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UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

ZONIFICACIÓN GEOTÉCNICA PARA EL DISEÑO DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES EN EL BARRIO 5B ALTO TRUJILLO, LA LIBERTAD PROYECTO DE INVESTIGACIÓN LÍNEA DE INVESTIGACIÓN: GEOTÉCNIA

AUTOR: LEYVA ARAUJO, Ronaldo Felix ASESOR: ING. HENRIQUEZ ULLOA, Paul

TRUJILLO – PERU 2019

CAPITULO I TITULO: ZONIFICACIÓN GEOTÉCNICA PARA EL DISEÑO DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES EN EL BARRIO 5B ALTO TRUJILLO, LA LIBERTAD

1) AUTOR: LEYVA ARAUJO, Ronaldo

2) ACESOR: HENRIQUEZ ULLOA, Paul

3) TIPO DE INVESTIGACIÓN: Descriptiva y Aplicada

4) LÍNEA DE INVESTIGACIÓN: Geotécnia

5) UNIDAD ACADÉMICA: Universidad Privada Antenor Orrego

6) INSTITUCIÓN Y LOCALIDAD DONDE SE DESARROLLARÁ EL PROYECTO: Barrio 5B Sector Alto Trujillo distrito El Porvenir, provincia de Trujillo, La Libertad

7) DURACIÓN TOTAL DEL PROYECTO: 7.1. Fecha de Inicio: 01/06/2019 7.2. Fecha de Término: 12/12/2019

8. HORAS SEMANALES DEDICADAS AL PROYECTO:

10 horas

9. CRONOGRAMA DE TRABAJO

ACTIVIDADES

MES SEMANA

1

JUNIO 2 3

Elección y delimitacion del tema Descripción de antecedentes Selección de antecedentes Objetivos y justificación de la ínvestigación Hipótesis Ejecución del marco teórico Identificación y operacionalizacion de variables Cronograma y presupuesto Referencias bibliograficas Anexos Sustentación del trabajo de investigación

10. RECURSOS }R. Humanos R. Materiales

11. PRESUPUESTO 11.1. Bienes: s/ 500 11.2. Servicios: S/ 2000

12. FINANCIACIÓN Con recursos propios

4

5

JULIO 6 7

8

AGOSTO SETIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

CAPITULO II 1. EL PROBLEMA 1.1 REALIDAD PROBLEMÁTICA: En la actualidad la Geotecnia es parte fundamental de toda construcción civil, analizando las propiedades físicas mecánicas del suelo. “La zonificación geotécnica se basa en la clasificación de unidades geotécnicamente (homogéneas), que pueden abarcar diferentes edades geológicas; a su vez, estas pueden dividirse en subunidades” (Vallejo, 2009, p.382). En muchas partes del mundo desde la antigüedad existen problemas a causa de construcciones en un mal suelo, claro ejemplo tenemos de la construcción de la torre Pisa comenzó en 1173 d.C., cuando la República de Pisa era prospera, y continuo en varias etapas durante mas de 200 años. La estructura pesa alrededor de 15700 toneladas métricas y esta soportada por una base circular que tiene un diámetro de 20 metros. La torre se a inclinado en el pasado hacia el este, norte, oeste y por último hacia el sur. Investigaciones recientes mostraron que existe una capa de arcilla débil a una profundidad de aproximadamente 11 m, la compresión a provocado de la torre se incline (Braja, 2013, p.03). Si hablamos de fallas geotécnicas en el Perú, encontramos una gran variedad de casos a causa de la autoconstrucción que gobierna al sector la construcción, es por ello que el Ing. Rick Delgadillo Ayala , en el año 2014 realizo un estudio de Microzonificación Geotécnica Sismica del Distrito de Independencia e la ciudad de Lima , con el propósito de elaborar mapas temáticos los cuales muestren características propias del suelo de cada zona y que las empresas privadas, públicas puedan y lugareños puedan tener acceso gratuito a estos estudios. Entre otros los Ings. Rodolfo y Zeña en el año 2009 realizaron un estudio de Microzonificación de la ciudad de Olmos y Zonas de expansión para la reducción de desastres. Teniendo en cuenta los problemas y los efectos mencionados anteriormente, nace la iniciativa del presente proyecto de Microzonificación Geotécnica y Diseño de Cimentaciones superficiales en el Sector Taquila de las Delicias en el Distrito de Moche, Provincia de Trujillo – La Libertad”; que tiene por finalidad determinar los parámetros del suelo y proponer un diseño de cimentación que cumpla con las condiciones geotécnicas del sector; con el propósito de aportar alternativas de solución para un desarrollo urbano sostenible El barrio 5B del sector Alto Trujillo perteneciente al distrito El Porvenir, fue la zona seleccionada para realizar este tipo de trabajo de investigación orientado a un Estudio de Zonificación Geotécnica para el diseño de Cimentaciones Superficiales, debido a que es un área que no cuenta con Estudios Básicos de Ingeniería en donde han emergido edificaciones de material rústico y noble construidas de una manera informal, sin tener en cuenta que para todo tipo de edificaciones es necesario contar con estudios de suelos para realizar un adecuado diseño estructural en las obras de construcción.

1.2 ENUNCIADO DEL PROBLEMA: ¿En qué medida favorece el Estudio de Zonificación Geotécnica en la determinación de diseño de cimentaciones superficiales en el barrio 5B, Distrito de El Porvenir? 1.3 JUSTIFICACIÓN:

ACADÉMICA: Esta investigación se justifica académicamente, porque consiste en estudiar e investigar aplicando todo lo aprendido en la geotecnia para obtener toda la información referente a las propiedades físicas y mecánicas del suelo del barrio 5B Alto Trujillo, La Libertad. Para ello nos basaremos en: Reglamento Nacional de Investigaciones Norma técnica peruana

SOCIAL: Esta investigación se justifica socialmente, porque toda la información obtenida será como guia referencial para el diseño de cimentaciones superficiales ante futuros proyectos de construcción en edificaciones, así como la construcción de viviendas más duraderas y estables, viéndose beneficiados los pobladores pertenecientes al barrio 5B Alto Trujillo, La libertad.

ECONÓMICA: Esta investigación se justifica de manera económica, porque todo dato obtenido en los estudios de suelo se utilizará para la elaboración de un mapa de zonificación la cual ayudará a los pobladores y empresas privadas o públicas a tener datos específicos del suelo de esta zona, evitando gastos en un estudio de mecánica de suelo.

2. OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO GENERAL

Realizar un estudio de Zonificación Geotécnica para el Diseño de las Cimentaciones Superficiales en el sector Alto Trujillo barrio 5B en el distrito EL Porvenir. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Ubicar estratégicamente los pozos de exploración.  Realizar un Estudio de las propiedades físicas y mecánicas de los especímenes del suelo.  Determinar los valores de Presión admisible por métodos de capacidad de carga por corte y Presión admisible por asentamiento.  Elaborar un mapa geotécnico de dicha zona.  Realizar el diseño de las cimentaciones superficiales.

3. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN 3.1 INTERNACIONALES En una de las tesis estudiadas e investigadas para el aporte a mi investigación encontramos la de María Castillo Castillo, en el año 2017 realizo un “ Estudio de Zonificación en base a la determinación de la capacidad portante del suelo en las cimentaciones de las viviendas del casco urbano de la Parroquia La Matriz del Cantón Patate provincia de Tungurahua” con el propósito de establecer la Zonificación en base a la capacidad portante del suelo en las cimentaciones de las viviendas , concluyeron siete zonas de estudio la cual la zona 1 y 7 su capacidad portante del suelo son superiores a los 30 ton /m2 sus cimentaciones serán estables con un nivel de desplante de 1.50 . Esta tesis aporta a mi trabajo de investigación la forma en cómo debemos diseñar y dimensionar una cimentación.

3.2 NACIONALES Una de las tesis que aportaron a este estudio fue la de Cotrina y Fernández (2017), realizaron un estudio “Zonificación geotécnica de los suelos de fundación, mediante el ensayo de corte directo y DPL en la urbanización Los Girasoles – Jaén” llegando a la conclusión que está conformado básicamente por tres zonas con diferente capacidad portante y nivel freático. Esta tesis aporto al trabajo de investigación en cómo debemos determinación de Zonificación geotécnica de los suelos de fundación, mediante el método de corte directo y DPL. Por otro lado, Leonardo Salas Cachay (2003), con su proyecto de “Zonificación

geotécnica sísmica de la ciudad de Moquegua” tuvo como objetivo evaluar las características geotécnicas y sísmicas de la ciudad de Moquegua, especialmente de las áreas de expansión urbana destinadas para la reubicación de los damnificados por el terremoto del 23 de Junio de 2001, esto les permitió concluir cuatro zonas geotécnicas , de acuerdo a las características físicas, mecánicas y dinámicas de los suelos en fundación. Esta tesis aporto al trabajo de investigación a la determinación de la capacidad portante de la zona.

3.3 LOCALES En la provincia de Trujillo se encontró la tesis de Carranza y Ponce (2017) realizaron un Estudio De “Zonificación Geotécnica En El Sector III Del Centro Poblado El Milagro Para El Diseño de Cimentaciones Superficial ”con el objetivo de realizar el Mapeo de Zonificación Geotécnica y determinar las propiedades físicas y mecánicas de los suelos en dicho lugar , y el asentamiento que se produce por las cimentaciones cuadradas y corridas, calculado a partir de la Teoría de los Asentamientos Inmediatos o Elástico, para esta zona de estudio no supera el asentamiento máximo permisible que es de 1” (2.54 cm). Esta tesis aporto al trabajo de investigación la forma en cómo debemos hacer un mapeo de zonificación geotécnica y diseño de cimentación. Otras de las tesis locales encontramos sobre un estudio de “Microzonificación geotécnica y diseño de cimentaciones superficiales en el sector Taquila de las Delicias, distrito de Moche, Provincia de Trujillo- La Libertad” elaborado por Gonzales y Torres (2018), que consistió en realizar una Microzonificación Geotécnica y Diseño de las Cimentaciones Superficiales. Concluyeron que el tipo de suelo que predomina en la zona según la clasificación SUCS son Arenas mal graduadas (SP) y presenta niveles de napa freático elevado, licuefacción de suelos y baja capacidad portante. Esta tesis aporto al trabajo de investigación la forma en cómo debemos elaborar nuestro mapeo de la zona seleccionada para el estudio, para la cual se utilizó una simbología SUCS. 4. MARCO TEÓRICO 4.1 ZONIFICACIÓN GEOTÉCNICA: La zonificación geotécnica se basa en la clasificación de unidades geotécnicamente «homogéneas», que pueden abarcar diferentes edades geológicas; a su vez, éstas

pueden dividirse en subunidades. El detalle y el grado de homogeneidad dependerá de la escala, objetivo del mapa y datos disponibles. Las unidades geotécnicas y su distribución espacial generalmente se establecen a partir de la litología, origen y características geológicas de los materiales, determinadas a partir de la información y mapas geológicos existentes, fotointerpretación y observaciones y medidas de campo. Según la escala del mapa y los datos disponibles, las unidades se definen con distinto grado de homogeneidad. En los trabajos que así lo requieran, las unidades cartográficas se caracterizan con más detalle a partir de investigaciones in situ, ensayos en laboratorio y análisis de muestras (Vallejo,2009, p.383) Para la realización de una Zonificación Geotécnica se debe tener en cuenta lo siguiente: a) Categorización de las Edificaciones: Cada estructura debe ser clasificada de acuerdo con las categorías de esta tabla de la NORMA E-0.30 Tabla 1 Categoría de las Edificaciones y factor “U”

Fuente: Norma Técnica E 030 “Diseño Sismorresistente”

b) Ensayos de Laboratorio: Se realizará de acuerdo con la norma E 050 de “Suelos y Cimentaciones” Tabla 2 Ensayos de Laboratorio

Fuente: Norma Técnica E 050 “Suelos y Cimentaciones”

c) Número de Puntos de Investigación: El número de puntos de investigación se determinará en la tabla 6 de la NORMA E-050 en función del tipo de edificación y del área de la superficie a ocupar por este. Tabla 3 Número de Puntos de Investigación

Fuente: Norma Técnica E 050 “Suelos y Cimentaciones”

Para obtener el número de calicatas efectuamos el siguiente calculo.

# de calicatas =

Area del terreno # de cal. Según la norna

d) Resultados de los Ensayos de Laboratorio: Para los resultados se incluirán los gráficos y resultados obtenidos en el laboratorio según la aplicación de la norma de la tabla 5. Figura 1 Signos Convencionales para Perfil de Calicatas – Clasificación SUCS

Tabla 4 Clasificación de Suelos Método ASSTHO

e) Teoría de Terzaghi de la capacidad ultima de carga: Terzaghi (1943) fue el primero en presentar una teoría global para evaluar la capacidad ultima de carga de cimentaciones poco profundas. De acuerdo con esta teoría, una cimentación es poco profunda se la profundidad, Df es menor o igual que el ancho de cimentación. Sin embargo, investigadores posteriores han sugerido que las cimentaciones con Df igual a 3 a 4 veces el ancho de la cimentación se puede definir como cimentaciones poco profundas.

Figura 2 Signos Falla de la capacidad de carga en un suelo bajo una cimentación continua rígida en grava. Fuente: fundamentos de Ingeniería Geotécnica (Braja Das)

Utilizando el análisis de equilibrio, Terzaghi expresa la capacidad ultima de carga en la forma:

(Cimentación en Franja)

Donde: C = Cohesión del suelo γ = Peso Específico del suelo q = γDf

Nc, Nq, Nγ = factores de capacidad de carga que son adimensionales y funciones sólo del ángulo de fricción del suelo Ǿ. Los factores de capacidad de carga Nc, Nq y Nγ se definen mediante las expresiones:

Para zapatas cuadradas y circulares, Terzaghi sugirió las siguientes ecuaciones para la capacidad ultima de carga del suelo:

Para cimentaciones que presentan el modo de falla local por corte en suelos, Terzaghi sugirió las modificaciones siguientes para las ecuaciones:

variación de 𝑁′𝑐, 𝑁′𝑞, 𝑁′𝛾 con el ángulo de fricción del suelo Ǿ se da en la siguiente tabla:

Tabla 4 Factores de Capacidad de Carga Modificados de Terzaghi

Fuente: Fundamentos de Ingeniería de Cimentaciones (Braja Das)

Las ecuaciones de capacidad de carga de Terzaghi ahora se han modificado para tomar en cuenta los efectos de la forma de la cimentación (B/L), la profundidad de empotramiento (Df) y la inclinación de la carga. Capacidad de Carga Permisible El cálculo de la capacidad de carga permisible bruta de cimentaciones superficiales requiere aplicar un factor de seguridad (FS) a la capacidad de carga última.

5. MARCO CONCEPTUAL Todos los conceptos fueron adquiridos del Reglamento Nacional de Edificaciones, Edición 2017, p.379. Capacidad de Carga: Presión requerida para producir la falla de la cimentación por cortante (sin factor de seguridad). Carga Admisible: Sinónimo de presión admisible Capacidad de carga última neta (qneta(u)): Se define como la presión última por unidad de área de la cimentación que puede ser soportada por el suelo en exceso de la presión causada por el suelo circundante al nivel del desplante de la cimentación. (Braja, D. Principios de Ingeniería de Cimentaciones, p.131) qneta(u) = qu – q Dónde: q = ɣ Df Capacidad de carga admisible por corte (qadm): Es la intensidad máxima permisible de carga neta en la base del cimiento, tomando en cuenta la capacidad de carga última, el tipo de asentamiento esperado y el factor de seguridad. Cimentación superficial: Es aquella en la cual la relación profundidad/ancho (Df/B) es menor o igual a 5, siendo “Df” la profundidad de desplante y “B” el ancho o diámetro de la misma. (Norma E.050 Suelos y Cimentaciones, p.53). Cimentación continúa: Cimentación superficial donde el largo (L) es igual o mayor que diez veces el ancho (B). (Norma E.050 Suelos y Cimentaciones, p.52). Estudio de Mecánica de Suelos (EMS): Conjunto de exploraciones e investigaciones de campo, ensayos de laboratorio y análisis de gabinete que tiene por objeto estudiar el comportamiento de los suelos y sus respuestas ante solicitaciones estáticas y dinámicas en una edificación. Licuefacción o Licuación: Fenómeno causado por la vibración de los sismos en los suelos granulares saturados y que produce el incremento de la presión del agua dentro del suelo con la consecuente reducción de la tensión efectiva. La licuación reduce la capacidad de carga y rigidez del suelo. Nivel Freático: Nivel superior del agua subterránea en el momento de la exploración. El nivel se puede dar respecto a la superficie del terreno o a una cota de referencia. Mapa Geotécnico: Los mapas geotécnicos constituyen un método en ingeniería geológica para presentar cartográficamente información geológico-geotécnica con fines de planificación y uso del territorio y para el proyecto, construcción y mantenimiento de obras de ingeniería; aportando datos sobre las características y propiedades del suelo y el subsuelo de una determinada zona (Vallejo, 2009, p.376).

6. HIPÓTESIS 6.1 GENERAL Con un Estudio de Zonificación Geotécnica se determinará el tipo de diseño de cimentaciones superficiales en el barrio 5B del Alto Trujillo en el Distrito de El Porvenir.

7. VARIABLES DE ESTUDIO Y OPERACIONALIZACIÓN 7.1) Variable Independiente: Zonificación Geotécnica 7.2) Variable Dependiente: Diseño de cimentaciones superficiales 7.3) Operacionalización de Variables: VARIABLES

DEFINICIÓN CONCEPTUAL

Zonificacion Geotecnica

La zonificación geotécnica se basa en la clasificación de unidades geotécnicamente «homogéneas», que pueden abarcar diferentes edades geológicas; a su vez, éstas pueden dividirse en subunidades

DIMENCIONES Sector de estudio

Suelo

INDICADORES Ubicación y localizacion Contenido de Humedad Granulometria

INSTRUMENTOS Mapa Geografico

Gravedad Especifica Laboratorio de Ensayo del suelo de Sueloes Limites de Atterberg Ensayo de Corte Directo Capacidad de carga

Teoría de Terzaghi

Ancho de la cimentacion

Diseño de cimentaciones superficiales

Generalmente se denomina cimentación a la parte mas baja de una estructura. Su función es transferir la carga de la estructura al suelo sobre el que esta descansando.

Profundidad de desplante Tipos de Cimentacion Capacidad de carga del suelo Cargas de servicio

Líbros, teorias y Sofware

8. MATERIALES Y MÉTODO 8.1 MATERIAL. 8.1.1 Población: La población se considera las calles del sector Alto Trujillo distro El Porvenir. 8.1.2 Muestra: La muestra se tomará de todas las calles que se encuentres dentro del barrio 5B del sector Alto Trujillo. 8.2) METODOS. 8.2.1 Diseño de Contrastación. Enunciar el diseño a utilizar explicando en forma gráfica y escrita el procedimiento para contrastar la hipótesis 8.2.2 Técnicas e Instrumentos de Recolección de datos. Técnicas de investigación: Se realizará estudios de las propiedades físicas y mecánicas de los especímenes del suelo de dicho sector mencionado, haciendo uso de laboratorios para determinar el diseño correspondiente a la zona de estudio Instrumentos de investigación:      

Mapa geográfico Libros de la geotecnia Laboratorio de ensayo de suelos Teoría de Terzaghi. Libros de cimentaciones y concreto Softwares adecuados que contribuyan a esta investigación

8.2.3 Procesamiento y análisis de datos.      

Para el procesamiento de datos se utilizaron los siguientes programas: Microsoft Word: Se usará para el tipeo o edición del informe de la investigación. Microsoft Excel: Nos permitirá realizar las hojas de cálculo para cada ensayo. Civil 3d: Permitió obtener los niveles del terreno del estudio topográfico. Google Earth: Se empleó para el mapeo de todos los puntos explorados y para su representación en el mismo. AutoCAD: La tesis concluyo con la elaboración de planos.

9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICA 

Norma E 050 Suelos y Cimentaciones (2017). Reglamento Nacional de Edificaciones. Lima, Perú.



Norma E 030 Diseño Sismorresistente (20). Reglamento Nacional de Edificaciones. Lima, Perú.



Braja, M. (2015). Principio de Ingeniería de Cimentaciones, 5ta Edición. Santa Fe, México



Norma Técnica Peruana 339.127. Determinación del Contenido de Humedad. Lima, Perú.



Norma Técnica Peruana 339.128. Análisis Granulométrico por Tamizado Lima, Perú.



Norma Técnica Peruana 339.129. Límites de Atterberg. Lima, Perú.



Norma Técnica Peruana 339.131. Gravedad Específica de Sólidos. Lima, Perú.



Norma Técnica Peruana 339.171. Ensayo de Corte Directo. Lima, Perú.



Carranza y Ponce (2017). “Estudio de Zonificación Geotécnica En El Sector III del centro poblado El Milagro para El Diseño de Cimentaciones Superficiales”. Trujillo-Perú: Universidad Privada Antenor Orrego.



Gonzáles y Torres (2018). “Microzonificación Geotécnica y diseño de cimentaciones superficiales en el sector Taquila de las Delicias, Distrito de Moche”. TrujilloPerú: Universidad Privada Antenor Orrego.



Lujan, E., (2011). Microzonificación Geotécnica de la ciudad de Trujillo. Trujillo, Perú.



Silva, H., Terán, S., (2015). Estudio de Microzonificación Geotécnica empleando el Penetrómetro dinámico (DPL) en los sectores costeros de Salaverry, Aurora Díaz 1 y 2, Fujimori y Luis Alberto Sánchez del distrito de Salaverry, Provincia de Trujillo, Departamento de La Libertad, Perú.

10. ANEXOS