetros menores a la malla N 200 denominadas como limos y arcillas), por
lo que, generalizando se obtuvo para el sector donde se ubicara la futura
estructura el siguiente perfil estratigrfico:
Primer estrato:
Entre la profundidad de 0.00 a 0.30 encontramos una Arena Limosa (SM) de
baja plasticidad, de color beige claro, con presencia de restos orgnicos. Se tratade rellenos de arenas limosas, con contenido de materia organica, estado poco
hmedo. El estado de estos suelos es de poco denso. Debido a la presencia de
restos orgnicos y rellenos poco compactados.
Segundo Estrato:
En forma Subyaciente a este estrato, de 0.30 a 1.00 m., en promedio el perfil del
terreno se encuentra constituido por Arenas limosas pobremente graduadas de
grano fino y redondeado, (SP-SM), coloracin beige claro, de origen coluvial.
Son depsitos de arenas limosas pobremente graduados de grano fino y
redondeado, estado hmedo.
Tercer Estrato:
Subyaciendo a este estrato, de 1.00 a 2.50 m., en promedio, el perfil del terreno
se encuentra constituido por Arenas limosas de grano fino y redondeado, cuya
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clasificacion SUCS es (SM), color Beige claro a beige oscuro, de origen fluvial.
Son depsitos de arenas limosas estado hmedo, (depsitos cuaternarios
aluviales de naturaleza predominantemente granular).
Son grandes depsitos de arenas limosas, de mediana a baja plasticidad, estado
hmedo. El estado de estos suelos va de poco denso (2.00 3.00 m.),
aumentando su compacidad a partir de los 3.00 m. No se encontr el nivel
fretico hasta la profundidad explorada
La descripcin detallada del perfil encontrado en la calicata realizada, se
encuentra en los cuadros de Perfiles Estratigrficos respectivamente.
6 AGRESIVIDAD DEL SUELO
Para el anlisis de agresividad del suelo y la seleccin del tipo de ataque se ha
basado en los rangos que da el ACI y la Norma Peruana E.30 para los distintos tipos
de daos que se puedan apreciar en el concreto.
En esta zona los rangos de ataques por agresividad de suelos se catalogan como
despreciables a moderados, ya que la cantidad de sulfatos (Sulfato soluble en agua
presente en el suelo como SO4) se encuentra en el orden de 0.008% lo que indica
una cantidad igual a 120 PPM, sustentado con el anlisis Fsico qumico de
suelos.
En base a los resultados de laboratorio, la exposicin del concreto a soluciones desulfato se encuentra en el rango de despreciable a moderado, segn la Norma
peruana E.30, en este sentido el tipo de cemento recomendable para la cimentacin
es el tipo I, el mismo que tiene relativa resistencia al ataque de sulfatos; empleando
una relacin mxima de agua cemento en peso igual a 0.50.
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En lo referente al contenido mximo de Ion cloruro, estas se encuentra dentro de los
parmetros permisibles que seala la norma, para estructuras de concreto armado
expuesto a la accin de cloruros equivalente a 0.10 % del peso del cemento.
RESULTADOS DEL ANALISIS
Cloruros (CL) 120.00 p.p.m. 0.0120 % p/p
Sulfatos (SO4) 120.00 p.p.m 0.0120 % p/p
Sales Solubles totales 750.30 p.p.m 0.0750 % p/p
7. NIVEL DE LA NAPA FREATICA
El nivel de la Napa Fretica flucta a profundidades de 8 y 10 metros, de
acuerdo a los datos existentes en la zona.
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8. ANALISIS DE CAPACIDAD DE CARGA
Segn la Norma E-030, la presin Admisible se efectuar tomando en cuenta los
siguientes factores:
a) Profundidad de cimentacin
b) Dimensin de los elementos de cimentacin
c) Caractersticas fsico mecnicas del suelo ubicado dentro de la zona
activa de cimentacin.
d) Ubicacin del nivel freatico.
e) Probable modificacin de las caractersticas fsico mecnicas de los
suelos, como consecuencia de los cambios en el contenido de humedad.
f) Asentamiento tolerable de la estructura.
Asimismo, de acuerdo a la misma Norma, la presin Admisible ser la menor de
la que se obtenga mediante:
La aplicacin de las ecuaciones de capacidad de carga por corte afectada por
el factor de seguridad correspondiente.
La presin que cause el asentamiento admisible.
Es necesario analizar el probable funcionamiento de la cimentacin con
respecto a dos tipos de problema: La primera es que una parte de la
cimentacin o cualquiera de sus elementos puede fallar debido a que el suelo
es incapaz de soportar la carga aplicada. Lo segundo es que si bien el suelo
puede no fallar, pero el asentamiento de la estructura puede ser tan grande otan disparejo que la estructura puede agrietarse, daarse o colapsar.
El primero es conocido como falla por capacidad de carga y el segundo falla
por asentamiento diferencial. Teniendo en cuenta que la cimentacin se
realizara bajo un estrato granular, se requerirn investigaciones
independientes para determinar el factor de seguridad contra una falla por
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capacidad de carga y la magnitud del probable asentamiento que podra
producirse bajo la interaccin de la estructura en servicio.
8.1 ANALISIS POR ASENTAMIENTO
En el presente caso al tratarse de un suelo granular, en el presente informese
ha realizado el anlisis de la presin admisible del suelo por asentamiento y
luego la verificacin de este resultado por corte.
Fig. 8.1.-Asentamientos de zapatas deducidos de la penetracin estndar N para suelosgranulares y arenas (Terzaghi y Peck,)
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8.1.1 CLCULO DE ASENTAMIENTOS
En la actualidad existen numerosos mtodos de clculo que pueden
agruparse en la forma siguiente:
a) Los derivados de la teora de la consolidacin unidimensional de
Terzaghi, como el de Skempton-Bjerrum o de la teora tridimensional de
Biot.
b) Los basados en la aplicacin de trayectorias de tensiones a muestras
representativas, como el de Lambe (1964), el de Ladd y Foote (1974).
etc.
c) Los que asimilan el terreno a un medio clstico, eventualmente no lineal
o anistropo, utilizando las numerosas soluciones ya existentes.
d) Los que parten de ecuaciones constitutivas aproximadas del terreno
(leyes tensin-deformacin) aplicndolas a modelos matemticos o de
elementos finitos (por ejemplo el modelo de Cambridge).
En el suelo a nivel de fundacin al tratarse de suelos granulares se
presentaran asentamientos instantneos relativamente hablando. Losasentamientos a largo plazo pueden presentarse siempre en cuando bajo
el bulbo de presiones se ubiquen capas compresibles de arcilla, lo cual no
ha sido detectado en la presente evaluacin, al tratarse el suelo en estudio
de potentes capas de arenas limosas poco densas.
En este sentido se ha calculado el asentamiento inicial instantneo bajo
carga uniforme, y presin ms critica, utilizando la teora elstica y
empleando la ecuacion de Schieicher (1926) ofrecida por Terzaghi
(1945), sobre un espacio de boussinesq (mtodo elstico).
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Obtenindose un valor de asentamiento terico de 1.25 cm. y un
asentamiento diferencial de 0.90 cm. lo cual es inferior al asentamiento
diferencial permisible para el tipo de estructura que se va a proyectar.
Los valores de los asentamiento obtenidos se exponen o se presentan en
la hoja de anexos: Calculo de Asentamientos.
La Norma E.050 exige que se indique el valor del asentamiento
diferencial admisible, lo cual se expone en el siguiente acpite.
ASENTAMIENTO ADMISIBLE
Una vez calculados los asentamientos, debe comprobarse si su magnitud
absoluta o diferencial es inferior a unos valores lmites prefijados. Estos
valores lmites, esta en funcin del tipo de edificio y su estructura as
como la naturaleza del terreno y el tipo de movimiento, debiendo
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precisarse si el dao afecta al aspecto arquitectnico, funcional o
estructural.
El asentamiento diferencial Admisible, resulta igual a 1.60 cm., de
acuerdo a los asentamiento Admisibles que seala la Norma E.050, en el
que indica un valor de distorsin angular equivalente a 0.002. Asimismo
el valor indicado es compatible con los cuadros N 1, N 2, N 3, y 4; de
los autores Bjerrum (1963), Sowers (1962) y Meyerhof (1977).
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CUADRO N1
CRITERIOS DE PELIGROSIDAD RESPECTO A LA DISTORSIN ANGULAR
Distorsin angular =s/LSowers(1962)
Bjerrum(1963)
NormasPolacas
Meyerhof(1977)
Limite peligroso para estructuras isostaticas y murosde contencinLimite de seguridad para estructuras isostticas ymurosLimite peligroso para estructuras reticuladas de
acero u hormign y respecto al giro de estructurasrgidas elevadas.Limite de seguridad para estructuras reticuladas yrespecto al giro de estructuras rgidas.
Limite peligroso para tabiques de estructurasreticuladas.Limite de seguridad para tabiques de estructuras
reticuladasLmite peligroso para la flexin cncava (-) demuros de cargaLimite de seguridad para la flexin cncava demuros de cargaLmite peligroso para la flexin convexa de murosde carga
Limite de seguridad de muros de carga.Estructuras de paneles prefabricados
1/400-1/250
1/2.000 1/1.000
1/300
1/600
1/300
1/100-1/200
1/200-1/300
1/300-1/500
1/500-1/700
1/100
1/150
1/250
1/500
1/1.000
1/2.000
1/1.5001/2.500
Cuadro N2. ASENTAMIENTO ADMISIBLE
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Cuadro N 3. CRITERO DE DAOS EN ESTRUCTURAS
CUADRO N4
ASENTAMIENTO DE ESTRUCTURAS CIMENTADAS SOBRE ARENA
Terminologa utilizada por describir los movimientos
El asentamiento diferencial mximo de una estructura es la diferencia entre los
asentamientos totales mximo y mnimo que ocurren en la estructura. El
asentamiento total es la magnitud del desplazamiento de una zapata individual.
La magnitud del asentamiento total no constituye el factor mas critico, ya que es
el asentamiento diferencial el que causa dao a la estructura.
Burland y Wroth (1974) han sistematizado los movimientos a considerar en un
edificio y que se representan en la fig. 2.30.
Asentamiento mximo: es el mayor descenso sufrido por los cimientos de un
edificio (Smax).
Asiento diferencial: es la diferencia de asentamiento entre dos puntos s.
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Distorsin angular: es la relacin entre el asiento diferencial entre dos puntos y
la distancia que los separar = s/L. Tambin se denomina giro relativo cuando
el asiento diferencial se refiere a la distancia medida segn la lnea que define la
inclinacin general del edificio.
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8.2 CAPACIDAD DE CARGA POR ASENTAMIENTO
Se realizaron los clculos considerando una cota de fundacin mnima de
Df = 120 cm. de acuerdo a las caractersticas impuestas por el terreno de
fundacin; as como un espesor importante del estrato de suelo bajo la zona
de cimentacin activa. Teniendo en cuenta que el Nivel Freatico se encuentra
a una profundidad de 10.00 m. y considerando un asentamiento permisible de
1.60cm.
Anlisis para Zapatas Cuadradas
La edificacin a cimentar, de acuerdo a los datos proporcionados, se trata de
una Estructura de 02 niveles, apoyadas sobre Zapatas cuadradas, para el
presente anlisis. En este sentido, se considera, un valor de carga de 52 Tn.
por zapata, entonces para no exceder el valor de qa se requiere una zapata
cargada de lado mayor a: B = 1.90 m., reemplazando estos datos en la
ecuacin siguiente se obtiene:
qadm= (0.0864 N 0.108)(B + 0.30)2 *fE* fNF* f* fDfB
qadm = 1.44 Kg/cm2
Asimismo verificamos esta Presin Admisible por Asentamiento, empleando los
mismos datos, y reemplazando estos datos en la ecuacin dadas por (Meyerhof,
1965):
qadm = 2.04 Kg/cm2
Adems, reemplazando estos datos en la ecuacin dadas por (Bowles, 1977)
2
28.3
128.399.7
+=B
BNq coradm
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PRO IN RL PROGRAMAS DE INVESTIGACIONES GEOTECNICAS
B = Base en metros
qadm = 2.54 Kg/cm2
Anlisis para Cimentacin Continua
En este caso, la estructura considerando una cimentacin corrida, proyectada de
02 niveles, esta ejerce aproximadamente una carga de 12 Tn.por metro lineal
de cimiento, entonces para no exceder el valor de qa se necesita una zapata
cargada de lado mayor a: B = 0.75 m. como mnimo. Reemplazando estos datos
en la ecuacin siguiente se obtiene:
qadm= (0.0864 N 0.108)(B + 0.30)2 *fE* fNF* f* fDfB
qadm = 1.59 Kg/cm2
Empleando los mismos datos, y reemplazando estos datos en la ecuacin dadas
por (Meyerhof, 1965):
qadm= 2.04 Kg/cm2
Adems, reemplazando estos datos en la ecuacin dadas por (Bowles, 1977)
33.133.01 +=B
DfFd
corradm Nq 98.11=
=4.25
16.19 ecoradmS
FdNq
+=
4.2528.3
128.399.7
2
ecoradm
SFd
B
BNq
-
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qadm = 2.54 Kg/cm2
Donde:
qadm= Presin Admisible por Asentamiento
N = Numero de golpes equivalente al ensayo estndar de penetracin (corregido)
FE = factor de correccin por espesor de Estrato
fNF = factor de correccin debido al Nivel fretico
fDf = factor de correccin por profundidad de la cimentacin.
f= factor de correccin por asentamiento admisible
CUADRO DE PRESIONES ADMISIBLES POR ASENTAMIENTOCONSIDERANDO ZAPATAS CUADRADAS
CUADRO DE PRESIONES ADMISIBLES POR ASENTAMIENTOCONSIDERANDO CIMIENTOS CORRIDOS
ENSAYO
Nqadm
Terzaghi
qadm
Meyerhoff
qadm
Bowles
Clasif.
SUCS
Ncorr Df
1 -5 1.44 Kg/cm2 2.04 Kg/cm2 2.54 Kg/cm2 SM 19 1.20
ENSAYO
N
qadm
Terzaghi
qadm
Meyerhoff
qadm
Bowles
Clasif.
SUCS
Ncorr Df
1 - 5 1.59 Kg/cm2 2.28 Kg/cm2 2.17 Kg/cm2 SM 19 1.00
33.133.01 +=B
DfFd
-
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Para determinar la presin admisible, se requiere definir un valor de N
(resultado del valor del ensayo de DPL equivalente al SPT) representativo del
suelo granular ubicado dentro de la zona activa de la cimentacin, definiendo
esta como la zona del suelo bajo la cimentacin dentro de la cual la presin que
aplica la cimentacin al terreno es igual o mayor que el 10% de la presin de
tapada.
El Ensayo de Penetracin Ligera (DPL), se viene utilizando con mayor
frecuencia en la inspeccin de suelos granulares como las arenas, principalmente
por su facilidad de operacin y transporte a la zona en estudio. La norma que
reglamenta este ensayo es la DIN 4094. El equipo utilizado se compone de:
Un martillo cuyo peso es 10 KG.
Varilla gua de 6 Kg.
Cuatro varillas huecas de 1 metro cada una.
Un penetrometro de punta cnica de 5 cm2 de rea transversal.
Este equipo permite evaluar la capacidad portante del subsuelo de manera
directa, realizado mediante la medicin de la resistencia que ofrece el suelo al
avance de la varilla de punta cnica, mediante percusin.
Los golpes se deben realizara un golpe de 20 a 30 golpes por minuto. La
cantidad de golpes efectuados se contabiliza cada 10 cm. de penetracin de la
varilla cnica. Denominndose N al numero de golpes. Para considerar la faltade apoyo, los golpes de los primeros 15 cm. de penetracin no se consideran; los
necesarios para penetrar los siguientes 10 cm. son los que se toman en cuenta.
El valor de N o numero de golpes por cada 10 cm. de penetracin de la varilla
cnica, es similar al valor de N que se obtiene mediante el ensayo SPT (Estndar
Penetrations Test), utilizando las formulas de estas para la determinacin de las
caractersticas mecnicas del suelo y capacidad portante del terreno.
-
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En base a la correlacin con los resultados del ensayode penetracin dinmica
obtenidos y empleando las expresiones siguientes obtenemos el ngulo de
friccin para el presente proyecto, los mismo que se correlacionan perfectamente
con los valores de las figuras o cuadros 6 y 7:
Los factores de correccin: FE, fNf, fDf, f; que se exponen en la memoria de
calculo, fueron obtenidos con los datos ya mencionados, cabe sealar que las
carga indicadas, pueden ser ajustadas, una vez conocidas las dimensiones
exactas de la estructura a cimentar.
-
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8.3 CAPACIDAD DE CARGA POR CORTE
De acuerdo a los resultados obtenidos de los ensayos realizados, encontramos
los siguientes datos para determinar la resistencia admisible del terreno en
estudio:
En base a la correlacin con los resultados del ensayo de penetracin dinmica
obtenidos y empleando las expresiones siguientes se puede obtener el ngulo de
friccin valido para el presente proyecto, lo cual es compatible con el ensayo de
corte Directo realizado.
= 27.1 + 0.3 N corregido 0.00054 N2corregido (Peck, Hanson y
Thornburn,1974)
= (20 N corregido)1/2 + 20 (hanataka y Uchida,1996)
= 32
El Valor de Nponderado, se ha calculado con los factores de correccin
correspondientes.
Se realizaron los clculos considerando una cota de fundacin mnima de Df =
1.20 de acuerdo a las condiciones impuestas por las caractersticas mecnicas
del perfil en estudio.
ENSAYO
N
NqN
gr/cm3)
Cohesin
(Kg/cm2)
Ncorr SUCS
3 32 16.64 14.32 1.60 0.00 19 SM
-
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28 30 32 34 36 38 40 42 44 46
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
10
30
20
40
50
70
80
60
Suelta
Muy suelta
Muy
compactaCompactaMedia
Angulo de fr iccin interna, o (grados)/
P
enetracinestndarN(
golpes/30cm)
Factoresdec
apacidaddecargaN
yNq
Factores de capacidad de carga teniendo en cuenta la falla local.
Ref. (Peck, Hansen y Thornburn, 1953)
N
N
Nq
Suelto Medio denso Denso Muy Denso
Muy Suelto
0
10
20
30
40
50
60
70
28 30 32 34 36 4038 42 44
An gu lo de res ist en cia co rtan te en grados
ResistenciaalapenetracinstandardN(golpespor300mm)
Correlacin de Angulo de Friccin y el N(SPT)
Ref. (Peck , Hanson y Thorburn, 1974)
CUADRO N 5.
CUADRO N 6.
-
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Anlisis para Zapatas cuadradas:
Al analizar la misma estructura mencionada, apoyada sobre zapatas cuadradas,
estos ejercen aproximadamente una carga de 52 Tn por zapata, entonces para no
exceder el valor de Qadm se necesita una franja cargada mayor a B =1.80 m.
(de lado como mnimo); reemplazando en la ecuacin () se obtiene, de acuerdo
a las ecuaciones de capacidad de carga del suelo bajo zapatas cuadradas, dadas
por K. Terzaghi y R. Peck:
Qd = 1.2CNc Scbcic+ Df Nq Sqbqiq+ 0.4 BN Sbi ()
Para cimentaciones no continuas (es decir para L menor que 5B) se emplean los
siguientes factores de forma en la ecuacin () :
)(1Nc
Nq
L
BSc +=
tg1 L
B
Sq +=
L
BS 4.01=
Para cargas inclinadas se deben utilizar los siguientes factores de inclinacin en
la ecuacin ():
)1
(
NcTg
iqiqic = Para >0
n
BLCQ
Piq
+=
cos1
1
cot1
+
+=
n
BLCQ
Pi
-
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En general no se recomienda utilizar cimentaciones con base inclinada. Donde
estas sean necesarios, los siguientes factores deben ser aplicados a la ecuacin
():
2)1( Tgbbq ==
tg
1
Nc
bbbc = Para >0
Reemplazando en ():
Qd = 4.81 Kg/cm2
Luego, la capacidad de carga por corte es:
Qa = 1.60 Kg/cm2
-
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Luego, la capacidad de carga por corte para los diferentes sondajes realizados, se
encuentra tabulada en el siguiente cuadro:
CUADRO DE PRESIONES ADMISIBLES POR CORTE.
CONSIDERANDO ZAPATAS CUADRADAS
El Factor de seguridad contra falla por capacidad de carga debe ser mayor o
igual a 3, de acuerdo a la norma E.030 (cargas estticas). Con el objetivo de:
Prevenir las variaciones naturales de la resistencia al corte de los suelos.
Prevenir contra la probable disminucin local en la capacidad de carga
durante el proceso constructivo.
Prevenir asentamientos diferenciales perjudiciales de la cimentacin.
Incertidumbres implicadas en los mtodos o formulas para la
determinacin de la carga ultima de falla.
Tener en cuenta variaciones en la capacidad de apoyo con los cambios en
las dimensiones de la cimentacin, de acuerdo con las cargas a transmitir.
De acuerdo con los resultados obtenidos con el equipo de penetracin ligera
DPL, en los anexos se presentan los cuadros de la variacin de la resistencia del
terreno con la profundidad de sondeo a cada 10 cm. De penetracin.
Por lo que para cualquier variacin de la cota de cimentacin, se podr verificar
el valor de la resistencia en la cota deseada y verificar su profundidad de
influencia, debindose incrementar el valor de la resistencia del terreno segn se
vaya profundizando.
ENSAYO
N
Factor
De
seguridad
qultimo
Terzaghi
qadm Clasif.
SUCS
Ncorr Df
1 5 3 4.81 Kg/cm2 1.60 Kg/cm2 SM 19 1.20
-
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Anlisis para Cimentacin continua
La estructura considerando una cimentacin continua, ejerce sobre el suelo,
aproximadamente una carga de 12 Tn. por metro lineal de cimiento, entonces
para no exceder el valor de qa se necesita una zapata cargada de lado mayor a:
B = 0.80 m. como mnimo. Reemplazando estos datos en las ecuaciones de
capacidad de carga del suelo bajo cimientos continuos, dadas por K. Terzaghi y
R. Peck:
Qd = CNc Scbcic+ Df Nq Sqbqiq+ 0.5 BN Sbi ()
Donde:
Qd = 4.57 Kg/cm2
Luego, la capacidad de carga por corte es:
Qa = 1.52 Kg/cm2
Luego, la capacidad de carga por corte para las diferentes zonas, se encuentra
tabulada en el siguiente cuadro:
+=
+=
=
1953)Kerisel,y(Caquot
)1(2
)2
45(
)1(cot
2
NqtgN
tgeNq
NqgcN
tg
-
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CUADRO DE PRESIONES ADMISIBLES POR CORTE
CONSIDERANDO CIMIENTOS CONTINUOS
El Factor de seguridad contra falla por capacidad de carga debe ser mayor o
igual a 3, de acuerdo a la norma E.030 (cargas estticas). Con el objetivo de:
Prevenir las variaciones naturales de la resistencia al corte de los suelos.
Prevenir contra la probable disminucin local en la capacidad de carga
durante el proceso constructivo.
Prevenir asentamientos diferenciales perjudiciales de la cimentacin.
Incertidumbres implicadas en los mtodos o formulas para la
determinacin de la carga ultima de falla.
Tener en cuenta variaciones en la capacidad de apoyo con los cambios en
las dimensiones de la cimentacin, de acuerdo con las cargas a transmitir.
En base a los anlisis realizados y verificados con las ecuaciones dadas por
diferentes autores, hemos determinado la capacidad admisible del suelo a
considerar en el presente estudio.
De la evaluacin efectuada, se han obtenido los parmetros de resistencia del
material de fundacin, las correlaciones a estos parmetros, han proporcionado
valores que permitirn evaluar la ecuacin planteada. Estos valores se presentan
en la hoja de anexos: Anlisis de capacidad ultima.
ENSAYO
N
Factor
De
seguridad
qultimo
Terzaghi
qadm Clasif.
SUCS
Ncorr Df
1 5 3 4.57 Kg/cm2 1.52 Kg/cm2 SM 19 1.00
ZONA B
ZONA A
-
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Toda modificacin de la alternativa en forma creciente, como por ejemplo en el
caso que se elija una mayor profundidad o mayor dimensin de la cimentacin,
proporcionar una mayor capacidad portante del terreno.
9. EFECTOS SISMICOS
Las vibraciones producidas por un sismo se transmiten a partir de su origen a
travs de las rocas de la corteza terrestre. En un lugar especifico, las vibraciones
que llegan al basamento rocoso son a su vez transmitidas hacia la superficie a
travs de los suelos existentes en el lugar.
En el presente estudio para determinar la sismicidad del lugar se han analizado
las aceleraciones procedentes de los mapas de aceleraciones mximas en la roca
para periodos de recurrencia ssmica de 30, 50, 100 aos, propuesto por
Casaverde y Vargas (1980) los que indican que el terreno estudiado se encuentra
en una zona de alta sismicidad.
Los sismos en la zona de estudio estn asociados al fenmeno de subduccin dela Placa de Nasca con la placa sudamericana, originando sismos de profundidad
epicentral de naturaleza superficial e intermedia principalmente.
9.1 CARACTERISTICAS DINAMICAS
De acuerdo a las Normas de Diseo Sismorresistente, se recomienda
considerar al suelo con un factor Z = 0.4 g (aceleracin mxima del
terreno con una probabilidad de 10% de ser excedida en 50 aos), un
factor de suelo igual a 1.4 y con un perodo predominante de Ts = 0.9.
PARMETROS DE DISEO SISMO RESISTENTE
De acuerdo al Reglamento Nacional de Construcciones y la Norma
Tcnica de edificacin E-030- Diseo Sismorresistente, se deber tomar
los siguientes valores:
-
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(a)Factor de zona _________________________________ Z = 0.4 (Fig. 9.1)
(b)Condiciones Geotcnicas
El suelo investigado, pertenece al perfil Tipo S2(c)Periodo de Vibracin del suelo __________________ To = 0.9 seg.
(d)Factor de Amplificacin Ssmica (C)
Se calculara en base a la expresin siguiente:
To1.25
C = 2.5 x C < 2.5
T
Para T = Periodo de Vibracin de la Estructura = H/C t
Categora de la estructura _______________________ C
(f) Factor de Uso __________________________________ U = 1.5
(g)La fuerza horizontal o cortante basal, debido a la accin ssmica se
determinara por la formula siguiente:
Para:
V = Cortante Basal
Z = Factor de Zona V = Z*U*S*C*P
U = Factor de Uso R
S = Factor de Ampliacin del suelo
C = Factor de Ampliacin SsmicaR = coeficiente de Reduccin
P = Peso de la Edificacin
*,El rea en estudio, corresponde a la zona 3, el factor de zona se interpreta
como una aceleracin mxima del terreno.
9.2 POTENCIAL DE LICUACION DE SUELOS
El fenmeno de licuacin se da en suelos de granulometra uniforme,
sueltos y totales o parcialmente saturados. Durante un movimientossmico el suelo pierde su capacidad de resistencia y fluye hasta
encontrar una configuracin compatible con los esfuerzos ssmicos.
El fenmeno de licuacin de suelos es un problema que en las
condiciones actuales no es posible que ocurra, debido a las caractersticas
del suelo de fundacin y a la gran profundidad del nivel fretico.
-
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FIGURA 9.1 - PLANO DE ZONIFICACION SISMICA DEL PERU
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10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
El estrato donde van a estar apoyado las estructuras consideradas esta
constituida segn la clasificacin SUCS por Arenas Limosas (SM) y
lentes de arena, de coloracion beige claro a beige oscuro, se tratan de
depsitos de arenas limosas de grano fino y redondeado, baja humedad y
de mediana plasticidad, estado semidenso (depsitos cuaternarios fluio
aluvionales de naturaleza predominantemente granular). El estado de
estos suelos va de poco denso (2.00 3.00 m.), aumentando su
compacidad a partir de los 3.00 m. No se encontr el nivel fretico hasta
la profundidad explorada.
De acuerdo con las caractersticas del perfil del suelo y el tipo de
estructura, se recomienda cimentar a 1.20 m. de profundidad, con lo
cul se estara alcanzando estratos menos compresibles, otorgando
confinamiento a la cimentacin y disminuyendo los problemas que
presentan los suelos blandos o asentamientos diferenciales que
eventualmente pueda presentarse en la heterogeneidad del perfil.
Definida la cota de fundacin a este nivel se ha evaluado la capacidad
portante o admisible del suelo en estudio, habindose obtenido un valor
de: qa = 1.44 Kg/cm2.
No debe cimentarse sobre turba, suelo orgnico, tierra vegetal, desmonte,
relleno sanitario o relleno artificial y estos materiales inadecuados
debern ser removidos en su totalidad, antes de construir la estructura y
ser reemplazados con materiales adecuados y que cumplan con lo
indicado en el acpite Rellenos controlados de ingeniera.
El material a emplear en el relleno granular segn la clasificacin
AASTHO ser del tipo granular seleccionado, clasificado como A-1-a
(0), compactado en capas de 0.20 m. de espesor al 100% de la mxima
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densidad seca del ensayo Proctor modificado. Se aplicara los requisitos
establecidos, en lo referente a Relacin Densidad Humedad y
compactacin. Adems debera ajustarse a una de las franjas
granulomtricas indicadas en la siguiente tabla (ASTM D 1241):
Porcentaje que pasa en Peso
Tamiz Gradacin A Gradacin B Gradacin C Gradacin D
2
1
3/8N 4
N 10
N 40
N 200
100
-
30 6525 55
15 40
8 20
2 - 8
100
75 95
40 7530 60
20 45
15 30
5 15
-
100
50 8535 65
25 50
15 30
5 15
-
100
60 10050 85
40 70
25 45
8 -15
Es recomendable, tomar en consideracin la necesidad de establecer un
tipo de estructuras simtricas, ya que la asimetra nos entregar
deformaciones del sistema terreno estructura. Bajo estas condiciones, el
empleo de vigas de cimentacin, asegurar la capacidad de resistencia
suelo-estructura, atenuando potenciales efectos dinmicos y absorbiendo
ocasionales asentamientos diferenciales que puedan presentarse en la
heterogeneidad del terreno.
De los estudios realizados, se determina que es un suelo susceptible de
amplificacin bajo condiciones de solicitacin dinmica. Para las
Normas de Diseo Sismoresistente se recomienda considerar al suelo con
un factor Z = 0.4 g (aceleracin mxima del terreno con una probabilidad
de 10% de ser excedida en 50 aos), un factor de suelo igual a 1.4 y con
un perodo predominante de Ts = 0.9.
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En cualquier caso la decisin y el criterio del Ingeniero Estructural es
decisiva en el momento de elegir el tipo de cimentacin ya que podran
encontrarse diversos factores que conllevaran al uso ya se de Zapatas y
vigas de conexin, tales como giros en las zapatas, torsin en planta,
asimetra de la estructura, empuje y efectos ssmicos, etc.
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Resumen De Las Condiciones De Cimentacin
De acuerdo con la Norma Tcnica de Edificacin E-050 Suelos y Cimentaciones, la
siguiente informacin deber transcribirse en los planos de cimentacin. Esta
informacin no es limitativa, y deber cumplirse con todo lo especificado en el presente
Estudio de Suelos y en el Reglamento Nacional de Construcciones.
TIPO DE CIMENTACIN:PARA EL CASO DE ESTRUCTURAS DE ALBAILERA CONFINADA, EN BASE ACIMIENTOS CONTINUOS Y MUROS DE CARGA DE DENSIDAD MINIMA EN AMBAS
DIRECCIONES DISTRIBUYENDO UNIFORMEMENTE LAS CARGAS EN AMBASDIRECCIONES.
PARA EL CASO DE ESTRUCTURAS APORTICADAS EN BASE A ZAPATASCONECTADAS CON VIGAS DE CIMENTACIN. LA UBICACIN DE ESTAS DEPENDEDE GIROS EN LAS ZAPATAS, TORSIN EN PLANTA, ASIMETRA DE LAESTRUCTURA, ETC.
ESTRATO DE APOYO DE LA CIMENTACIN:ARENAS LIMOSAS INORGANICAS, EN ESTADO DE MEDIANA DENSIDAD, COLORBEIGE CLARO A BEIGE OSCURO. ORIGEN FLUVIO ALUVIALPROFUNDIDAD DE CIMENTACIN: 1.20 m.
DISEO SISMORRESISTENTE: SUELO SUSCEPTIBLE DE AMPLIFICACIN BAJOCONDICIONES DE SOLICITACIN DINMICA. PARA LAS NORMAS DE DISEO
SISMORESISTENTE SE RECOMIENDA CONSIDERAR AL SUELO CON UN FACTOR Z =0.4 g, UN FACTOR DE SUELO IGUAL A 1.4 Y UN PERODO PREDOMINANTE DE TS =0.90.
PRESIN ADMISIBLE: qadm = 1.44 Kg/cm2
AGRESIVIDAD DEL SUELO DE LA CIMENTACIN: DESPRECIABLEEL TIPO DE CEMENTO RECOMENDABLE PARA LA CIMENTACIN ES EL TIPO I,EMPLEANDO UNA RELACIN MXIMA DE AGUA CEMENTO IGUAL A 0.50.
RECOMENDACIONES ADICIONALES: NO DEBE CIMENTARSE SOBRE TURBA,SUELO ORGNICO, TIERRA VEGETAL, DESMONTE, RELLENO SANITARIO O
RELLENO ARTIFICIAL Y ESTOS MATERIALES INADECUADOS DEBERN SERREMOVIDOS EN SU TOTALIDAD, ANTES DE CONSTRUIR LA ESTRUCTURA Y SERREEMPLAZADOS CON MATERIALES ADECUADOS DEBIDAMENTE COMPACTADOS.
SE RECOMIENDA UN SISTEMA DE CIMENTACIN LO SUFICIENTE ARRIOSTRADOEN LAS DOS DIRECCIONES, PARA MINIMIZAR LOS EFECTOS DEL ASENTAMIENTOPRODUCIDO POR EFECTOS DINAMICOS (POST-CONSTRUCCIN).
Ica, Noviembre del 2,012
ING. ANGEL R HUANCA BORDA
ESPECIALISTA EMS
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Foto 1. ZONA EN ESTUDIO
Se aprecia el rea de la zona de estudio. En toda esta zona existen,
evidencias de suelos y el movimiento de grandes masas de suelos
transportados por efectos de geodinmica externa. La Geologa de la
zona esta constituida por potentes depsitos fluvio aluvionales del
sistema cuaternario reciente.
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Foto 2. INICIO DE LOS TRABAJOS DE EXPLORACION
Se aprecian los trabajos de exploracin del subsuelo y apertura de la
calicata N 01.
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Foto 3. ENSAYO DE DENSIDAD DE CAMPO N 01Realizada antes de la apertura de la calicata N 01.
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Foto 4. ENSAYO DPL N 01
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Foto N 5. DPL N 02
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Foto N 6. ENSAYO DPL N 03
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Foto N 7. CALICATA N 04
ENSAYO DPL N 4
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Foto N 8. ENSAYO DE DENSIDADE DE CAMPO N 04
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Foto N 9. PERFIL ESTRATIGRAFICO DE LA CALICATA N 05