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ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACION

PROYECTO: “VIVIENDA MULTIFAMILIAR”

PROPIETARIO : OC&T CONTRATISTAS GENERALES S.A.C.

UBICACIÓN : Jr. Santa Rosa N° 1811 – El Tambo – Huancayo

DISTRITO : Huancayo

PROVINCIA : Huancayo

GOB. REGIONAL : JUNIN

Abril – 2015

Jr. Ancash N° 543 Oficina N° 204 - HuancayoCel. 964682070 – Rpm *934401

INTRODUCCION

Para el desarrollo de los cálculos de cimentaciones de las edificaciones, es importante realizar los estudios de Mecánica de Suelos con fines de construir una adecuada cimentación, que permita dar una adecuada cimentación, que permita dar seguridad a la estructura y construir estructuras de cimentaciones apropiadas que reflejen la realidad del lugar en estudio frente a un la diversas características de fuerzas actuantes sobre ellas, como son esfuerzos debido a la carga muerta, carga viva , carga lateral por sismo , desplazamientos laterales, asentamientos, etc. que no deben afectar a la estabilidad de la estructura.

Para ello el Reglamento Nacional de Edificaciones ha previsto mediante las normas E.050 de suelos y cimentación, determinar la capacidad portante del terreno mediante un programa de estudio de mecánica de suelos, que permitirán finalmente un correcto diseño y función de las estructuras de la edificación, tanto por asentamiento y por corte general.

Así mismo en el presente trabajo se adiciona las Normas Americanas, que permiten los cálculos mediante el asentamiento y la distorsión angular, factores importantes que generan mayor garantía al presente estudio. Todos los parámetros descritos permitirán trabajar adecuadamente el presente proyecto y darán la seguridad al presente proyecto.


CAPITULO I OBJETIVOS

1.- GENERALIDADES

Para todo trabajo de cimentaciones, es necesario ejecutar el Estudio de Mecánica de Suelos (EMS), para lo cual es importante realizar la investigación de campo, que permita la obtención de los respectivos parámetros físicos y mecánicos para el desarrollo de los cálculos.

Por tanto estos parámetros son obtenidos directamente del sub suelo para luego plasmarse en el laboratorio y dichos resultados permitan el diseño final de la estructura de cimentaciones más adecuadas de la edificación.

De acuerdo a lo señalado, es necesario iniciar el trabajo realizando un programa de exploración de suelo para ordenar en forma más didáctica los estudios a realizarse, de acuerdo a:

1.1 Objetivos de la Exploración.

El programa de exploración de campo y los ensayos de laboratorio constituyen una parte del proyecto de una obra de ingeniería civil. Dependiendo de sus alcances, el programa de exploración de suelos y ensayos de laboratorio pueden ser más o menos costosos, por lo cual sus alcances deben definirse con precisión para lograr un mínimo costo.

Los objetivos de la exploración de campo en nuestro proyecto han sido resumidos según la información que proveen para:a.- Seleccionar la ubicación definitiva del proyecto.- en este caso la ubicación del terreno ha sido destinado para dicho fin.b.- Ver Diseño de fundaciones existentes.- en nuestro caso se ha previsto 02 sótano.c.- Investigación de obras existentes.- la investigación de obras existentes en nuestro caso han tenido los siguientes objetivos.

Investigar estructuras cercanas que han fallado o que se prevean, puedan fallar; constituye un objetivo muy importante, pues no solo resuelve incógnitas con respecto al origen de datos o fallas investigados, si no que permite registrar la experiencia habida para prevenir casos similares en el futuro.

Verificación de la seguridad de obras existentes; como parte de la rutina en las obras de orden social es necesario verificar datos adicionales que sean requeridos posteriormente. En nuestro caso podemos observar que edificaciones próximas se encuentran estables y mencionar por la naturaleza del terreno que es estable por tanto se consideran los factores de seguridad adecuados.


d.- La exploración de suelos y los ensayos de laboratorio, es importante debido a que permite prever al proyectista los parámetros del suelo necesarios para efectuar los análisis apropiados para el caso específico.

e.- Otro objetivo es obtener toda información geotécnica necesaria para elegir los procedimientos constructivos más apropiados y evaluar la seguridad permanente de la obra.

f.- Considerando los números de pisos será necesario tomar en cuenta la cisterna, teniendo en cuenta que esta estructura tendrá presencia en el sub suelo y en el proyecto.

2.- Objetivos y Obligatoriedad de los estudios

El Estudio de Mecánica de Suelos (EMS), es un requisito indispensable para cualquier proyecto mediano o grande. El Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE), en su norma E.050, señala la obligatoriedad para toda edificación que aloje gran cantidad de personas, equipos costosos o peligrosos, cualquier edificación de uno a tres pisos que ocupe un área de más de 500 m2, o cualquier edificación de 4 pisos a más.

Adicionalmente, es obligatorio para edificaciones industriales, aquellas que requieran pilotes, o adyacentes a taludes que pongan en riesgo su estabilidad.

Pero esta Norma, no hace más que hacer oficial una necesidad básica para cualquier proyecto, y es la de evitar los problemas más comunes luego de ejecutada una obra. Básicamente el peligro más común es el asentamiento diferencial, y el más grave es el colapso de una estructura por licuación del suelo.

El proyecto a cimentar, está dentro de la obligatoriedad de realizar Estudio de Mecánica de Suelo.


CAPITULO II INFORMACION EXISTENTE

El presente informe de mecánica de suelos con fines de cimentación es complementada con la información obtenida de la zona y la toma de muestra.

1.01 DEL TERRENO

El terreno se encuentra ubicado en Jr. Santa Rosa N° 1811 – El Tambo, Provincia de Huancayo.

El terreno es de forma regular tal como se muestra en el plano de ubicación, tiene un área de terreno aproximado de 180m2, presenta desnivel de 5.80m respecto al nivel de vereda de la vía pública, el terreno se encuentra libre de construcción, el terreno no presenta obstáculos, está alineada, cuyos linderos y demás características del lote están definidas.

Ubicación satelital


UBICACIÓN DEL TERRENO

JR. SANTA ROSA

Vista del frontis del terreno.

1.02 DATOS GENERALES DE LA ZONA

a.- En el terreno en referencia está cercado y tiene una construcción rustica con cobertura liviana.b.- No presenta fenómenos de geodinámica externa de conocimiento del propietario o del vecindario, que puede afectar al terreno tanto en su capacidad portante, deformabilidad e integridad.c.- El terreno no presenta, restos arqueológicos u obras semejantes que pudieran impedir el desarrollo del proyecto.

1.03 DE LOS TERRENOS COLINDANTES

Existen en las cercanías, viviendas de construcción de material noble con una antigüedad de 5- 15 años y otros de reciente construcción, por lo que el estudio se efectúa asumiendo la edificación con antecedentes de estudios de mecánicas de suelo de terrenos aledaños.

1.04 DE LAS EDIFICACIONES ADYACENTES

Hay edificaciones cercanas al terreno de 2 a 3 pisos de material noble de construcción reciente y otras en proceso de construcción.

No existe en los terrenos colindantes grandes irregularidades como afloramiento rocoso, fallas, ruinas arqueológicas, estratos erráticos, rellenos o cavidades.

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.


Se aprecia edificaciones de 2 a 3 pisos de material noble, con dirección Sur

1.05 CLASIFICACIÓN DE LA EDIFICACIÓN

La clasificación de la edificación es del tipo B, de acuerdo a la tabla Nº1 de la Norma E.050, para estructura conformada por muros portantes de albañilería, con distancia menores a 10m entre apoyos mayores y estando el número de pisos entre 9 a 12 pisos, la edificación es del tipo B.


CAPITULO III DE LA INVESTIGACION

2.01 INFORMACION REQUERIDA DEL SUELO

La información requerida parte de dos aspectos:

a.- Propiedades Mecánicas

b.- Propiedades Dinámicas

PROPIEDADES MECANICAS

Para efectos de diseño de la cimentación es necesaria contar con aspectos de gran importancia, por lo que es necesaria su obtención. Para ello se recurrirá al método de excavación para exploraciones

PROPIEDADES DINAMICAS

Para la determinación del comportamiento del suelo ante solicitaciones sísmicas es necesaria la determinación en el campo de la velocidad de la onda transversal o de Corte (Vs) y la velocidad de las ondas longitudinales o de compresión (Vp), estas determinaciones se efectúa mediante ondas sonoras

Este método es utilizado para confirmar el comportamiento de un perfil de suelo entre perforación y perforación.

Debiendo luego ser confirmados los informes con las perforaciones adecuadas y necesarias

Considerando que la zona es estable, no se efectuara estos trabajos solamente se determinaran las propiedades mecánicas

2.02 NUMERO DE SONDEOS

El número de puntos a investigar está en función al tipo de edificación y del área de la superficie a ocupar por este, correspondiendo el tipo de edificación “B”, y un área de 450 m2 según tabla Nº 6 de la Norma E – 050, se requiere 1 puntos de investigación.

Sin embargo se ha efectuado tres calicatas cuyas características del perfil estratigráfico son similares entre sí, por lo que se extrajo la muestra de la calicata N° 1.


2.03 PROFUNDIDAD DEL PUNTO A INVESTIGAR

La profundidad utilizada con fines prácticos para el caso de cimentaciones superficiales se determinó por: P = h+ Df + z

Dónde:

h = Profundidad del sótano(se considera 0.00 por que el nivel de vereda con respecto al nivel de terreno se encuentra +5.80)

Df = distancia vertical entre el nivel del piso terminado del sótano al fondo de la cimentación.

z = 1.5B; siendo B el ancho de la cimentación prevista de mayor área:

Datos: h = 0.0m, Df = 2.30m; z = 1.5(2.0) = 3.0m

Reemplazando se tiene p = 5.30m, por razones de seguridad del personal se excavo h= 6.00 m.

2.04 TRABAJOS DE CAMP0

Se utilizó la excavación por ser la mejor manera de explorar un suelo mediante un pozo donde ingreso el personal y ha permitido examinar el suelo en sitio y determinar el perfil estratigráfico. Además ha permitido extraer muestras para pruebas de laboratorio. Esta excavación se ha realizado manualmente y las dimensiones del pozo de sección rectangular de 1.0m x1.80m de lado para una profundidad de 5.0m. Por razones de seguridad del personal ya que la excavación es manual, a ese nivel se encontró la presencia del nivel freático y el comportamiento del suelo es uniforme.

Una vez excavado se extrajo las muestras correspondientes, para los respectivos análisis

El nivel de cimentación será a una profundidad de 2.30m, sobre el estrato clasificado con la muestra M1 de la calicata C1


El nivel freático se ubicó a los 5 m, por lo que se toma en cuenta para el cálculo de la capacidad portante.

2.05 PERFIL DEL SUELO INVESTIGADO

A continuación se tiene la descripción del perfil:

Calicata N°1

De 0.00 a 0.10m: Piso de concreto De 0.10m hasta 1.10m. Suelo (CL), limo con presencia de grava. De 1.10m hasta 1.40 m: Suelo (OL) limo con presencia orgánico De 1.40m a 2.30m, Suelo (SP), arena limosa con presencia escasa de piedra. De 2.30m a 3.30m, Suelo (SM), arena limosa sin plasticidad De 3.30m a 3.90m, Suelo (CL), arcilla plástica de color plomo. De 3.90m a 4.60m, Suelo (CH), arcilla plástica con presencia de agua. A la profundidad de 5 m se encontró el nivel freático

Se ha extraído muestra a nivel de 2.30m de la calicata C1, el cual se ha llevado al laboratorio para su respectivo análisis.

2.06 NIVEL DE CIMENTACION

De las calicatas realizadas y observando el perfil del suelo, se ha establecido como adecuado cimentar a una profundidad mínima de 2.30m (con referencia al nivel de sótano).

2.07 RESULTADO DE LABORATORIO

De la muestra analizada, se tiene lo siguiente:

CALICATA Nº 1 – M1

Muestra a profundidad h= 2.30 m

1.- Densidad natural (ASTM-D – 4253): 2.50 Kg/cm2

2.- se ha efectuado el análisis granulométrico con una muestra alterada cuyo resultado es el siguiente:

Clasificación SUCS: SM: ARENA FINA LIMOSA SIN PLASTICIDAD.

Limite liquido = 24.80 %

Limite plástico = N.P

Índice de Plasticidad = NP

Peso unitario = 1410 Kg./m3

Ensayo de corte directo: Ø = 23.0°; C= 0.08 Kg/cm2


CAPITULO IV ANALISIS DE DEFORMACIONES

CALCULO DE ASENTAMIENTOAsentamiento Total: St = Si + Scp + Scs.

Donde:

Si = asentamiento inmediato

Scp = asentamiento por consolidación Primaria

Scs = asentamiento por consolidación Secundaria.

En suelos conformados por arenas, gravas, arcillas duras y suelos no saturados en general. St = Si.

CALCULO DE ASENTAMIENTO INMEDIATO

Para el cálculo del asentamiento inmediato se utilizó el método elástico cuya expresión es:

Si = q.B(1-u²)If/EsDonde:

u = Relación de poisson

Es = módulo de elasticidadIf = factor de formaB = ancho de la zapataq= presión de trabajo

El asentamiento obtenido es de 0.42 cm menor al asentamiento permisible de 1.25 cm.

La distorsión angular obtenida de 1/717 es menor a la distorsión angular admisible de 1/500, por lo que no se tomara en cuenta el asentamiento diferencial entre zapatas.


CAPITULO V ASPECTO SISMICO

Para este proyecto se han tomado en cuenta las consideraciones sísmicas de diseño de acuerdo a la norma técnica de edificaciones, Reglamento Nacional De Edificaciones, estimándose que el territorio nacional se considera dividido en tres zonas de acuerdo a la distribución espacial de sismicidad observada, las características generales de los movimientos sísmicos y la atenuación de estos con la distancia al epicentro, así como la información geotécnica correspondiente. Huancayo se encuentra ubicada en la zona 2 y se le asigna un factor de zona Z= 0.3g.

Para este Proyecto, la Norma indica una clasificación de perfil estratigráfico del suelo y de acuerdo a la investigación de campo efectuada le corresponde a tipo de suelo S2, con un periodo predominante Tp=0.6 seg. y factor de amplificación del suelo de S=1.2


Ubicación del Estudio:

Junín – Huancayo

CAPITULO VI PRESION ADMISIBLE

Se calculó la presión admisible, se efectuara primero por asentamiento y se verifico por corte afectada por el factor de seguridad correspondiente.

ASPECTOS DE DISEÑO

Para la ejecución del presente análisis se tomara en cuenta los efectos de las cargas actuantes de la estructura, para lo cual se ha previsto conforme a la Norma E-060 las cargas actuantes que en nuestro caso han sido considerados para vivienda, por tanto se considera sobrecargas actuantes de 200 Kg/m2 como carga de servicio; así mismo se tiene en cuenta los efectos externos e internos que generan cargas axiales, de torsión flexo compresión, etc. Y de acuerdo a los siguientes aspectos ya descritos como son la rigidez lateral, efectos de torsión, flexo compresión, torsión, etc.

CARGASLas cargas que se utilizan son las correspondientes al proyecto estructural.

Para el cálculo del factor de seguridad se considerara como cargas aplicadas a la cimentación las cargas de servicio que se utilizan para el diseño estructural de las columnas del nivel más bajo de la edificación. FS = 3.0

Para el cálculo del asentamiento de los cimientos apoyados se consideró la máxima carga vertical que actúa carga muerta más carga viva más sismo, utilizada para el diseño de las columnas del nivel más bajo de la edificación.

A.- PRESION ADMISIBLE POR CORTE

Para el cálculo de la presión admisible por corte se ha considerado la teoría de Terzagui.

El cálculo de la Presión Admisible por falla general por corte obtenido para una profundidad de 2.30m es q =2.70 Kg. /cm2, según se muestra en la hoja de cálculo.


B.- PRESION ADMISIBLE POR ASENTAMIENTO

El asentamiento permisible calculado del análisis y distorsión angular es de ½”, equivalente a (1.25cm).

El asentamiento se ha calculado con la siguiente formula Si = q.B(1-u²)If/Es

Las presiones de trabajo (q) calculado para profundidades variables entre 1.2m a 3.0m mediante corte directo, se reemplazan en la fórmula anterior y se obtienen los asentamientos los cuales se comparan con el asentamiento admisible, de ser mayor se reduce la presión de trabajo hasta que el asentamiento sea menor o igual al asentamiento permisible.

Para la profundidad de desplante de 2.30m, el asentamiento obtenido es de 0.42 cm menor al asentamiento permisible de 1.25 cm, en tal sentido la presión admisible obtenido por corte de 2.70 Kg/cm2 produce asentamiento menor a la permisible.


CAPITULO VII AGRESION AL SUELO DE CIMENTACION

El suelo bajo el cual se cimienta toda estructura tiene un efecto agresivo a la cimentación. Este efecto está en función de la presencia de elementos químicos que actúan sobre el concreto y el acero de refuerzo, causándole efectos nocivos y hasta destructivos sobre las estructuras (sulfatos, cloruros). Sin embargo, la acción química del suelo sobre el concreto solo ocurre a través del agua subterránea que reacciona con el concreto; de ese modo el deterioro del concreto bajo el nivel freático, zona de ascensión capilar o presencia de agua infiltrado por otra razón (rotura de tuberías, lluvias extraordinarias, inundaciones, etc).

Los principales elementos químicos a evaluar son los sulfatos y cloruros por su acción química sobre el concreto y acero del cimiento respectivamente y las sales solubles totales por su acción mecánica sobre el cimiento, al ocasionarles asentamientos bruscos por lixiviación (Lavado de sales del suelo con el agua). Ver Anexo

De los resultados de los análisis químicos obtenidos a partir de una muestra representativa de la calicata C1 se tiene:

Una concentración de sulfatos promedio de 54.14 ppm se encuentra entre 0.00 a 1,000.00 ppm presenta una concentración leve, indica que va a ocasionar en presencia de agua, ataque al concreto de la cimentación será leve.

Una concentración de cloruros promedio de 17.81 ppm, menor que 6,000 ppm, indica que ocasiona un ataque por corrosión del acero de la cimentación de forma leve.

Se concluye que el estrato de suelo que forma parte del contorno donde ira desplantada la cimentación contiene concentraciones leves de sulfatos y cloruros, por tanto el ataque al concreto y acero será leve, en consecuencia solo utilizar cemento portland tipo I.


CAPITULO VIII CONCLUSIONES

Las principales conclusiones alcanzadas en este informe de cálculo de capacidad portante; son las siguientes:

- La profundidad de cimentación se ha establecido a una profundidad de 2.30m a partir del nivel de terreno, sobre el suelo ML, sin presencia de raíces y previa eliminación de materiales sueltos o de mala calidad que hubiera a ese nivel.

- La capacidad admisible de carga calculada se considera qa =2.70 kg/cm2

- No es necesario considerar asentamientos diferenciales entre zapatas

- Se clasifica el terreno como S2 para su aplicación en la Norma de SismoZ = 0.30, S = 1.20, Tp= 0.60 s

- En todos los casos será recomendable proteger al suelo de cimentación de la infiltración de agua proveniente de rotura de instalaciones domiciliarias de agua, desagüe, etc., por lo que es indispensable reparar de inmediato cualquier daño en las tuberías que puedan originar estos durante el periodo de construcción y vida útil de la obra.

- En los casos que sea necesario alcanzar niveles por medio de rellenos de ingeniería, el material selecto deberá compactarse por capas de espesor no mayores a 0.20m, para un grado de compactación del 95% equivalente al Ensayo proctor modificado de laboratorio.


CAPITULO IX FOTOGRAFIAS

Calculo de presiones admisibles por corte Capacidad admisible por asentamiento Ensayo de corte directo Análisis Granulometría Perfil estratigráfico Análisis de suelo-sales


CAPITULO X FOTOGRAFIAS


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