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ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACION

“VIVIENDA UNIFAMILIAR”

SOLICITA: Sra. VIVIANA DE URLJEVIC

DICIEMBRE 2,007

LA MOLINA - LIMA - LIMA

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACIÓN PARA EL PROYECTO VIVIENDA UNIFAMILIAR

SOLICITADO

:

VIVIANA DE URLJEVIC

LUGAR

:

Av. ALAMEDA DEL CORREGIDOR Nº 290

DISTRITO

:

LA MOLINA

PROVINCIA

:

LIMA

DEPARTAMENTO

:

LIMA

DICIEMBRE 2,007

1

INDICE

1.0

Generalidades

1.1

Objetivo del estudio

1.2

Normatividad

1.3

Ubicación y acceso a la zona en estudio

1.4

Condición climática y Topografía

1.5

Características del proyecto

2.0

Geología y sismicidad del área en estudio

2.1

Geología

2.1.1

Unidades Lito-estratigráficas

2.1.2

Geología Local

2.2

Parámetros sísmicos de sitio

3.0

Investigaciones realizadas

3.1.1 Excavación de Calicatas 3.1.2 Muestreo de suelo 3.1.3

Registro de excavaciones

3.2

Trabajos de laboratorio

3.2.1

Características físicas (Ensayos estándar)

3.3

Análisis e Interpretación en gabinete

3.3.1

Perfil Estratigráfico

3.3.2

Nivel freático

3.3.3

Características del suelo de cimentación

4.0

Análisis de la cimentación

4.1

Tipo de cimentación

2

4.2

Profundidad de cimentación

4.3

Capacidad admisible

4.4

Asentamiento admisible

4.4.1

Asentamiento inmediato

4.4.2

Asentamiento diferencial

5.0

Agresión química del suelo al concreto de la cimentación

6.0

Conclusiones y recomendaciones

Referencias

Anexo I

Planos

Anexo II

Registro de Excavaciones

Anexo III

Ensayos de Laboratorio

Anexo IV

Figuras

Anexo V

Panel Fotográfico

3

1.0

Generalidades

1.1

Objetivo del estudio

El objetivo fundamental del presente informe es determinar de las características físicomecánicas y químicas; así como las condiciones naturales del terreno de cimentación, para el proyecto Vivienda Unifamiliar, en un área de terreno de 450.00m². El programa de trabajo realizado con este propósito ha consistido en: ‰

Ejecución de Calicatas de Exploración

‰

Estudio de Suelos en el área, que involucra a las obras de Cimentación de las Estructuras proyectadas

‰

Toma de muestras representativas

‰

Registro de excavaciones

‰

Ensayos Estándar de Laboratorio para definir los Parámetros físicos y resistentes del Subsuelo

‰

Perfiles Estratigráficos

‰

Análisis de la Cimentación

‰

Agresión química del suelo al concreto del a cimentación

‰

Conclusiones y Recomendaciones

1.2

Normatividad

La evaluación del suelo está en concordancia con la Norma E-0.50 de suelos y cimentaciones del Reglamento Nacional de Edificaciones. 1.3

Ubicación y acceso a la zona en estudio

El área en estudio se ubica en la Av. Alameda del Corregidor, Distrito de La Molina, Provincia y Departamento de Lima. El acceso a la zona de estudio desde el Oeste se realiza por la Av. Javier Prado en dirección Este, hasta llegar a la intersección con la Av. La Molina, donde se gira a la mano derecha hasta la bifurcación con la ruta que va para la UNALM, en ese punto se toma la Av. El Corregidor hasta la altura del Nº 290, llegando así al área en estudio. Esta se puede realizar por medio de transporte particular o público, etc. En el Plano P-01, Anexo I se indica la localización de la zona en estudio. 1.4

Condición climática y Topografía

Su clima seco que oscila entre los 13°C y los 28°C, su abundante sol y vientos moderados debido a los cerros de mediana altitud y arboledas que le dan protección, generan un

4

agradable micro-clima que es también factor importante en la elección de La Molina como lugar de residencia. La topografía del área en estudio presenta un relieve con ligera pendiente y cerros aledaños de mediana a baja altura. El área en estudio se encuentra entre las siguientes coordenadas UTM: 287,142E 1.5

8’663,369N

y una cota aproximada de 237.00msnm.

Características del proyecto

El proyecto comprende de las siguientes partes: -

Edificación de 03 niveles con semisótano.

-

La estructuración esta conformada por muros de albañilería, columnas, vigas,

losas aligeradas, etc.

2.0

Geología y sismicidad del área en estudio

2.1

Geología

Se ha utilizado la carta geológica nacional editado por el INGEMMET (1992), ubicando al cuadrángulo de Lurín (hoja 25-j), para el mapeo geológico regional, a escala 1:100,000. Para tener una visión general de todo el desarrollo estratigráfico y su relación litológica. 2.1.1

Unidades Lito-estratigráficas

Las unidades litológicas que afloran en el cuadrángulo, varían de acuerdo a las edades; siendo los más jóvenes los depósitos aluviales pleistocénicos (Qp-al) del cuaternario y rocas intrusitas de la Superunidad Santa Rosa tales como las Tonalitas Dioritas (Ks-tdi-sr) y Granodioritas granito (Ks-gd-g-sr) del cretáceo superior. Ver Figura N° 01, Anexo IV. Tonalitas - Dioritas (Ks-tdi-sr). Estas constituyen la parte central de esta superunidad, con marcado color oscuro. Constituyen el plutón principal en los cerros que bordean Manchay, La Molina y el Valle del Rimac desde Vitarte hasta Chosica. Las rocas presentan en muestras de mano un color gris oscuro, textura holocristalina de grano medio variando a grueso y destacando las plagioclasas blancas dentro de una masa oscura.

5

Granodioritas - Granitos (Ks-gd-g-sr). Los cuerpos graníticos que afloran en el cuadrángulo de Lurín destacan como cuerpos menores, por su coloración rosada debido a la ortosa, constituyendo stoks que intruyen a las dioritas y tonalitagranodioritas Santa Rosa y Tiabaya. 2.1.2

Geología Local

En el área de estudio, se realizó un reconocimiento del subsuelo donde se cimentará las estructuras proyectadas, identificando la formación geológica y posibles efectos por geodinámica externa; logrando así el conocimiento de la geología y las características físico-mecánicas del terreno de fundación. El proyecto se desarrollará muy cerca de la unidad lito-estratigráfica denominada rocas intrusivas. Constituido por granodioritas, dioritas, granitos, tonalitas. En contacto con rellenos y depósitos gravosos y limo arcillosos semiconsolidados, sobre las cuales se cimentara la estructura. 2.2

Parámetros sísmicos de sitio

Dentro de los alcances de la “Norma Técnica de Edificaciones E.030” de “Diseño sismorresistente”, el área donde se proyecta la Vivienda Unifamiliar se encuentra ubicada en la Provincia y Departamento de Lima; la cual esta dentro de la denominada “Zona

3”

de

la

clasificación

de

“Zonas

Sísmicas”

del

territorio

nacional,

correspondiéndole un “factor de zona” de Z=0.4 (Figura. N° 02, Anexo V); interpretándose como la aceleración máxima del terreno con una probabilidad de 10% de ser excedida en 50 años. Además, le corresponde una sismicidad alta de intensidad IX en la Escala Mercalli Modificado (Figura. N° 03, Anexo V). La descripción litológica hecha precedentemente, indica que la estructura proyectada se emplazarán sobre suelo gravoso medianamente consolidado e intercalado con depósitos arcillosos, según la Norma E.030, pertenece a un “Perfil Tipo S2: Roca o suelos muy rígidos, teniéndose los siguientes parámetros: Factor de Zona (Z): Z = 0.4 Factor de Uso (U): U = 1.0 (Edificaciones comunes Categoría C) Periodo que define la plataforma del espectro para el tipo de suelo (Tp): Tp = 0.60s Factor de Ampliación Sísmica (C):

Tp

C ≤ 2 .5 ) T 0 .6 1 .5 C = 2 .5 ( )= T T

C = 2 .5 (

6

Siendo, T el periodo fundamental de la estructura para el análisis estático o periodo de un modo en el análisis dinámico. Factor de Suelo (S2): S = 1.20

3.0

Investigaciones realizadas

3.1

Trabajos de campo

Se presenta la descripción de los trabajos realizados en campo, desde la ubicación, excavación manual de las calicatas, muestreo y descripción de los materiales encontrados. 3.1.1 Excavación de Calicatas Con la finalidad de determinar el perfil estratigráfico, se realizó un programa de exploración geotécnica en el área de estudio, que consistió en realizar calicatas o pozos en las ubicaciones probables de las estructuras proyectadas, realizados manualmente; así se ejecutaron 03 calicatas o pozos a cielo abierto. En el Plano P-02, Anexo I se indica la ubicación de las calicatas. En el Cuadro N° 01, se indica la identificación de las calicatas y la profundidad alcanzada. Cuadro Nº 01 Calicata

Profundidad (m)

C-1

3.00

C-2

3.00

C-3

1.50

3.1.2 Muestreo de suelo De las calicatas se tomaron muestras representativas, para ser enviadas al laboratorio y poder identificar el tipo de material y sus características físicas-mecánicas. En el Cuadro N° 02 se observa el número de muestras por calicata y la profundidad a la cual se extrajeron las muestras.

7

Cuadro N° 02 Calicata C–1 C-2

Muestra

Profundidad (m)

M-1

0.60 – 2.30

M-2

2.30 – 2.80

M-1

1.70 – 2.50

3.1.3 Registro de excavaciones Conjuntamente con el muestreo se efectuó el registro de cada una de las calicatas (Ver Anexo II), en las cuales se tomo nota de las principales características de los tipos de suelos encontrados, tales como: Espesor de los estratos, clasificación manual, compacidad, consistencia, humedad, color, nivel freático, etc. 3.2

Trabajos de laboratorio

Las muestras obtenidas del subsuelo fueron enviados al Laboratorio de Geotecnia de SERVIG 2000, para los ensayos estándar. 3.2.1

Características físicas (Ensayos estándar)

Los ensayos estándar para la identificación del tipo del suelo se realizaron según la norma: ‰

Análisis granulométrico por tamizado ASTM D – 422

‰

Contenido de humedad ASTM D – 2216

‰

Limite liquido y plástico ASTM D – 4318

‰

Gravedad especifica ASTM C – 127

‰

Densidad Mínima y Densidad Máxima ASTM D – 4253 y D - 4254

Las muestras han sido clasificados utilizando el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS), en el Cuadro N° 03 se presentan los resultados.

8

Cuadro N° 03 Calicata

C–1 C-2

Muestra

Profundidad

Clasif.

W

LL

IP

Dmax 3

Dmin

GS

(m)

(SUCS)

(%)

(%)

(%)

(tn/m )

(tn/m3)

M-1

0.60 – 2.30

GP

0.49

N.P.

N.P.

1.944

1.672

2.65

M-2

2.30 – 2.80

CL

14.99

20.78

8.88

---

---

---

M-1

1.70 – 2.50

ML

8.06

17.48

N.P.

---

---

---

Luego, aplicando la relación propuesta por el Highway Research Borrad (H.R.B.), para la corrección de las densidades totales, se obtiene:

γt =

(100 − % G ) x γ m + 0 . 9 x % Gx γ G 100

Donde: %G

= % de grava mayor de 2”

γm

= Densidad obtenido de laboratorio (Dmax y Dmin) (Ton/m3)

γG

= Peso especifico relativo de sólidos de la grava (GS) (Ton/m3)

γw

= Peso especifico del agua (Ton/m3)

γt

= Densidad máxima y mínima corregida (Ton/m3)

De la ecuación anterior obtenemos: Densidad máxima corregida = 1.981Ton/m3 Densidad mínima corregida = 1.731Ton/m3 3.3 Análisis e Interpretación en gabinete Esta fase comprende, tanto el análisis e interpretación de los resultados obtenidos en las dos fases precedentes, como la elaboración de criterios para el análisis de la cimentación, conociendo los tipos de terreno y sus características, sobre el cual se cimentará la estructura proyectada y el efecto sobre el mismo. 3.3.1 Perfil Estratigráfico Sobre la base de los registros de excavaciones inspección superficial del terreno y ensayos de laboratorio se deduce la siguiente conformación. Ver Plano P-03, Anexo I. En la Calicata C-1, se registró de 0.00m a 0.40m de profundidad, por un relleno gravoso anguloso TM=1” y arenoso con finos, compacidad media. Luego de 0.40m a 0.60m, se presenta arcilla poco plástica, consistencia firme, ligera humedad, color marrón claro, presencia de raíces inertes.

9

Subyacente a esta capa de 0.60m a 2.30m, se aprecia gravas mal gradadas de forma redondeada TM=3” en un 5%, matriz arenosa de grano medio a fino, compacidad media, baja humedad, la matriz presenta una tonalidad beige claro a gris. Luego de 2.30m a 2.80m, se presenta arcilla poco plástica arenosa, consistencia media, ligera humedad, color marrón oscuro. Finalmente, hasta la profundidad explorada, se presentan gravas de forma redondeada y angulosa TM=8” en un 5%, con matriz arenosa de grano medio a fino, compacidad media a suelta, poca humedad, la matriz presenta tonalidad beige. En la Calicata C-2, se registró de 0.00m a 0.60m de profundidad, por un relleno gravoso anguloso TM=2” en un 10% y arenoso con finos, compacidad media a firme. Luego de 0.40m a 0.60m, se presenta arcilla poco plástica, consistencia firme, ligera humedad, color marrón claro, presencia de raíces inertes. Subyacente a esta capa de 0.60m a 1.30m, se presenta arcilla poco plástica, consistencia firme, ligera humedad, color marrón claro. De 1.30m a 1.70m se aprecia una capa de arena de grano fino y limos, compacidad media, ligera humedad, color beige a gris. Continúa de 1.70m a 2.5m limo poco plástico arenoso, consistencia dura a firme, ligera humedad, color beige. Presencia de piedras aisladas TM=4” y angulosas pequeñas hasta la profundidad de 2.20m. Finalmente, hasta la profundidad explorada se aprecia gravas de forma redondeada y angulosas TM=6” en un 10%, matriz arenosa de grano medio a fino, compacidad media a suelta, baja humedad, la matriz presenta una tonalidad beige. 3.3.2 Nivel freático Hasta la profundidad máxima explorada de 3.00m, no se ha determinado nivel freático, en ninguna de las excavaciones. 3.3.3

Características del suelo de cimentación

El suelo granular encontrado en la zona en estudio, esta conformado por una mezcla de boleos, gravas, arenas y finos en ligeras proporciones. A continuación se presentan criterios para determinar el peso unitario del suelo de fundación y el ángulo de fricción del suelo gravoso a partir de su densidad relativa. a) Determinación del peso unitario Se calculará el peso unitario, a partir de los resultados de gravedad específica y densidad máxima, de las pruebas de laboratorio. Se estimará la relación de vacíos (e)

10

del suelo, para finalmente calcular el peso unitario del suelo de cimentación, según las siguientes relaciones:

e =

GS −1 Dm

γ s = GS x γ w

γs

γd =

PU = γ

e +1 h

= γ d x (1 + w )

Donde: GS

= Peso especifico relativo de sólidos

Dm

=

e

= Relación de vacíos

γd

= Peso especifico seco (Ton/m3)

γs

= Peso especifico del suelo (Ton/m3)

γw

= Peso especifico del agua (Ton/m3)

γh

= Peso especifico húmedo o peso unitario del suelo (Ton/m3)

Densidad máxima y/o Densidad mínima

En el Cuadro Nº 04, se presentan los resultados de relación de vacíos máximos y mínimos del suelo analizado. Cuadro Nº 04

Suelo

Gs

Dmax ( tn/m3)

Dmin ( tn/m3)

emin

emax

Gravoso

2.65

1.981

1.731

0.338

0.531

De lo anterior, consideramos un valor de relación de vacíos 0.445 en promedio. En el Cuadro Nº 05 presentamos el calculo del peso unitario para el suelo de fundación. Cuadro Nº 05 Suelo Gravoso

eprom

GS

0.445 2.65

(tn/m3)

γw

(tn/m3)

γs

(tn/m3)

γd

w (%)

P.U (tn/m3)

1.0

2.65

1.834

0.49

1.843

b) Determinación de los parámetros resistentes Densidad relativa: Se determinará la Densidad Relativa (DR) con los resultados obtenidos de densidades secas máximas y mínimas; con la siguiente relación:

11

D . R (%) = Donde:

γ d max γ d − γ d min x x 100 γd γ d max − γ d min

γd= Densidad seca in situ γdmax= Densidad seca del suelo en su estado mas compacto γdmin= Densidad seca del suelo en su estado mas suelto Los resultados obtenidos en laboratorio de Dmax y Dmin, y en campo Dnat. Son mostradas en el cuadro siguiente: Cuadro N° 06

Suelo Gravoso

Dnat seca

Dmax seca 3

Dmin seca 3

DR

3

(g/cm )

(g/cm )

(g/cm )

(%)

1.834

1.981

1.731

44.5

El Cuadro N° 07, nos indica las denominaciones de los suelos granulares según su densidad relativa. Cuadro N° 07 Densidad relativa (%)

Denominación

0 – 15

Muy suelta

15 – 35

Suelta

35 – 65

Media

65 – 85

Compacta

85 - 100

Muy compacta

Según los resultados obtenidos, el material granular que conforma el subsuelo en ambas zonas, estas presentan una densidad relativa media a suelta de acuerdo al cuadro anterior. Referencias de publicaciones: Se considerará el grado de compacidad que se registró en campo y obtenido en el acápite anterior. Como complemento para suelos gravosos, presentamos el siguiente cuadro.

12

Cuadro Nº 08 Description

Very loose

Loose

Medium

Dense

Very dense

Relative Density Dr

0 – 0.15

0.15 – 0.35

0.35 – 0.65

0.65 – 0.85

> 0.85

Fine

1–2

3–6

7 – 15

16 – 30

?

Medium

2–3

4–7

8 – 20

21 – 40

>40

Coarse

3–6

5–9

10 – 25

26 – 45

>45

Fine

26 – 28

28 – 30

30 – 34

33 – 38

Medium

27 – 28

30 – 32

32 – 36

36 – 42

Coarse

28 – 30

32 – 34

33 – 40

40 – 50

Y

70 – 100

90 – 115

110 – 130

110 – 140

130 - 150

KN/m3

(11-16)

(14-18)

(17-20)

(17-22)

20-23)

SPT N° 70

Ф

4.00

Consistencia

Del cuadro anterior deducimos que para el suelo arcilloso consideraremos una resistencia a la compresión simple (qu) de 0.80kg/cm²; por lo que según la relación (c= qu/2) obtendremos el valor de cohesión para el terreno de fundación, sin fricción. Finalmente, en el Cuadro Nº 11 se presenta en resumen los parámetros resistentes, para cada suelo analizado. Cuadro Nº 11

4.0

Suelo

Peso unitario (kg/m3)

Cohesión (kg/cm2)

Angulo de fricción (º)

Gravoso

1,843

0.00

31.67

Arcilloso

1,800

0.40

0.00

Análisis de la cimentación

Se presenta a continuación el análisis de la cimentación, que incluye recomendaciones para su diseño. Realizada sobre la base de las características del terreno y al tipo de estructura proyectada. 4.1

Tipo de cimentación

Dada la naturaleza gravosa y compacidad media a suelta, se recomienda el empleo de una cimentación superficial convencional, tal como cimientos corridos armado en el sobrecimiento, zapatas armadas conectadas con vigas de cimentación, etc.

14

4.2

Profundidad de cimentación

Sobre la base del estudio del perfil estratigráfico, características físico-mecánicas del subsuelo y solicitaciones de carga, se recomienda cimentar a una profundidad no menor de 1.30m por debajo del nivel de falso piso del semisótano y sobre el estrato gravoso. 4.3

Capacidad admisible

Se ha determinado la capacidad portante del terreno sobre la base de las características de los suelos subyacentes y solicitaciones de carga. Para lo cual se utilizarán los parámetros de resistencia presentados en el Cuadro Nº 12. Luego se calcula la capacidad portante con la siguiente ecuación:

q = S CN u

c

c

+S q

y

1 γ BN 2 t

=

ad

γ

+S γ D N q

f

f

q

qu Fs

Donde: qu =

Capacidad ultima de carga

qad =

Capacidad admisible de carga

Fs =

Factor de seguridad = 3

γt =

Peso unitario del suelo (kg/m3)

γf =

Peso unitario del suelo superficial (Kg/m3)

Df =

Profundidad de cimentación (m)

B =

Ancho de la cimentación (m)

Nc, Nγ, Nq =

Parámetros de capacidad portante en función de ø Cuadro N° 12 Suelo

Nc

Nq

Nγ

Gravoso

34.53

22.30

20.81

Nø = Tan²(45+ø/2) Sc, Sγ, Sq =

Factores de forma (Meyerhof, 1963)

Cimentación Cuadrada: Sc =

1 + 0.2Nø

Sq = S γ = 1 (Para ø=0º)

15

Sq = S γ = 1 + 0.1Nø

(Para ø>0º)

S γ = 1+0.1Nø Cimentación Corrida:

Sc = 1, Sq = 1, S γ = 1

En el Cuadro N° 13 se presenta el Peso Unitario para el estrato analizado. Cuadro N° 13 Suelo

γf (kg/m3)

γt (kg/m3)

Gravoso

1,800

1,843

El Cuadro N° 14, presenta el cálculo de capacidad admisible para rangos de anchos y profundidades de cimentación en el estrato gravoso, considerando cimentaciones tipo cimiento corrido y opcionalmente zapata cuadrada. Cuadro N° 14 Tipo de Cimentación

Cimiento Corrido

Zapata Cuadrada

B (m)

Df (m)

Qult (Kg/cm2)

Qadm (Kg/cm2)

0.60

1.30

6.38

2.13

0.80

1.30

6.76

2.25

1.00

1.30

7.15

2.38

0.60

1.50

7.19

2.40

0.80

1.50

7.57

2.52

1.00

1.50

7.96

2.65

1.00

1.30

8.90

2.97

1.00

1.50

9.64

3.21

1.00

1.80

10.77

3.59

1.50

1.30

11.75

3.92

1.50

1.50

12.80

4.28

1.50

1.80

12.82

4.27

1.80

1.30

14.14

4.71

De acuerdo al cuadro anterior, se deduce lo siguiente: La capacidad admisible por corte para la estructura proyectada es igual a 2.13Kg/cm2 (cimiento corrido) y 2.97Kg/cm2 (Zapata cuadrada).

16

En caso de que la cimentación se apoye sobre el estrato arcilloso, para zapatas superficiales en la zona de la calicata C-2. Entonces los valores de capacidad de carga admisible se calcularan con los parámetros dados en el Cuadro Nº 11. A continuación en el Cuadro N° 15 se presenta los cálculos de las capacidades admisibles para rangos de anchos y profundidades de cimentación en el estrato arcilloso (con respecto al nivel de terreno natural actual), considerando cimentaciones tipo cimiento corrido y zapata cuadrada. Cuadro N° 15 Tipo de Cimentación

Cimiento Corrido

Zapata Cuadrada

B (m)

Df (m)

Qult (Kg/cm2)

Qadm (Kg/cm2)

1.00

1.30

2.87

0.96

0.80

1.30

2.95

0.98

1.00

1.50

2.97

0.99

0.60

1.30

3.05

1.02

0.80

1.50

3.09

1.03

0.60

1.50

3.15

1.05

1.80

1.30

3.19

1.06

1.50

1.30

3.27

1.09

1.50

1.50

3.35

1.12

1.00

1.30

3.39

1.13

1.50

1.80

3.44

1.15

1.00

1.50

3.47

1.16

1.00

1.80

3.62

1.21

De acuerdo al cuadro anterior, se deduce lo siguiente: La capacidad admisible por corte para la estructura proyectada es igual a 0.96Kg/cm2 (cimiento corrido) y 1.06Kg/cm2 (Zapata cuadrada). A continuación estos valores serán verificados por asentamiento con lo que obtendremos los valores finales de capacidad admisible, para el estrato gravoso y arcilloso.

17

4.4

Asentamiento admisible

Se realiza la verificación por asentamiento elástico debiendo llegar como máximo, a una deformación de 1” (2.54cm) como deformación total, para el caso de cimiento corrido y zapatas cuadradas. 4.4.1 Asentamiento instantáneo El asentamiento elástico inicial según la Teoría de Elasticidad “Lambe y Witman”, esta dada por:

B(1 − μ 2 ) S = Δqs lw Es

Donde: S

= Asentamiento Probable (cm.)

Δqs = Esfuerzo Neto Transmitido (kg/cm2) B

= Ancho de Cimentación

Es = Modulo de Elasticidad (kg/cm2) µ lw

= Relación de Poisson = Factor de Influencia que depende de la forma y la rigidez de la cimentación

(Bowles, 1977). Las propiedades elásticas del suelo de cimentación fueron asumidas a partir de tablas publicadas con valores para el tipo de suelo existente donde ira desplantada la cimentación. Para el suelo gravoso conservadoramente se considera un modulo de elasticidad de E = 6000Tn/m2, y un coeficiente de Poisson de µ = 0.10. Para el suelo arcilloso conservadoramente se considera un modulo de elasticidad de E = 800Tn/m2, y un coeficiente de Poisson de µ = 0.25. Los cálculos de asentamiento se han realizado considerando cimentación rígida y flexible, además los esfuerzos transmitidos son iguales a la capacidad admisible de carga. A continuación se presentan los siguientes cálculos, con los resultados obtenidos en el presente estudio. En el Cuadro N° 16 se presentan los siguientes cálculos, con los resultados de asentamiento obtenidos para el proyecto.

18

Cuadro N° 16

Suelo

Gravoso

Tipo de cimentación

Q adm (kg/cm2)

B (m)

Corrida

2.13

0.60

Cuadrada

2.97

1.00

Corrida

0.96

0.60

Cuadrada

1.06

1.00

Arcilloso

Iw (cm/m) Rígida Flexible Rígida Flexible Rígida Flexible Rígida Flexible

Si (cm) 210 254 82 112 210 254 82 112

0.44 0.54 0.40 0.55 1.42 1.71 1.02 1.39

Por lo tanto de acuerdo a la verificación por asentamiento máximo, 1” (2.54cm.) para cimiento corrido y zapatas aisladas, se presenta en el Cuadro Nº 17 el asentamiento admisible. Cuadro N° 17

Suelo

Gravoso

Tipo de cimentación

Q adm (kg/cm2)

B (m)

Corrida

2.10

0.60

Cuadrada

2.90

1.00

Corrida

0.90

0.60

Cuadrada

1.00

1.00

Arcilloso

Iw (cm/m) Rígida Flexible Rígida Flexible Rígida Flexible Rígida Flexible

Si (cm) 210 254 82 112 210 254 82 112

0.44 0.53 0.39 0.54 1.33 1.61 0.96 1.31

Finalmente, del cuadro anterior obtenemos la capacidad admisible verificada por asentamiento para la zona en estudio; la cual presentamos a continuación. Cuadro N° 18 Suelo

Qadm (kg/cm2) Cimiento corrido

Zapata cuadrada

Gravoso

2.10

2.90

Arcilloso

0.90

1.00

19

4.4.2 Asentamiento diferencial De acuerdo a la normatividad de asentamiento tolerable se tiene: δ=Distorsión angular x L Donde: δ = Asentamiento Admisible L = Longitud entre ejes de zapatas y/o cimientos. De acuerdo a la Norma Técnica E - 0.50 Suelos y Cimentaciones en su acápite Asentamiento Tolerable, para el proyecto en estudio adoptamos una relación de Distorsión angular de 1/200, Se considera, para una luz de 3.00m. Distorsión angular = 1/200: Límite en que la pérdida de verticalidad de estructuras esbeltas pueda ser visible. δ=

5.0

1 x 300 = 1.50cm (Asentamiento diferencial máximo permitido) 200

Agresión química del suelo al concreto de la cimentación

Los problemas de durabilidad ocasionada en estructuras que están en contacto con el suelo, tales como las cimentaciones, son debido al deterioro y destrucción de los materiales de concreto y acero por agresividad del medio. Por lo que una vez conocido la zona, se identificó los agentes agresivos probables, en base a las observaciones realizadas en las construcciones cercanas, para definir las medidas de prevención mas convenientes. Según el certificado del análisis químico la concentración de sustancias agresivas son las que se muestran en el siguiente cuadro: Cuadro N° 19 Calicata

Muestra

Prof. (m)

Sulfatos (ppm)

Cloruros (ppm)

SST (ppm)

Ph

C-1

Única

0.40 – 3.00

68.3

254.42

480.0

7.61

En el Cuadro N° 20, se muestra los límites permisibles de la agresividad de los elementos químicos presentes en un suelo en contacto con estructuras de concreto.

20

Cuadro N° 20 Presencia en el Suelo

P.P.m.

Grado de alteración

Observaciones

* Sulfato

0 – 1000 1000 – 2000 2000 – 20000 > 20000

Leve Moderado Severo Muy Severo

Ocasiona un ataque químico al concreto de la cimentación

** Cloruros

> 6000

Perjudicial

Ocasiona Problemas de corrosión de armaduras o elementos metales.

Perjudicial

Ocasiona problemas de perdida de resistencia mecánica por problemas de lixiviación

** Sales Solubles totales

*

Comité 318 – 83 ACI

**

Experiencia Existente

> 15000

En el Anexo IV se presenta el certificado del ensayo químico. En resumen se concluye que el estrato de suelo donde ira desplantada la cimentación contiene concentraciones bajas de sulfatos, cloruros, SST y Ph; por lo que se recomienda el uso de CEMENTO TIPO I.

6.0

Conclusiones y recomendaciones

Conclusiones 1) El área de estudio donde se proyecta la Vivienda Unifamiliar, se encuentra ubicada en la Av. Alameda del Corregidor Nº 290, Distrito de La Molina, Provincia y Departamento de Lima. 2) En el ámbito regional respecto a la zona en estudio, las formaciones que afloran son de origen intrusivo (rocas granodioritas, granitos, dioritas, etc.), perteneciente a la superunidad Santa Rosa, en contacto con rellenos y depósitos gravosos y limo arcillosos semiconsolidados, sobre el que se cimentara la estructura proyectada. 3) Geológicamente y geomofológicamente, en la zona de estudio no se presentan estructuras geológicas tales como fallas o problemas potenciales de deslizamiento. Ni problemas por efectos de Geodinámica externa como son (huaycos, viento excesivo, etc.). 4) Para la aplicación de las normas de diseño sismo resistente se debe considerar, los siguientes valores:

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Zona 3

Z = 0.40

Suelo (S2)

S = 1.2

Período Predominal Tp = 0.60seg. Factor de Uso (U): U = 1.0 (Edificaciones comunes, Categoría C) Factor de amplificacion sismica C=1.5/T

(T: Período fundamental de la estructura)

5) Con el propósito de identificar las características físicas y mecánicas del suelo de fundación se ubicaron 03 calicatas o excavaciones a cielo abierto, de las cuales 02 calicatas llegaron hasta una profundidad de 3.00m, 01 calicata a la profundidad de 1.50m. 6) Los ensayos estándar de clasificación de suelos se ejecutaron en el Laboratorio de Geotecnia de SERVIG 2000. De tal manera que nos permiten identificar e interpretar las características del terreno en la zona en estudio y determinar el perfil estratigráfico. 7) En la Calicata C-1, se registró de 0.00m a 0.40m de profundidad, por un relleno gravoso anguloso TM=1” y arenoso con finos, compacidad media. Luego de 0.40m a 0.60m, se presenta arcilla poco plástica, consistencia firme, ligera humedad, color marrón claro, presencia de raíces inertes. Subyacente a esta capa de 0.60m a 2.30m, se aprecia gravas mal gradadas de forma redondeada TM=3” en un 5%, matriz arenosa de grano medio a fino, compacidad media, baja humedad, la matriz presenta una tonalidad beige claro a gris. Luego de 2.30m a 2.80m, se presenta arcilla poco plástica arenosa, consistencia media, ligera humedad, color marrón oscuro. Finalmente, hasta la profundidad explorada, se presentan gravas de forma redondeada y angulosa TM=8” en un 5%, con matriz arenosa de grano medio a fino, compacidad media a suelta, poca humedad, la matriz presenta tonalidad beige. En la Calicata C-2, se registró de 0.00m a 0.60m de profundidad, por un relleno gravoso anguloso TM=2” en un 10% y arenoso con finos, compacidad media a firme. Luego de 0.40m a 0.60m, se presenta arcilla poco plástica, consistencia firme, ligera humedad, color marrón claro, presencia de raíces inertes. Subyacente a esta capa de 0.60m a 1.30m, se presenta arcilla poco plástica, consistencia firme, ligera humedad, color marrón claro. De 1.30m a 1.70m se aprecia una capa de arena de grano fino y limos, compacidad media, ligera humedad, color beige a gris. Continúa de 1.70m a 2.5m limo poco plástico arenoso, consistencia dura

22

a firme, ligera humedad, color beige. Presencia de piedras aisladas TM=4” y angulosas pequeñas hasta la profundidad de 2.20m. Finalmente, hasta la profundidad explorada se aprecia gravas de forma redondeada y angulosas TM=6” en un 10%, matriz arenosa de grano medio a fino, compacidad media a suelta, baja humedad, la matriz presenta una tonalidad beige.. 8) Hasta la profundidad máxima explorada de 3.00m. No se ha determinado el nivel freático, en ninguna de las excavaciones. 9) Se presenta la capacidad portante para los niveles de cimentación sobre el suelo gravoso. El valor obtenido para la capacidad admisible puede ser utilizado para toda el área estudiada.

Suelo

Profundidad de desplante (m)

Gravoso Arcilloso

Qadm (kg/cm2) Cimiento corrido

Zapata cuadrada

1.30*

2.10

2.90

1.30**

0.90

1.00

* Respecto al Nivel de falso piso del semisótano (en el caso de la zona de la Calicata C-2) y Respecto al Nivel de terreno natural actual (en el caso de la zona de la Calicata C-1) ** Respecto al Nivel de terreno natural actual 10) Del análisis de asentamiento se determino que la máxima deformación elástica o asentamiento instantáneo es de 0.54cm para cimentaciones sobre suelo gravoso y de 1.61cm para cimentaciones sobre suelo arcilloso. Y la deformación máxima permitida o asentamiento diferencial es de 1.50cm. 11) La concentración de agentes químicos agresivos del suelo en la zona de estudio es menor a los valores máximos permisibles dados en el Cuadro Nº 20, por lo que la agresión química a elementos de concreto se califica como leve. Recomendaciones 1) El área en estudio no presenta agresividad de elementos químicos, por ataque de sulfatos, cloruros, SST y Ph; que dañen al concreto de la cimentación en contacto al suelo, recomendándose el empleo de CEMENTO TIPO I.

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2) En el diseño de la cimentación deben tomar en cuenta las siguientes recomendaciones: ‰ En cualquier caso, si se desea utilizar otro ancho y profundidad de cimentación se

podrán utilizar los resultados indicados en el Cuadro N° 14 y Cuadro Nº 15. ‰ Se ofrece la alternativa de capacidad portante al Ingeniero Estructural, de tal

manera que analice el aspecto técnico – económico para el diseño de la cimentación óptima. ‰ Después de terminada las excavaciones para cimientos deben efectuarse una

densificación manual o con pisones mecánicos del fondo de la excavación, humedeciendo previamente el suelo, y en caso de rellenos con material de afirmado, compactar en capas no mayores de 0.20m. con el fin de mejorar las características del suelo, eliminando todo material mayor a 3”. ‰ Para la obra de edificación se recomienda el empleo de cimientos corridos

reforzadas en el sobrecimiento, zapatas armadas conectadas con viga de cimentación; dejando a criterio del ingeniero estructural el empleo del tipo de cimentación adecuada, etc. ‰ El ángulo del talud para excavaciones mayores a 3.00m estará basado en las

propiedades mecánicas, Ø=31.67°, c = 0.0Kg/cm2 (Grava mal gradada) y con una densidad del suelo en estado natural, γ=1.843tn/m3 y Ø=0.0°, c = 0.4Kg/cm2 (Arcilla poco plástica) y con una densidad del suelo en estado natural, γ=1.80tn/m3. Además se recomienda un talud H:V=1:4 para las excavaciones. De ser necesario para estabilizar temporalmente los taludes de excavación se recomienda la inyección de mezcla de agua-cemento, y/o el refuerzo con entibado. ‰ Para las excavaciones cercanas a estructuras vecinas, debe añadirse un sistema

de calzaduras para las estructuras contiguas a la excavación, las cuales deben ser intercaladas y conforme se gana en profundidad la base debe ser mas ancha de manera escalonada. Esta calzadura se debe diseñar tomando en cuenta los parámetros indicados anteriormente. 3) La siguiente información deberá transcribirse en los planos de cimentación. Esta información no es limitativa y deberá cumplirse con todo lo especificado en el presente estudio de suelos y en el RNE.

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Resumen de las condiciones de cimentación Tipo de Cimentación: Cimiento corrido armado en el sobrecimiento y zapata armada conectadas con vigas de cimentación Estrato de apoyo de la cimentación: Grava mal gradada y/o arcilla poco plástica Parámetros de diseño de la Cimentación: Grava mal gradada: P.U.=1.843tn/m3, C=0.0kg/cm² y φ=31.67° Arcilla poco plástica: P.U.=1.80tn/m3, C=0.4kg/cm² y φ=0.0° Profundidad de cimentación mínima: 1.30m (respecto al nivel de falso piso del semisótano) y de 1.30m (respecto al nivel de terreno natural) Presión admisible: Grava: Cimiento corrido: 2.10kg/cm²

Zapata cuadrada: 2.90kg/cm²

Arcilla: Cimiento corrido: 0.90kg/cm²

Zapata cuadrada: 1.00kg/cm²

Factor de seguridad: 3 Asentamiento diferencial máximo: 1.50cm Agresividad del suelo a la cimentación: No detectada (Utilizar cemento Tipo I) 4) Se debe evitar perturbar el suelo debajo de los niveles de Cimentación recomendados. 5) El fondo de toda excavación para cimentación debe quedar limpio y parejo. Se deberá retirar todo material suelto, antes del procedimiento de vaciado. 6) Se debe remover y eliminar todo el relleno superficial existente en el terreno, y para la conformación de pisos y losas sobre el terreno de debe colocar una base de afirmado de espesor tal que ocupe el espesor eliminado de relleno. 7) El presente estudio es recomendado solo para la zona donde se proyecta la Vivienda Unifamiliar, Distrito de La Molina, Provincia y Departamento de Lima; y no respalda ningún otro lugar y tipo de obra diferente a las estudiadas.

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REFERENCIAS 1.

Alva Hurtado, Jorge, Dinámica de suelos, 1ra edición, Perú – 2002.

2.

Braja M. Das, Fundamentos de ingeniería de geotécnica, 1ra edición, México – 2001.

3.

Delgado

Vargas,

Manuel,

Ingeniería

de

cimentaciones-Fundamentos

e

da

introducción al análisis geotécnico, 2 edición, México - 1996. 4.

Lambe, T.W. & Whitman, R.V., Mecánica de suelos, 7ma edición, México – 1990.

5.

Peck-Hanson-Thornburn, Ingeniería de cimentaciones, 9na edición, México – 1996.

6.

Reglamento Nacional de Edificaciones, Norma E.050 Suelos y Cimentaciones.

7.

Ruiz Vásquez – González Huesca, Geología aplicada a la ingeniería civil, 3ra edición, México – 2002.

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