46895263 Informe Estudio de Suelos

Estudio de Suelos con fines de Cimentación

INFORME TECNICO

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACION

“ELABORACIÓN DE EXPEDIENTE TÉCNICO DE LA OBRA NUEVA DE I.E. BARTOLOME HERRERA – SAN MIGUEL - LIMA”

INVESTIGACION GEOTECNICA.

SOLICITADO POR:

VICTOR CHAVEZ INGENIEROS SAC

PREPARADO POR:

GEOSSTRATOS SAC.

GEOTECHNICAL SOLUTIONS

NOVIEMBRE DEL 2010

Jr. Enrique La Rosa Nº238, S.M.P.-Lima Telef: 9989423632 – Nextel 823*8270

Email: [email protected]


Tabla de Contenido

1. GENERALIDADES.

1.1 OBJETIVO.

1.2 UBICACIÓN.

1.3 SISMICIDAD.

1.4 GEOLOGIA

2. INVESTIGACION GEOTECNICA.

2.1 TRABAJOS DE CAMPO

2.2 ENSAYOS DE LABORATORIO.

2.3 PERFIL ESTRATIGRAFICO.

2.4 CONDICIONES DEL SUB SUELO DE CIMENTACION.

3. CALCULO DE CAPACIDAD ADMISIBLE DE CARGA Y ASENTAMIENTOS

4. RECOMENDACIONES GENERALES DE CONSTRUCCION.

5. CONCLUSIONES.

6. REFERENCIAS

ANEXOS

ANEXO I REGISTROS ESTRATIGRAFICOS.

ANEXO II ENSAYOS DE LABORATORIO.

ANEXO III HOJA MODELO DE CALCULO.

ANEXO IV PANEL FOTOGRAFICO.

ANEXO V PLANOS.




1. GENERALIDADES

El Estudio de Suelos con fines de cimentación para la “Elaboración de Expediente

Técnico de la Obra Nueva de I.E. Bartolomé Herrera – San Miguel – Lima” , solicitado

por VICTOR CHAVEZ INGENIEROS SAC, se ubica en la Av. La Marina Cdra. 12 S/N,

San Miguel-Lima, se realizó mediante un programa de exploración y de trabajos de

campo para que por medio de la auscultación directa del subsuelo con obtención de

muestras se correlacione con los resultados de laboratorio determinando las

características del suelo de apoyo para las estructuras proyectadas y así evaluar las

soluciones más factible de cimentación.

1.1 OBJETIVO

Los principales objetivos del estudio son los siguientes:

Identificar la unidad litológica que se encuentra desplazada a lo largo de la zona en

estudio y fenómenos de geodinámica externa.

Auscultación y caracterización del subsuelo de apoyo de la zona donde se

construirá las estructuras, se realizó mediante trabajos de exploración de campo y

ensayos de laboratorio de las muestras obtenidas.

Determinar las dimensiones de profundidad factible para la cimentación de las

estructuras proyectadas en el terreno investigado.

1.2 UBICACIÓN

La zona de estudio se encuentra en la Av. La Marina Cdra. 12 S/N, San Miguel-Lima

Sismicidad

De acuerdo al nuevo mapa de zonificación sísmica del Perú según la nueva Norma

Sismo Resistente (NTE E-030) y del Mapa de Distribución de Máximas Intensidades

Sísmicas observadas en el Perú (J. Alva Hurtado, 1984) el cual está basado en

isosístas de sismos ocurridos en el Perú y datos de intensidades puntuales de sismos

históricos y sismos recientes; se concluye que el área en estudio se encuentra dentro

de la zona de sismicidad media (Zona 2), existiendo la posibilidad de que ocurran

sismos de intensidades tan considerables como VII en la escala Mercalli Modificada




según “Zonificación Sísmica del Perú” y “Mapa de distribución de Máximas

Intensidades Sísmicas”.

De acuerdo a la nueva Norma Técnica NTE E-30 y el predominio del suelo bajo la

cimentación, se recomienda utilizar en los diseños Sismo - Resistentes los siguientes

parámetros:

Suelo : S2

Factor de Suelo : z=0.40

Factor de amplificación del suelo : S=1.20

Período que define la plataforma del espectro : Tp=0.60







1.3 GEOLOGIA

DEPÓSITOS ALUVIALES

La formación geológica del área de estudio comprende la sedimentación producida

por los ríos que cruzan la ciudad de Lima formándose conos aluviales y depositando

material gravo arenoso con limo en diferentes plataformas llamadas terrazas aluviales




Terrazas aluviales .-

Se observa material consolidado de gravas arenosas con poco fino en diferentes

capas.




2. INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA

2.1 TRABAJOS DE CAMPO.

Con la finalidad de caracterizar el terreno de fundación de la zona de estudio se

realizó un programa de exploraciones de campo, las cuales citamos a continuación:

Excavación manual a cielo abierto denominadas calicatas con obtención de muestras

de los diferentes tipos de suelo, Norma ASTM D420

Inspección e Identificación visual y manual de suelos, Norma ASTM D248.

2.1.1 EXCAVACIÓN MANUAL A CIELO ABIERTO (CALICATAS) Y MUESTREO

Norma ASTM D420 – ASTM D2488

En la zona de estudio se ejecutaron en total (04) cuatro calicatas ubicadas

estratégicamente en cada estructura complementaria para el IE Bartolomé Herrera,

procediendo a definir el perfil estratigráfico de cada zona mediante la identificación

visual y manual de suelos (Norma ASTM D2488) a lo largo de las excavaciones

obteniendo muestras representativas para ser ensayadas en el laboratorio de

Mecánica de Suelos, las calicatas fueron exploradas hasta 3.00 m de profundidad.

CUADRO Nº1UBICACIÓN DE CALICATAS – COLEGIO LEONCIO PRADO

Estructura complementaria EXPLORACION/ MUESTRA

ASCENSOR 1 Y 2 C-1, C-2

PISCINA C-3

PATERA C-4




EXCAVACION DE CALICATA EN LA ZONA DE ASCENSOR

DESCRIPCION VISUAL Y MANUAL ASTM D 2487

2.2 ENSAYOS DE LABORATORIO.

En los trabajos de exploración del suelo se tomaron muestras representativas del

suelo de cada calicata ejecutada, para así proceder a su posterior clasificación en el

laboratorio de Mecánica de suelos, los puntos de exploración fueron distribuidos de tal

manera de poder obtener un registro de la estratigrafía general de la zona de estudio.

Los ensayos de laboratorio efectuados se realizaron de acuerdo a las Normas

Standards de la American Society for Testing and Materials- Norma ASTM.

Los siguientes ensayos en suelo fueron realizados con fines de auscultación del

subsuelo de la IE Bartolomé Herrera.

A. Contenido de Humedad Natural - NORMA ASTM D 2216

B. Análisis granulométrico por Tamizado - NORMA ASTM D 422.

C. Límites de Consistencia (Límite Líquido ,Plástico) - NORMA ASTM D 4318,

NORMA ASTM D 427.

D. Ensayo de Corte Directo - NORMA ASTM D 3080




A CONTENIDO DE HUMEDAD NATURAL - NORMA ASTM D 2216

Es la determinación de la cantidad de agua presente en la muestra, comparada con

respecto a su peso seco, nos sirve para obtener una idea general del momento en el

cual se realizaron las exploraciones geotécnicas, debido al efecto importante que tiene

este contenido de agua en la influencia de la resistencia mecánica.

B ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO - NORMA ASTM D 422.

Consiste en determinar el tamaño promedio de los granos del suelo que conforman la

masa total del suelo obtenido, en el laboratorio se realiza este ensayos con el material

desde 0.0745mm (Nº200) hasta de 3”.

C LIMITES DE CONSISTENCIA (LÍMITE LÍQUIDO, PLÁSTICO) – NORMA ASTM D 4318,

NORMA ASTM D 427.

El límite Líquido y Plástico, consiste en determinar el contenido de agua en la muestra

que son los límites entre los estados líquido-plástico y plástico-no plástico. El ensayo

de realiza con el material menor a la malla Nº40.

D DESCRIPCIÓN VISUAL Y MANUAL DE SUELOS NORMA ASTM D 2488.

Las muestras extraídas se clasificaron y describieron en forma manual y visual de

Suelos mediante el método y Normas ASTM.

SE MUESTRA A CONTINUACION EL CUADRO RESUMEN DE ENSAYOS DE

LABORATORIO.




RESUMEN DE ENSAYOS DE LABORATORIO

CALICATA/ PROFUNDIDAD CLASIF. CLASIF. LIMITE LIMITE INDICECONTENIDO

DE

OBRA MUESTRA (m) SUCS AASHTOLIQUIDO

(%)PLASTICO

(%)PLASTICO

(%)HUMEDAD

(w %)

I.E. BARTOLOMÉ

HERRERA

C-1/M-1 1.50 – 2.50 GP A-1a 20.23 NT NP 4.46

C-2/M-1 0.95 – 2.50 GP A-1a 19.91 NT NP 2.68

C-3/M-1 1.30 – 2.00 GP A-1a 21.48 NT NP 1.98

C-4/M-1 1.50 – 2.70 GP A-1a 19.80 NT NP 5.46

E ENSAYO DE CORTE DIRECTO. NORMA ASTM D 3080.

Este ensayo se realiza con el material pasante de la malla Nº4, utilizando la densidad

de campo para remoldear la muestra en laboratorio y así determinar los parámetros de

suelo necesarios para evaluación de estudio.

CUADRO Nº4ENSAYO DE CORTE DIRECTO

ESTRUCTURA EXPLORACION/

MUESTRA

ANGULO DE FRICCION

(GRADOS)

COHESION

(KG/CM2)

ASCENSOR C-1/M-1 31.70 0.00

PISCINA C-3/M-1 33.50 0.00




ENSAYOS QUIMICOS

AGRESIVIDAD DE SUELOS SST = 750.60-800.50ppm

SO4 = 1200 – 1200.50ppm

2.3 PERFIL ESTRATIGRÁFICO.

Los trabajos de exploración del estudio de mecánica de suelos para la

“CONSTRUCCION CONPLEMENTARIA DEL IE BARTOLOME HERRERA – LIMA”

fue la ejecución de (04) cuatro calicatas las cuales fueron descritas in situ para obtener

la estratigrafía de cada calicata y así determinar perfiles estratigráficos de cada zona

de ascensores, piscina y patera de la institucion arriba mencionada.

En general, la estratigrafía del sub suelo es superficialmente de material de relleno fino

de arena limosa con gravas de diferentes diámetros y de espesor variable de hasta

1.50m continuando suelo de granulometría gruesa de gravas con arena y poco fino

sin plasticidad de bajo contenido de humedad variando su compacidad amas

compacto a medida que se profundiza con la excavación.

2.4 CONDICIONES DEL SUBSUELO DE CIMENTACIÓN.

El material de suelo característico encontrado a partir de 1.50m es del tipo de suelo de

granulometría gruesa de clasificación SUCS GP con poca plasticidad y baja

humedad, esta formación se muestra el final de las excavaciones de hasta 2.70m de

profundidad.

(Ver perfiles estratigráficos)

Se determinó los siguientes parámetros de diseño para cimentación de edificaciones,

(teniendo como referencia el Cuadro Nº1 y Nº5 de resultados de laboratorio y de

trabajos de campo.)

2.4.1 Determinación del Angulo de Fricción y Cohesión. Para suelos finos.




El suelo encontrado en la exploración fue ensayado mediante el ensayo de Corte

directo tamizado por la malla N4 para encontrar los valores promedio para el uso en la

determinación de capacidad portante se uso los parámetros de resistencia global

debido al tipo de suelo encontrado de gravas compactas, asumiendo un margen de

seguridad de FS =3.

Considerando falla general los parámetros de resistencia son los siguientes.

CUADRO Nº5PARÁMETROS DE RESISTENCIA

DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO

EXPLORACION/ MUESTRA

ANGULO DE FRICCION

(GRADOS)

COHESION

(KG/CM2)

ASCENSOR 31.70 0.00

PISCINA 33.70 0.00

(Valores obtenidos de Ensayos , en Anexos Ensayos de Laboratorio)




3. CÁLCULO DE CAPACIDAD ADMISIBLE DEL SUELO.

3.1 Cálculo de la capacidad de carga admisible.

Para la determinación de la capacidad admisible del terreno se empleará la fórmula

de Terzaghi y Peck, con parámetros de Vesic aplicando falla generalizada.

Aplicamos la siguiente formula, para cimientos superficiales:

Qult = C x Nc x Sc + Df x y1 x Nq x Sq + ½ x B x y2 x Ny x Sy

Qadm = Qult /FS….. (2)

Qadm = Capacidad admisible del terreno (Kg/cm2)

y = Densidad natural del terreno ( ton /m3) = 1.6 a 1.85 ton /m3

Df = Profundidad de desplante de la estructura ( m.) = mínimo 1.50m

Factores de Capacidad de carga

Nq = Factor unidimensional de capacidad de carga, pendiente del ancho y de

la zona de empuje pasivo función del ángulo de fricción interna (F), considera la

influencia del peso del suelo.

Ny = Factor adimensional de capacidad de carga debido a la presión de la

sobrecarga (densidad de enterramiento), función del ángulo de fricción sobrecarga se

halla representada por el peso por unidad de área Df del suelo que rodea la zapata.

Nc = Factor de capacidad de carga, función de la cohesión.

FS = Factor de seguridad que toma FS igual a 3.

Factores de Forma

Sc, Sy, Sq (Originados mediante las dimensiones de estribos)

Mediante la fórmula ..(1) se halla la capacidad ultima del suelo y con la formula (2) se

calcula la capacidad de carga admisible en suelos teniendo que evaluar a diferentes

niveles de desplante y dimensiones de cimentación.

CAPACIDAD PORTANTE DE ASCENSORES

Para CIMIENTOS CORRIDOS con nivel de desplante del nivel de terreno natural

B = 0.80m , L= 1.00m , Df=1.50m, Q adm. = 3.26 Kg/cm2



ZAPATAS (B=0.80, L=1.00m)




Para Zapatas con nivel de desplante de 1.50m del nivel de terreno natural

Lado de zapata B = 0.80m , L= 1.00m , Df=1.50m, Q adm. = 2.38 Kg/cm2


Lado de zapata B = 0.80m , L= 1.00m, Df=1.70m, Q adm. = 2.64 Kg/cm2

ZAPATAS (B=1.00, L=1.20m)





CAPACIDAD PORTANTE - PISCINA

Para CIMIENTOS CORRIDOS con nivel de desplante del nivel de terreno natural



3.2 ASENTAMIENTOS.

Los asentamientos que se presentan en los suelos granulares son por reacomodo de

sus partículas y se producen inmediatamente es decir durante la construcción.

El asentamiento inicial instantáneo se ha calculado utilizando la Teoría elástica para el

asentamiento bajo carga uniforme.

VER TABLA DE ASENTAMIENTOS PROMEDIO INSTANTANEO POR DEBAJO DE

CIMENTACION FLEXIBLE.




2.4.1 4.2 ANALISIS DE ASENTAMIENTOS

El asentamiento inicial instantáneo se ha estimado considerando la Teoría elástica

para el asentamiento bajo carga uniforme.

▲ h = ▲q x B (1-u2) If

Es

Donde ▲q es la capacidad admisible de la cimentación para soportar la estructura,

B es el ancho de la cimentación, u es relación de Poisson, If es el factor de

influencia y Es es el modulo de elasticidad sobre el cual se apoya la cimentación.

El diferencial de asentamientos es calculado entre el asentamiento bajo el centro y

en la esquina de la cimentación, en el cuadro se muestra el asentamiento

diferencial estimado.

La distorsión angular no deberá ser mayor a 1/500, que es el límite seguro para

edificios en los que no se permiten grietas y para cimentaciones rígidas circulares

o para anillos de cimentación de estructuras rígidas, altas y esbeltas.

La estimación de asentamientos total, diferencial y calculo de distorsión angular se

muestra en el siguiente Cuadro

CUADRO

ESTIMACION DE ASENTAMIENTO TOTAL Y DIFERENCIAL

CIMIENTO CORRIDOS

PROFUN

DESPLANTE

m

E (lb/pul2) uScentro

(cm)

Sd

(cm)

Distorsion

angular

Distorsion

angular

1/

1.50 1409.6 0.35 0.210 0.105 0.000353 2834.7

1.70 1409.6 0.35 0.234 0.116 0.000392 2552.8

S centro: Asentamiento en el centro de estructura

Sd: Asentamiento diferencial.




CUADRO


ZAPATAS (0.80 X 1.00)

PROFUN

DESPLANTE

m


(cm)

Sd

(cm)

Distorsion

angular

Distorsion

angular

1/

1.50 1409.6 0.35 0.154 0.116 0.000125 8007.4

1.70 1409.6 0.35 0.170 0.085 0.000286 3500.5

CUADRO


ZAPATAS (1.00X 1.20)

PROFUN

DESPLANTE

m


(cm)

Sd

(cm)

Distorsion

angular

Distorsion

angular

1/

1.50 1409.6 0.35 0.201 0.100 0.000125 2969.1

1.70 1409.6 0.35 1.750 0.870 0.000373 2678.6

1.50 1409.6 0.35 0.201 0.100 0.000125 8007.4

1.70 1409.6 0.35 0.170 0.085 0.000286 3500.5

S centro: Asentamiento en el centro de estructura

Sd: Asentamiento diferencial.




5. CONCLUSIONES

De las (04) calicatas ejecutadas se observa material de buenas características

a partir de 1.50m de profundidad representado por material gravo arenoso sin

plasticidad y compacto a medida que se profundiza. (Ver perfiles estratigráficos

en el Plano S-02)

De los análisis de capacidad portante para edificaciones, se tiene los

siguientes resultados a diferentes niveles de desplante cimentado sobre suelo

natural a partir de 1.50m de profundidad.

RESULTADOS de CAPACIDAD ADMISIBLE DEL SUELO DE APOYO PARA CIMENTACION. - ASCENSORES

Tipo de CIMENTACION Nivel de desplante Df (m)

Qadm

SUELO NATURAL

(Kg/cm2)

CC

(0.80 X 1,00)m

1.50

1.70

3.26

3.62

CC

(1.00 X 1,00)m

1.50 3.63

ZAPATAS

(0.80 X 1,00)m

1.50

1.70

2.38

2.64

ZAPATAS

(1.00 X 1,20)m

1.50

1.70

2.49

2.76

RESULTADOS de CAPACIDAD ADMISIBLE DEL SUELO DE APOYO PARA CIMENTACION. - PISCINA




Tipo de CIMENTACION Nivel de desplante Df (m)

Qadm

SUELO NATURAL

(Kg/cm2)

CC

(1.00 X 1,00)m

2.20

2.50

4.64

5.19

Recomendamos mantener una losa rígida debajo del fondo de piscina de mínimo 0.20m de espesor.

La capacidad admisible mínima del suelo representativo de la zona estudiada es de 2.38 Kg/cm2, a la profundidad mínima de cimentación de 1.50m desde nivel de terreno natural.

Se recomienda utilizar material de préstamo con calidad de afirmado para zonas de relleno estructural en capas de 0.30m de espesor para alcanzar el nivel requerido en los planos para todo tipo de estructuras y obras exteriores.

De encontrar material de relleno contaminado bajo los futuros cimientos deberá ser eliminado.

Se deberá eliminar todo material de relleno contaminado debajo de la cimentación y de cualquier obra exterior del proyecto.

Los asentamientos están en los límites permisibles por edificaciones menores a 2.5cm y la distorsión angular es menor a 1/500.

Se presenta el siguiente cuadro resumen de condiciones del sub suelo y parámetros de diseño geotécnico:

CUADRO RESUMEN

DESCRIPCION VALOR

CAPACIDAD ADMISIBLE DEL SUELO 2.38 Kg/cm2

FACTOR DE SEGURIDAD 3.00

PROFUNDIDAD DE CIMENTACION 1.50 m

ESTRATO A CIMENTAR GRAVA ARENOSA

DISTORSION ANGULAR 1/2969 < 1/500

AGRESIVIDAD DE SUELOS

Ver ítem de ensayos químicos

SST = 750.60-800.50ppm

SO4 = 1200 – 1200.50ppm




Agresión moderada

Los resultados de análisis químico, considera utilizar cemento Tipo IP en la zonas de estructuras.

Las conclusiones tomadas son exclusivamente para la zona de estudio, las cuales no deberán ser tomadas para otras zonas por más cercanas que se encuentren.

Lima Noviembre del 2010




6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Manual de laboratorio.

Joshep Bowles.

2. Ingeniería Geotécnica

Braja M das

3. Principios de ingeniería de Cimentaciones

Braja M Das..

4. Curso de Cimentaciones de Mestria – UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

Dr. Alva Hurtado.




Anexos




Anexo 2

ENSAYOS DE LABORATORIO




Anexo 1

REGISTROS ESTRATIGRAFICOS




Anexo 5

PLANOS




Anexo 3

Hoja modelo de memoria de cálculo

Anexo 4Jr. Enrique La Rosa Nº238, S.M.P.-Lima Telef: 9989423632 – Nextel 823*8270



PANEL FOTOGRAFICO

PANEL FOTOGRAFICO

EXPLORACIÓN DE LA CALICATA C-1

Foto 01




EXCAVACIÓN DE LA CALICATA C-2

Foto 03




MUESTREO DE LA

CALICATA C-2

Foto 04

VISTA PANORÁMCA DE LA CALICATA C-3

Foto 05




MUESTREO DE LA CALICATA C-4

Foto 06



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