Estudio De Suelos Con Fines De Cimentacin

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ESTUDIO DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACIN

TCNICA DE INVESTIGACIN

PIURA, JUNIO DEL 2,006

INDICE

ESTUDIO DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACIN

GENERALIDADES

GEOLOGA Y SISMICIDAD.

ETAPAS DEL ESTUDIO

TRABAJOS EFECTUADOS

PERFIL ESTRATIGRFICO

CLCULO DE LA CAPACIDAD PORTANTE Y PRESIN ADMISIBLE DEL SUELO.

CLCULO DE ASENTAMIENTO

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

RESULTADOS DEL LABORATORIO.

FOTOS.

ESTUDIO DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACIN

I.- GENERALIDADES:

1.1.- Objeto:El objetivo principal de este estudio es investigar el comportamiento del Sub Suelo, determinar las propiedades de los suelos, la capacidad portante y admisible del terreno donde se ha proyectado la CONSTRUCCIN DE RESERVORIO AGUA POTABLE CANCHAQUE, por medio de la Mecnica de Suelos, la cual se designa como la aplicacin de las leyes de la Mecnica y la Hidrulica a los problemas de Ingeniera que tratan con sedimentos y otras acumulaciones no consolidadas de partculas slidas, producto de la desintegracin qumica-mecnica de las rocas.En todo estudio de mecnica de suelos debern considerarse diferentes tcnicas como la exploracin del terreno, prueba de campo, ensayos de laboratorio y trabajos de gabinete que nos permitan determinar sus propiedades fsico-mecnicas, as como efectos de sismo, parmetros de resistencia y deformacin mediante lo cual se va a poder determinar los tipos de cimentacin.

1.2.- Acceso al rea en Estudio:La zona de estudio se ubica en zona de Frontera Norte, en la zona urbana del Distrito de Canchaque, Provincia de Ayabaca, Departamento de Piura.El acceso a la zona de estudio se realiza desde Piura a travs de la carretera Sajinos. El acceso de Piura - Canchaque es aproximadamente de 83.00Km.

1.3.- Condiciones Climticas:El clima de la zona es templado, En el anlisis de las condiciones climticas generales, es importante resaltar que por presenciadel fenmeno El Nio, las ciudades costeras,se han visto abatidas por precipitaciones muy fuertes que han hecho colapsar viviendas, edificaciones y hasta puentes. Las precipitaciones se concentran normalmente en el periodo de Diciembre Marzo de cada ao y alcanza 850 mm/ao.Durante el verano se registran temperaturas de15C hasta 25C , variando la humedad relativa en estos periodos entre 70 a 90%.

II.- GEOLOGIA Y SISMICIDAD:

2.1.- Geologa:

El rea de estudio est caracterizada por presentar unidades geolgicas cuyas edades varan del Cretceo Medio del Cuaternario reciente. El Cretceo Medio-Superior est representado por el volcnico Lancones que aflora al Sur de la zona de estudio y est constituido por materiales volcnicos de naturaleza lvica y litologa andestica, intercalados con rocas sedimentarias tipo areniscas, lutitas y calizas. Estas rocas se encuentran alteradas y fracturadas en superficie debido a la intensa meteorizacin mecnica y qumica, hasta alcanzar el estado de arcillas y arenas arcillosas.

Hacia la parte Norte y en especial en la zona de estudio afloran rocas volcnicas del tipo andestico, estas rocas se encuentran intensamente meteorizadas en superficie hasta el estado de arcillas y arcillas arenosas (CH), gravas y gravillas, dependiendo de la ubicacin, ya sea en zonas de elevacin donde es menos afectado por el agua y en las zonas bajas donde estn expuestas a la accin de las aguas pluviales, originando descomposicin de los elementos arcillosos en materiales de color marrn oscuro, de mediana plasticidad y con procesos de hinchamiento y contraccin de suelos arcillosos que originan rajaduras en la cimentacin por ser del tipo colapsables; los materiales compuestos por gravas angulosas, producto de la meteorizacin de las rocas volcnicas, son considerados como los de mayor estabilidad para las construcciones, razn por la cual, las construcciones se han proyectado sobre stos suelos.

Los depsitos cuaternarios que cubren a las unidades ms antiguas, estn constituidas por materiales de origen aluvial, fluvial y deluvial,ubicados en las quebradas de Mangas, y tras menores, asimismo en las laderas de los cerros.

2.2.- Sismicidad:

La Regin del Noroeste de los Andes Peruanos y la Costa en particular, se caracteriza por la existencia de la Fosa Peruano-Chilena que constituye una zona de mayor actividad ssmica y tectnica del Planeta separando el Continente Sudamericano de una profunda cuenca ocenica (Placa Pacfica).

En cuanto a sismicidad, el borde continental del Per, libera el 14% de la energa ssmica del planeta y la zona donde se cimentar el Reservorio La Virgen Ayabaca, se encuentra en la regin de mayor sismicidad, segn las normas peruanas de diseo ssmico.

Estudios realizados por Grange et al (1978), revelaron que el buzamiento de la zona de Benioff para el Norte del Per es por debajo de los 15, lo que da lugar a que la actividad tectnica, como consecuencia directa del fenmeno de subduccin de la Placa Ocenica debajo de la Placa Continental, sea mayor con relacin a la parte central y sur del Per y por lo tanto, tambin disminuyen en cierto grado.

Desde el punto de vista Neotectnico, la zona donde se cimentar las aulas del Instituto Superior Pedaggico, no presenta, diaclasas, fracturas ni fallas de distensin, por lo que no hay evidencias de deformacin neotectnica tal como se pudo apreciar en las calicatas que se ejecutaron para el presente estudio.

Dentro del territorio nacional, existen varias zonas que se diferencian por su mayor o menor frecuencia de estos movimientos, as tenemos que las Normas Sismo Resistentes del Reglamento Nacional de Construcciones, divide al Pas en tres zonas.

Zona 1. Comprende parte de la regin de la selva, comprende la ciudad de Iquitos, y parte del Departamento de Ucayali y Madre de Dios en esta regin la sismicidad es baja.Zona 2. En esta zona la sismicidad es media. Comprende prcticamente el 70% de la selva, Puno, Madre de Dios, y parte del Cuzco. En esta regin los sismos se presentan con mucha frecuencia, pero no son percibidos por las personas en la mayora de las veces.Zona 3. Es la zona de msalta sismicidad. Comprende toda la costa peruana, desde Tumbes hasta Tacna, la Sierra Norte y Central y parte de ceja de selva, es la zona ms afectada por los fenmenos telricos.La ciudad en estudio, se encuentra en la zona 3, de alta sismicidad. A pesar de ello, en sus caractersticas estructurales no se identifican rasgos sobre fenmenos de tectonismo que hayan influido en la estructura geolgica de la zona.

2.5.- Parmetros de Diseo Sismo Resistente:De acuerdo al reglamento nacional de construcciones y a la Norma Tcnica de Edificaciones E-030 Diseo Sismo Resistente, se deber tomar los siguientes valores:

a) Factor de Zona ..................................................... Z = 0.4 (*)

b) Condiciones Geotcnicas.- El suelo investigado, pertenece al Perfil Tipo S3, que corresponde a un suelo flexible

c) Periodo de Vibracin del Suelo........................... To = 0.9 seg.

d) Factor de Amplificacin del Suelo...................... S = 1.4

e) Factor de Amplificacin Ssmica (C)Se calcular en base a la siguiente expresin:

C = 2.5 *[To] 1.25 C( 2.5T

Para T = Periodo de Vibracin de la Estructura = H / Ct

f) Categora de la Edificacin ....................................... C

g) Factor de Uso .......................................................... U = 1.0

h) La fuerza horizontal o cortante basal (V) debido a la accin ssmica se determinar por la frmula siguiente:

V = Z*U*S*C*PRDonde:

V = CORTANTE BASALZ = FACTOR DE ZONAU = FACTOR DE USOS = FACTOR DE AMPLIFICACION DEL SUELOC = FACTOR DE AMPLIFICACION SISMICAR = COEFICIENTE DEREDUCCIONP = PESO DE LA EDIFICACION.

(*) El rea en estudio, corresponde a la zona 3, el factor de zona se interpreta como la aceleracin mxima del terreno con una probabilidad de 10% de ser excedida en 50 aos.

III. ETAPAS DEL ESTUDIO:Los trabajos se efectuaron en 3 etapas:

1. Fase de Campo:Se efectuaron trabajos de exploracin, por medio de calicata, con el fin de conocer el tipo y caractersticas resistentes del subsuelo.

2. Fase de Laboratorio:Las muestras obtenidas en el campo fueron llevadas al Laboratorio con el objeto de determinar sus propiedades fsicas y mecnicas.

3. Fase de Gabinete:A partir de los resultados en Campo y Laboratorio, se ha elaborado el presente informe tcnico final que incluye:Anlisis del Perfil Estratigrfico, Clculo de la Capacidad Portante, as como Profundidad de Desplante de las Estructuras y conclusiones.Se incluye adems anexos que contienen los resultados obtenidos en Campo y Laboratorio, de las Calicatas; as como la estratigrafa encontrada.

IV. TRABAJOS EFECTUADOS:

1. Trabajos de Campo:Las investigaciones de Campo estuvieron ntimamente ligadas al suelo encontrado.Se realiz la excavacin de 01 calicata a la profundidad 1.50m donde se verific que existe un estrato bien definido. Tambin se realiz la toma de muestras de dicha calicata cuyo registro se pueden apreciar en el anexo.Los trabajos fueron supervisados por el Ing. Vctor Calle Rentera, responsable del proyecto.

2. Trabajos de Laboratorio:Se efectuaron los Ensayos Estndar de Laboratorio, siguiendo las Normas establecidas por la American Society Testing Materials (ASTM) de los Estados Unidos de Norte Amrica.

1. Anlisis Granulomtrico por Tamizado (ASTM-D-422):Consistiendo este Ensayo en pasar una muestra de suelo seco a travs de una serie de mallas de dimensiones estandarizadas a fin de determinar las proporciones relativas de losdiversos tamaos de las partculas y definir el mejor material a usar.

2. Contenido de Humedad Natural (ASTM-D-2216:Este es un Ensayo rutinario de Laboratorio para determinar la cantidad de agua presente en una cantidad determinada de suelo en funcin de su peso en seco.

3. Lmites de Consistencia o Limites de Atterberg:Lmite Lquido : ASTM D-423Lmite Plstico : ASTM D- 424Estos ensayos sirven para expresar cuantitativamente el efecto de la variacin del Contenido de Humedad en las caractersticas de Plasticidad de un suelo.La obtencin de los Lmites Lquido y Plstico de una muestra de suelo permiten determinar un tercer parmetro que es el ndice de plasticidad.

4.2.4 Ensayo de Compresin No Confinada ( ASTM D 2166)Este ensayo constituye un mtodo muy importante a la hora de determinar la Resistencia al Corte de los suelos Cohesivos y semi Cohesivo

5. Clasificacin Segn el Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos (SUCS)

V. PERFIL ESTRATIGRFICO:De acuerdo a la exploracin efectuada mediante 01 calicata; el perfil estratigrfico presenta las siguientes caractersticas:

CALICATA : C-1

UBICACIN : Canchaque.

ESTRATO N 01 (Profundidad de 0.00 m a 1.50 m)

Anlisis Granulomtrico. Su anlisis granulomtrico por tamizado da un porcentaje de finos que pasa por el Tamiz N 200 es de 32.50%.

Lmites de Atterberg.- Se usa empleando suelos que pasan por la malla N 40. como resultado se obtuvo:ndice de plasticidad : 52.00%Limite Lquido : 27.37%Limite Plstico : 24.63%

Humedad Natural.- Presenta una humedad natural de 15.90 %.

Clasificacin Segn el Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos (SUCS).- Lo describe como Grava arcillosa, color marrn oscuro (GC).

Ensayo de Resistencia de Compresin NoConfinada .- Presenta una resistencia de 0.65 kg/cm2

VI. CLCULO DE LA CAPACIDAD PORTANTE Y PRESIN ADMISIBLE DEL SUELO

6.1. Parmetros e Hiptesis de Clculo.-1. La capacidad de carga se ha determinado en base a la formula de Dr. Karl Terzaghi y Peck (1967) con los parmetros de Versic (1973)2. No se encontr el Nivel Fretico a la profundidad de 1.50 m.3. La calicata presenta un estrato bien definido,4. Ensayo de Compresin No Confinada ( qu ): La carga vertical creciente se aplic sobre dos especimenes cilndricos de suelos Cohesivos o Arcillosos hasta producir la falla o rotura

1. Clculo de la Capacidad Portante y Presin Admisible del SueloPara calcular la Capacidad Portante en suelos puramente Cohesivos se emplea la frmula dada por Terzaghi y Skempton

qd = 2.85x qu + ( Df (CIMIENTOS CORRIDOS)qd = 3.70x qu + ( Df (ZAPATAS CUADRADAS)

Luego: [pic]

Donde:qd = Capacidad de carga a rotura en Kg/cm2qad = Presin Admisible del suelo en Kg/cm2qu = Resistencia a la Compresin no confinada en kg/cm2(. = Peso volumtrico del suelo en g/cm3Df = Profundidad de Cimentacin en mB = Ancho de Cimiento en m.Fs = Factor de seguridad, que toma en consideracin lo siguiente:a) Variaciones naturales en la resistencia al corte de los suelos.b) Las incertidumbres que como es lgico, contienen los mtodos o frmulas para la determinacin de la capacidad ltima del suelo.c) Disminuciones locales menores que se producen en la capacidad de carga de los suelos colapsables, durante o despus de la construccin.d) Excesivo asentamiento en suelos compresibles que hara fluir el suelo cuando ste, est prximo a la carga crtica a la rotura por corte.

Por lo expuesto adoptaremos Fs igual a 3 valor establecido para estructuras permanentes

Reemplazando valores se obtiene :

CUADRO N01 PARA CIMIENTOS CORRIDOS

|Df |( |qu|qd |qad ||Profundidad de |Peso Volumtrico |Resistencia a la |Capacidad de Carga a|Capacidad Admisible ||Cimentacin |g/cm3 |Compresin no |Rotura |del Suelo ||m | |confinada |(Kg/cm2) |(Kg/cm2) || | |(Kg/cm2) | | ||0.80 |1.558 |0.65 |1.92 |0.64 ||1.00 |1.558 |0.65 |1.95 |0.65 ||1.20 |1.558 |0.65 |1.98 |0.66 ||1.30 |1.558 |0.65 |2.00 |0.67 ||1.50 |1.558 |0.65 |2.03 |0.68 |

CUADRO N02 PARA ZAPATAS CUADRADAS

|Df |( |qu |qd |qad ||Profundidad de |Peso Volumtrico |Resistencia a la |Capacidad de |Capacidad Admisible ||Cimentacin |g/cm3 |Compresin no |Carga a Rotura|del Suelo ||m | |confinada |(Kg/cm2) |(Kg/cm2) || | |(Kg/cm2) | | ||0.80 |1.558 |0.65 |2.46 |0.82 ||1.00 |1.558 |0.65 |2.49 |0.83 ||1.20 |1.558 |0.65 |2.52 |0.84 ||1.30 |1.558 |0.65 |2.53 |0.84 ||1.50 |1.558 |0.65 |2.57 |0.86 |

VII CLCULO DE ASENTAMIENTOEn los anlisis de cimentacin, se distinguendos clases de asentamientos, totales y diferenciales, de los cuales, estos ltimos son los que podran comprometer la seguridad de la estructura.La presin admisible de los suelos Cohesivos , generalmente depende de los asentamientos.La presin admisible por asentamiento, es aquella que al ser aplicada por una cimentacin de tamao especfico, produce un asentamiento tolerable por la estructura.

El asentamiento, se ha calculado mediante la teora elstica, que esta dado por la frmula:

S = q * B (1 - ( 2) * NEsDonde :

S = Asentamiento (cm)q = Presin de contacto (Kg/cm2)B = Ancho del rea cargada (cm)( = Relacin de poissonEs = Modulo de Elasticidad del suelo (Kg/cm2)N = Valor de influencia que depende de la relacin largo a ancho(L/B) del rea cargada.

Tabla 1.- PARA DETERMINAR EL MODULO DE ELASTICIDAD EN ARCILLAS:

| |ARCILLAS |Es ||N | |Kg/cm2 || |qu Kg/cm2 |Descripcin | ||( 2 |< 0.25 |Muy Blanda |3 ||2 4 |0.25 0.50 |Blanda |30 ||4 8 |0.50 1.00 |Media |45 90 ||8 15 |1.00 2.00 |Compacta |90 200 ||15 - 30 |2.00 4.00 |Muy Compacta |> 200 ||> 30 |> 4.00 |Dura |> 200 |

Tabla 5 .- PARA DETERMINAR EL VALOR DE INFLUENCIA (N)

|(L/B) |(N) ||1.0 |0.56 ||2.0 |0.76||3.0 |0.88 ||4.0 |0.95 ||5.0 |1.00 |

Los valores de N estn dados por Schleicher, como se muestran en la tabla 5, para nuestra cimentacin se ha asumido L = 400 cm.

Tabla 6 .- RELACION O MODULO DE POISSON ((), APROXIMADO PARA DIFERENTES MATERIALES

|MATERIAL |(() ||Arcilla hmeda |0.10 a 0.30 ||Arcilla arenosa |0.20 a 0.35 ||Arcilla saturada |0.45 a 0.50 ||Limo |0.30 a 0.35 ||Limo saturado |a 0.50 ||Arena suelta |a 0.35 ||Arena densa |a 0.40 ||Arena fina |0.25 ||Arena gruesa |0.15 ||Rocas |0.15 a 0.25 ||Loes |0.10 a 0.30 ||Concreto |a 0.25 ||Acero |0.28 a 0.31 |

7.1.- CALCULO DE ASENTAMIENTO

Como la calicata presentan un solo estrato ( LIMO PLASTICO COMPACTO), se presenta los asentamientos a diferentes profundidades.

Se conoce los siguientes valores :

Es = 50.0 Kg/cm2( = 0.10

Reemplazando valores se obtiene:

|TIPO DE CIMENTACIN |Df |qad |B |N |S || |(m) |(Kg/cm2) |(m) | |(cm) ||CIMIENTO |0.80 |0.64 |0.80 |1.00 |1.01 ||CORRIDO | | | | | || |1.00 |0.65 |0.80 |1.00 |1.03 || |1.50 |0.68 |0.80 |1.00 |1.08 ||ZAPATA CUADRADA |0.80 |0.82 |1.50 |0.56 |1.36 || |1.00 |0.83 |1.50 |0.56 |1.38 || |1.50 |0.86 |1.50 |0.56 |1.43 |

Por tanto el asentamiento, en esta calicata, son Mayores al asentamiento permisible 0.80 cm. (L/500 segn la Norma E.50, para el limite seguro para edificios en los que no se permiten grietas ; L = 4.00 mts. = 400 cm.); razn por la que concluimos que se presentar problemas por asentamientos

VIII CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:Despus del anlisis de campo, laboratorio y de gabinete se puede concluir losiguiente:

1.- En el presente estudio se realiz la excavacin de 01 calicata, a la profundidad solicitada de 1.5.0m, para determinar la Capacidad Portante Admisible del suelo

2.- En la calicata se encontr un estrato bien definido el cual presenta la siguientecaracterstica:

|ENSAYOS DE LABORATORIO | || |UBICACIN: Canchaque. || | || |CALICATA 01 |||ESTRATO 01 || |0.0 1.5 m ||% HUMEDAD |15.90 ||% PASA TAMIZ N 200 |32.50 ||% INDICE PLASTICO (I.P) |24.63 ||CLASIFICACION SUCS |GC || |Grava arcillosa, color marrn oscuro |

3.- Es necesario indicar que en la calicata no se encontr el Nivel Fretico a laprofundidad explorada

4.- En los siguientes cuadros se presenta la resistencia del suelo a diferentesprofundidades para que el especialista analice la mejor alternativa.

CUADRO N01 PARA CIMIENTOS CORRIDOS

|Df |( |qu |qd |qad ||Profundidad de |Peso Volumtrico |Resistencia a la |Capacidad de Carga a|Capacidad Admisible ||Cimentacin |g/cm3 |Compresin no |Rotura |del Suelo ||m | |confinada |(Kg/cm2) |(Kg/cm2) || | |(Kg/cm2) | | ||0.80 |1.558 |0.65 |1.92 |0.64 ||1.00 |1.558 |0.65 |1.95 |0.65 ||1.20 |1.558 |0.65 |1.98 |0.66 ||1.30 |1.558 |0.65 |2.00 |0.67 ||1.50 |1.558 |0.65 |2.03 |0.68 |

CUADRO N02 PARA ZAPATAS CUADRADAS

|Df |( |qu|qd |qad ||Profundidad de |Peso Volumtrico |Resistencia a la |Capacidad de |Capacidad Admisible ||Cimentacin |g/cm3 |Compresin no |Carga a Rotura|del Suelo ||m | |confinada |(Kg/cm2) |(Kg/cm2) || | |(Kg/cm2) | | ||0.80 |1.558 |0.65 |2.46 |0.82 ||1.00 |1.558 |0.65 |2.49 |0.83 ||1.20 |1.558 |0.65 |2.52 |0.84 ||1.30 |1.558 |0.65 |2.53 |0.84 ||1.50 |1.558 |0.65 |2.57 |0.86 |

5.- Utilizando un ancho de 0.80m, para cimiento corrido, y ancho de 1.50m, para una zapata cuadrada y a una profundidad variada de cimentacin (ver 7.1.- Clculo de Asentamiento), se presentan asentamientos superior al permisible de 0.80 cm, segn norma, razn por la que concluimos que se presenta problemas por asentamiento; por lo que se le recomienda al ingeniero estructural el mejoramiento del estrato, colocando una capa compactada, no menor de 0.20m, de material tipo hormign.

6.- Se recomienda que la cimentacin, de la presente obra, ser dimensionada de tal forma que no se aplique al terreno una carga mayor a las que tenemos en los cuadros de Anlisis (Cuadro N01, N02).

7.- El presente estudio es vlido slo para el rea investigada.

8.- Segn estos parmetros el ingeniero especialista definir la mejor estructura.

FOTO - 01

PROYECTO : CONSTRUCCIN RESERVORIO AGUA POTABLE CANCHAQUE.

SOLICITADO POR : ING VICTOR CALLE RENTERA.

UBICACIN : LA VIRGEN.

PROFUNDIDAD : 1.50m