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• Rony Alexis Uriarte

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CIMENTACIONES S.R.L. Siete de Enero 542 - Chiclayo

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACION INFORME GEOTECNICO EMS N°017-2018

PROYECTO: VIVIENDA MULTIFAMILIAR

UBICACION REGION PROVINCIA DISTRITO LUGAR

: : : :

LAMBAYEQUE CHICLAYO CHICLAYO MANZANA S LOTE 15 URBANIZACIÓN CHCLAYO

RESPONSABLE DEL ESTUDIO ING………………………………. Reg. CIP Nº………………. CHICLAYO, JUNIO DE 2018

Informe Técnico N°017-2018 Estudio de Mecánica de Suelos Proyecto: Vivienda Multifamiliar

1

Contenido 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

GENERALIDADES ........................................................................................... ¡Error! Marcador no definido. 1.1.

Introducción.............................................................................................. ¡Error! Marcador no definido.

1.2.

Objeto del Estudio ................................................................................... ¡Error! Marcador no definido.

1.3.

Alcance del Estudio ................................................................................ ¡Error! Marcador no definido.

1.4.

Ubicación del Área en Estudio .............................................................. ¡Error! Marcador no definido.

CARACTERIZACION FISICO GEOGRAFICA ............................................. ¡Error! Marcador no definido. 2.1.

Aspecto Geomorfológico ........................................................................ ¡Error! Marcador no definido.

2.2.

Aspecto Geológico .................................................................................. ¡Error! Marcador no definido.

2.3.

Topografía ................................................................................................ ¡Error! Marcador no definido.

GEODINAMICA................................................................................................. ¡Error! Marcador no definido. 3.1.

Geodinámica Interna .............................................................................. ¡Error! Marcador no definido.

3.2.

Geodinámica Externa ............................................................................. ¡Error! Marcador no definido.

ALCANCE DE LA INVESTIGACION DE CAMPO Y LABORATORIO...... ¡Error! Marcador no definido. 4.1.

Alcance de la Investigación de Campo ................................................ ¡Error! Marcador no definido.

4.2.

Alcance de la Investigación de Laboratorio ........................................ ¡Error! Marcador no definido.

4.3.

Resultados de los ensayos de laboratorio .......................................... ¡Error! Marcador no definido.

CARACTERIZACION DEL SUELO ............................................................... ¡Error! Marcador no definido. 5.1.

Clasificación de suelos ........................................................................... ¡Error! Marcador no definido.

5.2.

Perfil estratigráfico del suelo ................................................................. ¡Error! Marcador no definido.

5.3.

Ubicación del nivel freático .................................................................... ¡Error! Marcador no definido.

ANALISIS DE SUELOS ESPECIALES ......................................................... ¡Error! Marcador no definido. 6.1.

Análisis de suelos expansivos............................................................... ¡Error! Marcador no definido.

6.2.

Análisis de suelos licuables ................................................................... ¡Error! Marcador no definido.

ANALISIS DE AGRESION DEL MEDIO ....................................................... ¡Error! Marcador no definido. 7.1.

8.

9.

Agresión del medio ................................................................................. ¡Error! Marcador no definido.

ANALISIS DEL COMPORTAMIENTO MECANICO DEL SUELO ............. ¡Error! Marcador no definido. 8.1.

Profundidad de cimentación .................................................................. ¡Error! Marcador no definido.

8.2.

Tipo de cimentación ................................................................................ ¡Error! Marcador no definido.

8.3.

Análisis de la resistencia al esfuerzo cortante del suelo ................... ¡Error! Marcador no definido.

8.4.

Análisis de compresibilidad del suelo .................................................. ¡Error! Marcador no definido.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................... ¡Error! Marcador no definido.

10.

BIBLIOGRAFIA ............................................................................................ ¡Error! Marcador no definido.

11.

ANEXOS ....................................................................................................... ¡Error! Marcador no definido.

11.1.

Anexo 01: Plano de Ubicación .............................................................. ¡Error! Marcador no definido.

11.2.

Anexo 02: Perfiles Estratigráficos ......................................................... ¡Error! Marcador no definido.

11.3.

Anexo 03: Ensayos de Laboratorio ...................................................... ¡Error! Marcador no definido.

11.4.

Anexo 04: Panel Fotográfico ................................................................. ¡Error! Marcador no definido.

INFORME TÉCNICO

1. GENERALIDADES 1.1. Introducción A solicitud de los propietarios del proyecto, se ha realizado un Estudio de Mecánica de Suelos con Fines de Cimentación, para el proyecto “Vivienda Multifamiliar”, ubicado en la calle Lambayeque Manzana S Lote 15 de la Urbanización Chiclayo I Etapa de la ciudad de Chiclayo. 1.2. Objeto del Estudio El objetivo del estudio es determinar la resistencia al esfuerzo cortante y el grado de compresibilidad del suelo subyacente, en base a sus propiedades físicas y mecánicas; que permitan determinar: profundidad de cimentación, capacidad portante admisible y tipo de cimentación, para la edificación proyectada. 1.3. Alcance del Estudio El alcance del estudio comprende las siguientes fases: 1.3.1. Planeamiento y Coordinación Planeamiento de los trabajos; recolección y revisión de la información existente, y coordinación con los responsables del proyecto. 1.3.2. Etapa de Investigaciones de Campo y Laboratorio Programa de exploración, tendiente a conocer la estratigrafía del suelo subyacente y sus propiedades, en base a la identificación y toma de muestras de suelo, para los respectivos ensayos de laboratorio. 1.3.3. Caracterización Geotécnica Con la compatibilización y análisis de los resultados obtenidos en las investigaciones de campo y laboratorio, se realiza una caracterización geotécnica de todos los materiales existentes en el área de estudio, con la finalidad de elaborar el perfil estratigráfico del suelo en estudio. 1.3.4. Análisis Geotécnico El análisis geotécnico comprende: o

Análisis de suelos especiales: expansivos.

o o

Análisis de agresividad del medio. Análisis de resistencia al esfuerzo cortante y determinación de la capacidad admisible del suelo, a nivel de cimentación.

o

Análisis de compresibilidad y determinación de la magnitud de asentamientos del suelo, a nivel de cimentación.

o

Recomendaciones sobre el tipo y profundidad de cimentación.

1.4. Ubicación del Área en Estudio La zona en estudio, se encuentra ubicada en la calle Palestina Manzana B Lote 13 de la Urbanización Miraflores I Etapa, de la ciudad de Chiclayo. El terreno tiene un área aproximada de 120m2.

UBICACIÓN

Fig. N° 1.1.- Ubicación de área en estudio. Fuente.- Información proporcionada por el cliente.

2. CARACTERIZACION FISICO GEOGRAFICA 2.1. Aspecto Geomorfológico La geomorfología de la zona en estudio, se caracteriza por ser relativamente llana, típica de faja costera, formando parte del valle Chancay-Lambayeque. 2.2. Aspecto Geológico La geología de la zona en estudio, perteneciente al valle Chancay-Lambayeque, está constituida por depósitos aluviales del cuaternario reciente (Qr-al) y está representado principalmente por el antiguo cono de deyección de los ríos Lambayeque, Reque, La Leche y Zaña. Los diversos conos aluviales forman un manto continuo cuyo grosor varía desde pocos metros hasta más de 200 metros y está formado por gravas, arenas y arcillas. Este manto es del tipo sedimentario,

formado por capas estratigráficas cuyos materiales se hayan dispuestos con relativa selección, donde los suelos granulares se hallan a mayor profundidad que los suelos finos.

Fig. No 2.1.- Geología de la zona en estudio (Qr-al). Fuente.- INGEMMET Mapa Geológico del Cuadrángulo de Chiclayo (14-d).

2.3. Topografía La topografía del terreno en estudio, es casi plana; los linderos de la propiedad se encuentran definidos por edificaciones vecinas de dos a cuatro niveles. La parte adyacente del terreno con la vereda frontal, presenta un desnivel de aproximadamente 0.10 m y en la parte posterior del terreno, el desnivel es de aproximadamente 0.20 m. Para efectos del desarrollo del informe técnico, a la vereda existente se le está asignando la cota 100.00 m.

Fig. No 2.2.- Vista del terreno en estudio. Fuente.- Elaboración propia.

3. GEODINAMICA 3.1. Geodinámica Interna

La zona en estudio, se encuentra dentro de una zona de sismicidad alta (Zona 4), de acuerdo a la zonificación sísmica realizada por el Instituto Geofísico del Perú. En esta zona existe la posibilidad de que ocurran sismos de intensidades de grado VI en la escala Mercalli Modificada y magnitud entre 7.0 y 7.5 en la escala de Ritcher. 3.2. Geodinámica Externa Dentro de los fenómenos de geodinámica externa a los que está expuesta la zona en estudio, solo se tiene la acción del Fenómeno El Niño, que por las precipitaciones intensas de agua de lluvia, genera gran humedecimiento del suelo, con la consiguiente recarga del acuífero, afectando la resistencia al corte de los suelos, con efecto más desfavorable en aquellos formados como rellenos no controlados, cuya característica esencial es: baja densidad y baja resistencia al esfuerzo cortante. 4. ALCANCE DE LA INVESTIGACIÓN DE CAMPO Y LABORATORIO 4.1. Alcance de la Investigación de Campo En base a la Norma Técnica E.050 Suelos y Cimentaciones, se ha realizado una exploración de campo, mediante tres (03) Sondeos Exploratorios, denominados: S-01, S-02 y S-03, con una profundidad máxima de 5.00 m, ubicados a lo largo de un eje longitudinal en el terreno.

Fig. N° 4.1.- Ubicación de Sondeos Exploratorios. Fuente.- Elaboración propia.

En cada sondeo de exploración, se ha realizado Ensayos Normales de Penetración SPT (Standard Penetration Test), según lo establecido por la Norma Técnica NTP 339.133 (ASTM D 1586), hasta llegar a la profundidad indicada. La ventaja de los ensayos SPT, frente a otro tipo de exploración, es que brinda información del suelo en toda su profundidad..

En cada uno de los pozos de exploración, se ha realizado la Descripción Visual de Suelos, de acuerdo a la Norma Técnica Peruana NTP 339.150 (ASTM D2488), registrando el perfil estratigráfico de campo, que se complementa con los resultados de los ensayos de laboratorio. En esta fase de exploración, también se ha tomado muestras representativas de suelo en cada uno de los estratos, como Muestras Alteradas en Bolsa de Plástico (Mab) y Muestras Alteradas para Humedad en Lata Sellada (Mah). De los resultados de los Ensayos Normales de Penetración (SPT), que se muestran en la Figura N° 4.2, se observa que, las envolventes de penetración (Número de Golpes/pie) de los sondeos S-01 y S02, ubicados desde el centro del terreno hacia la zona de ingreso, casi siguen la misma tendencia; sin embargo la envolvente de penetración del sondeo S-03, ubicado en la parte posterior del terreno, presenta una tendencia muy diferente; ello indica que, la resistencia del suelo al esfuerzo cortante y el grado de compresibilidad, son muy variables.

Profundidad (m)

Envolventes de Ensayos SPT 0

Número de Golpes / pie (N) 5 10 15

20

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 S-01

S-02

S-03

Figura N° 4.2.- Resultado de Ensayos de Penetración Estándar (SPT), de campo. Fuente.- Elaboración propia.

4.2. Alcance de la Investigación de Laboratorio Con las muestras de suelo obtenidas en la Investigación de Campo, se han realizado los ensayos de laboratorio, con la finalidad de obtener los parámetros que permitan su clasificación e identificación de propiedades físicas, mecánicas y químicas. Los ensayos de laboratorio que se han realizado bajo el marco de la Norma Técnica E.050 Suelos y Cimentaciones del Reglamento Nacional de Edificaciones, son los siguientes: ENSAYO Contenido de Humedad

NORMA APLICABLE NTP 339.127 (ASTM D 2216)

Análisis Granulométrico por Tamizado

NTP 339.128 (ASTM D 422)

Límite Líquido y Limite Plástico

NTP 339.129 (ASTM D 4318)

Peso Unitario

NTP 339.139 (BS 1377)

Contenido de Sales Solubles

ASTM D 1411-82

Tabla N° 4.2.- Ensayos de Laboratorio realizados. Fuente.- Elaboración propia.

4.3. Resultados de los Ensayos de Laboratorio 4.3.1 Propiedades Índice Los resultados de los ensayos: contenido de humedad, análisis granulométrico por tamizado, límite líquido y límite plástico, de las muestras de suelo de los sondeos S-01, S-02 y S-03, se presentan en la siguiente tabla; en donde se observa que, los mantos de suelo muy cercanos a la superficie del terreno, presentan, mayormente, partículas de grano fino y plasticidad baja; en cambio el último de los estratos, es de grano grueso, con una menor cantidad de partículas de grano fino de poca plasticidad. Analisis Granulométrico Sondeo

Muestra

Humedad Natural

Pasa malla #4 Pasa malla #200

Límites de Atterberg

Grava

Arena

Finos

L. Liquido

L. Plástico

I. Plástico

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

(%)

M201

24.76

99.94

74.00

0.06

25.95

74.00

37.38

15.56

21.82

M202

18.38

99.14

81.04

0.86

18.10

81.04

29.69

16.75

12.94

M203

19.80

98.72

57.29

1.28

41.43

57.29

29.20

15.26

13.93

M204

26.33

99.94

32.11

0.06

67.84

32.11

21.59

16.41

5.18

M301

12.78

100.00

63.63

0.00

36.38

63.63

29.06

14.60

14.45

M302

20.59

99.74

73.01

0.26

26.74

73.01

30.60

16.28

14.32

M303

25.30

99.72

72.29

0.28

27.44

72.29

31.79

16.03

15.76

M304

19.92

99.09

68.76

0.91

30.34

68.76

25.80

18.53

7.27

M305

20.12

100.00

19.90

0.00

80.11

19.90

NO PLASTIC O

NO PLASTIC O

NO PLASTIC O

S-02

S-03

Tabla N° 4.3.- Resultados de ensayo de propiedades índice. Fuente.- Elaboración propia.

5. CARACTERIZACION DEL SUELO 5.1. Clasificación de Suelos Informe Técnico N°017-2018 Estudio de Mecánica de Suelos Proyecto: Vivienda Multifamiliar

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Con los resultados de los ensayos de laboratorio, se ha realizado la clasificación de suelos, de acuerdo al Sistema Unificado de Clasificación de Suelos S.U.C.S. NTP 339.134 (ASTM D 2487). En la Tabla Nº 5.1, que se muestra a continuación, se presentan los suelos clasificados, de acuerdo a la magnitud de sus propiedades índices.

5.2. Perfil Estratigráfico del Suelo Con la Clasificación de Suelos realizada mediante el sistema SUCS, y con la información obtenida durante la exploración de campo, se ha caracterizado el suelo que conforma la zona en estudio, determinando su estratigrafía, cuya gráfica se muestra en la Figura N° 5.1. El terreno se encuentra en un desnivel respecto del nivel de vereda; si a esta, se le asigna la cota relativa 100.00 m, el terreno se encuentra entre las cotas 99.90 m y 99.80 m. Si, el nivel de piso terminado de la edificación es +0.15 m, la altura con respecto al punto más bajo del terreno, es de 0.35 m. La clasificación de los estratos de suelos es la siguiente:

Sondeo

Muestra

Clasif icación SUCS

CL

M202

CL

ARCILLAS INORGÁNICAS DE BAJA PLASTICIDAD

M203

CL

ARCILLAS INORGÁNICAS DE BAJA PLASTICIDAD

M204

SM-SC

M301

CL

ARCILLAS INORGÁNICAS DE BAJA PLASTICIDAD

M302

CL

ARCILLAS INORGÁNICAS DE BAJA PLASTICIDAD

M303

CL

ARCILLAS INORGÁNICAS DE BAJA PLASTICIDAD

M304

CL

M305

SM

S-02

S-03

ARCILLA INORGÁNICA DE PLASTICIDAD MEDIA

M201

ARENA LIMOSA Y ARCILLOSA

ARCILLA INORGÁNICA DE PLASTICIDAD MEDIA ARENA LIMOSA

Tabla N° 5.1.- Clasificación de Suelos. Fuente.- Elaboración propia.

Figura N° 5.1.- Perfil Estratigráfico de la zona en estudio. Fuente.- Elaboración propia.

a) A nivel de superficie, se tiene un manto de rellenos de matriz arcillosa, con residuos de construcción y demolición, de consistencia blanda; en un espesor que varía de 0.60 m a 1.20 m. b) Subyacente a dicho relleno, se tiene otra capa de relleno de matriz areno-limosa, de compacidad relativa suelta, con una fracción de materia orgánica; que se ubica entre las profundidades de 1.20 m a 1.40 m. c)

A mayor profundidad, se tiene un manto de arcilla de baja plasticidad (CL), de consistencia firme a medianamente firme; que llega hasta las profundidades de 3.60 m a 4.30 m. A la profundidad de 3.00 m, se tiene presencia de nivel freático.

d)

Finalmente, hasta la profundidad de exploración de 5.10 m, se tiene un estrato de arena limoarcillosa, de compacidad relativa medianamente densa, en estado saturado.

5.3. Ubicación del Nivel Freático Durante el proceso de exploración de suelos, se ha registrado presencia de nivel freático en la cota 96.80 m, respecto a la cota de vereda (100.00 m). 6. ANALISIS DE SUELOS ESPECIALES 6.1. Análisis de Suelos Expansivos El análisis de expansión de suelos, se realiza principalmente en suelos arcillosos, con la finalidad de determinar el potencial de esponjamiento ante un incremento en su contenido de humedad. Esta característica se da principalmente, en arcillas que presentan plasticidad alta y contenido de

humedad bajo; sin embargo, con la finalidad de descartar el grado de expansión de las arcillas de baja plasticidad, se ha realizado una identificación de sus características. De la evaluación realizada, la misma que se presenta en la Tabla N° 6.1, se determina que las arcillas de baja plasticidad presentes en la zona en estudio, no presentan características de expansión que puedan comprometer la estabilidad de las estructuras a proyectar. 6.2. Análisis de Suelos Licuables Los fenómenos de licuación consisten en la pérdida rápida de resistencia al esfuerzo cortante, temporal o definitivo. Tal pérdida, conduce al colapso a cualquier estructura edificada sobre un material que entre en licuación. La licuefacción casi instantánea ha ocurrido en arcillas saturadas muy sensibles y en arenas finas sueltas, sobre todo en condición saturada. Los suelos granulares más susceptibles a la licuación son los finos, de estructura suelta, saturados. Estas características describen a las arenas finas y uniformes y a los suelos finos no plásticos, o sus mezclas. SONDEO MUEST RA

SUCS

PARAMETROS DE COMPARACION PRIMERO SEGUNDO Contenido Grado de Composición Límite Grado de humedad expansión granulométrica Líquido expansión (%) % pasa L.L. malla 200 (%)

< 30%

S-02

S-03

T ERCERO Indice Plástico I. P. Esponja(%) miento

> 95 60 - 95 30 - 60 < 30

> 60 40 - 60 30 - 40 < 30

Muy alto Alto Medio Bajo

> 55 55 - 35 35 - 15 0 - 15

Muy alto Alto Medio Bajo

RESUMEN DE PARAMETROS DE COMPARACION

M -201

CL

24.60

Bajo

99.94

37.38

M edio

21.82

M edio

M edio a bajo

M -202

CL

18.38

M edio

99.14

29.69

Bajo

12.94

Bajo

Bajo

M -203

CL

19.80

M edio

98.72

29.20

Bajo

13.93

Bajo

Bajo

M -301

CL

12.78

M edio

100.00

29.06

Bajo

14.45

Bajo

Bajo

M -302

CL

20.59

Bajo

99.74

30.60

M edio

14.32

Bajo

Bajo

M -303

CL

25.30

Bajo

99.72

31.79

M edio

15.76

Bajo

Bajo

M -304

CL

19.92

M edio

99.09

25.80

Bajo

7.27

Bajo

Bajo

Tabla N° 6.1.- Evaluación de suelos expansivos. Fuente.- Elaboración propia.

En el presente estudio, se ha efectuado un análisis de licuefacción de suelos, utilizando el procedimiento propuesto por Seed e Idris (1971). El procedimiento fue desarrollado en base a observaciones in situ del comportamiento de depósitos de arena durante sismos pasados e involucra el uso de la resistencia a la penetración normal (SPT), como una medida de resistencia de las arenas a la licuefacción.

Informe Técnico N°017-2018 Estudio de Mecánica de Suelos Proyecto: Vivienda Multifamiliar

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El procedimiento utilizado incluye los pasos siguientes: a) Cálculo de esfuerzos de corte cíclico debido a la acción sísmica (CSR), b) Cálculo del esfuerzo cortante cíclico resistente (CRR), c) Determinación del Factor de Seguridad frente a licuefacción (FS). Este valor, siempre debe ser mayor a la unidad. El análisis de licuefacción de suelo, se ha realizado hasta una profundidad de 5.00 m, considerando la ocurrencia de sismos de magnitudes 6.00, 7.00 y 7.50. En la Tabla N° 6.2, se presenta el resumen del cálculo efectuado, habiendo encontrando que en caso de producirse sismos hasta de magnitud 7.50, no se producirá efecto de licuación de suelo. SONDEO

ESTRATO

PROF.

MAGNITUD

ACELERAC. FACTOR DE MAGNITUD

SUCS

(m)

SÍSMICA

(m/seg)

SEGURIDAD

SÍSMICA

CL

2.85

6.00

1.08

5.73

SM

4.70

6.00

1.08

CL

2.70

6.00

SM-SC

4.50

CL SM

ACELERAC. FACTOR DE

MAGNITUD

ACELERAC. FACTOR DE

(m/seg)

SEGURIDAD

SÍSMICA

(m/seg)

SEGURIDAD

7.00

1.57

2.50

7.50

2.06

1.56

3.99

7.00

1.57

1.74

7.50

2.06

1.09

1.08

4.97

7.00

1.57

2.17

7.50

2.06

1.35

6.00

1.08

4.67

7.00

1.57

2.04

7.50

2.06

1.27

2.40

6.00

1.08

4.28

7.00

1.57

1.87

7.50

2.06

1.16

4.25

6.00

1.08

5.31

7.00

1.57

2.32

7.50

2.06

1.44

S-01

S-02

S-03

Tabla N° 6.2.- Evaluación de potencial de licuación. Fuente.- Elaboración propia.

7. ANALISIS DE AGRESION DEL MEDIO 7.1. Agresión del Medio Para determinar el grado de agresión del sub-suelo sobre los elementos de concreto, se ha realizado un análisis de contenido de sales en las muestras de suelo, habiendo obtenido el siguiente resultado:

SONDEO O CALICATA

S-02

S-02

S-02

S-02

S-03

S-03

S-03

S-03

S-03

M-201

M-202

M-203

M-204

M-301

M-302

M-303

M-304

M-305

49

288

353

284

12

212

289

318

54

PESO DE PIREX (gr)

22.51

21.14

20.95

21.96

21.05

21.18

21.22

20.56

21.68

PESO DE PIREX + P. AGUA + P. SAL (gr)

56.08

55.10

57.58

65.51

61.25

54.94

57.94

61.79

60.23

PESO DE PIREX SECO + P. SAL (gr)

22.55

21.17

20.97

21.97

21.10

21.22

21.24

20.57

21.69

PESO DE SAL: (3) - (1) (gr)

0.04

0.03

0.02

0.01

0.05

0.04

0.02

0.01

0.01

PESO DE AGUA (2) - (3) (gr)

33.57

33.96

36.63

43.55

40.20

33.76

36.72

41.23

38.55

0.12

0.09

0.05

0.02

0.12

0.12

0.05

0.02

0.03

1191.54

883.39

546.00

229.62

1184.83

544.66

242.54

259.40

MUESTRA Nº DEPOSITO

CONTENIDO DE SALES % : (4)/(6)*100 CONTENIDO DE SALES ppm

1243.78

Tabla N° 7.1.- Evaluación del Contenido de Sales en suelo y agua del sub-suelo. Fuente.- Elaboración propia.

De la evaluación de resultados, se determina que la concentración de sales en las muestras de suelo, representan un tipo de agresión leve a moderada; por tanto, se recomienda utilizar en la fabricación de concreto, un Cemento Portland Tipo MS; sin embargo, como una manera de asegurar el incremento de sales por ascensión capilar, se recomienda además, recubrir las paredes y fondo de la excavación, con una manta de plástico, gruesa, traslapando y pegando los bordes convenientemente.

8. ANALISIS DEL COMPORTAMIENTO MECANICO DEL SUELO 8.1. Profundidad de cimentación Los Ensayos Normales de Penetración (SPT) realizados en la zona en estudio, presentan una variación muy marcada en profundidad, conforme se aprecia en la Figura N° 8.1. Solo a la profundidad de 1.00 m, los valores de N se encuentran muy próximos, entre 8 y 10 golpes/pie; a mayor profundidad, los valores de N son muy variables. Dicha variación, significa que en los planos a diferentes profundidades, los suelos tienen diferente resistencia al esfuerzo cortante y diferentes grados de compresibilidad; por tanto, la capacidad admisible y la magnitud de asentamientos también son diferentes.

Profundidad (m)

Envolventes de Ensayos SPT 0

Número de Golpes / pie (N) 5 10 15

20

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 S-01

S-02

S-03

Figura N° 8.1.- Envolvente de Ensayos Normales de Penetración (SPT). Fuente.- Elaboración propia.

En toda cimentación, se desea que las propiedades físicas y mecánicas del suelo subyacente, en planos, a diferente profundidad, sea similar; esto, con la finalidad de garantizar un adecuado comportamiento de la edificación ante la acción de cargas estáticas y dinámicas. Cuando ello ocurre, la cimentación para una edificación de cuatro a cinco niveles, puede ser desde zapatas aisladas hasta zapatas combinadas o zapatas continuas, con elementos de conexión. Sin embargo, cuando las propiedades del suelo, en un mismo plano, son muy diferentes, se recomienda proyectar una platea de cimentación, con la finalidad de hacer frente a los diferentes grados de resistencia y compresibilidad del suelo. Como el suelo de la zona en estudio presenta estas condiciones, es recomendable proyectar este tipo de cimentación. La fundación mediante platea de cimentación, puede ubicarse a la profundidad de 1.40 m, por debajo de la capa de relleno con restos de construcción y demolición, existente; sin embargo, si por razones de conjugar el planteamiento arquitectónico con el planteamiento estructural, se requiere elevar el nivel de cimentación, se recomienda excavar el suelo hasta la profundidad de 1.00 m y aplicar un relleno de ingeniería con material de afirmado; teniendo en cuenta que la profundidad mínima de fundación para una platea de cimentación, es de 0.40 m (Norma Técnica E.050, Suelos y Cimentaciones). 8.2. Tipo de Cimentación Tal como se ha indicado en el numeral 8.1, el tipo de cimentación más adecuado para el proyecto de edificación de cuatro a cinco niveles, es mediante platea de cimentación. 8.3. Análisis de la Resistencia al Esfuerzo Cortante del Suelo

Para calcular la resistencia del suelo al nivel de cimentación, se necesita contar con el nivel de cimentación de la platea a proyectar; para el efecto, se plantea lo siguiente: 

Partiendo de un nivel de vereda ± 0.00 m (cota relativa 100.00 m), se determina que el nivel promedio del terreno existente es de – 0.15 m (cota relativa 99.85 m).



Si el espesor promedio de la capa de relleno con residuos de construcción y demolición, es de 1.00 m; el nivel de excavación será – 1.15 m (cota relativa 98.85 m). Este nivel de excavación podría ser el nivel de cimentación; sin embargo, este puede ser elevado, hasta el nivel – 0.55 m, de manera que exista un empotramiento de 0.40 m en terreno natural, que es lo mínimo exigido por la Norma Técnica E.050.



Si se opta por elevar el nivel de cimentación, se debe proyectar una capa de relleno de ingeniería de 0.60 m de espesor, con material granular tipo afirmado. Con ello, el espesor de la losa de cimentación es de 0.40 m. Si este fuera mayor, se determinará los nuevos niveles.



Como el nivel de piso terminado del primer nivel es + 0.15 m, se tiene que, entre el nivel inferior del falso piso y el nivel superior de la platea de cimentación, existe una altura de 0.15 m, que debe ser ocupada por un relleno de ingeniería con material de afirmado, por donde se proyectarían los ductos para las instalaciones de agua y desagüe.

En base a las consideraciones indicadas, se determina la capacidad de carga última del suelo, así como su capacidad portante, utilizado la expresión de Terzaghi, para platea de cimentación. A la profundidad de 1.00 m, por debajo del nivel actual de terreno, se tiene una capa de arena limosa de compacidad relativa suelta, con valores de N entre 8 y 1 golpes/pie. Por debajo de esta capa, a partir de 1.40 m de profundidad, se tiene un estrato de arcilla inorgánica de baja plasticidad, con valores de N entre 8 y 17 golpes/pie. Para el cálculo de la capacidad de carga última del suelo, se considera el aporte del estrato de arcilla, por ser el más desfavorable, tomando como N el valor de 8 golpes/pie. Dada la consistencia del suelo, su contenido de humedad y sus propiedades mecánicas muy diferentes, se opta por considerar la posibilidad de ocurrencia de una falla de tipo local. La expresión a utilizar es la siguiente: 2 ��𝑢 = 1.3( )𝑐 ��´𝐶 + ����´𝑞 + 0.4 𝛾����´𝛾 3 Dónde: ��´ , ��´

𝐶

𝑦 ��´ , son los factores de capacidad de carga, cohesión (c), sobrecarga de

𝑞

𝛾

suelo

a nivel de cimentación (q), peso unitario del suelo a nivel de cimentación ( ��), ancho de cimiento (B) Informe Técnico N°017-2018 Estudio de Mecánica de Suelos Proyecto: Vivienda Multifamiliar

16

y ángulo de rozamiento (Ø).

16 Informe Técnico N°017-2018 Estudio de Mecánica de Suelos Proyecto: Vivienda Multifamiliar

Los parámetros geotécnicos como cohesión y ángulo de rozamiento interno, se han determinado en base a los resultados de los ensayos normales de penetración (SPT), teniendo en cuenta los valores más desfavorables; los mismos que son: 

Cohesión = 5.00 ton/m2



Ángulo de rozamiento interno (Ø) = 0°, por tratarse de un suelo arcilloso.



Peso Unitario = 1.90 ton/m3

La sobrecarga del suelo sobre el nivel de cimentación, está determinada por un estrato de relleno de 1.00 m de espesor, cuyo peso unitario es de 1.50 ton/m3; y, una capa de arena limosa de 0.40 m de espesor, con peso unitario 1.60 ton/m3. Con ello la sobrecarga efectiva a la profundidad de 1.40 m, es de 2.10 ton/m2. Para un ángulo de rozamiento interno de 0°, los factores de capacidad de carga son:

��´𝐶 = 5.70, ��´𝑞 = 1.00 𝑦

��´𝛾 = 0.00 Con los parámetros establecidos, se calcula la resistencia al esfuerzo cortante último del suelo o capacidad de carga última, obteniéndose la siguiente expresión: 2 ��� ��� ��𝑢 = 1.30 ∗ ( ) ∗ 5.00 ∗ 5.70 + 2.10 ∗ 1.00 3 �3 �2 � � �

��𝑢 = 26.80 �2

La capacidad portante del suelo por resistencia al esfuerzo cortante, aplicando un factor de seguridad de 3.00 contra la falla por corte, es: � � �

����𝑑𝑚 = 8.90 �2 = 0.90 𝑘�/𝑐�2 8.4. Análisis de Compresibilidad del Suelo 17 Informe Técnico N°017-2018 Estudio de Mecánica de Suelos Proyecto: Vivienda Multifamiliar

Terzaghi y Peck (1967) consideran que no es práctica una estimación precisa del asentamiento, ya que existen numerosos factores a ser considerados (propiedades del suelo, tamaño de zapata, profundidad de cimentación, ubicación del nivel freático, etc.). En condiciones normales se deben utilizar reglas simples y prácticas. Los cálculos refinados solo se justifican si el sub-suelo contiene estratos de arcilla blanda (Alva Hurtado). En la zona en estudio, bajo el nivel de cimentación de 1.40 m, existe un estrato de arcilla inorgánica de baja plasticidad, de consistencia compacta a medianamente compacta, con un espesor que

17 Informe Técnico N°017-2018 Estudio de Mecánica de Suelos Proyecto: Vivienda Multifamiliar

varía de 2.40 m a 2.90 m De este suelo, una primera capa de 1.40 m de espesor, tiene un grado de consistencia compacta y se encuentra por encima del nivel freático; y, el resto se encuentra en estado sumergido y presenta una consistencia medianamente compacta. El cálculo de asentamientos se realizará aplicando la Teoría Elástica, para la primera capa de arcilla; en cambio, para la segunda, se aplica la Teoría de Consolidación. En la primera capa de arcilla, se utilizará la expresión de Bowles, 1987. 𝑆� = ��0 (𝛼��´) [(

1− ��2 ) ������] 𝐸 �

En donde: 

Se, es el asentamiento en la esquina de una platea de cimentación



μs, es la relación de Poisson del suelo; igual a 0.30.



Es, es el módulo de elasticidad del suelo; igual a 1,450 ton/m2.



B´, es igual a B/2 para el centro de la cimentación y B para una esquina



Is, es el factor de forma (Steinbenner, 1934), en función de m´y n´



If, es el factor de profundidad, que está en función de (Df/B, u s y L/B)



Para el centro de la cimentación, α=4, m´=L/B y n´=H/(B/2)



Para una esquina de la cimentación, α=1, m´=L/B y n´=H/B



B y L, son la longitud y ancho de la cimentación; de 6.00 m y 20.00 m, respectivamente.



H, es la altura o espesor del estrato; con una dimensión de 1.70 m.

Reemplazando valores, se tiene que el valor del asentamiento de la primera capa del estrato arcillosos de consistencia compacta, es de 0.40 cm. CAPA

SUCS

Espesor de capa

qneta

B

L

Es

H (m)

1

CL

1.70

(ton/m2) 4.70

(m) 6.00

(m) 20.00

(ton/m2) 1,450.00

AS ENTAMI ENTO ELÁS TI CO BAJO EL CENTRO DE PLATEA DE CI MENTACI ÓN Tabla N° 8.1.- Asentamiento inmediato entre profundidades promedio de 1.30 m y 3.00 m. Fuente.- Elaboración propia.

La estimación del asentamiento primario del estrato de arcilla que se encuentra bajo el nivel freático, se analiza utilizando la Teoría de Consolidación, mediante las siguientes expresiones: 18

Informe Técnico N°017-2018 Estudio de Mecánica de Suelos Proyecto: Vivienda Multifamiliar

H 

Ho p c ) Cr. log( 1  eo p0

H 

Ho 1  eo

Cc.log(

p0  p pc

)

Dónde: ΔH, es el asentamiento estimado; Ho, es la capa de suelo afectada por la presión aplicada; igual a 1.20 m, en el caso más desfavorable. eo, es la relación de vacíos inicial, se obtiene en base a los pesos unitarios del suelo y del peso específico relativo de sólidos. Cr, es el coeficiente de recompresión del suelo; Cc, es el coeficiente de compresibilidad del suelo;

p c , es la presión efectiva de pre-consolidación, p 0 , es la presión efectiva inicial, y se obtiene del cálculo de presiones en el suelo. p , es el incremento de presión, y se obtiene del análisis de cargas de la edificación. Los parámetros Cr, Cc y

p c , se obtienen de correlaciones existentes en base a información de

Ensayos de Consolidación Unidimensional. Para una platea de cimentación de ancho 6.00 m y largo 20.00 m, se tiene los siguientes asentamientos: Estrato

Prof.

(SUCS) CL

(m) De 3.00 a 4.20

Espesor

Presión efectiva total

ΔH

H

p0

Δp

p0 + Δ p

(cm)

(kg/cm2)

(kg/cm2)

(kg/cm2)

120.00

0.60

0.30

0.90

e0

Cr

Cc (cm)

0.822

0.052

0.189

0.60 0.66 1.27

ASENT AMIENT O POR CONSOLIDACIÓN BAJO CENT RO DE PLAT EA DE CIMENT ACIÓN

Tabla N° 8.2.- Asentamiento por consolidación bajo el centro de platea de cimentación. Fuente.- Elaboración propia.

Sumando los dos asentamientos obtenidos, es decir, el asentamiento inmediato y el asentamiento por consolidación, se tiene un asentamiento total de 1.70 cm. Con los mismos procedimientos se calcula los asentamientos bajo las esquinas de la platea de cimentación, en donde los incrementos de presión son de menor magnitud, habiendo obtenido un asentamiento total de 0.45 cm.

Informe Técnico N°017-2018 Estudio de Mecánica de Suelos Proyecto: Vivienda Multifamiliar

19

CAPA

Espesor de capa

SUCS

qneta

B

L

Es

S

H (m)

1

CL

(ton/m2) 4.70

1.70

(m) 6.00

(m) 20.00

(ton/m2) 1,450.00

AS ENTAMI ENTO ELÁS TI CO BAJO UNA ES QUI NA DE PLATEA DE CI MENTACI ÓN Tabla N° 8.3.- Asentamiento inmediato entre profundidades promedio de 1.30 m y 3.00 m. Fuente.- Elaboración propia.

Estrato (SUCS) CL

Prof. (m) De 3.00 a 4.20

Espesor

Presión efectiva total

ΔH

H

p0

Δp

p0 + Δ p

(cm)

(kg/cm2)

(kg/cm2)

(kg/cm2)

120.00

0.60

0.11

0.71

e0

Cr

Cc (cm)

0.822

0.052

0.189

0.26 0.00

ASENT AMIENT O POR CONSOLIDACIÓN BAJO ESQUINA DE PLAT EA DE CIMENT ACIÓN

Tabla N° 8.4.- Asentamiento por consolidación bajo una esquina de platea de cimentación. Fuente.- Elaboración propia.

La diferencia de asentamientos entre el centro y una de las esquinas de la platea de cimentación es de 1.25 cm. Si la distancia entre dichos puntos es de 10.45 m; se concluye que la distorsión angular esperada es de 1/836. Como este valor de distorsión angular, que sería el más desfavorable, es menor al valor 1/500, que es el máximo valor tolerable por la Norma Técnica E.050 Suelos y Cimentaciones para edificaciones convencionales, entonces se concluye que la edificación no tendrá problemas de agrietamiento.

Tabla N° 8.5.- Valores permitidos de distorsión angular Fuente.- N.T. E.050 Suelos y Cimentaciones.

9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 9.1.

El terreno urbano donde se ha realizado el estudio, cuyo nivel de terreno se encuentra a 0.15 m por debajo del nivel de vereda, presenta la siguiente configuración estratigráfica:

0.26

a) A nivel de superficie, se tiene un manto de rellenos de matriz arcillosa, con residuos de construcción y demolición, de consistencia blanda; en un espesor que varía de 0.60 m a 1.20 m. b) Subyacente a dicho relleno, se tiene otra capa de relleno de matriz areno-limosa, de compacidad relativa suelta, con una fracción de materia orgánica; que se ubica entre las profundidades de 1.20 m a 1.40 m. c)

A mayor profundidad, se tiene un manto de arcilla de baja plasticidad (CL), de consistencia firme a medianamente firme; que llega hasta las profundidades de 3.60 m a 4.30 m. A la profundidad de 3.00 m, se tiene presencia de nivel freático.

d)

Finalmente, hasta la profundidad de exploración de 5.10 m, se tiene un estrato de arena limoarcillosa, de compacidad relativa medianamente densa, en estado saturado.

9.2.

Durante la exploración de campo, se ha registrado el nivel freático estático a la profundidad promedio de 3.00 m.

9.3.

En base al análisis de arcillas expansivas, se determina que la zona en estudio no presenta suelos con esas características que puedan comprometer la estabilidad de las estructuras a proyectar, ni afectar a los elementos livianos.

9.4.

El análisis de licuación efectuado, permite concluir que en caso de producirse sismos de magnitud hasta 7.5, no se producirá pérdida de resistencia al esfuerzo cortante del manto de arena limosa que se encuentra a la profundidad promedio de 4.50 m.

9.5.

La concentración de sales en las muestras de suelo, permiten determinar que existe un tipo de agresión química de grado leve a moderada; por tanto, se recomienda utilizar en la fabricación de concreto, un Cemento Portland Tipo MS; sin embargo, como una manera de asegurar el incremento de sales por ascensión capilar, se recomienda además, recubrir las paredes y fondo de la excavación, con una manta de plástico, gruesa, traslapando y pegando los bordes convenientemente.

9.6.

La presencia de un estrato de relleno con espesor variable entre 0.60 m y 1.20 m; así como, por la presencia de un estrato de arcilla de baja plasticidad con propiedades mecánicas muy variables, se recomienda que la cimentación esté conformada por una platea, de manera que los grados de asentamiento sean los más bajos posible. De proyectarse zapatas, desde formas aisladas hasta formas continuas, los asentamientos diferenciales que se presenten serán de tal magnitud, que van a ocasionar agrietamiento en la estructuras de la edificación.

9.7.

Por la variación de los mantos de suelo, se recomienda realizar una excavación masiva hasta la profundidad de 1.00 m, colocando un relleno de ingeniería con material tipo afirmado, en un espesor de 0.60 m; con este relleno, se asegura que el grado de empotramiento de la cimentación en el suelo natural sea de 0.40 m, que es la mínima profundidad de cimentación que se exige en la Norma Técnica E.050 Suelos y Cimentaciones.

9.8.

Si el espesor de la platea de cimentación es mayor a 0.40 m, se tendrá que modificar el espesor de la capa de relleno de ingeniería, teniendo presente la magnitud de la profundidad de cimentación mínima.

9.9.

Con las condiciones indicadas, se determina que la capacidad portante admisible del suelo arcilloso, es de 0.90 kgcm2, en la zona más desfavorable, es decir, en el entorno del sondeo S03, que se encuentra en la parte posterior de la propiedad.

9.10.

Para el nivel de cargas de una edificación de cinco niveles, con cimentación en base a platea, se concluye que el asentamiento diferencial en la zona más desfavorable del terreno, el grado de distorsión calculado asegura que la edificación no presentará agrietamientos que ocasionen deficiencias de tipo estructural y arquitectónico.

9.11. Se recomienda que el relleno de ingeniería que se realice con material granular tipo afirmado, se coloque en capas de 0.20 m de espesor, asegurando en cada una de ellas un grado de compactación igual al 100 %, que se obtiene con la máxima densidad seca del ensayo Proctor Modificado. 9.12. Las conclusiones y recomendaciones indicadas en el presente informe, solo son válidas para la zona en estudio. 10. BiBLIOGRAFIA LAMBE, T. William y WHITMAN, Robert V., Mecánica de Suelos, México, Ed. Limusa, 1981. DAS, Braja M.,

Principios de Ingeniería de Cimentaciones, México, Ed. Thomson, 2001. JUAREZ BADILLO, Eulalio, RICO RODRIGUEZ, Alfonso, Mecánica de Suelos Tomo I Fundamentos de la Mecánica de Suelos, México, Ed. Limusa, 1990. JUAREZ BADILLO, Eulalio, RICO RODRIGUEZ, Alfonso, Mecánica de Suelos Tomo II Teoría y Aplicaciones de la Mecánica de Suelos, México, Ed. Limusa, 1989. REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES – NORMA E.050, Suelos y Cimentaciones, Perú.

ANEXO N°01 PLANO DE UBICACIÓN DE EXPLORACIONES

ANEXO N°02 PERFILES ESTRATIGRAFICOS

ANEXO N°03 ENSAYOS DE LABORATORIO

ANEXO N°04 PANEL FOTOGRÁFICO