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• Jonathan Yapo Calsin

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DEDICATORIA La presente Tesis dedico, en gratitud a la inspiración de Dios, por darme la vida profesional, luz en mis conocimientos y guía espiritual en la praxis de mi profesión, para fortalecer el crecimiento innovado acorde a la realidad que se vive en este mundo contemporáneo tanto en capacidad física, intelectual, moral y socioeconómica. Así mismo por intermedio de la presente dedico este trabajo, a mis añorados padres señores Francisco y Narci, quienes con la gratitud y el apoyo más grande hicieron mucho por mí, por darme la vida, el amor, el cariño y todo el apoyo necesario que demando en mi formación en la destacada y reconocida Universidad Andina, por ultimo dedico, en merito a sus añorados consejos, a mis hermanos Alejandro y Margaret que siempre han estado conmigo compartiendo buenos y malos momentos para cristalizar el objetivo profesional que llevare en la vida. De igual forma, expresando mi reconocimiento especial a mis distinguidos é ilustres jurados: Mag. Ing. Orlando E. La torre Barra, Ing. Milthon Quispe Huanca y el Ing. Franz J. Barahona Perales, por sus sabios consejos Técnico-Profesionales, la motivación intelectual, el análisis, la dirección y la crítica constructiva. Niel Alex Lima Choquehuayta

DEDICATORIA A mi hijo Samir Ohari, una razón más por quien seguir adelante... A mi esposa Gladys por su permanente apoyo en los momentos más difíciles… Al resto de mi familia y la familia de mi esposa que no me daría todo la Tesis para gratificar uno a uno el granito de arena que hayan aportado para la formación de mi persona... A mis Docentes de la C.A.P. de Ingeniería Civil, por sus enseñanzas y sabios consejos… A mis amigos y compañeros de la C.A.P. de Ingeniería Civil-Promoción 2009-I por mostrarme la amistad incondicional y por la oportunidad de conocerlos y convivir con ustedes... A toda aquella persona que haya intervenido de manera directa o indirecta en la formación y culminación de este proyecto... Pero sobre todo y ante todo, a ti DIOS por cuidarme, por permitirme llegar a este punto de mi vida y por haber puesto en mi camino a todas las personas que mencioné anteriormente... Oscar Carlos Huayna Mamani

AGRADECIMIENTO Con la más inolvidable gratitud brindamos nuestro profundo agradecimiento: A la Universidad Andina Néstor Cáceres Velásquez por abrirnos las puertas y cobijarnos hasta la culminación de nuestros estudios. A los docentes de la C.A.P. Ingeniería Civil – Sede Puno por sus consejos y enseñanzas, haciendo de nosotros personas de bien. A nuestro Asesor Ing. Alfredo Alarcón Atahuachi por creer en nosotros, por su disposición de tiempo y ayudarnos a que sea posible este proyecto. A los señores jurados calificadores de la tesis: conformado por las personalidades: Presidente del Jurado Mag. Ing. Orlando E. La Torre Barra, Primer Miembro, Ing. Milthon Quispe Huanca, Segundo Miembro Ing. Franz J. Barahona Perales, por su honorable y brillante apoyo incondicional de sus nobles conocimientos en la elaboración y culminación de la presente Tesis.

¡Muchas Gracias! Niel Alex Lima Choquehuayta Oscar Carlos Huayna Mamani

CONTENIDO RESOLUCIÓN. .............................................................................................................................. III DEDICATORIA .............................................................................................................................. V AGRADECIMIENTO..................................................................................................................... VII CONTENIDO ............................................................................................................................... VIII ÍNDICE DE FOTOGRAFÍAS ......................................................................................................... XII ÍNDICE DE TABLAS .................................................................................................................... XIII ÍNDICE DE DIAGRAMAS ............................................................................................................ XVI RESUMEN .................................................................................................................................. XV ABSTRACT ................................................................................................................................. XVI INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... XVII

CAPITULO I GENERALIDADES 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. .................................................................................. 1 1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. ...................................................................................... 3 1.2.1. PROBLEMA GENERAL. ..................................................................................................... 3 1.2.2. PROBLEMAS ESPECÍFICOS. ............................................................................................ 3 1.3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN. ................................................................................. 3 1.3.1. OBJETIVO GENERAL. ...................................................................................................... 3 1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. ............................................................................................. 3 1.4. JUSTIFICACIÓN DEL ESTUDIO. .......................................................................................... 3 1.4.1. JUSTIFICACIÓN. ................................................................................................................ 3 1.5. METODOLOGIA EMPLEADA. .............................................................................................. 4 1.5.1. NIVEL DE LA INVESTIGACION ......................................................................................... 4 1.5.2. DISEÑO DE LA INVESTIGACION ...................................................................................... 4 1.6. HIPÓTESIS DE LA INVESTIGACIÓN ................................................................................... 5 1.6.1. HIPÓTESIS GENERAL. ...................................................................................................... 5 1.6.2. HIPÓTESIS ESPECÍFICAS. ............................................................................................... 5 1.7. VARIABLES E INDICADORES.............................................................................................. 5 1.7.1. VARIABLES DEPENDIENTES ........................................................................................... 5 1.7.2. VARIABLES INDEPENDIENTES ....................................................................................... 5 1.7.3. INDICADORES. .................................................................................................................. 5

CAPITULO II MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL 2.1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN. ........................................................................ 7 2.2. MECÁNICA DE SUELOS. ................................................................................................... 10 2.3. LA MECÁNICA DE SUELOS EN LA INGENIERÍA CIVIL. ................................................... 11 2.4. CAPACIDAD DE CARGA. ................................................................................................... 12

2.5. ASENTAMIENTOS. ............................................................................................................. 13 2.5.1. ASENTAMIENTOS PERMISIBLES. ................................................................................. 16 2.5.2. ASENTAMIENTO INMEDIATO. ........................................................................................ 17 2.5.3. ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACIÓN PRIMARIA. .................................................. 17 2.5.3. ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACIÓN SECUNDARIA. ............................................ 17 2.5.4. CAUSAS DEL ASENTAMIENTO. ..................................................................................... 17 2.6. SISTEMAS DE CIMENTACIÓN........................................................................................... 18 2.6.1. CIMENTACIONES SUPERFICIALES. .............................................................................. 18 2.6.2. CRITERIOS DE DISEÑO DE CIMENTACIONES............................................................. 19 2.6.2.1.ESFUERZO PERMISIBLE TRANSMITIDO. ................................................................... 19 2.6.2.2.FACTOR DE SEGURIDAD CONTRA FALLA POR CAPACIDAD PORTANTE. ............ 20 2.6.2.3.MOVIMIENTOS PERMISIBLES. ..................................................................................... 20 2.6.3. RELACIÓN ENTRE ASENTAMIENTO Y DAÑO. ............................................................. 21 2.7. DAÑO ESTRUCTURAL. ...................................................................................................... 22 2.7.1. ESTADO DE DAÑOS. ....................................................................................................... 23 2.7.2. GRADOS DE DAÑOS. ...................................................................................................... 23 2.8. MARCO CONCEPTUAL. ..................................................................................................... 23

CAPITULO III ASPECTOS TÉCNICOS DE LA INVESTIGACIÓN 3.1. GEOGRÁFIA Y TOPOGRÁFIA............................................................................................ 26 3.1.1. UBICACIÓN GEOGRÁFICA. ............................................................................................ 26 3.1.2. UBICACIÓN POLÍTICA. .................................................................................................... 26 3.1.3. EXTENSION Y LÍMITES. .................................................................................................. 27 3.1.4. TOPOGRAFIA. .................................................................................................................. 27 3.2. HIDROLOGÍA. ..................................................................................................................... 28 3.2.1. MICROCUENCA HIDROGRAFICA. ................................................................................. 28 3.2.2. HIDROLOGIA SUPERFICIAL. .......................................................................................... 28 3.2.2.1.PRECIPITACIONES PLUVIALES. .................................................................................. 29 3.2.2.2.CAUDAL MÁXIMO. ......................................................................................................... 29 3.2.2.3.ANALISIS DE LOS NIVELES DEL LAGO TITICACA. .................................................... 29 3.2.3. HIDROLOGIA SUBTERRANEA. ...................................................................................... 31 3.3. GEOLOGÍA. ......................................................................................................................... 32 3.3.1. GEOLOGIA REGIONAL. ................................................................................................... 32 3.3.2. GEOMORFOLOGÍA .......................................................................................................... 33 3.3.3. LITOLOGÍA. ...................................................................................................................... 33 3.3.4. GEOLOGÍA ESTRUCTURAL............................................................................................ 38 3.3.5. GEOLOGIA LOCAL DEL AREA EN ESTUDIO. ............................................................... 39 3.3.5.1.GEOMORFOLOGÍA. ....................................................................................................... 39 3.3.5.2.LITOLOGÍA. .................................................................................................................... 40

3.4. SISMICIDAD. ....................................................................................................................... 40 3.4.1. EFECTOS SISMICOS EN LAS EDIFICACIONES............................................................ 41 3.4.2. INFLUENCIA DE LAS PROPIEDADES DEL SUELO. ..................................................... 41

CAPITULO IV ESTUDIO GEOTÉCNICO 4.1. ESTUDIO DE SUELOS. ...................................................................................................... 45 4.2. PROGRAMA DE INVESTIGACION DEL SUELO. ............................................................... 45 4.3. INFORMACION PREVIA PARA LA INVESTIGACION DEL SUELO. .................................. 46 4.3.1. DEL TERRENO A INVESTIGAR. .................................................................................... 46 4.3.2. DE LA OBRA A CIMENTAR. ............................................................................................ 46 4.4. PROGRAMA DE INVESTIGACIÓN MÍNIMO. ..................................................................... 47 4.4.1. CONDICIONES DE FRONTERA. ..................................................................................... 47 4.4.2. NUMERO “N” DE PUNTOS DE EXPLORACION. ............................................................ 48 4.4.3. PROFUNDIDAD DE LOS SONDAJES. ............................................................................ 49 4.4.4. DISTRIBUCIÓN DE SONDAJES. ..................................................................................... 50 4.5. CLASIFICACIÓN DE SUELOS. ........................................................................................... 50 4.6. INVESTIGACIÓN DE CAMPO............................................................................................. 52 4.6.1. EXCAVACIÓN A CIELO ABIERTO. ................................................................................. 52 4.6.2. CONFIGURACION DEL MUESTREO. ............................................................................. 53 4.6.3. PERFILES ESTRATIGRÁFICOS. ..................................................................................... 54 4.7. ENSAYOS DE LABORATORIO........................................................................................... 56 4.7.1. ENSAYOS CONVENCIONALES. ..................................................................................... 57 4.7.2. ENSAYOS DE PROPIEDADES MECÁNICAS. ................................................................ 58 4.7.3. ENSAYOS QUÍMICOS. ..................................................................................................... 61

CAPITULO V ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS 5.1. CALCULO DE LA CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE .................................................. 63 5.1.1. VIVIENDA EXISTENTE DEL LOTE A-5. .......................................................................... 63 5.1.2. METRADO DE CARGAS POR ÁREA DE INFLUENCIA. ................................................. 65 5.1.3. METRADO DE CARGAS DE ACUERDO AL ÁREA TRIBUTARIA. ................................. 67 5.1.4. DISTRIBUCION DE PRESIONES EN LA MASA DEL SUELO. ....................................... 70 5.1.5. CARGA PUNTUAL VERTICAL. ........................................................................................ 71 5.1.6. CARGA UNIFORMEMENTE DISTRIBUIDA SOBRE UN ÁREA RECTANGULAR. ........ 71 5.1.7. CAPACIDAD DE CARGA. ................................................................................................ 73 5.1.8. MODIFICACION DE LAS ECUACIONES DE LA CAPACIDAD DE CARGA . ................. 79 5.1.9. ESTIMACIÓN DE PRESIONES DE CARGA ADMISIBLE. .............................................. 80 5.1.10.ESFUERZO DE TRABAJO. ............................................................................................. 80 5.1.11.CÁLCULO DE LA CAPACIDAD ADMISIBLE EN LA ZONA DE ESTUDIO. .................... 81

5.2. CALCULO DE ASENTAMIENTOS. ..................................................................................... 95 5.2.1. ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACION PRIMARIA. ............................................ 11096 5.2.2. CALCULO DE COMPRESION PRIMARIA. ...................................................................... 96 5.2.3. ESTIMACION DEL TIEMPO DE CONSOLIDACION. ................................................. 11000 5.2.4. ASENTAMIENTO PÓR CONSOLIDACION SECUNDARIA. .................................... 110101 5.2.5. CALCULO DE ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACION. ........................................... 102 5.3. EVALUACION DE DAÑOS ESTRUCTURALES DE LAS VIVIENDAS.............................. 110 5.3.1. VIVIENDAS EVALUADAS. ............................................................................................. 110

CAPITULO VI CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES. ..................................................................................................................... 114 RECOMENDACIONES: ............................................................................................................ 116 BIBLIOGRAFÍA.......................................................................................................................... 117 ANEXOS ................................................................................................................................ 11719

ÍNDICE DE FOTOGRAFÍAS Fotografía 1: Se aprecia el asentamiento diferencial y la construcción ha quedado debajo del nivel de la vía lo que hace inhabitable la vivienda del Lote A-5 de la Urbanización San Valentín. ....................................................................................................................................................... 2 Fotografía 2: Asentamiento diferencial considerable que afecta la habitabilidad de la vivienda del lote C-20 en la Urbanización San Valentín. .......................................................................... 14 Fotografía 3: Imagen Satelital de la zona de estudio “Urbanización San Valentín” de la ciudad de Puno. ...................................................................................................................................... 27 Fotografía 4: Se aprecia asentamiento diferencial y grietas desde la losa a la cimentación en la vivienda del Lote C-19 de la Urbanización San Valentín. ........................................................... 47 Fotografía 5: Se aprecia la profundidad de excavación de la calicata y la estabilización de la altura de la napa freática. ........................................................................................................... 50 Fotografía 6: Proceso de obtención de muestras alteradas e inalteradas para los ensayos de clasificación y límites de consistencia. ........................................................................................ 53 Fotografía 7: Excavación de calicata 01 en el Lote A-5; a una profundidad de 3.05m, para extracción de muestras alteradas e inalteradas.......................................................................... 54 Fotografía 8: Excavación de calicata 02 en el Lote E-7; a una profundidad de 3.58m, para extracción de muestras alteradas e inalteradas. ......................................................................... 55 Fotografía 9: Excavación de calicata 03 en el lote C-19; a una profundidad de 3.35m, para extracción de muestras alteradas e inalteradas. ......................................................................... 56 Fotografía 10: Cuchara de Casagrande para obtener los límites de consistencia en los estratos de las calicatas excavadas. ......................................................................................................... 57 Fotografía 11: Equipo con el que se realizó el ensayo de Corte Directo en el Laboratorio de Mecánica de Suelos de la UANCV. ............................................................................................ 60

ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1: ASENTAMIENTO ADMISIBLE. ..................................................................................... 16 Tabla 2: CÁLCULO DEL CAUDAL MÁXIMO. ............................................................................. 29 Tabla 3: FLUCTUACIÓN DEL NIVEL DEL LAGO TITICACA (1912-2003) ................................ 30 Tabla 4: ESCALA DEL TIEMPO GEOLÓGICO - LITOLÓGICO ................................................. 34 Tabla 5: NÚMERO DE PUNTOS A INVESTIGAR. ..................................................................... 49 Tabla 6: OBTENCIÓN DE MUESTRAS INALTERADAS. ........................................................... 53 Tabla 7: RESUMEN DE PROPIEDADES MECÁNICAS Y CLASIFICACIÓN DE SUELOS. ...... 58 Tabla 8: RESUMEN DE VALORES DE ENSAYO CORTE DIRECTO. ...................................... 61 Tabla 9: CONTENIDO DE SULFATOS EN SUELOS Y AGUA SUBTERRÁNEA. ..................... 62 Tabla 10: METRADO DE CARGAS SEGÚN EL AREA DE INFLUENCIA "A-3" ........................ 65 Tabla 11: AREA DE CIMENTACIÓN .......................................................................................... 66 Tabla 12: METRADO DE CARGAS DE LA VIVIENDA TIPICA "LOTE A-5" .............................. 66 Tabla 13: METRADO DE CARGAS DEL AREA TRIBUTARIA TRASMITIDA POR LA COLUMNA 2-B ............................................................................................................................ 67 Tabla 14: RESUMEN DE CARGAS ............................................................................................ 69 Tabla 15: RESUMEN AREA TRIBUTARIA ................................................................................. 69 Tabla 16: METRADO DE CARGAS DE LA VIVIENDA FAMILIAR ............................................. 69 Tabla 17: METRADO DE CARGAS POR METRO ..................................................................... 70 Tabla 18: DISTRIBUCIÓN DE ESFUERZOS DEBIDO A UNA CARGA PUNTUAL ................... 71 Tabla 19: VALORES DE I PARA LOS ESFUERZOS VERTICALES. PARA UN ÁREA RECTANGULAR UNIFORMEMENTE CARGADA (SEGÚN FADUM. 19481) ........................... 72 Tabla 20: FACTORES DE CAPACIDAD DE CARGA DE TERZAGHI ....................................... 74 Tabla 21: FACTORES DE CAPACIDAD DE CARGA MODIFICADA DE TERZAGHI ................ 75 Tabla 22: FACTORES DE CAPACIDAD DE CARGA ................................................................. 77 Tabla 23: FACTORES QUE MODIFICAN LA FÓRMULA GENERAL DE MEYERHOF ............. 78 Tabla 24: RESUMEN DE CALCULO DE CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE ...................... 95 Tabla 26: VARIACIÓN DE IR CON "M1" Y "N1" ........................................................................... 99 Tabla 27: VARIACIÓN DE TV EN FUNCIÓN DE U% ............................................................... 100 Tabla 28: DESARROLLO DEL ASENTAMIENTO "VIVIENDA EXISTENTE LOTE A-5" ......... 107 Tabla 29: DESARROLLO DEL ASENTAMIENTO "VIVIENDA EXISTENTE LOTE E-7" ......... 110 Tabla 30: ESTADO Y GRADO DE DAÑO EN LAS VIVIENDAS .............................................. 111 Tabla 31: ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES ...................................................................... 113

ÍNDICE DE DIAGRAMAS DIAGRAMA 1: TIPOS DE ASENTAMIENTO. ............................................................................. 21 DIAGRAMA 2: CRITERIO DE DAÑO EN ESTRUCTURAS. ...................................................... 22 DIAGRAMA 3: ESQUEMÁTIZACIÓN DEL ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN EN UNA MUESTRA DE SUELO ................................................................................................................ 59 DIAGRAMA 4: MODIFICACIÓN DE LAS ECUACIONES DE CAPACIDAD DE CARGA POR NIVEL DE AGUA FREATICA ...................................................................................................... 79 DIAGRAMA 5: CIMENTACION DE LA VIVIENDA EXISTENTE EN EL LOTE A-5 .................... 82 DIAGRAMA 6: CIMENTACION DE LA VIVIENDA EXISTENTE EN EL LOTE E-7 .................... 86 DIAGRAMA 7: CIMENTACION DE LA VIVIENDA EXISTENTE EN EL LOTE C-19 .................. 91 DIAGRAMA 8: CALCULO DE ASENTAMIENTO UNIDIMENSIONAL ....................................... 96 DIAGRAMA 9: CÁLCULO DEL ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACION ............................. 98 DIAGRAMA 10: REPRESENTACIÓN DEL DESPLANTE DELA CIMENTACIÓN ................... 104 DIAGRAMA 11: REPRESENTACIÓN DEL DESPLANTE DELA CIMENTACIÓN ................... 107

RESUMEN El presente trabajo de investigación denominado “Evaluación de Asentamientos y Daños Estructurales en Viviendas de la Urbanización San Valentín de la Ciudad de Puno”, debido al crecimiento poblacional en la ciudad de Puno se tiene una gran falta de espacio urbanístico para vivienda, producto del cual se vienen utilizando terrenos originados por rellenos no controlados en la bahía de la ciudad de puno, a pesar de las malas propiedades del suelo para su construcción, en la actualidad se tiene un gran número de edificaciones destinadas a viviendas familiares. En la Urbanización san Valentín se han presentado gran cantidad de daños en Edificaciones, tanto durante el proceso de construcción como durante su vida útil; estos daños incluyen grietas, asentamientos diferenciales y daños estructurales con la consecuente pérdida económica para sus propietarios. Muchos de estos problemas, si no la gran mayoría, están relacionados con una predicción pobre del comportamiento del suelo o de la estructura en contacto con el suelo o soportada por éste. El trabajo de investigación se ejecutó en la Urbanización “San Valentín” ubicada en la parte Sur-Este de la ciudad de Puno, tiene como finalidad evaluar las causas que originan los daños estructurales producidos por asentamientos totales y diferenciales en las viviendas construidas con financiamiento de ENACE y BANMAT. Palabras Clave: Daño Estructural, Asentamiento diferencial, capacidad portante, cimentaciones superficiales.

ABSTRACT The present research work entitled "Evaluation of Settlements and Housing Structural Damage in Urbanization San Valentin Puno City" due to population growth in the city of Puno has a lack of urban space for housing, which product have been used originate from uncontrolled landfills in the bay of the city of Puno, despite poor soil properties for construction, currently has a large number of buildings for family housing lands. The Urbanization San Valentin were presented lots of damage Buildings, both during construction and throughout its lifetime; These damages include cracks, differential settlements and structural damage with consequent economic loss to their owners. Many of these problems, if not most, are related to a poor prediction of the behavior of the soil or of the structure in contact with the ground or supported by it. The research was carried out in the Urbanization San Valentin located in the south-eastern part of the city of Puno, aims to assess the causes of the structural damage total and differential settlements in homes built with funding from ENACE and BANMAT. Keywords: Structural Damage, differential settlement, bearing capacity, shallow foundations.

INTRODUCCIÓN Las viviendas de la Urbanización San Valentín construidos con financiamiento de ENACE y BANMAT en los años 1995, actualmente han sufrido asentamientos diferenciales no permisibles ocasionando fallas estructurales en las viviendas por asentamientos excesivos del suelo de fundación. Para tal efecto el presente estudio se encuentra compuesto por cinco capítulos, siendo el Capítulo I, el que trata sobre el planteamiento metodológico en cuanto a la determinación de síntomas y causas del problema de investigación, así como al planteamiento de objetivos e hipótesis de la investigación. El Capítulo II, trata sobre el marco teórico de diseño de cimentaciones, asentamientos y evaluación estructural de viviendas según la normatividad, antes que una obra de edificación se ejecute tiene que pasar una serie de requerimientos técnicos para que esta cumpla con las normas preestablecidas por el reglamento nacional de edificaciones y con normas internacionales para el diseño una estructura debe contar con un buen diseño ya que esto garantizará el buen funcionamiento de la misma. El Capítulo III, trata sobre los estudios técnicos de la zona de estudio describe las características más importantes del área de investigación objeto de estudio; que para la presente investigación viene a la Urbanización San Valentín de la Ciudad de Puno; los suelos de la Urbanización San Valentín por su ubicación los principales problemas geotécnicos están en relación con su contenido de materia orgánica, siendo en general suelos blandos a muy blandos. Constituido por material fino (arcillas limosas con intercalaciones de lentes de gravas), que han sido depositados por las corrientes lacustres, los canales (rio willy).La

sedimentación ha producido la colmatación en gran parte de la bahía de Puno, produciendo la separación de la Bahía Interior donde la sedimentación es más avanzada. El Capítulo IV, trata sobre exposición y análisis de resultados, a través del siguiente trabajo, realizaremos la evaluación de los daños estructurales producidos por el asentamiento en los suelos de fundación de las cimentaciones de las viviendas, llegaremos a entender que un suelo arcilloso saturado es costoso como parte del suelo de fundación y que construir una vivienda familiar de un nivel requiere de estudio de suelos. Asimismo

en

el

último

capítulo

presentamos

las

conclusiones

y

recomendaciones a las que se ha llegado durante la investigación. La trascendencia del presente estudio radica en sentar las bases de un estudio geotécnico de la urbanización San Valentín y el estudio de fallas estructurales producidos por un asentamiento de suelos de fundación en la zona circunlacustre de la Ciudad de Puno.

CAPITULO I GENERALIDADES 1.1.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

Se piensa que cualquier terreno puede soportar eficientemente una construcción liviana y que por lo tanto no requiere un estudio del suelo, sin embargo los hechos han demostrado todo lo contrario. Edificaciones livianas han sido seriamente afectadas debido al desconocimiento de las características del suelo como es el caso de las viviendas de la Urbanización San Valentín el desconocimiento del suelo de fundación ha llevado al planteamiento de una cimentación inadecuada. El desconocer las características físicas y naturaleza del suelo sobre el cual se pretende construir una estructura, trae como consecuencia después de terminado la construcción, deformaciones que ocasionan grietas que pueden ser muy perjudiciales a la estabilidad de ella, como lo sucedido en la zona de estudio, donde los pobladores de la zona proceden con la construcción de sus viviendas sin autorización de la Municipalidad Provincial de Puno por estar ubicadas en una zona inundable e inhabitable.

Las viviendas de un nivel de la Urb. San Valentín construidas con financiamiento de ENACE (Empresa Nacional de Edificaciones) y BANMAT (Banco de Materiales), con el transcurso del tiempo, inicialmente los muros de las construcciones han empezado a presentar grietas considerables, así como en los cimientos, sobrecimientos, inclinación del conjunto estructural, estos daños se han ido acrecentando aún más con el pasar del tiempo. Existen viviendas con fallas estructurales, asimismo se aprecia asentamientos diferenciales, estos asentamientos no previstos se presenta en el suelo de fundación de uno de los cimientos, mientras que los otros presentan asentamientos menos pronunciados y por ende la inclinación del conjunto estructural; hay casos en que la inclinación estructural genera una fuerza de empuje a la estructura vecina haciendo que ésta sufra también fallas estructurales, creando un impacto negativo en el bienestar de sus habitantes. Los pobladores construyen sus viviendas sin tener en cuenta la capacidad portante del suelo y sin considerar el asentamiento que pueda sufrir el suelo de cimentación, presentándose posteriormente problemas de inhabitabilidad, como lo ocurrido en la Urbanización.

Fotografía 1: Se aprecia el asentamiento diferencial y la construcción ha quedado debajo del nivel de la vía lo que hace inhabitable la vivienda del Lote A-5 de la Urbanización San Valentín.

1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. 1.2.1. PROBLEMA GENERAL. ¿En qué medida los asentamientos son causantes de daños estructurales en las viviendas de la Urbanización San Valentín de la Ciudad de Puno? 1.2.2. PROBLEMAS ESPECÍFICOS.  ¿Cuál es la capacidad de carga admisible del suelo de fundación de las viviendas de la urbanización san Valentín?  ¿Cuál es el asentamiento por consolidación del suelo de fundación de las viviendas de la urbanización san Valentín?  ¿Cuál es el estado y grado de daño estructural de las viviendas de la urbanización san Valentín? 1.3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN. 1.3.1. OBJETIVO GENERAL. Determinar en qué medida los asentamientos son causantes de

daños

estructurales en las viviendas de la Urbanización San Valentín de la Ciudad de Puno. 1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.  Determinar la capacidad de carga admisible del suelo de fundación de las viviendas de la urbanización san Valentín.  Determinar el asentamiento por consolidación del suelo de fundación de las viviendas de la urbanización san Valentín.  Cuantificar el estado y grado de daño estructural de las viviendas de la urbanización san Valentín. 1.4. JUSTIFICACIÓN DEL ESTUDIO. 1.4.1. JUSTIFICACIÓN. El propósito de nuestra investigación es dar a conocer la realidad en la que se encuentran las viviendas de la urbanización san Valentín construidos con financiamiento de ENACE y BANMAT.

La justificación de la investigación se desarrolla atendiendo a los siguientes parámetros: JUSTIFICACIÓN TÉCNICA. Con la realización de la investigación lograremos conocer el porqué de las fallas estructurales en las viviendas, mediante un estudio geotécnico de los suelos de fundación y características de las cimentaciones superficiales construidas, que han originado la inhabitabilidad de las edificaciones. JUSTIFICACIÓN SOCIAL. Este trabajo de investigación contribuirá a la población de la urbanización, en el conocimiento de las características de suelo de fundación y a la toma de decisiones en relación a construcción de nuevas edificaciones y .actuales que tiene fallas estructurales. JUSTIFICACIÓN ECONÓMICA. La presente tesis permitirá poner en manifiesto como la no realización de un estudio de mecánica de suelos según las normas de edificaciones, conlleva al diseño y construcción de edificaciones que durante un tiempo presentaran asentamientos y daños estructurales que afectaran la habitabilidad de las viviendas y con ello afectaran la economía de los pobladores que efectuaron una mala inversión. 1.5. METODOLOGIA EMPLEADA. 1.5.1. NIVEL DE LA INVESTIGACION La investigación que se propuso correspondió al diseño Explicativo Cuasi experimental. 1.5.2. DISEÑO DE LA INVESTIGACION El diseño de investigación optado para responder al problema planteado es de una investigación de campo, con ensayos de laboratorio del suelo de fundación y verificación de los daños estructurales en las viviendas de la Urbanización San Valentín de la Ciudad de Puno.

1.6. HIPÓTESIS DE LA INVESTIGACIÓN 1.6.1. HIPÓTESIS GENERAL. Los asentamientos son causantes de daños estructurales en las viviendas de la urbanización san Valentín de la Ciudad de Puno. 1.6.2. HIPÓTESIS ESPECÍFICAS.  La capacidad de carga admisible del suelo de fundación es mayor a la presión de contacto de las viviendas de la urbanización san Valentín.  El asentamiento por consolidación del suelo de fundación es permisible en las viviendas de la urbanización san Valentín.  El estado y grado de daño estructural son reparables en las viviendas de la urbanización san Valentín. 1.7. VARIABLES E INDICADORES 1.7.1. VARIABLES DEPENDIENTES VD= Asentamientos y Daños Estructurales 1.7.2. VARIABLES INDEPENDIENTES VI= Tipo de Suelo y Cimentaciones 1.7.3. INDICADORES.  Características del suelo de fundación.  Nivel freático  Capacidad de carga admisible  Tipo y profundidad de cimentación  Esfuerzo de trabajo  Asentamiento por consolidación primaria y secundaria  Velocidad de consolidación.  Tiempo de consolidación.  Estado y grado de daños  Asentamiento diferencial

CAPITULO II MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL 2.1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN. No se conocen antecedentes de investigación sobre asentamientos y daños estructurales en la zona de estudio, sin embargo consideraremos los siguientes antecedentes aproximados al estudio de las variables de la investigación. TEMA

: “EVALUACIÓN DE RIESGO FRENTE ASENTAMIENTO EN

AREAS DE EXPANSIÓN URBANA SOBRE RELLENOS EN EL CENTRO POBLADO DE JAYLLIHUAYA DE LA CIUDAD DE PUNO”. EJECUTOR : Edwin Yuri Chambilla Mixto y Rony Efraín Villanueva Cornejo ENTIDAD

: Universidad Andina Néstor Cáceres Velásquez

RESUMEN : La ciudad de Puno, presenta un área de expansión urbana limitada; generando principalmente por unidades geomorfológicos locales que están representadas por dos accidentes morfológicos bien definidos: La costa lacustre de Puno y las laderas de cerros que la circundan. Estos dos accidentes generan espacios de desarrollo reducido, por lo que la expansión propia de la localidad tiene su auge ganando espacios hacia el Centro Poblado

de Jayllihuaya, con procesos de relleno que no garantizan un adecuado suelo de desplante, tanto para infraestructura comunal y áreas residenciales, generando problemas de asentamientos y fallas estructurales en la edificaciones A través de resultados de estudios de mecánica de suelos, se presenta un análisis de las características estratigráficas del sub suelo lacustre y los problemas de riesgo y vulnerabilidad de las edificaciones que se ubican en estas áreas. Se presentan cortes estratigráficos longitudinales del sub suelo de la bahía, resultados y gráficos estadísticos de las propiedades índice y mecánica de suelos, fotografías de fallas estructurales de infraestructura y recomendaciones sobre el proceso de cimentación en el área de estudio contribuyendo a programas de gestión de riesgo. CONCLUSIONES:  Teniendo como base lo EMS realizados en el LMSIC se puede afirmar que el suelo del Centro Poblado de Jayllihuaya se caracteriza por poseer suelo blandos y sueltos. La evaluación muestra que se presentan zonas de riesgo alto frente a los asentamientos por ia presencia de arcillas expansibles y de alta compresibilidad.  El perfil longitudinal de! sub suelos, muestra que se generalizan suelos con predominio de suelos finos, los mismos que corresponden de acuerdo a la clasificación SUCS a suelos arcillosos de media y alta plasticidad (CL,CH), las mismas de consistencia media a blanda, con algunas intercalaciones en ciertas zonas con limo y arenas finas (ML.SM). La clasificación de suelos se encontró que existen gran cantidad material blando suelto, hasta los 5.00m de profundidad.  Suelos arcillosos de alta plasticidad presentan un comportamiento expansivo, generan constante inestabilidad en las construcciones. En cuanto a la expansión, los suelos se expanden en mayor medida cuando están más secos, ya que durante el proceso de saturación se libera una mayor succión en suelos secos, los suelos húmedos en cambio se expanden menos. Las construcciones con cimentaciones sobre estas arcillas, soportando livianas cargas son más fácilmente levantadas o movidas por la arcilla expansiva, los

daños por levantamiento o movimientos de zapatas y muros pueden ser reducidos colocando estas a suficiente distancia bajo la superficie.  De acuerdo con los resultados obtenidos, los cálculos del modelo de asentamiento, los asentamientos son de 12 cm. hasta de 35 cm. :

TEMA

FUNDACIÓN

“EVALUACIÓN DE

LAS

GEOTÉCNICA

CIMENTACIONES

DEL

TERRENO

SUPERFICIALES

EN

DE LAS

CONSTRUCCIONES DE LA AV. COSTANERA I Y II ETAPA –PUNO.” EJECUTOR : Percy Condori Choquehuanca ENTIDAD

: Universidad Nacional del Altiplano

RESUMEN : El presente estudio denominado “Evaluación Geotécnica del Terreno

de

Fundación

de

las

Cimentaciones

Superficiales

en

las

Construcciones de la Av. Costanera I y II etapa – Puno”, está localizado en la Av. Costanera I y II etapa de la ciudad de Puno, del distrito, provincia y departamento de Puno a una altitud de 3,809.5 m.s.n.m. El objetivo del estudio es determinar el diseño de cimentación superficial en las construcciones de la Av. Costanera I y II etapa – Puno. La geología de la zona de estudio está comprendida por grupo Puno, intercalación de areniscas, lutitas, conglomerados y calizas, todos marrones a gris pardusco (conocidos como capas rojas);

y el cuaternario aluvial,

compuesta por limos, arcillas, arenas y gravas. Para el desarrollo del estudio se ha considerado 07 puntos exploratorios consideradas como calicatas, las cuales se muestrearon con la finalidad de realizar los siguientes ensayos de laboratorio: Descripción estratigráfica visual, Contenido de humedad, Análisis granulométrico por tamizado, Límites plástico,Limite líquido, (Atterberg) Peso específico, Clasificación SUCS, Corte Directo y Cálculo de capacidad admisible. Geotécnicamente los resultados finales son los siguientes : Muestra 01 arena limosa (SM) qadm = 0.36 Kg/cm2, capacidad admisible muy bajo; muestra 02 arcilla de baja plasticidad (CL) qadm = 0.39 Kg/cm2 capacidad admisible muy bajo; muestra 03 arcilla de alta plasticidad (CH) qadm = 0.88 Kg/cm2, capacidad admisible bajo; Muestra 04 arcilla de alta plasticidad(CH) qadm =

0.81 Kg/cm2; capacidad admisible bajo; Muestra 05 arena limosa (SM) qadm 0.40 Kg/cm2 , Muestra 06 arena limosa (SM)qadm=0.46 Kg/cm2 capacidad admisible bajo (ML) qadm es 0.73 Kg/cm2 capacidad admisible bajo. CONCLUSIONES:  Geológicamente el terreno de fundación, en el área del estudio, está emplazada en un material cuaternario aluvial.  Obteniendo los resultados finales siguientes: Muestra 01 arena limosa (SM) Qadm = 0.36 Kg/cm2, capacidad admisible muy bajo; muestra 02 arcilla de baja plasticidad (CL) Qadm = 0.39 Kg/cm2 capacidad admisible muy bajo; muestra 03 arcilla de alta plasticidad (CH) Qadm = 0.88 Kg/cm2, capacidad admisible bajo; Muestra 04 arcilla de alta plasticidad (CH) Qadm = 0.81 Kg/cm2, capacidad admisible bajo; Muestra 05 arena limosa (SM) Qadm 0.40 Kg/cm2 , Muestra 06 arena limosa (SM) Qadm=0.46 Kg/cm2 capacidad admisible bajo (ML) Qadm es 0.73 Kg/cm2 capacidad admisible bajo.  Se plantea cimentaciones de zapata cuadrada para viviendas familiares de dos niveles. 2.2. MECÁNICA DE SUELOS. La mecánica de suelos es la aplicación de las leyes de la mecánica y la hidráulica a los problemas de ingeniería que tratan con sedimentos y otras acumulaciones no consolidadas de partículas sólidas, producidas por la desintegración mecánica o la descomposición química de las rocas, independientemente de que tengan o no materia orgánica. (DUQUE & ESCOBAR, 2009) La mecánica de suelos incluye: a. Teorías sobre los comportamientos de los suelos sujetos a cargas, basados en simplificaciones necesarias dados el estado actual de la teoría. b. Investigación de las propiedades físicas de los suelos. c. Aplicación del conocimiento teórico y empírico de los problemas prácticos. Los métodos de investigación de laboratorio figuran en la rutina de la mecánica de suelos. En los suelos se tiene no solo los problemas que se presentan en el acero y concreto (módulo de elasticidad y resistencia a la ruptura), y exagerados por la

mayor complejidad del material, sino otros como su tremenda variabilidad y que los procesos naturales formadores de suelos están fuera del control del ingeniero. En la mecánica de suelos es importante el tratamiento de las muestras (inalteradas – alteradas). La mecánica de suelos desarrolló los sistemas de clasificación de suelos – color, olor, texturas, distribución de tamaños, plasticidad (A. Casagrande). El muestreo y la clasificación de los suelos son dos requisitos previos indispensables para la aplicación de la mecánica de suelos a los problemas de diseño. 2.3. LA MECÁNICA DE SUELOS EN LA INGENIERÍA CIVIL. En su trabajo práctico el ingeniero civil ha de enfrentarse con muy diversos e importantes problemas planteados por el terreno. Prácticamente todas las estructuras de ingeniería civil, edificios, puentes, carreteras, túneles, muros, torres, canales o presas, deben cimentarse sobre la superficie de la tierra o dentro de ella. Para que una estructura se comporte satisfactoriamente debe poseer una cimentación adecuada. (ALVA HURTADO, 2009) Cuando el terreno firme está próximo a la superficie, una forma viable de transmitir al terreno las cargas concentradas de los muros o pilares de un edificio es mediante zapatas. Un sistema de zapatas se denomina cimentación superficial. Cuando el terreno firme no está próximo a la superficie, un sistema habitual para transmitir el peso de una estructura al terreno es mediante elementos verticales como pilotes o caissons. El suelo es el material de construcción más abundante del mundo y en muchas zonas constituye, de hecho, el único material disponible localmente. Cuando el ingeniero emplea el suelo como material de construcción debe seleccionar el tipo adecuado de suelo, así como el método de colocación y, luego, controlar su colocación en obra. Ejemplos de suelo como material de construcción son las presas en tierra, rellenos para urbanizaciones o vías. Otro problema común es cuando la superficie del terreno no es horizontal y existe una componente del peso que tiende a provocar el deslizamiento del suelo. Si a lo largo de una superficie potencial de deslizamiento, los esfuerzos tangenciales debidos al peso o cualquier otra causa (como agua de filtración,

peso de una estructura o de un terremoto) superan la resistencia al corte del suelo, se produce el deslizamiento de una parte del terreno. Las otras estructuras muy ligadas a la mecánica de suelos son aquellas construidas bajo la superficie del terreno como las alcantarillas y túneles, entre otros, y que está sometida a las fuerzas que ejerce el suelo en contacto con la misma. Las estructuras de contención son otro problema a resolver con el apoyo de la mecánica de suelo entre las más comunes están los muros de gravedad, los tablestacados, las pantallas ancladas y los muros en tierra armada. 2.4. CAPACIDAD DE CARGA. La Mecánica de Suelos tiene como su capítulo fundamental la determinación de lo que se denomina la capacidad de carga del suelo. Toda obra, por otro lado, comienza por definirse previamente su fundación. El diseño de una fundación es un procedimiento que se cumple mediante tanteos, se seleccionan un tipo de fundación y dimensiones previas. Se aplican luego los procedimientos de cálculo y se determina su comportamiento, si el tipo de fundaciones resulta inadecuado, se escoge otro hasta lograr un diseño adecuado desde el punto de vista de la estabilidad y la economía. (MARIN NIETO, 1991) Las viviendas ubicadas a orillas del Lago Titicaca, presentan fallas estructurales, a falta de datos sobre las características físicas y constitución del suelo sobre el cual se construyeron las estructuras, ha sido causa de que se presenten sorpresas y gastos extraordinarios que bien podrían haber sido evitados mediante un estudio del suelo antes de la construcción. Conocido es el hecho de que cuando una estructura se asienta en forma desigual se provocan deformaciones ocasionando grietas que pueden ser muy perjudiciales a la estabilidad de ella, y en muchas ocasiones el asentamiento ha sido causa del colapso total de la estructura. Comúnmente el costo de la investigación del suelo representa un porcentaje muy bajo del costo de la estructura, y el posible ahorro en tiempo y dinero, equivale en casi todos los casos a varias veces el costo de los estudios hechos del suelo. Existe la creencia muy generalizada, de que cualquier terreno puede sostener

eficientemente una construcción liviana y que por lo tanto no requiere un estudio del suelo. Sin embargo, la técnica moderna está en completo desacuerdo con esa creencia, y los hechos han demostrado muy a menudo que casas residenciales y construcciones similares han sido seriamente afectadas debido al desconocimiento de las características del suelo y por ende al proyecto de una cimentación inadecuada en cada caso. Lo que se debe entender bien, es que no en todos los casos se requieren los mismos estudios, sino en casos especiales se justifican métodos de muestreo y de ensayos altamente especializados, en la mayoría de los casos no se necesita más que una previsión aproximada de los fenómenos que se producirán, previsión que puede efectuarse por medio de ensayos simples, con los cuales se pueden obtener resultados satisfactorios en la ingeniería de suelos. 2.5. ASENTAMIENTOS. Generalmente se asume que las fundaciones son estructuras rígidas, lo que supone que el asentamiento vertical del terreno es uniforme en el plano, por lo que la relación entre el esfuerzo y el asentamiento es constante. Sin embargo la suposición de rigidez no es el caso general. En el caso de las fundaciones flexibles una mayor economía se logra suponiendo que el terreno en la fundación se deforma y el cálculo se justifica cuando se puede lograr una reducción considerable del costo de la estructura. (MARIN NIETO, 1991) Es compleja la relación entre los movimientos del terreno y la estabilidad de estructuras cimentadas sobre él; en primer lugar, existen variados mecanismos generadores de movimientos del terreno; por otro lado, son muy diversos los tipos de estructuras, y cada uno dispone de capacidad variable para soportar o ser deteriorado por el movimiento. Por ejemplo: las edificaciones de ladrillo o mampostería son excesivamente frágiles y pueden sufrir agrietamiento de la fundación. En cambio, es posible construir otras con capacidad para soportar movimientos de magnitud considerable sin sufrir daño.

Fotografía 2: Asentamiento diferencial considerable que afecta la habitabilidad de la vivienda del lote C-20 en la Urbanización San Valentín.

Los suelos, al igual que los otros materiales usados en la construcción, sufren deformaciones bajo el efecto de un esfuerzo aplicado sobre ellos. La deformación que sufre un suelo bajo la acción de una carga no se presenta inmediatamente después de la aplicación del esfuerzo, tal como sucede en los materiales elásticos, ya que para el reacomodamiento de las partículas que es la parte principal de la deformación, necesita expulsar parte de los fluidos que contiene el suelo, y si el agua constituye la mayor parte de los fluidos y el suelo es poco permeable, la expulsión de dicha agua requiere mucho tiempo. Cuando un proyectista de cimentaciones observa que el terreno sobre el cual va a construir una estructura, está formado por una capa de arcilla blanda, generalmente toma todas las precauciones necesarias, a fin de evitar que la estructura sufra asentamiento excesivo. Sin embargo, si en la superficie existe un grueso estrato de arena y bajo dicho estrato se encuentra una capa de arcilla blanda, muchos proyectistas creen que el asentamiento de la estructura dependerá exclusivamente de la naturaleza del suelo, situado inmediatamente debajo de la misma, y por ello, si la arcilla blanda se encuentra situada a más de 3 m por debajo de la cota de cimentación, su existencia no tiene importancia, sin considerar que la consolidación gradual de la arcilla por el

peso de la estructura puede originar asentamientos excesivos y des-uniformes. Debido a la frecuencia con que han aparecido asentamientos no previstos, originados por este tipo de fenómeno, la compresibilidad de los estratos confinados de arcilla ha recibido una creciente atención durante los últimos años. Debido a ello, se han elaborado métodos que permiten estimar la magnitud y distribución de los asentamientos, de modo que si se considera que ellos resultan excesivos se pueda modificar el proyecto de la cimentación. Los asentamientos pueden ser el resultado de la acción de uno solo o cualquier combinación de los siguientes mecanismos: a. Cambio de forma o distorsión del suelo, que ocurre como respuesta casi inmediata a los cambios de esfuerzo introducidos por la fundación bajo carga. Se denomina asentamiento inmediato o de contacto por ocurrir en forma concurrente con la aplicación de las cargas. Depende del comportamiento esfuerzo-deformación del suelo. En los suelos cohesivos saturados, tiene un carácter aproximadamente elástico lineal. En los suelos granulares, obedece a comportamientos más complejos, posiblemente elasto-plásticos o plásticos. b. Disminución del volumen, asociada a una reducción del espacio de poros en la microestructura del suelo. Los incrementos de esfuerzo producidos por la fundación en un manto arcilloso saturado dan lugar a incrementos de presiones en el agua intersticial que conducen a su expulsión lenta acompañada del correspondiente asentamiento de consolidación. c. Colapsos o grandes desplazamientos del suelo de soporte, cuando se inician fallas por corte o la formación de zonas plásticas, al sobrecargar la fundación. Están asociados a procesos estudiados en el contexto de la capacidad portante. d. Erosión y desplazamientos geológicos de la masa que adquieren en general la forma de derrumbes, deslizamientos plásticos y flujos. Se relacionan principalmente con la estabilidad geológica natural del área o del lugar. e. Deterioro del material de fundación, cuando actúan agentes agresivos o corrosivos contenidos en el suelo que rodea la estructura de fundación. Eventualmente, puede llegarse a fallas completas de la estructura.

2.5.1. ASENTAMIENTOS PERMISIBLES. El cálculo de los asentamientos de cualquier estructura es una parte importante en la determinación de la capacidad de carga de los suelos. El asentamiento, de acuerdo con su magnitud, puede estar lejos de causar una falla inminente de la estructura, pero en cambio dañan elementos estructurales secundarlos como paredes, pisos, etc. El asentamiento admisible depende de muchos factores, tal como se ilustra en la Tabla 1. Tabla 1: ASENTAMIENTO ADMISIBLE.

Según Sowers, 1962 Fuente: Dr. Jorge E. Alva Hurtado “Cimentaciones Superficiales”

El asentamiento permisible debe ser especificado por el ingeniero que diseña la estructura. Sin embargo muchas veces ese asentamiento puede resultar cubierto por una solución costosa. En todo caso el juicio del ingeniero que diseña la estructura así como el del ingeniero de suelos deben conciliar la tolerancia de la estructura respecto a los asentamientos así como la economía del proyecto. Muchas veces se dice que para edificios comunes el asentamiento total no debe exceder de 2.5 cm., pero hay tanques metálicos que pueden admitir hasta

150 cm. o estaciones de radar en que los asentamientos son limitados a décimas de milímetros. (MARIN NIETO, 1991) 2.5.2. ASENTAMIENTO INMEDIATO. Provocado por la deformación elástica del suelo seco y de suelos húmedos y saturados sin ningún cambio en el contenido de agua. Los cálculos de los asentamientos inmediatos se basan, generalmente, en ecuaciones derivadas de la teoría de la elasticidad. 2.5.3. ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACIÓN PRIMARIA. Este tipo de asentamiento es consecuencia de las deformaciones volumétricas producidas a lo largo del tiempo y toma meses a años en desarrollarse; pero por lo general se considera que se produce en un periodo de 1 a 5 años. Es el comportamiento típico de las arcillas saturadas o casi saturadas. 2.5.4. ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACIÓN SECUNDARIA. Se asume que no comienza sino hasta después que termina la consolidación primaria. Se observa en suelos saturados cohesivos y es resultado del ajuste plástico de la estructura del suelo. Éste sigue al asentamiento por consolidación primaria bajo un esfuerzo efectivo constante. 2.5.5. CAUSAS DEL ASENTAMIENTO. El asentamiento de una estructura es el resultado de una o más de las siguientes causas:  Variación en el estrato.- Una parte del suelo se puede cimentar sobre un suelo comprensible y la otra parte sobre material no-comprensible.  Variación en la carga de la fundación.- Por ejemplo, en una fábrica podría tener una superestructura ligera rodeada de maquinaria pesada.  Diferencia en el tiempo de construcción.- El problema ocurre cuando algunas de las aplicaciones de una estructura se construyen muchos años después de haber construido la estructura original. Los asentamientos de consolidación a largo plazo pueden estar virtualmente completos en la primera construcción, pero la nueva estructura (si es con la misma carga de fundación que la primera) eventualmente se asentará de igual

forma. Se requiere previsión especial en forma de juntas verticales para prevenir la distorsión y el agrietamiento entre la vieja y la nueva construcción.  Variación de las condiciones del lugar.- Una parte del área de la estructura de un edificio se puede ocupar por una estructura pesada que se haya demolido; o en un lugar irregular, pudo haber sido necesario remover gran parte del espesor de la sobrecarga para formar un nivel. Estas variaciones causan diferentes condiciones de esfuerzo antes y después de la carga, con un asentamiento diferencial o dilatación.  Cambio en las condiciones de esfuerzo internas.- Por ejemplo: Disminución del nivel freático, Vibración o explosión, Secado del suelo, Saturación. 2.6. SISTEMAS DE CIMENTACIÓN. Se entiende por cimentación a la parte de la estructura que transmite las cargas al suelo. Cada edificación demanda la necesidad de resolver un problema de cimentación. En la práctica se usan cimentaciones superficiales o cimentaciones profundas, las cuales presentan importantes diferencias en cuanto a su geometría, al comportamiento del suelo, a su funcionalidad estructural y a sus sistemas constructivos. (BRAJA M., 2001) 2.6.1. CIMENTACIONES SUPERFICIALES. Una cimentación superficial es un elemento estructural cuya sección transversal es de dimensiones grandes con respecto a la altura y cuya función es trasladar las cargas de una edificación a profundidades relativamente cortas, menores de 4 m aproximadamente con respecto al nivel de la superficie natural de un terreno o de un sótano. En una cimentación superficial la reacción del suelo equilibra la fuerza transmitida por la estructura. Esta reacción de fuerzas, que no tiene un patrón determinado de distribución, se realiza en la interfase entre el suelo y la sección transversal de la cimentación que está en contacto con él. En este caso, el estado de esfuerzos laterales no reviste mayor importancia. En consecuencia, el comportamiento estructural, de una cimentación superficial tiene las características de una viga o de una placa.

Las cimentaciones superficiales, cuyos sistemas constructivos generalmente no presentan mayores dificultades pueden ser de varios tipos, según su función: zapata aislada, zapata combinada, zapata corrida o losa de cimentación. En una estructura, una zapata aislada, que puede ser concéntrica, medianera o esquinera se caracteriza por soportar y trasladar al suelo la carga de un apoyo individual; una zapata combinada por soportar y trasladar al suelo la carga de varios apoyos y una losa de cimentación o placa por sostener y transferir al suelo la carga de todos los apoyos. Las zapatas individuales se plantean como solución en casos sencillos, en suelos de poca compresibilidad, suelos duros, con cargas de la estructura moderadas: edificios hasta de 7 pisos. Con el fin de darle rigidez lateral al sistema de cimentación, las zapatas aisladas siempre deben interconectarse en ambos sentidos por medio de vigas de amarre. Las zapatas combinadas se plantean en casos intermedios, esto es, suelos de mediana compresibilidad y cargas no muy altas. Con esta solución se busca una reducción de esfuerzos, dándole cierta rigidez a la estructura, de modo que se restrinjan algunos movimientos relativos. La losa de cimentación por lo general ocupa toda el área de la edificación. Mediante esta solución se disminuyen los esfuerzos en el suelo y se minimizan los asentamientos diferenciales. Cuando se trata de atender y transmitir al suelo las fuerzas de un muro de carga, se usa una zapata continua o corrida, cuyo comportamiento es similar al de una viga. 2.6.2. CRITERIOS DE DISEÑO DE CIMENTACIONES. 2.6.2.1. ESFUERZO PERMISIBLE TRANSMITIDO. Se obtiene empíricamente al observar que la presión máxima no causa daño estructural en diferentes condiciones de suelos. Lo anterior no significa que no ocurrirán asentamientos. Esta presión admisible es válida para tamaños de

cimentación y tipos de estructuras para las cuales las reglas prácticas se han establecido. Los valores son conservadores y es difícil averiguar en qué datos han sido basados. Las fallas registradas se atribuyen a mala clasificación de suelos, en vez de mala regla empírica. En muchos casos se verifica con ensayos de carga, que pueden no ser significativos. 2.6.2.2. FACTOR DE SEGURIDAD CONTRA FALLA POR CAPACIDAD PORTANTE. Es un método más racional que el anterior. Debe evitarse este tipo de falla. El factor de seguridad (2 a 4) debe reflejar no sólo la incertidumbre en el análisis de capacidad portante, sino la observación teórica y práctica que el asentamiento no es excesiva. No debe usarse sin estimar el asentamiento. 2.6.2.3. MOVIMIENTOS PERMISIBLES. Es el verdadero criterio de diseño para la mayoría de estructuras. Existen dos problemas al aplicar el criterio: a. Qué movimiento puede ser tolerado por la estructura y b. Cómo se pueden predecir tales movimientos. Existe una gran cantidad de información disponible sobre métodos de predicción de asentamientos en edificaciones, más poca información sobre la cantidad y tipo de movimiento que la edificación puede tolerar sin causar daño. Es necesario determinar el asentamiento permisible. El asentamiento tiene importancia por tres razones: aspecto, condiciones de servicio y daños a la estructura. Los tipos de asentamiento son: a. Asentamiento Uniforme b. Inclinación c. Asentamiento No-Uniforme Existen

asentamientos

máximos

y

asentamientos

diferenciales.

El

asentamiento diferencial se caracteriza por la distorsión angular. Diagrama 1 de Lambe y Whitman.

Diagrama 1: TIPOS DE ASENTAMIENTO.

Fuente: T. William Lambe y Robert V. Whitman.

2.6.3. RELACIÓN ENTRE ASENTAMIENTO Y DAÑO. En el proyecto de una cimentación tiene mayor importancia el asentamiento diferencial que el total. Por otro lado es mucho más difícil estimar los asentamientos diferenciales que el asentamiento máximo. Lo anterior es debido a que la magnitud del diferencial depende del suelo y la estructura. (LAMBE & WHITMAN, 2001, pág. 218) Usualmente se establecen relaciones entre la distorsión máxima y el asentamiento diferencial máximo, luego se tiene relaciones entre el asentamiento diferencial máximo y el asentamiento máximo de una zapata. Usualmente se especifica para zapatas de edificios comerciales un asentamiento total admisible de 1 pulgada.

Diagrama 2: CRITERIO DE DAÑO EN ESTRUCTURAS.

Fuente: T. William Lambe y Robert V. Whitman.

2.7. DAÑO ESTRUCTURAL. Para determinar las condiciones reales de una estructura existente, las causas del daño y el posterior diseño de rehabilitación y/o reforzamiento, no existe un procedimiento definido menos aun normas al respecto; por lo tanto, para lograr un estudio de evaluación y reforzamiento satisfactorio, se requiere de sólidos conocimientos de ingeniería geotécnica y estructural más allá del ámbito de los códigos. En la presente tesis, se trata de aplicar de manera práctica los estudios y planteamientos desarrollados a través de los últimos tiempos, sobre la metodología de evaluar edificaciones afectadas por cualquier suceso ocurrido en su vida útil. Para evaluar las viviendas de la Urbanización, se empleó un modelo de apreciar los daños, basados en la denominada gradación de daños, considerando como ESTADO DE DANOS a las fallas que representan los elementos de acuerdo a su importancia y ubicación, y GRADO DE DAÑO a la magnitud del daño observado en forma global.

2.7.1. ESTADO DE DAÑOS. Consideramos daños que presenten los elementos estructurales, se define los siguientes estados de las viviendas. Se evalúa con gradación es de tipo cualitativo y considera la importancia estructural del elemento afectado: Estado 1: Asentamientos diferenciales leves (menor a 2.5 cm). Estado 2: Asentamientos diferenciales medianos (3 a 5 cm). Estado 3: Asentamientos diferenciales graves (6cm a más). 2.7.2. GRADOS DE DAÑOS. De acuerdo a la magnitud del daño observado en forma general se tiene: Grado 1: Daño leve (hasta aproximadamente el 10% del total) Grado 2: Daño mediano (aproximadamente entre el 10% y 30% del total) Grado 3: Daño Grave (aproximadamente entre el 30% y 50% del total) Grado 4: Daño Muy Grave (aproximadamente sobre el 50% del total) Todas las edificaciones dañadas son factibles de repararse, salvo que tenga un alto grado de destrucción. El reparar viviendas nos da la posibilidad de evaluar e interpretar los daños que permita se logren nuevas técnicas, a la vez que permita reducir su grado de vulnerabilidad. 2.8. MARCO CONCEPTUAL. ASENTAMIENTO DIFERENCIAL: Máxima diferencia de nivel entre, dos cimentaciones adyacentes de una misma estructura. CAPACIDAD DE CARGA: Presión requerida para producir la falla de la cimentación por correr (sin factores de seguridad). CARGA ADMISIBLE, qadm: La carga admisible de un suelo es la máxima presión bruta permisible en el terreno en cualquier caso dado, tomando en consideración la máxima

capacidad segura de apoyo, la cantidad estimada y velocidad de asentamiento que ocurrirá, y la capacidad de la estructura para soportar estos asentamientos. CARGA ÚLTIMA DE APOYO, qu: Es el valor de la intensidad de carga a la cual el terreno falla en corte. CIMENTACIÓN: Se entiende por cimentación a la parte de la estructura que transmite las cargas al suelo. Cada edificación demanda la necesidad de resolver un problema de cimentación. CIMENTACIÓN SUPERFICIAL: Aquella en la cual la relación Profundidad/ Ancho. (D/B) es menor o igual a 5, siendo, “D” la profundidad de la cimentación y “B" el ancho o diámetro de la misma. ESFUERZO DE TRABAJO: Es la presión promedio que transmite la cimentación al suelo. ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS (EMS): Conjunto de exploraciones de investigaciones de campo, ensayos de laboratorio y análisis de gabinete que tienen, por objeto estudiar el comportamiento de los suelos y sus repuestas ante las solicitaciones de una edificación. FALLA POR CORTE GENERAL: Se da cuando la carga sobre la fundación alcanza la carga última de apoyo, qu, y la fundación tiene un asentamiento grande sin ningún incremento mayor de carga. FALLA POR CORTE LOCAL: Se da generalmente en terrenos de arena de densidad suelta a media. En este tipo de falla, las superficies de falla, a diferencia de la falla por corte general, terminan en algún lugar dentro del suelo. MÁXIMA CAPACIDAD SEGURA DE APOYO, qs: Es la carga última de apoyo dividida por un factor de seguridad adecuado.

NIVEL FREATICO: Superficie de la zona saturada en rocas o suelo permeables. Cuando la superficie está confinada por rocas impermeables, el nivel freático no existe. PERMEABILIDAD: Es aquel suelo que no es completamente resistente a la entrada de líquidos y gases. PRESIÓN ADMISIBLE: Máxima presión que la cimentación puede transmitir al terreno sin que ocurran asentamientos excesivos (mayores que el admisible). PRESIÓN ADMISIBLE POR ASENTAMIENTO: Presión que al ser aplicada por la cimentación adyacente a una estructura, ocasiona un asentamiento diferencial igual al asentamiento admisible. En este caso no es aplicable el concepto factor de seguridad, ya que se trata de asentamientos. PRESIÓN DE CONTACTO: Carga transmitida por las estructuras al terreno en el nivel de cimentación incluyendo el peso propio del cimiento. PROFUNDIDAD DE CIMENTACIÓN: Profundidad a la que se encuentra el plano o desplante de la cimentación de, una estructura. Plano a través del cual se aplica la carga: referido al nivel del terreno de la obra terminada.

CAPITULO III ASPECTOS TÉCNICOS DE LA INVESTIGACIÓN 3.1. GEOGRÁFIA Y TOPOGRÁFIA. 3.1.1. UBICACIÓN GEOGRÁFICA. La ubicación de la Zona de estudio está a una altitud de 3813.00 m.s.n.m., cuyas coordenadas geográficas son Latitud Sur: 15°50’45” y Longitud Oeste: 70°00’40” (según el Plano de Ubicación, Anexo 04). 3.1.2. UBICACIÓN POLÍTICA. La Ubicación Política es la siguiente: Urbanización

: San Valentín

Distrito

: Puno

Provincia

: Puno

Departamento

: Puno

Región

: Puno

La Urbanización San Valentín se ubica a 500 metros de la Isla Espinar de la ciudad de Puno. 3.1.3. EXTENSION Y LÍMITES. La Urbanización tiene un área de 1.93 Has., según el plano de Lotización. (Ver Planos en Anexo 01), y la delimitación de la zona de estudio es el siguiente. Por el norte : Barrio Cerro Colorado Por el Sur

: Av. Primavera

Por el Este

: Lago Titicaca

Por el Oeste : Barrio Cerro Colorado

Fotografía 3: Imagen Satelital de la zona de estudio “Urbanización San Valentín” de la ciudad de Puno.

3.1.4. TOPOGRAFIA. El relieve topográfico es relativamente plano con una superficie llana; se desarrolla desde la cota 3812.00 m.s.n.m. en la zona entre las manzanas “C” “E”, para ir subiendo paulatinamente hacia el norte alcanzando a la colindancia rocosa del Barrio Cerro Colorado, con una cota de 3820.10 m.s.n.m., donde se ubican edificaciones hasta de cinco niveles sin falla estructural, en cambio por

la zona de la Bahía se encuentran edificaciones con fallas estructurales considerables; asimismo según SENAMHI PUNO el nivel del Lago Titicaca, para el 01 de octubre 2014 la cota se encuentra en 3810.38 msnm. 3.2. HIDROLOGÍA. 3.2.1. MICROCUENCA HIDROGRAFICA. La Urbanización en estudio ubicada al sur de la ciudad de Puno, se encuentra al pie de la micro cuenca Manto - ChanuChanu, con un área de 342.70 Has, equivalente a 3.43 Km2, la longitud del curso principal es de 2.80 Km, la pendiente del curso principal es de 11.20 % (tiene una altura de 313 m). Para poder corroborar la micro cuenca Manto - ChanuChanu, se utilizó la carta nacional 32V - Puno, Hoja II - NE a escala 1/25,000. Según estudios realizados se determinó que durante las épocas de avenida descarga

un

caudal

de

escorrentía

superficial

de

7.00

m3/seg.

Aproximadamente, en un área receptora 342.70 Has. (Micro cuenca Manto ChanuChanu). Por lo que es considerado como uno de los integrantes del sistema hidrográfico del Lago Titicaca; que en épocas de avenida desemboca considerables volúmenes de agua en el Lago Titicaca, a través de muchos drenes los que coinciden generalmente con las calles longitudinales que se extienden en la dirección de la pendiente. (SALAS PALMA, 1992) 3.2.2. HIDROLOGIA SUPERFICIAL. El sistema de drenaje superficial existente en la cuenca Titicaca, es irregular debido a la falta de un curso de evacuación pluvial definido, se ve inundaciones en la parte baja de la cuenca en periodos de lluvia, hay presencia de agua turbia con materiales de acarreo y lodo producto de la erosión. Las lluvias de altas intensidades en los meses de Enero, Febrero, Marzo y parte del mes de Abril, ocasionan la subida del Nivel Freático, debido a que existen terrenos que forman planicies con pendientes mínimas, tal es el caso de la Urbanización.

3.2.2.1. PRECIPITACIONES PLUVIALES. Según estudios la época de lluvias se inicia con mayor frecuencia desde el mes de Diciembre con una precipitación promedio de 84.53 mm y se prolonga hasta el mes de abril con 65.58 mm., alcanzando mayor intensidad en Enero, Febrero y Marzo con 180.10 mm., 163.90 mm. Y 137.99 mm., respectivamente; produciéndose los valores más bajos en los meses de junio, julio con 8.33 mm., 2.86 mm., cada una de ellas. (SALAS PALMA, 1992) 3.2.2.2. CAUDAL MÁXIMO. El método empleado para el cálculo de caudales es el Servicio de Conservación de Suelos SCS-USDA, en la Tabla 2 se muestra el caudal máximo: Tabla 2: CÁLCULO DEL CAUDAL MÁXIMO.

MICRO CUENCA

MANTOCHANU CHANU

ESCORRENTIA METODO DEL BALANCE HIDRICO Precipitació n de diseño P(mm) 39.9

ESCORRENTIA METODO SCS – USDA

Infiltració Escorrentí Numer Infiltració Escorrentí n total a E(mm) o de n a E(mm) (mm) Curvas Potencial N 6

33.9

86

4.135

35.3

ESCOR RENTIA PROME DIO (mm)

34.6

CAUDAL DE DRENAJE METODO DEL SCS-USDA Escorr entia para 24 Hrs

Coefici ente de caudal

Caudal de Diseño m3/seg.

30.5

54

6.996

Fuente: “Hidrología del drenaje superficial de las micro cuencas aledañas a la ciudad de Puno”. Facultad de Ingeniería Agrícola - UNA.

Por consiguiente; caudal máximo en la micro cuenca “Manto-ChanuChanu” es 6.996 m3/seg. 3.2.2.3. ANALISIS DE LOS NIVELES DEL LAGO TITICACA. El área en estudio se encuentra en la Bahía del Lago Titicaca, por tal razón es necesario hacer el estudio de los niveles históricos del Lago en mención. Esta área denominada Zona Altiplánica se caracteriza por el retraso de las precipitaciones pluviales, las cuales ocasionan inundaciones a orillas del Lago y desborde de los ríos que desembocan a este Lago. Un indicador de ello son los niveles máximos o mínimos de agua registrados históricamente en el Lago Titicaca. Para hacer la evaluación se considera un registro de 92 años (19122003) los cuales han sido obtenidos de la Marina de Guerra de Puno. (Tabla 3).

Las fluctuaciones de los niveles del Lago Titicaca están ligados a las precipitaciones pluviales que se presentan en toda la cuenca, así mismo es necesario indicar que en las zonas aledañas al Lago Titicaca, tal es el caso de la Urbanización, el nivel freático fluctúa en función a los niveles que pueda tener el Lago Titicaca por lo que es necesario determinar el periodo de retorno de los máximos niveles alcanzados, esto nos permitirá proveer de alguna manera situaciones extremas que causen inundaciones y dañen las edificaciones de la zona de estudio. La fluctuación del nivel del Lago es afectada en algún grado por la evaporación. Tabla 3: FLUCTUACIÓN DEL NIVEL DEL LAGO TITICACA (1912-2003) N°

C. MAX

C. MIN

N°

AÑOS

C. MAX

C. MIN

1

AÑO S 1912

3809.56

3808.80

47

1958

3809.19

3808.41

2

1913

3809.69

3808.98

48

1959

3809.04

3808.34

3

1914

3809.36

3808.67

49

1960

3809.58

3809.06

4

1915

3809.11

3808.50

50

1961

3809.67

3809.13

5

1916

3808.75

3808.09

51

1962

3810.39

3809.58

6

1917

3808.90

3808.34

52

1963

3811.16

3810.41

7

1918

3809.69

3809.00

53

1964

3810.83

3809.92

8

1919

3809.36

3808.75

54

1965

3810.41

3809.63

9

1920

3810.37

3809.61

55

1966

3809.95

3809.14

10

1921

3810.73

3809.82

56

1967

3809.47

3808.68

11

1922

3810.17

3809.56

57

1968

3809.46

3808.84

12

1923

3810.63

3809.87

58

1969

3809.37

3808.39

13

1924

3810.07

3809.21

59

1970

3809.07

3808.34

14

1925

3810.37

3809.61

60

1971

3809.32

3808.48

15

1926

3809.97

3809.16

61

1972

3809.16

3808.43

16

1927

3809.77

3808.90

62

1973

3806.83

3808.90

17

1928

3809.41

3808.71

63

1974

3810.31

3809.57

18

1929

3809.55

3808.77

64

1975

3810.60

3809.92

19

1930

3809.85

3809.33

65

1976

3810.94

3810.08

20

1931

3810.27

3809.30

66

1977

3810.67

3809.95

21

1932

3810.83

3809.97

67

1978

3810.88

3810.27

22

1933

3811.06

3810.03

68

1979

3811.13

3810.29

23

1934

3811.00

3810.02

69

1980

3810.78

3809.99

24

1935

3810.65

3809.58

70

1981

3810.98

3810.25

25

1936

3809.80

3808.87

71

1982

3810.90

3810.17

26

1937

3809.66

3808.76

72

1983

3810.15

3809.18

27

1938

3809.03

3808.18

73

1984

3810.88

3810.15

28

1939

3808.91

3808.19

74

1985

3811.25

3810.65

29

1940

3808.33

3807.33

75

1986

3812.47

3811.28

30

1941

3807.69

3806.87

76

1987

3811.00

3810.50

31

1942

3807.26

3806.47

77

1988

3810.95

3810.20

32

1943

3806.71

3806.10

78

1989

3810.82

3810.12

33

1944

3806.99

3806.34

79

1990

3810.26

3809.63

34

1945

3807.07

3806.39

80

1991

3810.07

3809.36

35

1946

3807.12

3806.57

81

1992

3809.62

3808.80

36

1947

3808.01

3807.25

82

1993

3809.28

3808.77

37

1948

3807.94

3807.36

83

1994

3809.56

3808.90

38

1949

3808.75

3808.22

84

1995

3809.25

3808.43

39

1950

3809.05

3808.34

85

1996

3808.87

3808.12

40

1951

3809.14

3808.46

86

1997

3809.37

3808.71

41

1952

3809.11

3808.31

87

1998

3809.04

3808.19

42

1953

3809.02

3808.35

88

1999

3808.95

3808.29

43

1954

3809.80

3809.21

89

2000

3809.00

3808.29

44

1955

3810.18

3809.44

90

2001

3810.21

3808.35

45

1956

3810.02

3808.87

91

2002

3810.41

3809.55

46

1957

3809.18

3808.41

92

2003

3810.95

3809.97

Fuente: Marina de Guerra del Perú – Puno PROMEDIO:

3809.68

DESV. ESTÁNDAR :

1.103

NIVEL MAXIMO :

3812.47

NIVEL MINIMO:

3806.10

En la Tabla anterior se observa claramente periodos secos, como periodos húmedos. Así en el periodo seco 1942-1944 el nivel se mantuvo por debajo de la cota 3807m.s.n.m. durante cerca de 30 meses consecutivos, mientras que durante el periodo húmedo de 1986-1987 el nivel del Lago supero la cota 3811 m.s.n.m. durante 21 meses consecutivos; no superada en los 74 años anteriores.

Estas

características

estrechamente

relacionadas

con

el

comportamiento de las precipitaciones y el escurrimiento pluvial, tiene repercusiones muy grandes. 3.2.3. HIDROLOGIA SUBTERRANEA. El agua es uno de los factores más importantes en la resistencia, compresibilidad y cambios de volumen del suelo. Aunque el agua está presente en todos los suelos, el termino agua subterránea está reservado para una

masa continua de agua bajo tierra que llena los poros del suelo y que puede moverse libremente por efecto de la gravedad. Al Ingeniero Geotécnico le compete el estudio del agua subterránea, cuando resuelve

problemas

de

suministro

de

aguas,

drenaje,

excavaciones,

cimentaciones y control de movimiento de tierra. En una zona de pendiente mínima se perfora un pozo vertical, el agua de la napa llega al pozo y el nivel dentro de este se estabiliza, alcanzando el mismo nivel del agua en la napa, el mismo que varía según la época del año. Para determinar el nivel freático, en las excavaciones realizadas se ha esperado un tiempo determinado de tal manera que se estabilice este. En tal sentido el área de estudio, ubicado a orillas del Lago Titicaca, tiene el nivel freático similar al nivel del Lago; encontrándose el nivel del Lago a 3810.38 msnm., a continuación se describe el nivel freático en cada sondaje ejecutado para la presente tesis: Sondaje C-1: En el “Lote A-5” se ejecutó una calicata a cielo abierto observándose el nivel freático a 3810.85 m.s.n.m. Sondaje C-2: En el “Lote E-7” se realizó una calicata a cielo abierto, donde se pudo observar el nivel freático a 3810.58 m.s.n.m. Sondaje C-3: En el “Lote C-19” se ejecutó una calicata a cielo abierto, donde se determinó el nivel freático a 3810.54 m.s.n.m. 3.3. GEOLOGÍA. 3.3.1. GEOLOGIA REGIONAL. La situación geológica de la región Puno, está controlada por la depresión altiplánica entre la cordillera Volcánica (occidental) y la cordillera de Carabaya (oriental) en la que se ha emplazado el Lago Titicaca, formándose así la cuenca de Puno de situación volcánica en periodo de calma.

3.3.2. GEOMORFOLOGÍA Se basa en el análisis de la topografía del lugar y la explicación de las geo formas. El área de estudio forma parte de la unidad geomorfológica regional denominado “Altiplano”. El Altiplano es una gran cuenca intramontañosa de los Andes Centrales del Perú, Bolivia y Argentina, delimitada por una divisoria de aguas conformada por la cordillera volcánica (occidente) de varios pisos altiplánicos y la cordillera de Carabaya (oriental) compuesta por levantamientos tectónicos de rocas metamórficas, sedimentarias e intrusivas coronadas con extensos glaciares, que tiene de sur a norte, unos 300 Kilómetros, por 200 Km de ancho, aproximadamente. En su parte central se localiza el Lago Titicaca, que tiene una superficie de 8,380 Km2 de los cuales 4,996.28 Km2 pertenecen al Perú; con una altitud que varía entre los 3800.00 a 4000.00 m.s.n.m. La depresión central que ocupa el Lago Titicaca ha formado una zona circunlacustre con cadenas montañosas bajas y taludes, razones por las que se encuentra influenciada por las características climáticas e hidrológicas circunlacustres. En el área altiplánica hacia la bahía del Lago, el relieve es empinado a medianamente empinado, que permite el incremento de la escorrentía, la erosión del suelo y el afloramiento de rocas. Los puntos más altos de la cuenca corresponden a los afloramientos rocosos volcánicos de origen reciente y resistentes (4500.00 m.s.n.m), luego los de origen sedimentario, seguido de los depósitos recientes que llegan a niveles de la cota del lago (3812.00 m.s.n.m). 3.3.3. LITOLOGÍA. El estudio geológico debe reconocer los diferentes tipos de roca que existen en el

lugar,

sus

contactos,

estructuras,

características

de

alteración

y

fracturamiento. Se distinguen rocas cuyo rango en edad es desde el Mesozoico hasta el Reciente como se puede apreciar en la Tabla 3.

Los afloramientos que ocupan mayores extensiones pertenecen a rocas del Cenozoico, luego en orden decreciente el Mesozoico. Su distribución está controlada por la depresión altiplánica entre la Cordillera Occidental Volcánica y la Oriental metamórfica-sedimentaria, bordeando la orilla circunlacustre donde se ha emplazado el Lago Titicaca. Tabla 4: ESCALA DEL TIEMPO GEOLÓGICO - LITOLÓGICO ERA

SISTEMA

SERIE

GRUPO/FORMACION

SIMBOLOGIA

CUATERNARIO

HOLOCENO

Sedimentos no consolidados

Q-al

PLEITOCENO

Depósitos pluvio glaciares

CENOZOICO

NEOCENO TERCIARIO

MESOZOICO

CRETACEO

Grupo Tacaza

PALEOCENO

Grupo Puno

Lavas Andesiticas Areniscas Conglomerados

T-ta y

PALEOCENO Form. Ayabacas Calizas grises

T-pu

K-ay

Fuente: Torrijo Echarri & Cortés Gimeno, 2007

 ROCAS SEDIMENTARIAS. Comprende las formaciones geológicas sedimentarias que afloran en toda la micro cuenca. a. Formación Calizas-Ayabaca (Cenomaniana - Turoniano) (K-ay) Deriva su nombre de la localidad de Ayabacas en el cuadrángulo de Juliaca, en la carretera Juliaca-Taraco, corresponde a una secuencia sedimentaria conformada por calizas de color gris claro con variaciones a gris violáceo, intercalada por lutitas rojizas. Las capas de caliza dentro de la formación son generalmente gris claro a oscuro, masivas, lajosas o finamente laminadas. En la ciudad de Puno las calizas se presentan intercaladas con lutitas, margas, dolomitas, en potentes estratos de colores grises y beis representados por los cerros Azoguine al Oeste, Huajje, Catahuine. Es común observar las capas de calizas y se pueden distinguir agujeros rellenados con calizas gris clara dentro de una caliza de color más oscuro y textura ligeramente más gruesa, representada por la Isla Esteves, Llavini, Azoguini, Huajsapata, Isla Espinar, Chejona. También se encuentran en la Isla

Esteves, venas delgadas de dolomita color marron-naranja paralelas a la estratificación y restringidas a una capa de 20 cm. de grosor. En azoguine las calizas están mineralizadas con cobre, plata y mercurio; por lo que se considera un núcleo de contaminación mineralógica de suelos y aguas. En la zona de los cerros Pucara, Munaypata-Quiviani, las calizas tienen similitud a las de Azoguine, donde colinas estables. Las rocas de origen sedimentario se han emplazado durante el MesozoicoCretaceo Medio, b. Grupo Puno (T-pu) Constituido principalmente de areniscas arcosicas, que se encuentran intercaladas por conglomerados comunes, limonitas, calizas y horizontes de tufos, predominan los colores rojizos. Aflora en el Altiplano y la Cordillera Occidental a lo largo de dos tramos principales, una se extiende con una orientación NO-SE a lo largo del margen occidental del Lago Titicaca y la otra ocupa los ejes del sinclinal Mañazo y la depresión de lagunillas, definiendo una faja ubicada al NO de la ciudad de Puno y dentro del área del proyecto, el grupo aflora al sur de la ciudad de Puno (cerro Salohuani, Pitiquilla, faldas del cerro Negro Peque y Huayllune, orillas del Lago Titicaca). En general los conglomerados del Grupo Puno contienen una variedad de clastos, los cuales incluyen calizas grises, cuarcitas y areniscas rojas, limolitas, venas de cuarzo, dioritas, micro dioritas y una selección de volcánicos andesiticos basálticos. En el tope de Cancharani se presenta una influencia volcánica de tobas o conglomerados con una matriz tobacea de color gris blanquecino a verdoso. Cerca al Abra de Cancharani en el contacto con el VolcanicoTacaza, el conglomerado

presenta

gravas

subredondeadas

a

redondeadas

de

estratificación gradada y matriz limosa. La edad del Grupo es incierta, pero las evidencias disponibles sugieren que es posterior a la formación Ayabaca: por tal razón se estima que la sedimentación del Grupo Puno ocurrió durante el Terciario Inferior a Medio.  ROCAS IGNEAS PLUTONICAS Y VOLCANICAS.

En el presente estudio se reconocen tres fases importantes de vulcanismo identificado como: Fase Tacaza (35-17 m.a.), Fase Sillapaca (14 m.a.) y Formación Granodioritica. a. Formación Granodioritica (Kt-gd). Esta formación ígnea instruyo las unidades sedimentarias del Cretáceo y Terciario, estos afloramientos constituyen la Isla Espinar, Isla Chulluni y parte de la Isla Esteves formando colinas rocosas duras y estables de color rosado verdoso, de grano fino a medio, con fenocristales de ortoclasa y plagioclasas, biotitita, hombleda y otros minerales compuestos de cuarzo, feldespato y ferro magnesiano de color rosáceo a gris. En la Isla Esteves el intrusivo, está en contacto fallado con las Calizas Ayabacas, la distribución aislada parece indicar la existencia de un sistema de bloques fallados levantados (Horts) en la depresión tectónica del Lago Titicaca. En el área del Cerro Huaynapucara cerca al barrio Chejoña, el intrusivo es una diorita de color verde grisáceo con bastante contenido de biotita, plagioclasas y caliza formando pequeños aflorantes, con la parte superior muy alterado por intemperismo. b. Grupo Tacaza (T-ta). El nombre proviene de la Mina Tacaza, ubicada en el Cuadrángulo de Lagunillas. El Grupo Tacazaesta Constituido por una secuencia de lavas y brechas andesiticas de color gris pálido a verde, con cuerpos daciticos, basalticos de diversos colores (grises, verdes, marrones, negros y rojizos) y depósitos andesiticos, con estructuras masivas, brechosas que afloran en toda la parte alta de la ciudad (colmas) de Noroeste a Sureste. Esta zona estuvo expuesta a efusiones ígneas volcánicas a través de fisuras alineadas en el borde sur occidental del actual Lago Titicaca; dando lugar a extensos derrames y emplazamientos volcánicos, en la micro cuenca, representados por los cerros Negro Peque, Cancharani, Putina, Pinquillune y Huaylloco. Estos cerros constituyen los cuerpos volcánicos de efusión a partir de los cuales se extendieron los derrames lávicos, tufaceos y brechosos.  DEPÓSITOS CUATERNARIOS (q) Comprende los sedimentos del Cuaternario al Reciente y se dividen en residuales (fluvio-aluvial) y transportados (unidades lacustre), los segundos

están conformados por depósitos coluviales, aluviales y lacustres, que se han formado desde la última glaciación y que continúan formándose actualmente. a. Depósitos

Coluviales-Aluviales.

Son

Materiales

transportados

y

depositados por el agua. (TORRIJO ECHARRI & CORTÉS GIMENO, 2007, pág. 215) Comprende los depósitos existentes en los fondos de los valles, llanuras esparcidas sobre el Altiplano, cerrando al Lago Titicaca, siendo los más representativos Aziruni, Jayllihuaya, Salcedo, parte baja de El Manto, centro urbano de la ciudad de Puno, barrio Vallecito y 4 de Noviembre, Llavini. Estos depósitos están constituidos por arcillas y limos, arenas y gravas no consolidadas, todos ellos incluyen sedimentos coluviales (depósitos formados por derrumbes de laderas). Constituyen suelos agrícolas y materia prima para la fabricación de ladrillos en salcedo. En las quebradas descendentes de los cerros Llallahuani, Viscachune, Machallata y el Manto hacia la Bahia interior, se encuentran depósitos coluvio aluviales de buen espesor, inconsolidados. En general está constituido por fragmentos heterogeneos angulosos o subangulosos de rocas de diferente naturaleza en una matriz areno-arcillosa de color marrón a rojizo predominante, verde a plomizo

– amarillento

esporádicamente; se encuentra en las partes altes y faldas de los cerros que circundan a la ciudad de Puno, varía según la naturaleza geológica de la roca madre. b. Depósitos Lacustres. Son sedimentos de grano fino, predominando los limos y las arcillas. Los principales problemas geotécnicos están en relación con su contenido de materia orgánica, siendo en general suelos blandos a muy blandos. (TORRIJO ECHARRI & CORTÉS GIMENO, 2007, pág. 18) Constituido por material fino (arcillas limosas con intercalaciones de lentes de gravas), que han sido depositados por las corrientes lacustres, los canales (rio willy).

La sedimentación ha producido la colmatación en gran parte de la bahía de Puno, produciendo la separación de la Bahía Interior donde la sedimentación es más avanzada. Estos depósitos litológicos sustentan el desarrollo de la totora y la formación de las Islas Flotantes; en las que predomina la acumulación y descomposición de la materia orgánica. 3.3.4. GEOLOGÍA ESTRUCTURAL. La geología estructural permite conocer la distribución y posición de los horizontes rocosos (dirección, buzamiento, pliegues, etc.) las discontinuidades de los macizos o capas rocosas. El área de estudio está ubicada casi en el eje central de la fosa tectónica del Titicaca, entre las Cordilleras Oriental y occidental, desarrollada durante y después de las efusiones volcánicas asociadas al tetanismo de esa época, a partir de ello podemos indicar que la micro cuenca de Puno se encuentra en el borde Nor Oriental de la zona de vulcanismo desarrollada en la parte central del altiplano. Debido a la fuerte actividad tectónica sufrida en el Altiplano durante el Cretáceo Superior, se observa una diversidad de rasgos estructurales, siendo el actual un periodo de calma tectónica y volcánica, por lo que el área nene una relativa estabilidad, los rasgos estructurales en la zona de estudio son los siguientes: a. Callamientos: La disposición estructural de las unidades litológicas sedimentarias muestran un acomodo en bloques fallados, asociados a la época cretáceo terciario con dirección NO - SE. La configuración interior de la Bahía interior de Puno y la micro cuenca, tienen relación con el sistema de fallamiento. Es importante destacar que las fallas interpretadas no son activas, pero si constituyen zonas de debilidad donde se concentran los procesos de erosión. b. Plegamientos: En las rocas sedimentarias del grupo Puno y las calizas Ayabacas

se

manifiestan

características

de

plegamientos,

donde

el

conglomerado del grupo Puno esta sobre las calizas Ayabacas. Las calizas Ayabacas están bastante plegadas.

c. Diaclasamiento: En la zona de la micro cuenca de la ciudad de Puno los afloramientos rocosos están bastante diaclasados, los sectores más críticos son el barrio Machallata, Alto Bella vista y Huajje, donde la caliza Ayabaca está muy alterada e intemperada. El volcánico Tacaza manifiesta, fracturamiento o diaclasamiento en bloques grandes, con juntas paralelas, perpendiculares y diagonales. La arenisca y conglomerado Puno están diaclasados formando bloques con desprendimientos frecuentes en los sectores de Salcedo, Azoguine, Jayllihuaya. d. Edificación estructural: Se diferencian dos ámbitos bien distintos: la parte baja circunlacustre tiene una estructura sedimentaria en bloques con diversas orientaciones, que favorece la estabilidad de taludes a excepción de áreas de fuerte desgaste. Por otro lado, la parte alta y la meseta alto andina es homogénea, por la cubierta volcánica y los cuellos volcánicos. 3.3.5. GEOLOGIA LOCAL DEL AREA EN ESTUDIO. La geología se manifiesta en dos grandes campos de actuación. El primero: corresponde a los proyectos y obras de ingeniería donde el terreno constituye el soporte, el material de excavación o de construcción, dentro de este ámbito se incluyen las principales obras de infraestructura. La participación de la geología en estas actividades es fundamental al contribuir a su seguridad y economía. El segundo: campo de actuación se refiere a la prevención, mitigación y control de los riesgos geológicos. 3.3.5.1. GEOMORFOLOGÍA. El área de estudio está enmarcado sobre una geoforma de penillanura, que pertenece a la zona baja de la micro cuenca y bahía circundante, de topografía plana, donde se encuentra concentrada parte de la población de la ciudad de Puno. Se observa que la colindancia Noroeste de la Urbanización está compuesta por afloramientos de rocas sedimentarias de areniscas, conglomerados y calizas,

mientras que en el resto de la zona de estudio se distingue suelos aluviales, constituido de arenas y arcillas limosas de color marrón a gris oscuro. 3.3.5.2. LITOLOGÍA. Los conglomerados del Grupo Puno se extienden con una orientación NO-SE a lo largo del margen occidental del Lago Titicaca conteniendo una variedad de clastos, los cuales incluyen areniscas rojas, limolitas. El área de estudio está compuesta de sedimentos que comprenden depósitos de arcillas, limos y gravas, depositados por flujos de agua, por efecto de derrumbes, desarrollado durante el Cenozoico - Cuaternario Reciente. La urbanización colinda por el Noroeste con rocas de origen sedimentario conformado por calizas de color gris oscuro a gris violáceo intercalado por lutitas rojizas, fangositas rojizas, siendo de formación Caliza – Ayabaca mediante el Mesozoico - Cretáceo Medio. Por consiguiente el área de estudio forma parte de unidades estratigráficas como son formación aluvial y lacustre. 3.4. SISMICIDAD. Algunos fenómenos por ser de lento desarrollo, no los podemos percibir tan fácilmente, como la deriva de los continentes, que causa movimientos relativos en las placas geológicas, de apenas unos pocos centímetros por año. En la actualidad estos movimientos son medidos con bastante precisión mediante satélites. Por ejemplo las placas Nazca y Sudamérica, frente a la costa oeste del Perú, se acercan la una a la otra a razón de aproximadamente 9 cm / año. La superficie de la tierra se encuentra en permanente transformación. Cuando la enorme energía que acumulan los movimientos relativos de las placas se libera súbitamente, genera sismos que se propagan espacialmente en todas direcciones. Las ondas sísmicas se amplifican en diverso grado; si los suelos son sueltos y húmedos, las ondas sufren un gran incremento. Igualmente, si el hombre construye viviendas vulnerables, estas colapsan y causan la muerte de sus ocupantes.

Son los grandes terremotos los que permiten evaluar el comportamiento de las edificaciones de cada lugar bajo condiciones severas y permiten así ajustar los procedimientos de diseño y construcción. 3.4.1. EFECTOS SISMICOS EN LAS EDIFICACIONES. La vulnerabilidad sísmica de las edificaciones, de acuerdo a sus propias características, podrá ser deducida de acuerdo al grado de daños que han sufrido los numerosos edificios que han sido analizados, en función del peligro sísmico de la zona. El movimiento sísmico del suelo se transmite a los edificios que se apoyan sobre este. La base del edificio tiende a seguir el movimiento del suelo, mientras que, por inercia, la masa del edificio se opone a ser desplazado dinámicamente y seguir el movimiento de su base. Se generan entonces las fuerzas de inercia que ponen en peligro la seguridad de la estructura. Se trata de un problema dinámico que, por la irregularidad del movimiento del suelo y por la complejidad de los sistemas constituidos por las edificaciones, requiere de grandes simplificaciones para ser objeto de análisis como parte del diseño estructural de las construcciones. El movimiento de suelo consta de vibraciones horizontales y verticales, las primeras resultan en general más críticas. En consecuencia, se debe establecer requisitos mínimos para que las edificaciones tengan un adecuado comportamiento sísmico, con el fin de reducir el riesgo de pérdidas que lamentar y posibilitar que las edificaciones puedan seguir funcionando durante y después de un sismo. 3.4.2. INFLUENCIA DE LAS PROPIEDADES DEL SUELO. Al aplicar las especificaciones dadas por la Normas Técnicas de Edificación E.030 Diseño Sismo resistente, se toma en cuenta que nuestro territorio nacional está dividido en tres zonas. La zonificación propuesta se basa en la distribución espacial de la sismicidad observada, a cada zona se asigna un factor Z según se indica en la “Tabla 1 de

la NTE E.030”. Este factor se interpreta como la aceleración máxima del terreno con una probabilidad de 10% de ser excedida en 50 años. El área de estudio se ubica en la zona 2, a partir del cual se obtiene los siguientes parámetros que deben ser tomados en cuenta en la evaluación de las viviendas de albañilería confinada: a) Método General para la Determinación de las Fuerzas Sísmicas Horizontales Inicialmente se determina la fuerza horizontal o cortante total en la base de la estructura. Según esta norma la fuerza sísmica basal-estática equivalente sobre una edificación es: 𝑉=

𝑍. 𝑈. 𝐶. 𝑆 𝐶 𝑃, ≥ 0.125 𝑅 𝑅

Donde; V = Fuerza horizontal o cortante basal en la base del edificio Z = Factor de zona, “Tabla 1 de las NTE E.030”: En la Urbanización, la zona es 2 y Z=0.30 U = Factor de uso e importancia, “Tabla 3 de las NTE E.030”: edificaciones comunes categoría C y U=1.0 S = Factor de suelo, “Tabla 2 de las NTE E.030”: Perfil tipo S3: Suelos Flexibles con Tp=0.9, S=1.40 C = Factor de amplificación sísmica dado en el “Cap. 2, Art. 7 de la NTE. E.030”: viene a ser el factor de amplificación de la respuesta estructural respecto a la aceleración en el suelo:

𝑇𝑝 𝐶 = 2.5𝑥 ( ) 𝑇

𝐶 ≤ 2.5

Dónde: Tp = Periodo de vibración para cada tipo de suelo (tabla N°2 del Cap. 2, de la NTE. E.030) T = Periodo fundamental de la estructura para cada dirección, dado en el (Cap. 4, Art. 17.2, de la NTE. E.030) 𝑇𝑥 =

ℎ𝑛 2.80 ℎ𝑛 2.80 = = 0.05 ; 𝑇𝑦 = = = 0.05 𝐶𝑇 60 𝐶𝑇 60

Dónde: CT = 60, para estructuras de mampostería, cuyos elementos sismorresistentes sean fundamentalmente muros de corte. h0 =Altura total de la edificación (m): h0=2.80 m. Entonces: 0.9 𝐶 = 2.5𝑥 ( ) = 45 0.05 Asumimos C=2.5 como C < 2.5 R = Coeficiente de reducción de fuerza sísmica, dado en el “Cap. 3, Tabla 6, de la NTE. E.030”: R=6 (sobre los muros estructurales actúa por lo menos el 80% del cortante en la base) P = Peso de la edificación, dado en el “Cap. 4, Art. 16.3 de la NTE. E.030”: El peso P se calculara adicionando a la carga permanente y total de la edificación un porcentaje de la carga viva o sobrecarga, es decir: En edificaciones de la categoría C, se considera el 25% de la carga viva. P=CM+25%CV NIVEL

CARGA MUERTA (kg) 25% DE CARGA VIVA (kg) CM + 25%CV (kg)

1er. Entrepiso

24,664.85

1,504.38

Total

26,169.23 26,169.23

Por consiguiente se tiene una fuerza horizontal: 𝑉=

𝑍. 𝑈. 𝐶. 𝑆 0.3 ∗ 1 ∗ 2.5 ∗ 1.4 𝑃= ∗ 26.17𝑇𝑛 = 4.58𝑇𝑛 𝑅 6 𝐶𝑜𝑚𝑜:

𝐶 2.5 = = 0.42 ≥ 0.125 𝑅 6

b) Distribución de la Fuerza Sísmica en Altura La fuerza horizontal o cortante “V” en la base calculada en cada dirección se ha distribuido en la altura de la edificación según la ecuación:

𝐹𝑖 =

𝑃𝑖 ℎ𝑖 𝑉 𝑛 ∑𝑖=1 𝑃𝑖ℎ𝑖

↔ 𝑇 < 0.7

Dónde: Pi=Peso en cada piso. Hi=Altura de cada piso a la base V= Fuerza horizontal total Nivel

Pi (kg)

1

26,169.23

h, (m) Pihi (kg.m) Fi(Ton.) 2.80

73273.84

4.58

% 100.00

Sumatoria = 73,273.84

CAPITULO IV ESTUDIO GEOTÉCNICO 4.1. ESTUDIO DE SUELOS. El estudio de suelos incluye generalmente un programa de exploración del subsuelo, observaciones del nivel freático, recuperación de muestras para su estudio mediante ensayos de laboratorio Los métodos de exploración y ensayos de laboratorio, exigen a realizar una exploración preliminar del terreno con el fin de adaptar el programa de exploración a las condiciones del suelo y al tamaño del proyecto. Según la norma E-050 SUELOS Y CIMENTACIONES del Reglamento Nacional de Construcciones se tiene los siguientes procedimientos. 4.2. PROGRAMA DE INVESTIGACION DEL SUELO. Las viviendas de la urbanización con asentamientos excesivos ponen en evidencia las zonas críticas, lo que hace posible planear la exploración de suelos, teniendo en cuenta que esta exploración debe prever información suficiente de los suelos para evaluar los daños estructurales de dichas viviendas y por otro lado, para soportar las cargas de la vivienda familiar

modelo, mediante un tipo de cimentación adecuado, con factores de seguridad adecuados sin que ocurran asentamientos perjudiciales. 4.3. INFORMACION PREVIA PARA LA INVESTIGACION DEL SUELO. La necesidad de realizar un estudio detallado, nos obliga a obtener la siguiente información, basada en el Reglamento Nacional de Edificaciones en su Capítulo de Suelos y Cimentaciones. 4.3.1. DEL TERRENO A INVESTIGAR. La topografía del lugar de estudio es llana, la superficie del terreno presenta un suelo completamente mixto, debido a que el relleno está conformado por material de las laderas de los cerros que delimitan la ciudad de Puno, además de algunos pedazos de ladrillos, concreto. Luego de haber investigado la geología del lugar de estudio, se puede decir que es una zona de depósitos cuaternarios, representada por depósitos aluviales y lacustres constituidos por arenas, limos y arcillas limosas de color marrón a gris oscuro, depositados por flujos de agua, por efecto de derrumbes de laderas, desarrollado durante el Cenozoico. Historial del lugar; hace 17 años atrás, se han construido viviendas de 1 nivel, en algunos Lotes, después de rellenar con material de las laderas de los cerros de la ciudad de Puno mezclado con material procedente de demoliciones en proporciones mínimas, al cabo de uno a dos años se ha observado que dichas estructuras presentan fallas debido a asentamientos mayores a los permitidos, como se puede ver en las fotos, dichas viviendas cuentan con servicios de agua, desagüe y energía eléctrica. Es importante mencionar que el nivel freático se encuentra a escasos metros del nivel del terreno natural (0.20 -1.00 m) en épocas de lluvia. 4.3.2. DE LA OBRA A CIMENTAR. En la Urbanización “San Valentín” se construyeron viviendas familiares de un nivel de albañilería confinada, el área de construcción es de 42m2 aproximadamente por cada Lote.

Las viviendas de la urbanización son clasificadas por el Tipo de Edificación mediante la tabla N° 2.1.2 (pág. 31) de las Normas Técnicas de Edificación N.T.E. E.050 Suelos y Cimentaciones, como tipo B, porque tiene muros portantes con 3.85m de distancia máxima entre los confinamientos verticales (columnas).

Fotografía 4: Se aprecia asentamiento diferencial y grietas desde la losa a la cimentación en la vivienda del Lote C-19 de la Urbanización San Valentín.

4.4. PROGRAMA DE INVESTIGACIÓN MÍNIMO. La Norma Técnica de Edificación E.050 SUELOS Y CIMENTACIONES en el inc. 2.3.2a considera que para un Programa de Investigación Mínimo requerido por un estudio de mecánica de suelos, se necesita que se cumplan las condiciones dadas a continuación: 4.4.1. CONDICIONES DE FRONTERA. Consiste en la comprobación de las características del suelo, supuestamente iguales a los terrenos colindantes ya edificados. Serán de aplicación cuando se cumplan simultáneamente las siguientes condiciones: a. “No existen en los terrenos colindantes, grandes irregularidades como afloramientos rocosos, fallas, ruinas arqueológicas, estratos erráticos, rellenos

o cavidades”. En la zona de estudio y las zonas que colindan a esta son uniformes, de topografía llana, a excepción del terreno ubicado al norte de la urbanización, que tiene poca pendiente y es rocosa. Mientras que dentro del área de estudio, en los Lotes colindantes ya edificados, existen rellenos de diversas características. b. “No existen edificaciones situadas a menos de 100 metros del terreno a edificar que presentan anomalías como grietas o desplomes originados por el terreno de cimentación”. La mayor parte de las viviendas construidas de albañilería confinada, de un nivel, están agrietadas debido a asentamientos excesivos del terreno de cimentación. c. “El tipo de edificación a cimentar es de la misma o de menor exigencia que las edificaciones situadas a menos de 100 m”. Las viviendas que se plantea construir en los Lotes libres, es de mayor exigencia; es decir, de tipo “A”, mientras que las viviendas vecinas son de tipo “B”. d. “El número de plantas del edificio a cimentar, la modulación media entre apoyos y las cargas en estos son similares o inferiores que las correspondientes a las edificaciones situadas a menos de 100 metros”. La vivienda familiar modelo es de 2 niveles, la distancia máxima entre apoyos es de 4.15m, la carga es mayor a las edificaciones vecinas, por consiguiente, no son similares. e. “Las cimentaciones de los edificios situados a menos de 1.00 m y la prevista para el edificio a cimentar son de tipo superficial”. Las viviendas proyectadas son de cimentación superficial. f. “La cimentación prevista para el edificio en estudio no profundiza respecto de las contiguas más de 1.50 m”. 4.4.2. NUMERO “N” DE PUNTOS DE EXPLORACION. Para determinar el número de sondajes no hay normas fijas, porque el espaciamiento depende no solo del tipo de estructura sino también del estrato de soporte que pueda tener profundidades irregulares. Según NTE. E.50 Suelos y Cimentaciones:

La Norma Técnica de Edificación E.050 de Suelos y Cimentaciones, en el inc 2.3.2.b, indica que el número de sondajes se determina en la Tabla 4, en función del tipo de edificio y del área de la superficie a ocupar por este. Tabla 5: NÚMERO DE PUNTOS A INVESTIGAR. Tipo de Edificación

Número de Puntos a Investigar

A

1 cada 225 m2

B

1 cada450m2

C

1 cada 800 m2

Urbanizaciones

3 por cada hectárea de terreno habilitado

Fuente: RNC E-050 Suelos y Cimentaciones.

En vista que en la zona de estudio, actualmente se aplican las cargas de las edificaciones en algunos Lotes, se realizaron los sondajes en las zonas críticas, siendo un total de 3 calicatas, número que según las normas, está dentro del mínimo para Urbanizaciones. 4.4.3. PROFUNDIDAD DE LOS SONDAJES. No es posible establecer reglas para seleccionar una profundidad hasta la cual se debe investigar. En todos los estudios, las perforaciones deberán llegar como mínimo hasta el nivel de mostrar la naturaleza del suelo que será afectada significativamente por la carga de la estructura. Por estas razones se recomienda tener en cuenta lo siguiente: Según la NTE E.050 SUELOS Y CIMENTACIONES: Profundidad “p” mínima a alcanzar en cada punto.  Cimentación Superficial: La profundidad a alcanzar se determinara de la siguiente manera: Edificio sin sótano:

P = Df + Z

Dónde: Df = Es la distancia vertical de la superficie del terreno al fondo de la cimentación, z = 1.5B; siendo B el ancho de la cimentación prevista de mayor área. De lo dicho anteriormente, la profundidad de sondaje, para la cimentación superficial de las viviendas existentes de albañilería confinada, es según la formula P = Df + Z, donde Df = 1m (profundidad del cimiento más el

sobrecimiento), Z = 1.5B, como el ancho de la cimentación es de 0.5m, Z = 1.5x0.5 = 0.75m, por consiguiente, la profundidad del sondaje es de: P = Df + Z

=====>

P = 1.0 + 0.75 = 1.75m

Fotografía 5: Se aprecia la profundidad de excavación de la calicata y la estabilización de la altura de la napa freática.

4.4.4. DISTRIBUCIÓN DE SONDAJES. La distribución de sondajes debe ser tal que se pueda tener la mayor información

posible

del

terreno.

Según

NTE

E.050

SUELOS

Y

CIMENTACIONES; Se distribuirán uniformemente en la superficie del terreno y por lo menos el 70% de los puntos caerán dentro de la superficie a ocuparse con la edificación. En el área de estudio, se ha ejecutado los siguientes sondajes: 3 calicatas a cielo abierto, los cuales han sido distribuidos tomando en cuenta las edificaciones existentes de mayor asentamiento imprevisto. 4.5. CLASIFICACIÓN DE SUELOS. Agrupar suelos por la semejanza en los comportamientos, correlacionar propiedades con los grupos de un sistema de clasificación, aunque sea un proceso empírico, permite resolver multitud de problemas sencillos. Eso ofrece

la caracterización del suelo por la granulometría y la plasticidad. Sin embargo, el ingeniero debe ser precavido al utilizar esta valiosa ayuda, ya que soluciones a problemas de flujos, asentamientos o estabilidad, soportado sólo en la clasificación, puede llevar a resultados desastrosos. (DUQUE & ESCOBAR, 2009) El método Sistema Unificado de Clasificación de suelos S.U.C.S., es el que mejor satisface los diferentes campos de aplicación de Mecánica de Suelos, como edificaciones. Este sistema fue propuesto por Arturo Casagrande como una modificación y adaptación más general a su sistema de clasificación propuesto en el año 1942 para aeropuertos. Esta clasificación divide los suelos en:  Suelos de grano grueso.  Suelos de grano fino.  Suelos orgánicos. Los suelos de granos grueso y fino se distinguen mediante el tamizado del material por el tamiz No. 200. Los suelos gruesos corresponden a los retenidos en dicho tamiz y los finos a los que lo pasan, de esta forma se considera que un suelo es grueso si más del 50% de las partículas del mismo son retenidas en el tamiz No. 200 y fino si mas del 50% de sus partículas son menores que dicho tamiz. Los suelos se designan por símbolos de grupo. El símbolo de cada grupo consta de un prefijo y un sufijo. Los prefijos son las iníciales de los nombres en ingles de los seis principales tipos de suelos (grava, arena, limo, arcilla, suelos orgánicos de grano fino y turbas), mientras que los sufijos indican subdivisiones en dichos grupos.  Suelos gruesos. Se dividen en gravas y arena, y se separan con el tamiz No. 4, de manera que un suelo pertenece al grupo de grava si más del 50% retiene el tamiz No. 4 y pertenecerá al grupo arena en caso contrario.  Suelos finos. El sistema unificado considera los suelos finos divididos entre grupos: limos inorgánicos (M), arcillas inorgánicas (C) y limos y arcillas orgánicas (O). Cada uno de estos suelos se subdivide a su vez según su límite líquido, en dos grupos cuya frontera es Ll = 50%. Si el límite líquido

del suelo es menor de 50 se añade al símbolo general la letra L (low compresibility). Si es mayor de 50 se añade la letra H (hig compresibility). Obteniéndose de este modo los siguientes tipos de suelos: ML: Limos inorgánicos de baja compresibilidad. OL: Limos y arcillas orgánicas. CL: Arcillas inorgánicas de baja compresibilidad. CH. Arcillas inorgánicas de alta compresibilidad. MH: Limos inorgánicos de alta compresibilidad. OH: Arcillas y limos orgánicas de alta compresibilidad. Por consiguiente este es el método que se ha empleado en la clasificación de suelos de la zona de estudio. Las muestras de las calicatas exploradas tienen material que pasa más del 12% por la malla N° 200, por consiguiente, los estratos que conforman el terreno de la zona de estudio son suelos arcillosos y limosos. 4.6. INVESTIGACIÓN DE CAMPO. Después de haber realizado la exploración preliminar de la zona de estudio y haber realizado el programa de investigación, en base a las fallas estructurales de las viviendas, se realizaron los siguientes procedimientos para lograr una exploración satisfactoria. 4.6.1. EXCAVACIÓN A CIELO ABIERTO. La exploración del sub-suelo se realizó en los 3 Lotes, es decir en el Lote A-5, E-7, C-19, para poder obtener muestras alteradas representativas y clasificar los estratos conformantes. Luego en los Lotes mencionados se obtuvo muestras inalteradas de los estratos más desfavorables, siendo estos estratos las arcillas blandas. Para las viviendas existentes la profundidad de sondaje es hasta 1.75m a partir del nivel de cimentación; sin embargo, se ha extraído muestras inalteradas a una profundidad de 3.00m considerando las nuevas construcciones que se va edificar en el futuro en los lotes vacíos.

En el momento de la exploración se tomó en cuenta la humedad de los estratos y la ubicación del nivel freático. 4.6.2.

CONFIGURACION DEL MUESTREO.

De los Lotes A-5, E-7, C-19 se ha extraído muestras alteradas representativas por cada estrato, para la clasificación de suelos, límites de consistencia, contenido de humedad. Las muestras inalteradas obtenidas en cada calicata son de los estratos más críticos de la zona afectada significativamente por la carga de la estructura proyectada.

Fotografía 6: Proceso de obtención de muestras alteradas e inalteradas para los ensayos de clasificación y límites de consistencia.

A continuación se detalla la obtención de muestras por calicata: Tabla 6: OBTENCIÓN DE MUESTRAS INALTERADAS. Calicata

Prof. (m)

Muestra obtenida

Clasificación S.U.C.S.

Ensayos Ejecutados

C-1

2.40

M-2

OH

Corte Directo y Consolidación Unidimensional

C-2

3.50

M-5

OH

Corte Directo

2.90

M-5

OH

Consolidación Unidimensional

2.20

M-3

CH

Corte Directo

C-3

Fuente: Elaboración por los tesistas.

4.6.3. PERFILES ESTRATIGRÁFICOS. Los perfiles geológicos y la determinación de las propiedades de los estratos se han determinado de acuerdo a las investigaciones de campo, es decir 03 exploraciones y a partir de la descripción visual-manual (ASTM D 2488), el cual se adjunta al presente. En base a los trabajos de campo, descripción visual en campo y ensayos de laboratorio, se deduce la siguiente conformación:  CALICATA A CIELO ABIERTO C-1 “Lote A-5”: El nivel freático o tirante de agua se encuentra a 30cm del nivel del terreno natural. El primer estrato hasta 2.03m está conformado por arcilla inorgánica de mediana plasticidad “CL”, color café, saturado con arena, con 62.39% de finos; seguida de un estrato de arcilla orgánica de alta plasticidad “OH”, de color plomo, saturado, en estado blando, con 72.03% de finos hasta 3.05m de profundidad, de donde se hizo el ensayo de Corte Directo y Consolidación.

Fotografía 7: Excavación de calicata 01 en el Lote A-5; a una profundidad de 3.05m, para extracción de muestras alteradas e inalteradas.

 CALICATA A CIELO ABIERTO C-2 “Lote E-7”: El primer estrato hasta una profundidad de 60cm está conformado, según la clasificación SUCS, por arcilla orgánica de baja plasticidad “OL”, de color café con franjas de color gris oscuro, de espesor 8mm., saturado en estado blando porque el nivel freático está a 50 cm del nivel de terreno natural, de este estrato se hizo un ensayo de Corte Directo; en seguida se tiene la presencia de arena arcillosa “SC”, con 17.41% de grava, color café, saturado, en estado semiblando, hasta una profundidad de 1.33m; posteriormente, se tiene el estrato de arcilla orgánica de baja plasticidad “OL”, de color café, con franjas de color café oscuro de espesor 3mm, saturado, en estado blando, hasta 1.80m de profundidad; luego se tiene un estrato de limo inorgánico de alta compresibilidad “MH”, de color plomo oscuro, saturado, en estado blando a semiblando, con 16.91% de arena, hasta una profundidad de 2.75m; continuando con la conformación del perfil, se tiene un estrato de arcilla orgánica de alta plasticidad “OH” de color plomo oscuro, saturado, en estado blando hasta 3.58m, de donde se ejecutó un ensayo de Consolidación Unidimensional.

Fotografía 8: Excavación de calicata 02 en el lote E-7; a una profundidad de 3.58m, para extracción de muestras alteradas e inalteradas.

 CALICATA A CIELO ABIERTO C-3 “Lote C-19”: La profundidad alcanzada es de 3.35m, este perfil está conformado por un estrato de arcilla orgánica de alta plasticidad “OH”, hasta la profundidad de 1,45m de color café con franjas de color café claro, de espesor 3mm, saturado, en estado blando debido a que el tirante de agua está a 30cm del nivel de terreno natural, con las muestras inalteradas de este estrato, se ejecutó un ensayo de Corte Directo; continuando con la conformación del perfil, se tiene un estrato de arena arcillosa “SC” de color café, saturado, en estado semiblando hasta 1.90m de profundidad; en seguida se tiene un estrato de arcilla de alta plasticidad “CH”, color café grisáceo, con franjas de color amarillo, de espesor 5mm, saturado, en estado blando, hasta una profundidad de 3.35m, cabe mencionar que se ejecutó un ensayo de Corte Directo.

Fotografía 9: Excavación de calicata 03 en el lote C-19; a una profundidad de 3.35m, para extracción de muestras alteradas e inalteradas.

4.7. ENSAYOS DE LABORATORIO. Mediante los ensayos de laboratorio es posible definir las características físicas de los suelos y por ende predecir el futuro comportamiento del terreno, bajo cargas. Las muestras obtenidas de las calicatas clasificadas como representativas fueron remitidas al laboratorio con el objeto de identificación y posterior

clasificación según sus propiedades físicas y mecánicas según los ensayos practicados en la presente investigación. 4.7.1. ENSAYOS CONVENCIONALES. En los ensayos que tienden a lograr la identificación de las propiedades del suelo, a partir de los cuales, se puede Clasificar y obtener referencia de su comportamiento mecánico. A partir de los ensayos de análisis granulométrico por tamizado, limites ejecutados en los diferentes estratos de las 3 calicatas a cielo abierto. Hay muchas correlaciones de ingeniería de las propiedades del suelo y de su comportamiento asociadas con el índice de plasticidad. La mayoría de las correlaciones deben ser usadas con cautela, algunas son razonablemente confiables, pero muchas son apenas algo mejor que simples conjeturas.

Fotografía 10: Cuchara de Casagrande para obtener los límites de consistencia en los estratos de las calicatas excavadas.

En la siguiente Tabla 6 se detalla las propiedades mecánicas de los estratos de las 3 calicatas de la Urbanización “San Valentín” con su respectiva clasificación.

Tabla 7: RESUMEN DE PROPIEDADES MECÁNICAS Y CLASIFICACIÓN DE SUELOS. Son-

Estra

Humedad

Densidad

Densidad

Límites de consistencia

Clasif.

% pasa daje

to

natural %

natural gr/cm3

saturada gr/cm3

#200

C-1

M-1

36.15

1.88

1.73

Lte. A-5

M-2

44.60

M-1

34.84

C-2

M-2

37.22

Lte. E-7

M-3

L.L.

L.P.

I.P.

SUCS

62.39

43.00

24.73

18.27

CL

1.68

72.03

72.20

48.64

23.56

OH

1.83

57.68

42.82

27.92

14.90

OL

1.71

48.97

40.58

31.89

8.69

SC

36.23

60.04

38.79

26.35

12.44

OL

M-4

68.89

76.64

52.14

36.26

15.88

MH

M-5

57.49

1.63

71.14

71.51

38.48

33.03

OH

C-3

M-1

45.04

1.69

68.23

52.71

32.89

19.82

OH

Lte. C-19

M-2

29.36

44.75

31.81

18.03

13.78

SC

M-3

50.06

74.82

47.44

27.04

20.40

CH

1.86

1.63

Fuente: Elaboración por los tesistas.

Con los ensayos de Consolidación Unidimensional ejecutados en calicata C-1 “Lote A-5” y en la calicata C-2 “Lote E-7”, se ha definido que los estratos conformantes de los perfiles estratigráficos de las calicatas mencionadas son preconsolidados, como se demuestra en el cálculo de asentamiento por consolidación. 4.7.2. ENSAYOS DE PROPIEDADES MECÁNICAS. Para determinar las propiedades mecánicas del suelo, se requiere de un tratamiento especial empleando diferentes pruebas, como su comportamiento esfuerzo-deformación, la prueba de consolidación, etc. Los ensayos ejecutados en la presente tesis permiten determinar los parámetros para el diseño de cimentaciones. 4.7.2.1. ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL. El procedimiento de prueba de la consolidación unidimensional fue primero sugerido por Terzaghi (1925), la cual se efectúa en un consolidómetro (llamado a veces odómetro).

En el diagrama 3 se aprecia la esquematización de un ensayo de consolidación. El espécimen de suelo se coloca dentro de un anillo metálico con dos piedras porosas, una en la parte superior del espécimen y otra en el fondo. Los especímenes son usualmente de 63.5 mm de diámetro y 25.4 mm de espesor. La carga sobre el espécimen se aplica por medio de un brazo de palanca y la compresión se mide por medio de un micrómetro calibrado. El espécimen se mantiene bajo agua durante la prueba. Cada carga se mantiene usualmente durante 24 horas. Después se duplica la presión sobre el espécimen y se continúa la medición de la compresión. Al final se determina el peso seco del espécimen de la prueba. Diagrama 3: ESQUEMÁTIZACIÓN DEL ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN EN UNA MUESTRA DE SUELO

Fuente: Mauro Poliotti y Pablo Sierra “geología y geotecnia”

Este ensayo se ejecutó con 01 muestra inalterada del 2do. Estrato de la calicata C-1 “Lote A-5” y 01 muestra inalterada M-5 de la calicata C-2 “Lote E7” porque la vivienda de albañilería confinada de un nivel tiene rajaduras en los muros e inclinación del conjunto estructural, debido a asentamientos diferenciales imprevistos. Además cada muestra obtenida es del estrato más crítico de la zona activa de cimentación.

Los datos obtenidos se muestran en mayor detalle en los formatos de cálculo en el anexo N°2: Ensayos de Laboratorio. 4.7.2.2. ENSAYO DE CORTE DIRECTO. La prueba de corte es más antigua y simple. El aparato para la realización de la prueba de corte directo se muestra en la Fotografía 11. El equipo consiste en una caja de corte metálica en la que se coloca el espécimen. Las muestras pueden ser cuadradas o circulares. El tamaño de los especímenes generalmente usados es aproximado de 20 a 25 cm2 transversalmente y de 25 a 30 mm de altura. La caja está cortada horizontalmente en dos partes. La fuerza normal sobre el espécimen se aplica desde la parte superior de la caja de corte. El esfuerzo normal sobre los especímenes debe ser tan grande como 1000 kN/m2. La fuerza cortante es aplicada moviendo una mitad de la caja respecto de la otra para generar la falla en el espécimen de suelo.

Fotografía 11: Equipo con el que se realizó el ensayo de Corte Directo en el Laboratorio de Mecánica de Suelos de la UANCV.

Los ensayos de corte directo realizados con las muestras inalteradas de la zona de estudio, son no consolidado no drenado, donde el corte se inicia antes de consolidar la muestra bajo la carga normal N.

En la zona de estudio se ejecutó 03 ensayos de Corte Directo, distribuidos de acuerdo a las fallas estructurales de las viviendas construidas, se ejecutó el ensayo de Corte Directo con muestras inalteradas saturadas, de consistencia blanda. Las muestras inalteradas obtenidas por debajo del nivel freático son sometidas a ensayos de Corte Directo no consolidado no drenado, donde el corte se inició antes de consolidar la muestra bajo la carga normal. El resumen de los resultados del ensayo de corte directo es el siguiente: Tabla 8: RESUMEN DE VALORES DE ENSAYO CORTE DIRECTO.

Parámetros

Angulo de fricción(ø) Cohesión (c)

C-1 Lote A-5

C-2 Lote E-7

C-3 Lote C-19

Muestra M-2 Prof.

Muestra M-5 Prof.

Muestra M-3 Prof.

2.45m

3.50m

2.20m

15.63°

13.53°

34.99°

0.2502Kg/cm2

0.4497kg/cm2

0.0433kg/cm2

Fuente: Elaboración por los Tesistas.

4.7.3. ENSAYOS QUÍMICOS. La calidad del agua se refiere a las características de esta, que puede afectar su adaptabilidad a diferentes usos, según el tipo y la cantidad de sales disueltas. Las características del agua se deben a la disolución o meteorización lenta de roca caliza y otros minerales transportados por el agua. Para la presente tesis se ha recopilado información de los Análisis Químicos realizados en la ejecución del proyecto “MEJORAMIENTO DE LA CAPACIDAD OPERATIVA

DEL

ARCHIVO

REGIONAL

DE

PUNO”,

ejecutado

por

SECCONSAR SRL. Los resultados del ensayo normalizado para la determinación del contenido de sales solubles en suelos y agua subterránea se refleja en la siguiente Tabla:

Tabla 9: CONTENIDO DE SULFATOS EN SUELOS Y AGUA SUBTERRÁNEA. N° de Muestra

Identificación

Resultado – ppm (partes por millón)

1

C1-M1

170 ppm

2

C1-M2

160 ppm

3

C1-M3

390 ppm

4

C1-M4

273 ppm

5

C2-M1

268 ppm

6

C2-M2

234 ppm

7

C2-M3

279 ppm

8

C2-M4

269 ppm

9

C3-M1

289 ppm

10

C3-M2

173 ppm

11

C3-M3

276 ppm

12

E-M3

267 ppm

Fuente: SECCONSAR SRL

Estos análisis se emplearon para la presente tesis, debido a que, este estudio está a aproximadamente 150 m de la zona en estudio. Dichos valores se encuentran por debajo de los límites máximos permisibles de agresividad al concreto, pudiéndose emplear por lo tanto Cemento Portland tipo I ó IP, en la preparación

del

concreto

de

los

cimientos,

según

la

tabla

N°4.4.3

correspondiente al capítulo 4 de la Norma “Concreto Armado”, código E.060 de las

Normas

Técnicas

de

Edificación

del

Reglamento

Nacional

de

Construcciones. La certificación de estos análisis se muestra en el Anexo N°2.

CAPITULO V ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS 5.1. CÁLCULO DE CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE. Para el cálculo de la carga última de apoyo se han utilizado extensivamente ecuaciones desarrolladas según la teoría del análisis del equilibrio límite. Entre estas ecuaciones de Terzaghi y Meyerhof. 5.1.1. VIVIENDA EXISTENTE DEL LOTE A-5. El cálculo de esta vivienda existente construida por ENACE (Empresa Nacional de Edificaciones) en el año 1995, de un nivel de albañilería confinada, es representativa de la Urbanización por su asentamiento diferencial de 35cm., dicho asentamiento es un promedio de las siguientes viviendas de un nivel de albañilería confinada: Lote A-3, Lote A-4, Lote A-5, Lote C-6, Lote C-8, Lote C10, Lote C-11, Lote C-13, Lote C-14, LoteC-19, Lote C-20, Lote D-1, Lote D-2 y Lote L-5, a los que se tuvo acceso para poder evaluar. Se consideró la vivienda para ser analizada del Lote A-5” como la típica para el cálculo de la capacidad de carga admisible y el asentamiento por consolidación.

Figura 1: DISTRIBUCION DE AREAS DE INFLUENCIA EN LA VIVIENDA EXISTENTE A-5

5.1.2. METRADO DE CARGAS POR ÁREA DE INFLUENCIA. El metrado ejecutado en la vivienda existente es en base al área de influencia, tal como se puede apreciar en el plano de distribución en la Figura 1, elaborado por la empresa ejecutora ENACE: El metrado a continuación detallado es del área de influencia “A-3”, señalada en la Figura 1 y los planos el anexo 01. Tabla 10: METRADO DE CARGAS SEGÚN EL AREA DE INFLUENCIA "A-3" Densidad del Elemento o peso Por m2

Canti dad

Largo

Ancho

Alto

Muro eje 1 (alfeizer)

1800

1

0.3

0.15

0.9

72.90

Muro eje C

1800

1

2.55

0.15

2.1

1445.85

Viga principal (VA) eje 1-1

2400

1

1.2

0.25

0.2

144.00

Viga secundaria (VA) eje C tramo vol-1-2

2400

1

2.95

0.25

0.2

354.00

Viga secundaria (VS) eje C tramo 2-3

2400

1

0.45

0.15

0.2

32.40

Viga de amarre en volado

2400

1

1.15

0.1

0.2

55.20

Losa aligerada eje vol-1, tramo CD

300

1

1.15

0.3

103.50

Losa aligerada eje 1-2, tramo A-C (trapecio)

300

1

1.36

1.35

550.80

i Losa aligerada eje 1-2, tramo AC (triángulo)

300

1

0.35

0.18

18.90

Losa aligerada eje 1-2, tramo C-D

300

1

1.15

2.65

914.25

Losa aligerada eje 2-3, tramo B-C

300

1

0.45

0.45

60.75

Losa aligerada eje 2-3, tramo C-D

300

1

1.2

0.45

162.00

Acabado losa eje vol-1, tramo CD

100

1

1.35

0.4

54.00

Acabado losa eje 1 -2, tramo A-C (trapecio)

100

1

1.36

1.35

183.60

Acabado losa eje 1-2, tramo A-C (triángulo)

100

1

0.35

0.18

6.30

Acabado losa eje 1-2, tramo A-C (rectángulo)

100

1

2.65

0.05

13.25

Acabado losa eje 1-2, tramo C-D

100

1

3.6

1.2

432.00

Acabado losa eje 2-3, tramo B-C

100

1

0.6

0.6

36.00

Columna 1C,2C(C1)

2400

2

0.3

0.15

Elemento

Carga Carga Muerta (kg) Viva (kg)

CARGA MUERTA

2.30

496.80

Sobre cimiento eje C, tramo 1-2

2400

1

3.15

0.15

0.50

567.00

sobre cimiento en puertas

2400

1

1.35

0.15

0.30

145.80

Sobre carga aligerado eje Vol-1, tramo C-D

200

1

1.15

0.30

69.00

Sobre carga aligerado eje 1-2, tramo A-C (trapecio)

200

1

1.36

1.35

367.20

Sobre carga aligerado eje 1-2, tramo A-C (triángulo)

200

1

0.35

0.18

12.60

Sobre carga aligerado eje 1-2, tramo C-D

200

1

1.15

2.65

609.50

Sobre carga aligerado eje 2-3, tramo B-C

200

1

0.45

0.45

40.50

Sobre carga aligerado eje 2-3, tramo C-D

200

1

1.20

0.45

108.00

CARGA VIVA

TOTAL

5849.30

1206.80

Fuente: Elaboración por los tesistas.

Esta carga es transmitida al suelo mediante el siguiente área de cimentación: Tabla 11: AREA DE CIMENTACIÓN LARGO

ANCHO

SUB

(cm)

(cm)

TOTAL

Cimiento eje 1, tramo C-D

350

50

17500

Cimiento eje C, tramo 1-2

30

50

1500

CIMIENTO CORRIDO

Total (cm2)

19000

Fuente: Elaboración por los tesistas.

En la tabla 12, se resume la carga por área de influencia y el esfuerzo que produce en el suelo de cimentación peso por centímetro cuadrado. Tabla 12: METRADO DE CARGAS DE LA VIVIENDA TIPICA "LOTE A-5" SUBTOTAL ELEMENTO

AREA DE

Carga

Carga viva

muerta (kg)

(kg)

TOTAL (kg)

CIMENTACION (cm2)

PESO (kg/cm2)

Area de influencia A1

1483.10

244.40

1727.50

7250.00

0.24

Area de influencia A2

1578.40

263.20

1841.60

6150.00

0.3

Area de influencia A3

5849.41

1206.86

7056.27

19000.00

0.37

Area de influencia A4

2231.40

380.25

2611.65

9000.00

0.29

Area de influencia A5

3284.23

353.99

3638.22

12500.00

0.29

Area de influencia A6

2571.75

379.75

2951.50

9750.00

0.3

Area de influencia A7

8366.55

1600.50

9967.05

31750.00

0.31

Area de influencia A8

676.69

101.94

778.63

3900.00

0.2

Area de influencia A9

2895.70

249.13

3144.83

11650.00

0.27

Area de influencia Al 0

4629.86

1129.43

5759.29

15900.00

0.36

Area de influencia Al 1

1910.55

305.25

2215.80

9000.00

0.25

Area de influencia A12

548.90

33.06

581.96

4500.00

0.13

Area de influencia A13

548.90

33.06

581.96

4350.00

0.13

TOTAL (kg)

36,575.44

6,280.82

42,856.26

Fuente: Elaboración por los tesistas.

La carga que se considera para el cálculo de la capacidad de carga admisible y el asentamiento, es del área de influencia “A3”, porque genera mayor esfuerzo sobre el suelo, como se aprecia en el cuadro anterior. 5.1.3. METRADO DE CARGAS DE ACUERDO AL ÁREA TRIBUTARIA PARA CADA COLUMNA. A continuación se ha efectuado el metrado del área tributaria para la columna más pesada “2-B” de la vivienda mencionada anteriormente, según el plano de distribución VER ANEXO 01: Tabla 13: METRADO DE CARGAS DEL AREA TRIBUTARIA TRASMITIDA POR LA COLUMNA 2-B

Primer nivel (techo)

Elemento

Densidad del Elemento o peso Por m2

Largo

Ancho

Alto

Carga

Carga

(m)

(m)

(m)

Muerta

Viva

(kg)

(Kg)

CARGA MUERTA Peso de muro

1,800.00

5.55

0.15

2.40

3,596.40

Peso de viga principal

2,400.00

3.80

0.25

0.40

912.00

2,400.00

3.13

0.25

0.35

657.30

Peso de viga secundaria

Peso de losa Peso de losa (restar) Peso de acabados Peso de acabados (restar) Peso de columna

300.00

3.80

3.13

3,568.20

-300.00

0.60

0.75

-135.00

100.00

3.80

3.13

1,189.40

-100.00

0.60

0.75

-45.00

2,400.00

0.25

0.25

200.00

3.80

3.13

2,378.80

-200.00

0.60

0.75

-90.00

3.60

540.00

CARGA VIVA Sobre carga Sobre carga (restar) SUB TOTAL

10,283.30

2,285.00

Segundo nivel (Techo)

Elemento

Densidad del Elemento o peso Por m2

Largo (m)

Ancho (m)

Alto (m)

Carga Muerta (kg)

Carga Viva (Kg)

CARGA MUERTA Peso de viga principal Peso de viga secundaria Peso de losa Peso de losa (restar) Peso de acabados Peso de acabados (restar) Peso de columna

2,400.00

3.80

0.25

0.40

912.00

2,400.00

3.13

0.25

0.35

657.30

300.00

3.80

3.13

3,568.20

-300.00

0.60

0.75

-135.00

100.00

3.80

3.13

1,189.40

-100.00

0.60

0.75

-45.00

2,400.00

0.25

0.25

100.00

3.80

3.13

1,189.40

-100.00

0.60

0.75

-45.00

2.60

390.00

CARGA VIVA Sobre carga Sobre carga (restar) SUB TOTAL

Fuente: Elaboración por los tesistas.

Finalmente la columna 2-B tendrá las siguientes cargas:

6,536.90

1,144.40

Tabla 14: RESUMEN DE CARGAS CARGA

CARGA

MUERTA

VIVA

(kg)

(Kg)

1er Nivel

10,283.30

2,285.00

2do Nivel

6,536.90

1,144.40

TOTAL (kg)

16,820.20

3,429.40

NIVEL

Fuente: Elaboración por los tesistas.

Finalmente el área tributaria para esta columna es de: Tabla 15: RESUMEN AREA TRIBUTARIA AREA TRIBUTARIA DEL

LARGO

ANCHO

SUB TOTAL

EJE 2-B

(m)

(m)

(m2)

Losa

3.8

3.13

11.89

Ducto (restar)

0.6

0.75

-0.45

Total (m2)

11.44

Fuente: Elaboración por los tesistas.

En el siguiente cuadro se resume el metrado de cargas por columna de la vivienda familiar. Tabla 16: METRADO DE CARGAS DE LA VIVIENDA FAMILIAR SUBTOTAL

TOTAL

ELEMENTO Carga muerta (kg)

Carga viva (kg)

(kg)

Columna 2-B

16,820.20

3,429.40

20,249.60

Columna 2-C

15,900.10

2,868.00

18,768.10

Columna 2-D

11,156.75

1,523.44

12,680.19

Columna 2-A

15,946.15

2,765.63

18,711.78

Columna 1-A

11,490.05

1,482.38

12,972.43

Columna 1-B

13,200.50

1,633.13

14,833.63

Columna 1-C

9,904.45

816.56

10,721.01

Columna 1-D

7,804.15

816.56

8,620.71

Columna 3-A

10,658.00

1,283.25

11,941.25

Columna 3-B

12,349.00

1,653.00

14,002.00

Columna 3-C

12,727.65

1,297.13

14,024.78

Columna 3-D

7,176.85

706.88

7,883.73

145,133.85

20,275.36

165,409.21

TOTAL (kg)

Fuente: Elaboración por los tesistas.

5.1.4. DISTRIBUCION DE PRESIONES EN LA MASA DEL SUELO. El esfuerzo sobre un punto dependen principalmente de los esfuerzos que actúan en la dirección vertical σz. Para determinar los esfuerzos que actúan en la dirección vertical de una masa de suelo es necesario cuantificar la carga que transmitirá la cimentación al suelo de fundación. A continuación se presenta un resumen de las cargas por área tributaria. Tabla 17: METRADO DE CARGAS POR METRO CUADRADO DE LA VIVIENDA FAMILIAR

ELEMENTO

PESO (Kg)

AREA TRIBUTARIA

PESO (Kg/m2)

(m2) Columna 2-B

20,249.60

11.43

1,771.62

Columna 2-C

18,768.10

9.56

1,963.19

Columna 2-D

12,680.19

5.08

2,496.10

Columna 2-A

18,711.78

9.22

2,029.48

Columna 1-A

12,972.43

4.94

2,626.00

Columna 1-B

14,833.63

5.44

2,726.77

Columna 1-C

10,721.01

2.72

3,941.55

Columna 1-D

8,620.71

2.72

3,169.38

Columna 3-A

11,941.25

4.28

2,790.01

Columna 3-B

14,002.00

5.51

2,541.20

Columna 3-C

14,024.78

4.32

3,246.48

Columna 3-D

7,883.73

2.36

3,340.56

Fuente: Elaboración por los tesistas.

Solo se hizo la distribución de presiones en la vivienda familiar, porque el esfuerzo generado por el área de la columna 2-B, será mayor en comparación con el esfuerzo generado por la carga del área de influencia de una vivienda existente como el “Lote A-5”. 5.1.5. CARGA PUNTUAL VERTICAL. Boussinesq(1885).

3P

σz=

5

  r 2  2 2 2  z 1      z   

σz= 3P

Cuando r (radio) = 0

2  z2

P = CM + CV = 16,820.20 + 3,429.40 = 20,249.60 Kg Tabla 18: DISTRIBUCIÓN DE ESFUERZOS DEBIDO A UNA CARGA PUNTUAL Z(cm)

25

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

15.47

3.87 0.97 0.43 0.24 0.15 0.11 0.08 0.06 0.05 0.04 0.03 0.03 0.02 0.02

σz (Kg/cm2)

Fuente: Elaboración por los tesistas.

Las muestras inalteradas para realizar los ensayos, se han obtenido del estrato más crítico dentro del intervalo o hasta -300cm a partir del nivel de fundación, porque cuando Z= 300cm, σz =0.11Kg/cm2, siendo este esfuerzo insignificativo. 5.1.6. CARGA

UNIFORMEMENTE

DISTRIBUIDA

SOBRE

RECTANGULAR.

Fadum(1939). Dónde: I= valor de influencia que depende de m y de n.

σz = I.q

UN

ÁREA

m = relación entre el ancho del rectángulo y la profundidad

→

m =

B z

→n = L

n = relación entre el largo del rectángulo y la profundidad

z

q = presión bajo una esquina de una superficie rectangular

Los valores de m y n por medio de la tabla 19, se calculó el valor de I, el cual se multiplicó por el valor de q. Tabla 19: VALORES DE I PARA LOS ESFUERZOS VERTICALES. PARA UN ÁREA RECTANGULAR UNIFORMEMENTE CARGADA (SEGÚN FADUM. 19481) n M

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.1

0.00470

0.00917

0.01323

0.01678

0.01978

0.02223

0.2

0.00917

0.01790

0.02585

0.03280

0.03866

0.04348

0.3

0.01323

0.02585

0.03735

0.04742

0.05593

0.06294

0.4

0.01678

0.03280

0.04742

0.06024

0.07111

0.08009

0.5

0.01978

0.03866

0.05593

0.07111

0.08403

0.09473

0.6

0.02223

0.04348

0.06294

0.08009

0.09473

0.10688

0.7

0.02420

0.04735

0.06558

0.08734

0.10340

0.11679

0.8

0.02576

0.05042

0.07308

0.09314

0.11035

0.12474

0.9

0.02698

0.05283

0.07661

0.09770

0.11584

0.13105

1

0.02794

0.05471

0.07938

0.10129

0.12018

0.13605

1.2

0.02926

0.05733

0.08323

0.10631

0.12626

0.14309

1.4

0.03007

0.05894

0.08561

0.10941

0.13003

0.14749

1.6

0.03058

0.05994

0.08709

0.11135

0.13241

0.15028

1.8

0.03090

0.06058

0.08804

0.11260

0.13395

0.15207

2

0.03111

0.06100

0.08867

0.11342

0.13496

0.15326

2.5

0.03138

0.06155

0.08948

0.11450

0.13628

0.15483

3

0.03150

0.06178

0.08982

0.11495

0.13684

0.15550

4

0.03158

0.06194

0.09007

0.11527

0.13724

0.15598

5

0.03160

0.06199

0.09014

0.11537

0.13737

0.15612

6

0.03161

0.06201

0.09017

0.11541

0.13741

0.15617

8

0.03162

0.06202

0.09018

0.11543

0.13744

0.15621

10

0.03162

0.06202

0.09019

0.11544

0.13745

0.15622

Α

0.03162

0.06202

0.09019

0.11544

0.13745

0.15623

n

M

0.7

0.8

0.9

1

1.2

1.4

0.1

0.0242

0.02576

0.02698

0.02794

0.02926

0.03007

0.2

0.04735

0.05042

0.05283

0.05471

0.05733

0.05894

0.3

0.06858

0.07308

0.07661

0.07938

0.08323

0.08561

0.4

0.08734

0.09312

0.0977

0.10129

0.10631

0.10941

0.5

0.1034

0.11035

0.11584

0.12018

0.12626

0.13003

0.6

0.11679

0.12474

0.13105

0.13605

0.14309

0.14749

0.7

0.12772

0.13653

0.14356

0.14914

0.15708

0.16199

0.8

0.13653

0.14607

0.15371

0.15978

0.16848

0.17389

0.9

0.14356

0.15371

0.16185

0.16835

0.17766

0.18357

1

0.14914

0.15978

0.16835

0.17522

0.18508

0.19139

1.2

0.15703

0.16843

0.17766

0.18503

0.19584

0.20278

1.4

0.16199

0.17389

0.18357

0.19139

0.20278

0.2102

1.6

0.16515

0.17739

0.18737

0.19546

0.20731

0.2151

1.8

0.1672

0.17967

0.18986

0.19886

0.21032

0.21836

2

0.16856

0.18119

0.19152

0.19994

0.21235

0.22058

2.5

0.t7036

0.18321

0.19375

0.20236

0.21512

0.22364

3

0.17113

0.18407

0.1947

0.20341

0.21633

0.22499

4

0.17168

0.18469

0.1954

0.20417

0.21722

0.226

5

0.17185

0.18488

0.19561

0.2044

0.2174

0.22632

6

0.17191

0.18496

0.19569

0.20449

0.2176

0.22644

8

0.17195

0.185

0.19574

0.20455

0.21767

0.22652

10

0.17196

0.18502

0.19576

0.20457

0.21769

0.22654

Α

0.17197

0.18502

0.19577

0.20458

0.2177

0.22656

Fuente: “PRINCIPIOS DE INGENIERIA DE CIMENTACIONES”, Braja M. Das.

5.1.7. CAPACIDAD DE CARGA. TERZAGHI: La capacidad de carga última del suelo, para el caso de falla por corte general: 1 qu  c.Nc  q.Nq  . B.N 2

q   .D f

Donde: qu Capacidad de carga del suelo

c = cohesión

 =Peso específico del suelo ubicado encima del nivel de cimentación.

B= Ancho de la zapata continúa Nc , Nq , N  =.Factores adimensionales que dependen del ángulo de fricción

interna (ø). Los factores de Capacidad de Carga

    3  tg 2 

e

Nq 



2 cos 2 (45  ) 2

Nc  cot  ( Nq  1)

N  ø

0°

5°

10°

 tan   K p  1  2 2  cos  

15°

20°

Kpɣ 10.80 12.20 14.70 18.60 25.00

25°

30°

35°

40°

45°

35

52

82

141

298

Tabla 20: FACTORES DE CAPACIDAD DE CARGA DE TERZAGHI Ø

Nc

Nq

Nɣ

ø

Nc

Nq

Nɣ

0

5.70

1.00

0.00

26

27.09

14.21

9.84

1

6.00

1.10

0.01

27

29.24

15.90

11.60

2

6.30

1.22

0.04

28

31.61

17.81

13.70

3

6.62

1.35

0.06

29

34.24

19.98

16.18

4

6.97

1.49

0.10

30

37.16

22.46

19.13

5

7.34

1.64

0.14

31

40.41

25.28

22 65

6

7.73

1.81

0.20

32

44.04

28.52

26.87

7

8.15

2.00

0.27

33

48.09

32.23

31.94

8

8.60

2.21

0.35

34

52.64

36.50

38.04

9

9.09

2.44

0.44

35

57.75

41.44

45.41

10

9.61

2.69

0.56

36

63.53

47.16

54.36

11

10.16

2.98

0.69

37

70.01

53.80

65.27

12

1076.00

3.29

0.85

38

77.50

61.55

78.61

13

11 41

3.63

1.04

39

85.97

70.61

95.03

14

12 11

4.02

1.26

40

95.66

81.27

115.31

15

12 86

4.45

1.52

41

106.81

93.85

140.51

16

13.68

4.92

1.82

42

119.67

108.75

171.99

17

14.60

5.45

2.18

43

134.58

126.50

211.56

18

15.12

6.04

2.59

44.

151.95

147.74

261.60

19

16.56

6.70

3.07

45

172.28

173.28

325.34

20

17.69

7.44

3.64

46

196.22

204.19

407.11

21

18.92

8.26

4.31

47

224.55

241.80

512.84

22

20.27

9.19

5.09

48

258.28

287.85

650.67

23

21.75

10.23

6.00

49

298.71

344.63

831.99

24

23.36

11.40

7.08

50

347.50

415.14

1072.80

25

25.13

12.72

8.34

Según Kumbhojkar (1993) Fuente: PRINCIPIOS DE INGENIERIA DE CIMENTACIONES”, Braja M. Das

Para el caso de corte local y punzonamiento, Terzaghi corrigió su fórmula a la siguiente: qc 

2 1 c.N c   1.Df .N q  . 2.B.N  3 2

 1  2 Reemplazando ø por    t g  .tg  . 3  Los valores de N’c, N’q y N’ɣ se pueden observar en la tabla N°21. Tabla 21: FACTORES DE CAPACIDAD DE CARGA MODIFICADA DE TERZAGHI ø

Nc

Nq

Nɣ

ø

Nc

Nq

Nɣ

0

5.7

1

0

26

15.53

6.05

2.59

1

5.9

1.07

0.005

27

16.3

6.54

2.88

2

6.1

1.14

0.02

28

17.13

7.07

3.29

3

6.3

1.22

0.04

29

18.03

7.66

3.76

4

6.51

1.3

0.055

30

18.99

8.31

4.39

5

6.74

1.39

0.074

31

20.03

9.03

4.83

6

6.97

1.49

0.1

32

21.16

9.82

5.51

7

7.22

1.59

0.128

33

22.39

10.69

6.32

8

7.47

1.7

0.16

34

23.72

11.67

7.22

9

7.74

1.82

0.2

35

25.18

12.75

8.35

10

8.02

1.94

0.24

36

26.77

13.97

9.41

11

8.32

2.08

0.3

37

28.51

15.32

10.9

12

8.63

2.22

0.35

38

30.43

16.85

12.75

13

8.96

2.38

0.42

39

32.53

18.56

14.71

14

9.31

2.55

0.48

40

34.87

20.5

17.22

15

9.67

2.73

0.57

41

37.45

22.7

19.75

16

10.06

2.92

0.67

42

40.33

25.21

22.5

17

10.47

3.13

0.76

43

43.54

28.06

26.25

18

10.9

3.36

0.88

44

47.13

31.34

30.4

19

11.36

3.61

1.03

45

51.17

35.11

36

20

11.85

3.88

1.12

46

55.73

39.48

41.7

21

12.37

4.17

1.35

47

60.91

44.45

49.3

22

12.92

4.48

1.55

48

66.8

50.46

59.25

23

13.51

4.82

1.74

49

73.55

57.41

71.45

24

14.14

5.2

1.97

50

81.31

65.6

85.75

25

14.8

5.6

2.25

Según Kumbhojkar (1993) Fuente: PRINCIPIOS DE INGENIERIA DE CIMENTACIONES”, Braja M. Das

MEYERHOF: Para tomar en cuenta todos los factores, Meyerhof (1963) sugirió la siguiente ecuación general de capacidad de carga límite, para el caso de falla por corte general: 1 qu  c.N c .Fcs .Fcd .Fci  q.N q .Fqs .Fqd .Fqi  . .B.N  .F s .F d .F i 2 Donde: Df

= Profundidad del nivel de cimentación

C

= Cohesión



= Peso específico del suelo

B

= Ancho de la cimentación

Fcs , Fqs , F s

= Factores de forma de la cimentación

Fcd , Fqd , F d

= Factores de la profundidad de cimentación

Fci , Fqi , F i

= Factores de inclinación de la carga

N c , N q , N

= Factores de capacidad de carga.

Para el caso de Falla por Corte Local o Punzonamiento : 1 qu  c´.N c .Fcs .Fcd .Fci  q.N q .Fqs .Fqd .Fqi  . .B.N  .F s .F d .F i 2 c 

2c 3

y

 2 tan      tan 1    3 

Los factores de capacidad de carga debido a la cohesión, a la sobrecarga y al peso del suelo, el caso de falla por corte general, son los siguientes: Nc  cot  ( Nq  1)

(Prandtl 1921)

  Nq  tan 2  45   e .tan  2 

(Reissner 1924)

(Vesic 1973)

N   2( Nq  1) tan 

Tabla 22: FACTORES DE CAPACIDAD DE CARGA ø

Nc

Nq

Nɣ

Nq/Nɣ

tg(ø)

ø

Nc

Nq

Nɣ

Nq/Nɣ

tg(ø)

0

5.14

1.00

0.00

0.20

0.00

26

22.25

11.87

12.54

0.53

0.49

1

5.38

1.09

0.07

0.20

0.02

27

23.94

13.20

14.47

0.55

0.51

2

5.63

1.20

0.15

0.21

0.03

28

25.80

14.72

16.72

0.54

0.53

3

5.90

1.31

0.24

0.22

0.05

29

27.86

16.44

19.34

0.59

0.55

4

6.19

1.43

0.34

0.23

0.05

30

30.14

18.40

22.40

0.60

0.58

5

6.49

1.57

0.45

0.24

0.09

31

32.67

20.63

25.99

0.63

0.60

6

6.81

1.72

0.57

0.25

0.11

32

35.49

23.18

30.22

0.65

0.62

7

7.16

1.88

0.71

0.26

0.12

33

38.64

26.09

35.19

0.68

0.65

8

7.53

2.06

0.86

0.27

0.14

34

42.16

29.44

41.06

0.70

0.67

9

7.92

2.25

1.03

0.28

0.16

35

46.12

33.30

48.03

0.72

0.70

10

8.35

2.47

1.22

0.30

0.18

36

50.59

37.75

56.31

0.75

0.73

11

8.80

2.71

1.44

0.31

0.19

37

55.63

42.92

66.19

0.77

0.75

12

9.28

2.97

1.69

0.32

0.21

38

61.35

48.93

78.03

0.80

0.78

13

9.81

3.96

1.97

0.33

0.23

39

67.87

55.96

92.25

0.82

0.81

14

10.37

3.59

2.29

0.35

0.25

40

75.31

64.20

109.41

0.85

0.84

15

10.98

3.94

2.65

0.36

0.27

41

83.86

73.90

130.22

0.88

0.87

16

11.63

4.34

3.06

0.37

0.29

42

93.71

85.38

155.55

0.91

0.90

17

12.34

4.77

3.53

0.39

0.31

43

105.11

99.02

186.54

0.94

0.93

18

13.10

5.26

4.07

0.40

0.32

44

118.37

115.31

224.64

0.97

0.97

19

13.93

5.80

4.68

0.42

0.34

45

133.88

134.88

271.76

1.01

1.00

20

14.83

6.40

4.39

0.43

0.36

46

152.10

158.51

330.35

1.04

1.04

21

15.82

7.07

6.20

0.45

0.38

47

173.64

187.21

403.67

1.08

1.07

22

16.88

7.82

7.13

0.46

0.40

48

199.26

222.31

496.01

1.12

1.11

23

18.08

8.66

8.20

0.48

0.42

49

229.93

265.51

613.16

1.15

1.15

24

19.32

9.60

9.44

0.50

0.45

50

266.89

319.07

762.89

1.20

1.19

25

20.72

10.66

10.88

0.51

0.47

(Vesic 1973)

Fuente: PRINCIPIOS DE INGENIERIA DE CIMENTACIONES”, Braja M. Das

Tabla 23: FACTORES QUE MODIFICAN LA FÓRMULA GENERAL DE MEYERHOF

Factores

Valor Fcs  1 

Forma:

Fqs  1 

Para

B Nq L Nc

Cualquier 

B tan( ) L

 > 10º

B F s  1  0.4 L

 = 0º Condición (a) : D f / B < 1

Fcd  1  0.4

Profundidad

Df B

Cualquier 

Fqd  1  2 tan  1  sen 

2

F d  1

Df B

 > 10º

Condición (b) :Df/B> 1

 Df  Fcd  1  0.4 arc tg    B 

=0

2  Df  Fqd  1  2 tan  1  sen  arc tg    B  F d  1

Inclinación:

   Fci  Fqi  1    90 

  F i   1     Dónde: β = inclinación de la carga sobre la cimentación

2

2

Cualquier 

>0

=0

con respecto a la vertical.

(Bowles, 1995) Fuente: PRINCIPIOS DE INGENIERIA DE CIMENTACIONES”, Braja M. Das

5.1.8. MODIFICACION DE LAS ECUACIONES DE LA CAPACIDAD DE CARGA POR NIVEL DE AGUA FREÁTICO. DIAGRAMA 4: MODIFICACIÓN DE LAS ECUACIONES DE CAPACIDAD DE CARGA POR NIVEL DE AGUA FREATICA

Fuente: PRINCIPIOS DE INGENIERIA DE CIMENTACIONES”, Braja M. Das

Caso I: Si el nivel freático se localiza de manera que 0 1 ok.

Cumple la condición (b) empleamos las ecuaciones :  Df   100cm  Fcd  1  0.4 arc tg    1  0.4 arc tg    1.44  B   50cm  2 2  Df   100cm  Fqd  1  2 tan  1  sen  arc tg    1  2 tan(15.63 ) 1  sen(15.63 )  arc tg    1.33  B   50cm 

F d  1

Fcd  1.44

Fqd  1.33

F d  1

Reconocemos Caso III: Cuando el nivel freático se localiza de modo que d>B, 165cm>50cm, el agua no tendrá efecto sobre la capacidad de carga última

q  SOBRECARGA EFECTIVA   .Df q  1.4

gr gr kg .100cm  140 2  0.14 2 3 cm cm cm

  1.4

gr kg  0.0014 3 3 cm cm

q  0.14

kg cm 2

Cálculo de la capacidad de carga última mediante la ecuación de meyerhof: 1 qu  c.N c .Fcs .Fcd .Fci  q.N q .Fqs .Fqd .Fqi  . .B.N  .F s .F d .F i 2 qu   0.2502kg / cm 2  11.38 1.04 1.44    0.14kg / cm 2   4.18 1.04 1.33 

1  0.0014kg / cm3   50cm  2.90  0.951 2

qu  5.20kg / cm 2 Capacidad de carga admisible del suelo

qadm  Esfuerzo de trabajo:

qc 5.20 kg   1.73 2 F .S . 3 cm

qtrabajo 

Qv 7056.27kg kg   0.37 2 2 Area _ de _ Zapata 380 x50cm cm

Cumple la condición: qadm> q trabajo- Por consiguiente, el suelo no ha fallado por corte local.

 CAPACIDAD DECARGA ADMISIBLE PARA EL “LOTE E-7”: Sondaje

: Calicata C-2 ¨Lote E-7¨

Muestra

: M-2

Clasificación (SUCS)

: OH

Angulo de fricción interna

: 13.53°

Cohesión

: 0.44978kg/cm2

Densidad natural

: 1.40 gr/cm3

Densidad saturada

: 1.63 gr/cm3

Df

: 100 cm

d

: 70 cm

B

: 50 cm

L

: 380 cm

Carga Qv (CM+CV)

: 7056.27kg

Diagrama 6: CIMENTACIÓN DE LA VIVIENDA EXISTENTE EN EL LOTE E-7

Nivel de la calle. = 3812.28 m.s.n.m.

Df = 100cm

20 cm d=70 cm

N.T.N. = 3811.08 m.s.n.m.

50 cm Nivel freático=3810.58 m.s.n.m.

Fuente: Elaboración por los tesistas.

a) Terzaghi La ecuación de capacidad portante es:

qu  c Nc  q Nq  0.5  B N para  = 13.53° se tiene que:

e

Nq 

    3  tg  2 



2 cos 2 (45 

2 cos 2 (45  ) 2

Nc  cot  ( Nq  1)

N 

e

Nq 

    3 13.53 tg  2 

13.53 ) 2

 3.43

Nc  cot(13.53 )(3.43  1)  10.11

 tan   K p  1  2 2  cos   0°ø

5°

10°

15°

20°

25°

Kpɣ 10.80 12.20 14.70 18.60 25.00 35

30°

35°

40°

45°

52

82

141

298

Interpolamos: 10° 13.53° 15°

14.70 Kpɣ 18.60

Kpɣ=17.45

N 

 tan(15.63 )  17.45  1  2.01  2 2  cos (13.53 )  Nq =3.43

Nc = 10.11

N = 2.01

Se asume zapata es continua, por lo tanto: Porque:

L  4  zapata continua , entonces: B

Como puede verse, el nivel freático se encuentra a 70cm de la base de la fundación. Como d = 170cm > B = 50cm, siendo B el ancho de la fundación, entonces no se

requiere realizar ninguna corrección al valor de  en la ecuación de capacidad portante. d ≥ B (No hay Corrección)

Caso III

q  SOBRECARGA EFECTIVA   .Df q  1.4

gr gr kg .100cm  140 2  0.14 2 3 cm cm cm

  1.4

gr kg  0.0014 3 3 cm cm

q  0.14

kg cm 2

Luego, reemplazando en la ecuación se tiene que:

1 qu  c.Nc  q.Nq  . B.N 2 1 qu   0.44  . 10.11   0.14  .  3.43  .  0.0014  50  2.01 2

qu  4.99

Kg cm 2

La carga máxima segura de apoyo será:

qadm 

qc 4.99 kg   1.66 2 F .S . 3 cm

b) Meyerhof

1. Ecuación de Meyerhof: 1 qu  c.N c .Fcs .Fcd .Fci  q.N q .Fqs .Fqd .Fqi  . .B.N  .F s .F d .F i 2

a) Considerando que el suelo puede fallar por punzonamiento o corte local, debido a que el suelo es una arcilla blanda. b) factores de capacidad de carga.

  Nq  tan 2  45   e .tan  2 

 13.53 Nq  tan 2  45  2 

  .tan(13.53 )  3.43 e 

Nc  cot(13.53 )(3.43  1)  10.10

Nc  cot  ( Nq  1)

N   2(3.43  1) tan(13.53 )  2.13

N   2( Nq  1) tan 

Nq = 3.43

Nc = 10.10

N = 2.13

2. Influencia de la forma de la cimentación:

Fcs  1 

B Nq 50cm 3.43  1  1.04 L Nc 380cm 10.10

Fqs  1 

B 50cm tan( )  1  tan(13.53 )  1.03 L 380cm

Fs  1  0.4

B 50cm  1  0.4  0.95 L 380cm Fqs  1.03

Fcs  1.04

Fs  0.95

3. Influencia de la profundidad de los cimientos: Condición (a) : D f / B < 1 2 1

No Cumple

1/0.50> 1

2> 1 ok.

Cumple la condición (b) empleamos las ecuaciones :  Df   100cm  Fcd  1  0.4 arc tg    1  0.4 arc tg    1.44  B   50cm  2 2  Df   100cm  Fqd  1  2 tan  1  sen  arc tg    1  2 tan(13.53 ) 1  sen(13.53 )  arc tg    1.31  B   50cm 

F d  1

Fcd  1.44

Fqd  1.31

F d  1

Cuando el nivel freático se localiza de modo que d>B, 70cm>50cm, el agua no tendrá efecto sobre la capacidad de carga última

q  SOBRECARGA EFECTIVA   .Df

q  1.4

gr gr kg .100cm  140 2  0.14 2 3 cm cm cm

  1.4

gr kg  0.0014 3 3 cm cm

q  0.14

kg cm 2

Cálculo de la capacidad de carga última mediante la ecuación de meyerhof: 1 qu  c.N c .Fcs .Fcd .Fci  q.N q .Fqs .Fqd .Fqi  . .B.N  .F s .F d .F i 2 qu   0.45kg / cm 2  10.10 1.04 1.44    0.14kg / cm 2   3.431.031.31 

1  0.0014kg / cm3   50cm  2.13 0.951 2

qu  7.56kg / cm 2 Capacidad de carga admisible del suelo

qadm 

qc 7.56 kg   2.52 2 F .S . 3 cm

Esfuerzo de trabajo:

qtrabajo 

Qv 7056.27kg kg   0.37 2 2 Area _ de _ Zapata 380 x50cm cm

Cumple la condición: qadm> q trabajo- Por consiguiente, el suelo no ha fallado por corte local.

 CAPACIDAD DECARGA ADMISIBLE PARA EL “LOTE C-19”: Sondaje

: Calicata C-3 ¨Lote C-19¨

Muestra

: M-3

Clasificación (SUCS)

: OH

Angulo de fricción interna

: 34.99°

Cohesión

: 0.043kg/cm2

Densidad natural

: 1.40 gr/cm3

Densidad saturada

: 1.69 gr/cm3

Df

: 100 cm

d

: 55 cm

B

: 50 cm

L

: 380 cm

Carga Qv (CM+CV)

: 7056.27kg

Diagrama 7: CIMENTACIÓN DE LA VIVIENDA EXISTENTE EN EL LOTE C-19

Nivel de la calle. = 3812.09 m.s.n.m.

Df = 100cm

20 cm d=55 cm

N.T.N. = 3810.89 m.s.n.m.

35 cm Nivel freático=3810.54 m.s.n.m.

Fuente: Elaboración por los tesistas.

a) Terzaghi La ecuación de capacidad portante es:

qu  c Nc  q Nq  0.5  B N para  = 34.99° se tiene que:

Nq 

e

    3  tg  2 



2 cos 2 (45  ) 2

Nc  cot  ( Nq  1)

Nq 

e

    3 34.99 tg  2 

2 cos 2 (45 

34.99 ) 2

 47.10

Nc  cot(13.53 )(47.10  1)  57.69

N 

 tan   K p  1  2 2  cos   0°ø

5°

10°

15°

20°

25°

Kpɣ 10.80 12.20 14.70 18.60 25.00 35

30°

35°

40°

45°

52

82

141

298

Interpolamos: 30° 34.99° 35°

52 Kpɣ 82

Kpɣ=81.94

N 

 tan(34.99 )  81.94  1  42.28  2 2  cos (34.99 )  Nq =47.10

Nc = 57.69

N = 42.28

Se asume zapata es continua, por lo tanto: L  4  zapata continua , entonces: B

Porque:

Como puede verse, el nivel freático se encuentra a 55cm de la base de la fundación. Como d>B, 55cm>50cm, siendo B el ancho de la fundación, entonces no se requiere realizar ninguna corrección al valor de  en la ecuación de capacidad portante. Caso III

d ≥ B (No hay Corrección)

q  SOBRECARGA EFECTIVA   .Df q  1.4

gr gr kg .100cm  140 2  0.14 2 3 cm cm cm

  1.4

gr kg  0.0014 3 3 cm cm

Luego, reemplazando en la ecuación se tiene que:

1 qu  c.Nc  q.Nq  . B.N 2 1 qu   0.043 .  57.69    0.0014  .  47.10   .  0.0014  50  2.28  2

q  0.14

kg cm 2

qu  4.01

Kg cm 2

La carga máxima segura de apoyo será:

qadm 

qc 4.01 kg   1.33 2 F .S . 3 cm

b) Meyerhof

1. Ecuación de Meyerhof: 1 qu  c.N c .Fcs .Fcd .Fci  q.N q .Fqs .Fqd .Fqi  . .B.N  .F s .F d .F i 2

a) Considerando que el suelo puede fallar por punzonamiento o corte local, debido a que el suelo es una arcilla blanda. b) factores de capacidad de carga.

  Nq  tan 2  45   e .tan  2 

 34.99   .tan(34.99 ) Nq  tan 2  45   33.25 e 2  

Nc  cot  ( Nq  1)

Nc  cot(34.99 )(33.25  1)  46.08

N   2( Nq  1) tan 

Nq = 33.25

N   2(33.25  1) tan(34.99 )  47.95

Nc =46.08

N = 47.95

2. Influencia de la forma de la cimentación:

Fcs  1 

B Nq 50cm 33.25  1  1.09 L Nc 380cm 46.08

Fqs  1 

B 50cm tan( )  1  tan(33.99 )  1.09 L 380cm

Fs  1  0.4 Fcs  1.09

Fs  0.95

B 50cm  1  0.4  0.95 L 380cm Fqs  1.09

3. Influencia de la profundidad de los cimientos: Condición (a) : D f / B < 1 2 1

No Cumple

1/0.50> 1

2> 1 ok.

Cumple la condición (b) empleamos las ecuaciones :  Df   100cm  Fcd  1  0.4 arc tg    1  0.4 arc tg    1.44  B   50cm  2 2  Df   100cm  Fqd  1  2 tan  1  sen  arc tg    1  2 tan(34.99 ) 1  sen(34.99 )  arc tg    1.28  B   50cm 

F d  1

Fcd  1.44

Fqd  1.28

F d  1

Cuando el nivel freático se localiza de modo que d>B, 55cm>50cm, es el CasoIII el agua no tendrá efecto sobre la capacidad de carga última

q  SOBRECARGA EFECTIVA   .Df gr gr kg q  1.4 3 .100cm  140 2  0.14 2 cm cm cm

  1.4

q  0.14

kg cm 2

gr kg  0.0014 3 3 cm cm

Cálculo de la capacidad de carga última mediante la ecuación de meyerhof: 1 qu  c.N c .Fcs .Fcd .Fci  q.N q .Fqs .Fqd .Fqi  . .B.N  .F s .F d .F i 2 qu   0.043kg / cm 2   46.08 1.09 1.44    0.14kg / cm 2   33.2  5 1.09 1.28  

1  0.0014kg / cm3   50cm  47.95 0.951 2

qu  11.26kg / cm2 Capacidad de carga admisible del suelo

qadm  Esfuerzo de trabajo:

qc 11.26 kg   3.75 2 F .S . 3 cm

qtrabajo 

Qv 7056.27kg kg   0.37 2 2 Area _ de _ Zapata 380 x50cm cm

Cumple la condición: qadm> q trabajo- Por consiguiente, el suelo no ha fallado por corte

Tabla 24: RESUMEN DE CALCULO DE CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE

ECUACIONES CALICATA CAPACIADAD N° PORTANTE

TIPO DE ENSAYO

MUESTRA

LOTE

C (Kg/cm2)

qu

ø

qadm

Kg/cm2 Kg/cm2 C-1 Terzaghi.

C-2 C-3 C-1

Meyerhof.

C-2 C-3

CORTE DIRECTO CORTE DIRECTO CORTE DIRECTO CORTE DIRECTO CORTE DIRECTO CORTE DIRECTO

M-2

Lte. A-5

0.2502

15.63°

4.1

1.36

M-2

Lte. E-7

0.4497

13.53°

4.99

1.66

M-1

Lte. C-19

1.0433

34.99°

4.01

1.33

M-2

Lte. A-5

0.2502

15.63°

5.2

1.73

M-2

Lte. E-7

0.4497

13.53°

7.56

2.52

M-1

Lte. C-19

1.0433

34.99°

11.26

3.75

Fuente: Elaboración de los tesistas.

5.2. CALCULO DE ASENTAMIENTOS. En este ítem se realizó el cálculo de asentamiento por consolidación primaria de la vivienda del “Lote A-5”, de un nivel, de albañilería confinada, con el fin de determinar la causa del asentamiento diferencial de 35 cm., siendo éste el asentamiento promedio de toda la zona en estudio. También se realizó el cálculo de asentamiento por consolidación primaria para la vivienda familiar, propuesta en la presente tesis, con zapatas aisladas y zapatas combinadas. Asentamiento Total:

S T = Si + Scp + Scs

Dónde: Si = Asentamiento inmediato Scp= Asentamiento por consolidación primaria Scs = Asentamiento por consolidación secundaria Enarenas, gravas, arcillas duras y suelos no saturados en general: S T = Si En arcillas saturadas

: S T =Scp

En suelos de gran de deformabilidad como turbas y otros :ST = Si + Scp + Scs

5.2.1. ASENTAMIENTO POR CONSOLIDACION PRIMARIA. En campo, cuando el esfuerzo sobre una capa de arcilla saturada se incrementa por ejemplo, por la construcción de una cimentación, la presión de poro del agua se incrementará. Debido a que la permeabilidad de las arcillas es muy pequeña, se requerirá algún tiempo para que el exceso de presión de poro del agua se disipe y el incremento del esfuerzo se transfiera gradualmente a la estructura o esqueleto del suelo.

5.2.2. CÁLCULO DE COMPRESIÓN PRIMARIA. Diagrama 8: CALCULO DE ASENTAMIENTO UNIDIMENSIONAL

a) Relación de vacíos. b) Arcilla normalmente consolidada.c) Arcilla sobreconsolidada. Fuente: PRINCIPIOS DE INGENIERIA DE CIMENTACIONES”, Braja M. Das

S

e H 1  e0

Donde: S = asentamiento e = cambio total de la relación de vacíos causada por la aplicación de carga

adicional e0

= relación de vacíos de la arcilla antes de la aplicación de la carga.

e H 1  e0 Ɛv deformación unitaria vertical.

a) Para arcilla normalmente consolidada, la curva de campo e-log p. Promedio de presión sobre el estrato de arcilla, causado por la carga agregada, el cambio de la relación de vacíos provocada por el incremento de carga es:  e  cc log

po  p pr po

Se obtiene: S

cc H c 1  eo

log

po  p pr po

b) Para arcilla sobreconsolidada, la curva de campo e -log p se verá como la mostrada en Diagrama 8. En este caso, dependiendo del valor de  pprom, pueden presentarse dos condiciones. Primera, si Para arcillas sobreconsolidadas: (po+ppr pc) e  cs

Reemplazando el valor de: S 

cs H c 1  eo

log

po  p pr

log

po

po  p pr po

Para arcillas inicialmente sobreconsolidadas (po 60%)

Los datos obtenidos del ensayo de Consolidación Unidimensional, en el laboratorio, para una presión de consolidación de 0.80 Kg/cm2 son: H = 17.921 mm = 1.7921 cm,

Obtenido de la etapa de carga para 0.80 kg/cm2, t99  89 min

Reemplazando:

1.7811.7921

Cv 

2

89

cm  0.064 min

Entonces, el tiempo en que se efectuará la consolidación debajo de la estructura en estudio es: t

1.781H dr2 1.781x3252 cm2   2927390.89mim 2 cv cm 0.064 min

Considerando que tendrá una sola vía de drenaje: t = 5 años, éste es el tiempo que tardará en asentarse el 99% de consolidación Tabla 27: DESARROLLO DEL ASENTAMIENTO "VIVIENDA EXISTENTE LOTE A-5" u

t (min)

Tv

Cv

(%) 99

89

1.781

0.064

Tiempo

Tiempo

(min)

(años)

2927390.89

5.57

Fuente: Elaboración de los tesistas.

 CÁLCULO

DE

ASENTAMIENTO

POR

CONSOLIDACIÓN

EN

VIVIENDA EXISTENTE LOTE E-7”: Sondaje

: Calicata C-2 ¨Lote E-7¨

Muestra

: M-3

Clasificación (SUCS)

: OH

Pc

: 0.46kg/cm2

Cc

: 0.512

Cs

: 0.096

eo

: 0.095

Altura de relleno

: 80 cm

CM

: 51820.20kg.

CV

: 3429.40 kg

Ancho de cimentación

: 50 cm

Longitud de cimentación

: 380 cm

Densidad de relleno

: 1.40 gr/cm3

Diagrama 11: REPRESENTACIÓN DEL DESPLANTE DELA CIMENTACIÓN

LA

Nivel de la calle. = 3812.28 m.s.n.m.

Df = 100cm

20 cm

Relleno 80 cm

50 cm

N.T.N. = 3811.08 m.s.n.m. sat =1.83gr/cm3 OL Nivel freático=3810.58 m.s.n.m.

Altura de la sobrecraga 315 cm

10 cm 73 cm

sat =1.71gr/cm3 SC 112.5 cm sat =1.63gr/cm3

Hc=225cm

225 cm

OH

Fuente: Elaboración de los tesistas.

La NTE E050 en el acápite 3.1c indica, que para el cálculo de asentamientos en suelos cohesivos, se considerará la carga muerta más el 50% de la carga viva, de donde la carga total para la zapata en estudio es: P = CM + 50%CV P = 51820.20kg + 50%(3429.40 kg) P = 18534.90 kg

Presión de contacto debajo de la zapata al nivel del terreno natural, más la sobre carga que genera el relleno: q

P  hrelleno . A

gr gr 1.4 3 (1.94  1.83) 3 18534.90 kg cm  1.1373 Kg q  130cm. cm  60cm. 380cmx50cm 1000 1000 cm2

Calculo presión promedio antes de la carga, siendo la profundidad hasta la mitad del estrato arcilloso conformado por OL, SC, OH : Po  H estrato .

Po  50cm.1.88

gr gr gr gr gr  10cm 1.83  1 3  73cm 1.71  1 3  112.5cm 1.63  1 3  225.01 2 3 cm cm cm cm cm

Po  0.22501

kg cm 2

Calculo de p prom p prom 

1  p1  pm  pb  6

Lcimentación=3.80 m; Bcimentación=0.50 m

p prom 

m=L/B

z (metros)

n=z/(B/2)

I

Δp=q.Ic

7.6

1.30

3.4

0.355

0.080

7.6

2.53

5.06

0.236

0.053

7.6

4.15

8.3

0.133

0.027

1 kg  0.080  4 x0.053  0.027   0.054 2 6 cm

Calculo del asentamiento :  Como es una arcilla preconsolidada:

Po 60%) Ok.

Tv  1, 781  0,933 log(100  99)  1.781 (Para U > 60%)

Los datos obtenidos del ensayo de Consolidación Unidimensional, en el laboratorio, para una presión de consolidación de 0.80 Kg/cm2 son: H = 18.318 mm = 1.8318 cm,

Obtenido de la etapa de carga para 0.80 kg/cm2, t99  92 min

Reemplazando: Cv 

1.7811.8318 

2

92

cm  0.065 min

Entonces, el tiempo en que se efectuará la consolidación debajo de la estructura en estudio es: t

1.781H dr2 1.781x 2252 cm2   1387125.00mim 2 cv cm 0.065 min

Considerando que tendrá una sola vía de drenaje: t = 2 años, éste es el tiempo que tardará en asentarse el 99% de consolidación Tabla 28: DESARROLLO DEL ASENTAMIENTO "VIVIENDA EXISTENTE LOTE E-7" u

t (min)

Tv

Cv

(%) 99

92

1.781

0.065

Tiempo

Tiempo

(min)

(años)

1387125.00

2.63

Fuente: Elaboración de los tesistas.

5.3. EVALUACION DE DAÑOS ESTRUCTURALES DE LAS VIVIENDAS. 5.3.1. VIVIENDAS EVALUADAS. Para evaluar las viviendas de la Urbanización, se empleó como ESTADO DE DAÑOS una cuantificación del asentamiento diferencial de la vivienda y GRADO DE DAÑO a la magnitud del daño observado en forma global.

GRADOS DE DAÑOS: Grado 1: Daño leve (hasta aproximadamente el 10% del total) Grado 2: Daño mediano (aproximadamente entre el 10% y 30% del total) Grado 3: Daño Grave (aproximadamente entre el 30% y 50% del total) Grado 4: Daño Muy Grave (aproximadamente sobre el 50% del total) ESTADO DE DAÑOS: Estado 1: Asentamientos diferenciales leves (menor a 2.5 cm). Estado 2: Asentamientos diferenciales medianos (3 a 5 cm). Estado 3: Asentamientos diferenciales graves (6 a más cm). En el siguiente cuadro se evaluó las viviendas existentes construidas por ENACE (Empresa Nacional de Edificaciones), BANMAT (Banco de Materiales) y por sus propietarios que no tuvieron apoyo de ninguna Entidad. Tabla 29: ESTADO Y GRADO DE DAÑO EN LAS VIVIENDAS DE LA URBANIZACIÓN SAN VALENTÍN GRADO DE DAÑOS Lote

BANMAT

ENACE 1

2

3

4

ESTADO DE DAÑOS 1

3

A-1

X

A-3

X

X

X

A-4

X

X

X

A-5 A-6

X

X

X X

X

X

X

X X

X

B-5

X

X

B-4

X X

B-6 B-7

X

X

X

A-7 B-2

X

2

X

X

X

X

X

X

B-8

X

X

X

B-9

X

X

X

X

X

B-10 B-12

X

X

X

B-13

X

X

X

B-19

X

C-1

X

X X

C-2

X

C-3

X

C-6

X

X

X

X X

X

C-7

X

C-8

X

C-10

X

C-11

X

C-13

X

X X

X X

X

X X

X

X

X

C-14

X

C-15

X

X

C-16

X

X

C-17

X

X

X

C-19

X

X

X

C-20

X

X

X

C-25

X

X

X

X

X

D-1 D-2

X

X X X

X X

X

D-5

X

X

D-6

X

X

E-5

X

X

X

E-7

X

X

X

F-1

X

X

X

F-2

X

X

F-3

X

X

X

F-4

X

X

X

J-1

X

J-2

X

X

X

J-3

X

X

X

J-5

X

X

X

X

X

X

K-1 K-2

X

X

K-6

X

X

K-8

X

X

K-9

X

X

L-3

X

X

X

L-4

X

X

X

X

X

L-5

X

Fuente: Elaboración Por Tesistas

De la evaluación realizada:  07 viviendas presentan daños leves en los muros representando a menos del 10% del conjunto estructural, estos daños consisten en grietas pequeñas junto a las ventanas o puertas.  21 viviendas tienen daños medianos que representan aproximadamente del 10%-30% del total, con asentamientos diferenciales menores a 2.5cm, las grietas son desde las ventanas hasta el sobrecimientos.  11 viviendas con daños grave en el conjunto estructural que representa del 30%-50% del total, Con asentamientos diferenciales medianos de 3-5

cm, dentro de éstos se tiene la inclinación del conjunto estructural del “Lote E-7”.  14 viviendas con daño muy grave que representa más de 50% del total con asentamientos diferenciales graves de 6- a mas cm, como se puede apreciar en la tabla 31. La variación de asentamientos diferenciales en viviendas vecinas es fundamentalmente por el relleno empleado de manera inadecuada, a continuación se muestra el asentamiento diferencial de las viviendas a las que se tuvo acceso, las que fueron construidas por ENACE (Empresa Nacional de Edificaciones) y por BANMAT (Banco de Materiales): Tabla 30: ASENTAMIENTOS DIFERENCIALES Vivienda ESTADO DE DAÑO construida VIVIENDA por:

Asentamiento

Asentamiento

Asentamiento

diferencial

diferencial

diferencial

Leve (cm)

Mediano (cm)

Grave (cm)

Lote A-3

ENACE

27.5

Lote A-4

ENACE

35

Lote A-5

ENACE

50

Lote C-6

ENACE

9.7

Lote C-8

ENACE

Lote C-10

BANMAT

Lote C-11

BANMAT

Lote C-13

ENACE

15.8

Lote C-14

BANMAT

16.9

Lote C-19

BANMAT

34.3

Lote C-20

BANMAT

40.3

Lote D-1

ENACE

6.2

Lote D-2

BANMAT

11.8

Lote L-5

BANMAT

5.2 6.2 2.5

1

Fuente: Elaboración Por Tesistas

CAPITULO VI

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES. 1.

Se concluye que los Daños Estructurales en las viviendas de la urbanización San Valentín construidos con financiamiento de ENACE y BANMAT se debe a los asentamientos inmediatos producidos en los rellenos sin control de compactación ejecutados por los propietarios durante la construcción de sus viviendas. La carga de la edificación construida de un nivel, es transmitida al suelo por medio de los cimientos, porque los muros portantes reciben y transmiten dicha carga a los cimientos que no satisfacen los asentamientos por consolidación de los rellenos de alta compresibilidad.

2. Se ha obtenido la capacidad de carga admisible de los lotes A-5, E-7 y C19 que representan las viviendas dañadas de la Urbanización San Valentín; donde se tiene para el Lote A-5 qadm = 1.36kg/cm2, para el Lote E-7 qadm = 1.66kg/cm2 y para el Lote C-19 qadm = 1.33kg/cm2 ; asimismo la

presión de contacto de las vivienda evaluadas es qtrabajo=0.37 kg/cm2; por consiguiente el suelo no ha fallado por corte local a causa de una excesiva carga, ya que se ha cumplido en los tres Lotes evaluados con la condición qtrabajo ≤ qadm. 3. Se ha calculado el asentamiento por consolidación de los estratos más desfavorables de las calicatas excavadas en los Lotes A-5 y E-7 que representan las viviendas dañadas de la Urbanización San Valentín; donde se tiene para el Lote A-5 Sc=0.58cm, para el Lote E-7 Sc=1.01cm; por lo tanto estos valores están dentro de lo permisible, asimismo queda demostrado que las fallas del conjunto estructural con un asentamiento diferencial de 35 cm, no se deben al perfil estratigráfico natural antes del relleno ejecutado por los propietarios. Ya que las cimentaciones de estas viviendas

no

han

sido

previstas

para

desarrollar

asentamientos

diferenciales de 35cm, sin que se presenten fallas en los elementos estructurales a causa de un relleno inadecuado y de alta compresibilidad. 4. En la evaluación de daños estructurales se concluye que 7 viviendas presentan daños leves en los muros representando a menos del 10% del conjunto estructural, estos daños consisten en grietas pequeñas junto a las ventanas o puertas; mientras que 21 viviendas tienen daños medianos que

representan

aproximadamente

del

10%-30%

del

total,

con

asentamientos diferenciales menores a 2.5cm, las grietas son desde las ventanas hasta el sobrecimientos; por otro lado se tiene 11 viviendas con daños grave en el conjunto estructural que representa del 30%-50% del total, con asentamientos diferenciales medianos de 3-5 cm, dentro de estos se tiene la inclinación del conjunto estructural y la falla en el cimiento y finalmente se ha registrado 14 viviendas con daño muy grave que representa más de 50% del total, con asentamientos diferenciales graves de 6 cm a más.

RECOMENDACIONES: 1. Se recomienda que una compactación eficiente garantiza un correcto trabajo de los elementos de cimentación y que una deficiente compactación repercutirá en el total de los elementos estructurales. En consecuencia para la construcción de nuevas viviendas la compactación del relleno ingenieril sea efectuado cada 20 cm de espesor. 2. Asimismo se recomienda a los usuarios de nuevas edificaciones de la urbanización

San

Valentín

y

nuevas

construcciones

en

zona

circunlacustre realizar el desplante de la cimentación sobre rellenos controlados con material seleccionado y la impermeabilización de la humedad en las habitaciones del primer nivel de las construcciones, debido a la ascensión capilar. 3. Además se recomienda realizar estudios de mecánica de suelos(EMS) y/o exploración geotécnica a todas las obras de Ingeniería por más simple que sea en relación a su carga de servicio, esto para brindar seguridad y garantía a los usuarios de las edificaciones durante su vida útil y evitar los problemas estructurales en las construcciones, planteando las cimentaciones adecuadas según la recomendaciones del EMS. 4. Se recomienda el tarrajeo de las viviendas agrietadas que tienen asentamientos diferenciales menores a 2.5 cm debido a que el asentamiento del relleno a la fecha tiene un grado de consolidación mayor al 90% para las carga de servicio como refleja el control con papel milimetrado entre la falla de los muros y sobrecimientos colocado en el mes de Agosto del 2014, a la fecha está sin desplazamiento alguno a causa del asentamiento, lo que indica ha culminado el asentamiento; las viviendas con asentamientos mayores a 3cm se recomienda su demolición y la construcción de nueva estructuras.

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