estudio de mecanica de suelos fiis

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS

CENTRO DE INFRAESTRUCTURA Y PROYECTO CENIP-UNI

INFORME TECNICO

ESTUDIO DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACION

Proyecto: “CONSTRUCCION Y EQUIPAMIENTO DE LOS LABORATORIOS DE QUIMICA, METODOS, AUTOMATIZACION Y FISICA DE LA FIIS EN EL SECTOR O DE LA UNI”

Ubicación: Campus de la Universidad Nacional de Ingeniería UNIDistrito: RímacDpto.: Lima

Consultor: CENTRO DE INFRAESTRUCTURA Y PROYECTOS UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

CENIP-UNI

Profesional: Ing. CARLOS A. BARZOLA GASTELU

Fecha: Septiembre de 2010

LIMA

EXPEDIENTE TECNICO “CONSTRUCCION Y EQUIPAMIENTO DE LOS LABORATORIOS DE QUIMICA, METODOS, AUTOMATIZACION Y FISICA DE LA FIIS EN EL SECTOR O DE LA UNI”



Capítulo 1 ASPECTOS GENERALES

1.1. INTRODUCCIÓN

Se realiza el Estudio de suelos con fines de Cimentación de la Edificación de la “Construcción y Equipamiento de los Laboratorios de Química, Métodos, Automatización y Física de la FIIS en el Sector O de la UNI”, para lo cual se realiza este estudio acorde a las normas y reglamentos vigentes.

La propuesta arquitectónica cumple con los requerimientos y necesidades básicas.

Para este estudio básico se contrata los servicios de Consultoría del Centro de Infraestructura y Proyecto CENIP-UNI, el desarrollo del Estudio de Suelos del Edificio del Laboratorio de Ingeniería Industrial y Sistemas lo realiza la Ing. Carlos A. Barzola Gastelu con CIP Nº 10990.

1.2. OBJETIVO

El objetivo del presente Estudio, es establecer las características y requisitos necesarios, desde el punto de vista de la Mecánica de Suelos e Ingeniería de Cimentaciones, para la ejecución del Estudio de Mecánica de Suelos con fines de Cimentación de la “Construcción y Equipamiento de los Laboratorios de Química, Métodos, Automatización y Física de la FIIS en el Sector O de la UNI”.

Los estudios de mecánica de suelos se ejecutarán con la finalidad de asegurar la estabilidad de las obras y para promover la utilización racional de los recursos.

Existe una obligatoriedad del Estudio de Mecánica de Suelos para Edificaciones que presten servicios de educación, servicios a la salud o servicios públicos y en general locales que alojen gran cantidad de personas, equipos costosos o peligrosos, tal es el caso de colegios, universidades, hospitales y clínicas, estadios, cárceles, auditorios, templos, salas de espectáculos, museos, centrales telefónicas, estaciones de radio y televisión, estaciones de bomberos, centrales de generación de electricidad, sub-estaciones eléctricas, silos, tanques de agua y reservorios, archivos y registros públicos, la que se reglamenta en la Norma E.050 Suelos y Cimentaciones, su aplicación comprende todo el territorio nacional.

Para el caso del Estudio de Suelos de la Construcción del Laboratorio de Ingeniería Industrial y Sistemas, se ha efectuado trabajos de exploración de campo y ensayos de laboratorio necesarios para definir el perfil estratigráfico del área en estudio, así como conocer las propiedades de esfuerzo y deformación, según la Norma E.050.

1.3. ALCANCES DEL SERVICIO

Se realizó el presente Estudio de Suelos con fines de Cimentación, en cumplimiento de las normas establecidas Norma E.020 Cargas, para el desarrollo del Informe de Técnico de acuerdo a los parámetros establecidos.

El programa de trabajo realizado con este propósito consiste en:

Reconocimiento del terreno. Recopilación de información. Toma de muestras. Ejecución de ensayos de laboratorio. Perfil estratigráfico. Análisis de la cimentación. Conclusiones y recomendaciones.




1.4. UBICACIÓN Y DESCRIPCION DEL AREA EN ESTUDIO

Departamento : LimaProvincia : LimaDistrito : RímacDirección : Av. Túpac Amaru 210Lugar : Campus Universitario de la UNI

El área de estudio se encuentra al pie de los cerros de arrastre.

Lima es la ciudad capital del Perú, así como su ciudad más grande y poblada. Situada en la costa central del Perú, a orillas del Océano Pacífico, donde forma el área urbana de lima Metropolitana, la cual se extiende sobre zonas desérticas e incluso los valles de los ríos Chillón, Rímac y Lurín, por lo que hay quienes la consideran la ciudad más extensa en el mundo sobre un desierto, luego del Cairo.

Su fundación hispana fue el 18 de Enero de 1535, como la “Ciudad de los Reyes”, pasó a ser la capital del Virreynato del Perú durante el régimen español y después de la independencia paso a ser la capital de la República del Perú.

A principios del siglo XXI, el área metropolitana alberga 8’447,260 habitantes y está conurbada con el Callao. Existen esfuerzos por la total recuperación del centro histórico de la ciudad, que en 1994 fue calificado por la UNESCO como Patrimonio de la Humanidad, y por la construcción de importantes mejoras viales que permiten solucionar el problema del transporte.

Bordea el litoral desde el km50 de la Panamericana norte, a la altura del Dist. de Ancón en el límite con la provincia de Huaraz, hasta el Dist. de Pucusana a la altura del km70 de la Panamericana sur, en el límite de la Prov. de Cañete. Lo que hace una extensión de poco más de 130km de costas y playas. Hacia el este se extiende hasta aproximadamente el km50 de la Carretera Central en el Dist. de Chosica, límite con la Prov. de Huarochirí.

1.5. VIAS DE ACCESO TERRESTRE

Se accede por la Av. Túpac Amaru, y la Av. Cayetano Heredia, ambas pavimentadas, en buen estado de conservación.

Lima se encuentra conectada con el resto del país a través de la Carretera Panamericana y la Carretera Central. La capital se comunica con todas las ciudades de la costa a través de la carretera Panamericana, que corre paralela al mar; su sección Norte llega a Tumbes (límite con Ecuador), a 1,370km de distancia, y la sección Sur recorre 1291km hasta Tacna (frontera con Chile). La conexión con las ciudades de la sierra es a través de la Carretera Central y de la ruta Paramonga Huaraz (asfaltadas) y de las vías de penetración afirmadas a Yauyos, Huancayo, Huacho, Oyón, Huánuco, Canta, La Oroya, Pucallpa, etc.

Uno de los grandes problemas actuales de la ciudad de Lima es el relativo al transporte público. Esta situación ha llevado a la construcción, por parte de las autoridades municipales, de viaductos, puentes, intercambios viales, vías expresas y pasos a desnivel como fórmula para solucionar los constantes congestionamientos. A pesar de ello, Lima es la ciudad que concentra todas las ofertas de transporte del país con excepción de la fluvial.

1.6. CARACTERISTICAS DE LA PROPIEDAD

La propiedad en mención pertenece a la Universidad Nacional de Ingeniería, el área del proyecto es de 3000m2.

La topografía del terreno es de forma regular y no presenta desniveles.

1.7. CONDICIONES CLIMATICAS Y ALTITUD

El clima de Lima es bastante peculiar. Aparte de sus altos niveles de humedad atmosférica y su escasa precipitación, sorprende por sus extrañas características a pesar de estar ubicada en una zona Tropical


http://es.wikipedia.org/wiki/Carretera_Panamericana

http://es.wikipedia.org/wiki/Tr%C3%B3pico

http://es.wikipedia.org/wiki/Pucallpa

http://es.wikipedia.org/wiki/La_Oroya

http://es.wikipedia.org/wiki/Canta

http://es.wikipedia.org/wiki/Hu%C3%A1nuco

http://es.wikipedia.org/wiki/Oy%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Huacho

http://es.wikipedia.org/wiki/Huancayo

http://es.wikipedia.org/wiki/Yauyos

http://es.wikipedia.org/wiki/Carretera_Central

http://es.wikipedia.org/wiki/Carretera_Central



a 12 grados latitud sur y casi al nivel del mar. La costa central peruana muestra una serie de microclimas atípicos debido a la influyente y fría corriente de Humboldt que se deriva de la Antártida, la cercanía de la cordillera y la ubicación tropical, dándole a Lima un clima subtropical, desértico y húmedo a la vez.

Se puede decir que Lima tiene un clima tibio sin excesivo calor tropical ni fríos extremos que requieran tener calefacción en casa, a excepción de muy pocos inviernos. La temperatura promedio anual es de 18.5 a 19°C, con un máximo estival anual de unos 29°C. Los veranos, de diciembre a abril, tienen temperaturas que oscilan entre 28 y 21°C. Los inviernos van de junio a mitades de septiembre con temperaturas que oscilan entre 19 y 12°C, siendo 8°C la temperatura más baja comprobada históricamente. Los meses de primavera y otoño (septiembre, octubre y mayo) tienen temperaturas templadas que oscilan entre los 23 y 17°C.

Por otro lado, la humedad relativa es sumamente alta (hasta 100%), produciendo neblina persistente de junio a diciembre hasta la entrada del verano cuando las nubes son menores. Es soleado, húmedo y caliente en los veranos (diciembre-abril), nuboso y templado en los inviernos (junio a septiembre). La lluvia es casi nula. El promedio anual es de 7mm reportado en el aeropuerto, siendo la menor cantidad en un área metropolitana en el mundo. Lima tiene sólo 1284 horas de sol al año, 28,6 horas en julio y 179,1 horas en enero, valores excepcionalmente bajos para la latitud.

La combinación de fenómenos climáticos se presentan así: la fría Corriente de Humboldt que se acerca a la costa en los meses de invierno enfría el cálido ambiente tropical que le corresponde a su latitud, produciéndose una espesa nubosidad extremadamente baja (a menos de 500m del suelo) que impide el paso de la radiación solar directa, la cercana Cordillera de los Andes actúa como barrera impidiendo que el aire enfriado por la corriente marina y la nubosidad se escape. Como resultado Lima y la costa peruana tienen un clima templado, pese a estar ubicada en el trópico, asimismo este sistema impide la formación de nubes Cumulonimbus de desarrollo vertical, por lo que Lima tiene clima desértico. Las escasas precipitaciones (menos de 8mm anual) conocidas como garúa son producto de la condensación de la nubosidad baja que forma el sistema.

La capital Lima se encuentra a 101msnm. En cuanto a la morfología, predominan las pampas desérticas en la zona costera, enmarcadas por colinas, en muchos casos interrumpidas por ríos que llevan agua todo el año. Son los valles costaneros, donde están asentadas ciudades y prospera una agricultura. Los accidentes más importantes son las colinas aisladas o formando sistemas, las quebradas secas fluviales y marinas, y relieves ondulados, así como los acantilados litorales.

1.8. VALIDEZ DEL ESTUDIO

Los resultados e investigaciones de campo y laboratorio, así como el análisis, conclusiones y recomendaciones del presente Estudio de Suelos con fines de Cimentación, sólo se aplicarán al terreno y edificación comprendidos en el mismo. No podrán emplearse en otros terrenos o para otras edificaciones.


http://es.wikipedia.org/wiki/Llovizna

http://es.wikipedia.org/wiki/Cumulonimbus

http://es.wikipedia.org/wiki/Cordillera_de_los_Andes

http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_de_Humboldt

http://es.wikipedia.org/wiki/Mm

http://es.wikipedia.org/wiki/H%C3%BAmedo

http://es.wikipedia.org/wiki/Desierto

http://es.wikipedia.org/wiki/Subtropical

http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_de_Humboldt



Capítulo 2 DESCRIPCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS EXISTENTES

2.1. ESTRUCTURAS EXISTENTES

La Construcción del Edificio “Construcción y Equipamiento de los Laboratorios de Química, Métodos, Automatización y Física de la FIIS en el Sector O de la UNI”, se encuentra dentro de la FIIS y es parte del Campus Universitario.

2.2. OTRAS INSTALACIONES

Existen los servicios de Agua, Desagüe, Energía Eléctrica, y Telefonía que vienen de las redes exteriores, las cuales son administradas según corresponde por las empresas que brindan el servicio.

2.3. CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES DEL PROYECTO

El Proyecto Arquitectónico existente, contempla la construcción de edificaciones con sistemas apórticados: vigas, columnas y placas que transmiten sus cargas al suelo mediante: cimientos corridos, y zapatas aisladas armadas.

De acuerdo a la estructura y al número de pisos, se trata de una edificación del Tipo C según la Norma Técnica E.050 “Suelos y Cimentaciones”, del Reglamento Nacional de Edificaciones (Tabla Nº 2.1.2, tipo de edificación).




Capítulo 3 INVESTIGACIONES DE CAMPO Y LABORATORIO

De acuerdo con la Norma Técnica de Edificaciones E.050 (1.3.2, número de puntos a investigar), se ejecutaron 6 calicatas hasta una profundidad 3.00 m, en cada zona de trabajo

Los trabajos de exploración de campo se iniciaron el lunes 06 y culminaron el martes 07 de septiembre de 2010, se realizaron seis calicatas de exploración que fueron convenientemente seleccionados dentro del terreno, de propiedad de la Facultad de Ingeniería Geológica, Minera y Metalúrgica, luego de la excavación, se realizo el registro y muestreo de los tipos de suelos encontrados, de acuerdo a las Normas de la American Society for Testing and Materials ASTM D-2487 y D-2488.

3.1. PROSPECCIONES DE CAMPO

Los trabajos de campo han permitido reconocer los tipos de materiales, identificándolos mediante metodologías establecidas en las normas. Estas muestras evaluadas, fueron recogidas a diferentes profundidades del suelo. Entre las actividades desarrolladas, se consideró la exploración mediante excavaciones a “cielo abierto” o denominadas como “calicatas” con el objetivo de clasificar y determinar las características físicas y mecánicas del sub-suelo en la mayor área posible. La excavación de las 6 calicatas se realizaron hasta la profundidad de 3.00m, con la finalidad de conocer las características geotécnicas del subsuelo, se extrajeron 7 muestras alteradas denominadas como Mab-2, Mab-3 y Mab-4, para su identificación y clasificación de las calicatas C-1, C-2, C-3, C-4, C-5 y C-6 respectivamente, las mismas que se tomaron como representativos, luego se procedió a dibujar el Plano de Ubicación de las Calicatas y el Perfil estratigráfico realizado.

CUADRO Nº 1: Calicatas

CALICATA

Nº

PROFUNDIDAD

(m)

C-1 3.00

C-2 3.00

C-3 3.00

C-4 3.00

C-5 3.00

C-6 3.00

3.2. MUESTREO DISTURBADO

Se tomaron muestras alteradas de los suelos: El primero de la calicata C-1 de 0.60-3.00m, la segunda y tercera de la calicata C-2 de 0.00-0.850 y 0.85-3.00m, el cuarto de la calicata C-3 de 1.25-3.00m, el quinto de la calicata C-4 de 1.15-3.00m, el sexto de la calicata C-5 de 0.95-3.00, y el sétimo de la calicata C-6 de 0.85-3.00m, estas muestras son representativas de los tipos de suelo encontrado en las calicatas de exploración C-1, C-2, C-3, C-4, C-5 y C-6 (Tabla Nº 2.2.4, Norma E.050), se realizaron su identificación y clasificación de suelos siguiendo las recomendaciones de la American Standar for Testing Materials (ASTM).




3.3. REGISTRO DE EXCAVACIONES

Paralelamente al muestreo se realizaron los registros de las calicatas C-1, C-2, C-3, C-4, C-5 y C-6, anotándose las principales características de los tipos de suelos encontrados, tales como espesor, color, humedad, compacidad, plasticidad, etc.

3.4. ENSAYOS DE LABORATORIO

Los ensayos se realizaron en el Laboratorio de Mecánica de Suelos y Laboratorio de Análisis de Agua, Suelo y Medio Ambiente, de la Universidad Nacional Agraria la Molina, de acuerdo a la siguiente relación (Tabla Nº 2.2.5, ensayos de laboratorio, Norma E.050):

Análisis Granulométrico ASTM D-422 Límite Líquido y Plástico ASTM D-4318 Contenido de Humedad ASTM D-2216 Descripción Visual-Manual de Suelos ASTM D-2488 Clasificación de Suelos ASTM D-2487 Densidad Natural ASTM D-854 Corte Directo ASTM D-3080 Contenido de Sulfatos ASTM D-516 Contenido de Cloruros ASTM D-808 Contenido de Sales Solubles Totales ASTM D-5907

3.5. CLASIFICACIÓN DE SUELOS

Los suelos han sido clasificados de acuerdo al Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS), según se muestra en el siguiente cuadro:




CUADRO Nº2: Clasificación

CALICATA

(Nº)

C-1

(M-2)

C-2

(M-1)

C-2

(M-2)

C-3

(M-2)

C-4

(M-2)

C-5

(M-2)

C-6

(M-2)

Prof. (m) 0.60-3.00 0.00-0.85 0.85-3.00 1.25-3.00 1.15-3.00 0.95-3.00 0.85-3.00

Pasa Nº 4 32 100 26 27 29 31 34

Pasa Nº 200 1 56 1 1 1 1 1

Humedad natural (%) 1.44 2.15 0.99 1.01 0.91 0.98 1.79

Límite líquido (%) NT 22.72 NT NT NT NT NT

Límite plástico (%) NP 19.96 NP NP NP NP NP

Índice plástico (%) - 2.76 - - - - -

Coeficiente de uniformidad 58.93 - 84.31 95.25 63.27 55.48 92.66

Coeficiente de curvatura 1.49 - 3.58 3.32 3.38 2.11 2.63

Grava (%) 68 0 74 73 71 69 66

Arena (%) 31 44 25 26 28 30 33

Finos (%) 1 56 1 1 1 1 1

SUCS

GW

con arena

ML

arenoso

GP

con arena

GP

con arena

GP

con arena

GW

con arena

GW

con arena

3.6. DESCRIPCION DEL PERFIL ESTRATIGRAFICO

El terreno en estudio se encuentra en una zona sin pendiente.

Con los resultados de la excavación e identificación de las muestras mediante ensayos de laboratorio, se ha elaborado el perfil estratigráfico del área de suelo de la edificación, que se detalla en forma generalizada a continuación.

Calicata C-1:

De 0.00 a -0.60m de profundidad, el material es una arcilla inorgánica de baja plasticidad (CL), compacta, se encuentra seca y es de color marrón claro.

De -0.60 a -3.00m de profundidad, el material es una grava bien graduada (GW), con matriz arenosa y presencia de cantos rodados de tamaño máximo de 4”, con bolonería hasta de 10”, medianamente denso, de color gris, 1.44% de humedad, su composición es: 68% de gravas, 31% de arenas, y 1% de finos.

Calicata C-2:




De 0.00 a -0.85m de profundidad, el material es un limo inorgánico de baja plasticidad (ML), semicompacta, es de color marrón claro amarillento, de 2.15% de humedad, su composición es: 0% de gravas, 44% de arenas, y 56% de finos.

De -0.85 a -3.00m de profundidad, el material es una grava mal graduada (GP), con matriz arenosa y presencia de cantos rodados de tamaño máximo de 4”, con bolonería hasta de 10”, medianamente denso, de color gris, 0.99% de humedad, su composición es: 74% de gravas, 25% de arenas, y 1% de finos.

Calicata C-3:

De 0.00 a -1.25m de profundidad, el material es un limo inorgánico de baja plasticidad (ML), semicompacta, es de color marrón claro amarillento, ligeramente húmeda, contiene un 15% de gravas de hasta 3”.


Calicata C-4:

De 0.00 a -1.15m de profundidad, el material es una arcilla inorgánica de baja plasticidad (CL), compacta, es de color marrón claro, y se encuentra seca.


Calicata C-5:

De 0.00 a -0.95m de profundidad, el material es una arcilla inorgánica de baja plasticidad (CL), compacta, es de color marrón oscuro, y se encuentra seca.


Calicata C-6:

De 0.00 a -0.85m de profundidad, el material es una arcilla inorgánica de baja plasticidad (CL), compacta, es de color marrón claro, y se encuentra seca.


3.7. NAPA FREATICA

A la fecha (06 de septiembre de 2010), de la ejecución de los trabajos de campo no se encontró presencia de Napa Freática.




Capítulo 4 ANALISIS DE LA CIMENTACION

4.1. PROFUNDIDAD DE CIMENTACIÓN

De acuerdo a la inspección ocular, proponemos que los cimientos corridos y las zapatas armadas se apoyen sobre las gravas mal graduadas (GP) que se encuentran a una profundidad de 0.60 a 1.25m en todas debajo del nivel de terreno natural.

4.2. TIPO DE CIMENTACIÓN

De la inspección ocular y nuestra experiencia, recomendamos cimientos corridos, y zapatas aisladas armadas.

4.3. CAPACIDAD ADMISIBLE DE CARGA

La capacidad de carga se ha determinado en función a la fórmula de Terzaghi y Peck (1967).La capacidad última y la capacidad admisible de carga están dadas por las siguientes expresiones.

(Cimentación corrida)

(Cimentación cuadrada)

Donde:

= Capacidad última de carga

= Capacidad admisible de carga

= Factor de seguridad (igual a 3)

= Peso volumétrico

= Menor ancho de zapata

= Profundidad de cimentación

= Factores de capacidad de carga que son función del ángulo

de fricción del suelo

Considerando que la Edificación “Construcción y Equipamiento de los Laboratorios de Química, Métodos, Automatización y Física de la FIIS en el Sector O de la UNI” se apoyara en la grava mal graduada (GP), el tipo de cimentación considera los siguientes parámetros obtenidos de los Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos del Departamento de Construcciones Rurales – Universidad Nacional Agraria la Molina, para el análisis de la cimentación adecuada.

De los resultados de los ensayos de laboratorio, se tienen los siguientes parámetros:

Densidad natural = 2.10t/m3

Angulo de fricción = 33.74

Cohesión = 0t/m2

Las profundidades mínimas de cimentación sugerida, son:




Df = 1.20m (cimientos corridos)Df = 1.50m (zapatas aisladas armadas)

Los factores de carga para = 33.74º, son:

Con estos valores, tabularemos a una profundidad Df y ancho B variables, los cuadros Nºs.: 4, y 5, para determinar la capacidad portante del suelo.

CUADRO Nº 4: Capacidad Admisible de Carga de Cimentación Corrida Armada

(kg/cm2)

Df

(m)

B (m)

0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90

0.6 2.09 2.26 2.43 2.60 2.77 2.940.7 2.33 2.50 2.67 2.84 3.01 3.180.8 2.56 2.73 2.90 3.07 3.24 3.410.9 2.80 2.97 3.14 3.31 3.48 3.651.0 3.04 3.20 3.37 3.54 3.71 3.881.1 3.27 3.44 3.61 3.78 3.95 4.121.2 3.51 3.68 3.85 4.02 4.19 4.361.3 3.74 3.91 4.08 4.25 4.42 4.591.4 3.98 4.15 4.32 4.49 4.66 4.831.5 4.21 4.38 4.55 4.72 4.89 5.06

CUADRO Nº 5: Capacidad Admisible de Carga de Zapatas Cuadradas Armadas

(kg/cm2)

Df

(m)

B (m)

0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00

0.9 3.21 3.48 3.75 4.02 4.29 4.57 4.841.0 3.44 3.71 3.99 4.26 4.53 4.80 5.071.1 3.68 3.95 4.22 4.49 4.77 5.04 5.311.2 3.91 4.19 4.46 4.73 5.00 5.27 5.541.3 4.15 4.42 4.69 4.96 5.24 5.51 5.781.4 4.39 4.66 4.93 5.20 5.47 5.74 6.021.5 4.62 4.89 5.16 5.44 5.71 5.98 6.251.6 4.86 5.13 5.40 5.67 5.94 6.22 6.491.7 5.09 5.36 5.64 5.91 6.18 6.45 6.721.8 5.33 5.60 5.87 6.14 6.41 6.69 6.96

De los resultados de los Cuadros Nºs.: 4, y 5, adoptaremos la siguiente capacidad de carga admisible:

3.50kg/cm2 (cimientos corridos y zapatas aisladas armadas)

4.4. CÁLCULO DEL ASENTAMIENTO




Se aplicará el criterio de limitar el Asentamiento de la Cimentación al valor de 1” (2.54cm) que es el máximo tolerable para Estructuras de este tipo. El asentamiento de la cimentación se calculará en base a la Teoría de la Elasticidad (Lambe y Whitman, 1964), considerando la cimentación recomendada. Se asume que el esfuerzo neto transmitido es uniforme en ambos casos, por tanto:

El asentamiento elástico inicial será:

Donde:

=Asentamiento (cm)

= Esfuerzo neto transmitido (kg/cm2)

= Ancho de cimentación (m)

= Módulo de elasticidad (t/m2)

= Relación de Poisson

= Factor de influencia que depende de la forma y rigidez de la

cimentación (Bowles, 1977) (cm/m).

Las propiedades elásticas del suelo de cimentación fueron asumidas a partir de tablas publicadas con valores para el tipo de suelo existente (Cimentaciones de concreto Armado en Edificaciones, ACI, I Congreso de Ingeniería Estructural y Construcción).

Para las gravas (GP), con matriz arenosa y presencia de cantos rodados, se asume el módulo de

elasticidad = 8000t/m2 y un coeficiente de Poisson de = 0.25.

Los cálculos de asentamientos fueron realizados para los tipos de cimentación indicadas.

Cuadro Nº 6: Asentamiento Elástico en Cimientos Corridos (cm)

qs(kg/cm2)

B(m)

Es(t/m2)

Iw(cm/m)

S(cm)

3.50 0.40 0.25 8000 210 0.34

Cuadro Nº 7: Asentamiento Elástico en Zapatas Aisladas Armadas (cm)

qs(kg/cm2)

B(m)

Es(t/m2)

Iw(cm/m)

S(cm)

3.50 1.60 0.25 8000 82 0.54

De los resultados de los Cuadros Nºs.: 6, y 7, obtenemos los siguientes asentamientos totales:

= 0.34cm < 2.54cm (cimientos corridos)

= 0.54cm < 2.54cm (zapatas aisladas armadas)

En el diseño de una cimentación tiene mayor importancia el asentamiento diferencial que el total, se puede estimar el asentamiento diferencial máximo como el 75% del valor del asentamiento total.




El asentamiento diferencial admisible se determina a partir de la distorsión angular admisible. Según Bjerrum (1963), una distorsión angular admisible de como límite de seguridad para edificios en que no son admisibles grietas (Tabla Nº 3.2.0, distorsión angular). Para nuestro proyecto, considerando luz entre columnas o muros de 4.50m el asentamiento diferencial admisible es de 0.90cm, entonces:

= 0.24cm < 0.90cm (cimientos corridos)

= 0.38cm < 0.90cm (zapatas aisladas armadas)

Finalmente de los resultados obtenidos, la carga admisible, los asentamientos admisibles y diferenciales están dentro de los rangos permisibles.




Capítulo 5 CONTENIDO DE SALES

El estudio del ataque químico a las cimentaciones debe efectuarse mediante análisis químicos del agua y del suelo afín de adoptar una solución apropiada.

Las sales que se encuentran en el agua son siempre solubles pero las que encontramos en el suelo pueden ser solubles o no solubles, siendo estas últimas obviamente más abundantes.

En conclusión en todo suelo existen sales, por tanto es una obligación cuantificar los niveles de concentración existentes en los suelos en estudio, mediante los ensayos normados y que forman parte del estudio.

5.1. ANALISIS DE LOS SULFATOS EN EL CONCRETO

Una de las formas más frecuentes de ataque químico al concreto es la acción de los sulfatos. Se estima que el 75% de las publicaciones que tratan de la durabilidad del concreto se ocupan de este tema.

El ión sulfato aparece en mayor o menor proporción en todas las aguas libres subterráneas. El contenido de ión sulfato de las aguas subterráneas es considerable en los terrenos arcillosos, Los sulfatos más abundantes en los, suelos son: sulfatos de calcio, de magnesio, de sodio y calcio, todos ellos de diferente solubilidad.

En tal sentido se deben tener en cuenta los rangos tolerables para la utilización de los aglomerantes apropiados afín de evitar fallas significativas según el ensayo Contenido de Sulfatos ASTM D-516.

CUADRO Nº 8: Grado de Ataque de los Sulfatos al Concreto ( )

5.2. ANALISIS DE LOS CLORUROS Y SALES SOLUBLES TOTALES

Los ácidos atacan las bases y las sales básicas formadas por la hidratación del cemento, deteriorándolo por la formación de sales solubles y procesos de disolución que eliminan el hidróxido de sodio. Los parámetros que gobiernan el ataque estrictamente ácido son la fuerza del álcali y su concentración, vale decir el valor del pH.

La gran influencia del pH, es la razón por la cual se puede estimar que las aguas ácidas de reducido pH, menor de 4.5, atacan fuertemente los concretos cualquiera sea el cemento utilizado. En la práctica puede estimarse que ningún cemento portland resiste la acción de aguas con pH inferior a 4.

De otro lado los cementos portland corrientes resisten sin mayores daños la acción de aguas con valores de pH superior a 6.

No es procedente considerar que el valor del pH es el único factor determinante en el ataque de los ácidos. En efecto, la velocidad de difusión y de llenado de los vacíos intersticiales es de gran importancia, especialmente si esta acción se produce bajo presión.


Grado de ataque al concreto (ppm) Cemento tipo

Despreciable 0-1000 Sin limitacionesPerceptible (Moderado) 1000-2000 IIConsiderable (Severo) 2000-20000 VGrave (Muy Severo) >20000 V + puzolana



Bajo los antecedentes se debe de tener en cuenta los ensayos de Contenido de Cloruros según norma ASTM D-808, y Contenido de Sales Solubles Totales según la Norma ASTM D-5907, verificando que los resultados estén dentro de los rangos permisibles, afín de dar las recomendaciones apropiadas a la luz de los resultados obtenidos.

CUADRO Nº 9: Grado de Ataque de los Cloruros y Sales Solubles Totales

5.3. RESULTADOS DE LOS ANALISIS FISICO - QUIMICO

De los resultados del análisis físico químico efectuado en el Laboratorio de Análisis de Agua, Suelo y Medio Ambiente de la Facultad de Ingeniería Agrícola – Universidad Nacional Agraria la Molina, para la muestra C-2, M-2 representativa, que es una grava mal graduada (GP) extraída de la calicata C-2 de 0.85-3.00 m de profundidad, se obtuvo los siguientes valores:

CUADRO Nº 10: Resultados del Análisis Físico-químico

Calicata Profundidad

(m)S.S.T.(ppm)

CL-

(ppm) S04-

(ppm)

C-2 (M-2) 0.85-3.00 148.50 22.68 42.44

Del Cuadro Nº 8:

El grado de ataque de los sulfatos al concreto es despreciable 0< 42.44 <1000ppm.

Del Cuadro Nº 9:

La presencia en el suelo de los cloruros de 22.68 < 6000ppm, nos indica que el grado de alteración no es perjudicial.

La presencia en el suelo de las sales solubles totales de 148.50 < 6000ppm, nos indica que el grado de alteración no es perjudicial.

De acuerdo a estos resultados se establece que los materiales no presentan sales agresivas al concreto, por lo tanto se empleará el Cemento Portland tipo I.


Presencia enel suelo

(ppm)Grado dealteración

Observaciones

Cloruro (Cl) >6000 PerjudicialOcasiona problemas de corrosión de armaduras o elementos metálicos

Sales Solubles Totales (SST)

>6000 PerjudicialOcasiona problemas de pérdida de resistencia mecánica por problema de lixivificación.



Capítulo 6 CONSIDERACIONES SISMICAS Y GEOLOGIA

6.1. INTENSIDADES SÍSMICAS

De acuerdo a la zona de actividad sísmica nos encontramos en el Círculo Circumpacífico, considerado como una región de alta actividad sísmica.

La secuencia de sismos más notables que han ocurrido en el Perú ha sido resumida por los Drs.: E. Silgado (1978), y L. Ocola (1982) ellos presentan el Mapa de Distribución Máximas Intensidades Sísmicas observadas en el Perú, basado en isosistas de sismos peruanos y datos de intensidades de sismos históricos y recientes (Alva et. al 1984), y se concluye que de acuerdo al área sísmica donde se ubica el área de estudio, existe la posibilidad de que ocurran sismo de intensidades del orden de IX grados en la escala de Mercallí Modificada.

CUADRO Nº 11: Registro de Intensidades Sísmicas

Fecha Intensidad(MM)

Epicentro

24 de Mayo de 1940 VII-VIII 120 km NO de Lima

24 de Agosto de 1942 IX 110 km NO de Nazca

28 de Mayo de 1948 VII Cañete

10 de Diciembre de 1950 VII Ica

17 de Octubre de 1966 VIII 230 km NO de Lima

03 de Octubre de 1974 IX 90 km SO de Lima

18 de Abril de 1993 VI 55 km NE de Lima

12 de Noviembre de 1996 VII 135 km SO de Nazca

15 de Agosto de 2007 VII 38 km SO de Pisco

6.2. ZONIFICACIÓN SÍSMICA

En el territorio peruano se han establecido diversas zonas de actividad sísmica, las cuales presentan diferentes características de acuerdo a la mayor o menor actividad sísmica. De acuerdo a la Información Sismológica, en el Departamento de Lima, se han producido sismos con intensidades promedio de VI - IX, según la Escala de Mercallí Modificada.

De acuerdo a la Norma Técnica de Edificaciones E.030-Diseño sismo resistente, se recomienda adoptar los siguientes parámetros sísmicos:

El área de estudio forma parte de la ciudad de Lima y se encuentra comprendida en la Zona 3, correspondiéndole una sismicidad alta (Ver Fig. Nº1), consideramos:

Z=0.4 Factor de zona 3.

Para efectos del diseño sismo resistente de las estructuras proyectadas se adoptará el perfil de suelo S1 (suelos rígidos), establecido por la Norma Técnica de Edificación E.030, perfil idealizado que más se aproxima a las condiciones reales del suelo en el área de estudio, consideramos:

S=1.0 Factor de suelo; para perfil de suelo S1.Tp=0.4 Período que define la plataforma del espectro para tipo de suelo S1.




CUADRO Nº 12: Parámetros sísmicos

FACTORES VALORES

Zona 3: Z 0.40 g

Uso: U1.50 (aulas)1.30 (biblioteca)

Suelo: S 1.00

Período de la plataforma: Tp 0.40 seg.

Coeficiente sísmico: C 2.50

La fuerza cortante total (V) debe calcularse de acuerdo a las Normas de Diseño Sismo resistente E.030 (17.3, fuerza cortante en la base), según la siguiente relación:




Capítulo 7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

7.1. OBJETIVO DEL PROYECTO

El presente Informe de Suelos con fines de Cimentación tuvo la finalidad de evaluar las características físicas y mecánicas del suelo de cimentación del área de terreno, donde se destino realizar el Estudio de Suelos de la “Construcción y Equipamiento de los Laboratorios de Química, Métodos, Automatización y Física de la FIIS en el Sector O de la UNI”, ubicada en la Facultad de Ingeniería Industrial y Sistemas, ubicado en Av. Túpac Amaru 210, Dist. Rímac, dentro del Campus Universitario de la Universidad Nacional de Ingeniería UNI.

7.1. PROGRAMACION DE PROSPECCIONES

El programa de exploración de campo comprendió la excavación de seis calicatas de 3.00m de profundidad. La ubicación del lugar de exploración geotécnica fue propuesta por el Ingeniero Consultor.

7.2. CARACTERISTICAS ESTRATIGRAFICAS

La característica estratigráfica del suelo de cimentación está constituida por lo siguiente:

Calicata C-1:De 0.00 a -0.60m de profundidad, el material es una arcilla inorgánica de baja plasticidad (CL), compacta, se encuentra seca y es de color marrón claro.


Calicata C-2:De 0.00 a -0.85m de profundidad, el material es un limo inorgánico de baja plasticidad (ML), semicompacta, es de color marrón claro amarillento, de 2.15% de humedad, su composición es: 0% de gravas, 44% de arenas, y 56% de finos.


Calicata C-3:De 0.00 a -1.25m de profundidad, el material es un limo inorgánico de baja plasticidad (ML), semicompacta, es de color marrón claro amarillento, ligeramente húmeda, contiene un 15% de gravas de hasta 3”.


Calicata C-4:De 0.00 a -1.15m de profundidad, el material es una arcilla inorgánica de baja plasticidad (CL), compacta, es de color marrón claro, y se encuentra seca.

De -1.15 a -3.00m de profundidad, el material es una grava mal graduada (GP), con matriz arenosa y presencia de cantos rodados de tamaño máximo de 4”, con bolonería hasta de 8”, medianamente




denso, de color gris, 0.91% de humedad, su composición es: 71% de gravas, 28% de arenas, y 1% de finos.

Calicata C-5:De 0.00 a -0.95m de profundidad, el material es una arcilla inorgánica de baja plasticidad (CL), compacta, es de color marrón oscuro, y se encuentra seca.


Calicata C-6:De 0.00 a -0.85m de profundidad, el material es una arcilla inorgánica de baja plasticidad (CL), compacta, es de color marrón claro, y se encuentra seca.


.7.3. ANALISIS DE CIMENTACION

El análisis de cimentación comprendió los siguientes parámetros:

7.3.1. PROFUNDIDAD DE CIMENTACIÓN

Profundidad de cimentación sugerida en las gravas mal graduadas (GP), con matriz arenosa y presencia de cantos rodados:

Df = 1.20m (cimientos corridos)Df = 1.50m (zapatas aisladas armadas)

7.3.2. CAPACIDAD PORTANTE:

La capacidad portante es:

3.50kg/cm2 (cimientos corridos y zapatas aisladas armadas)

7.4. CÁLCULO DE ASENTAMIENTO:

El asentamiento de los cimientos corridos es de 0.34cm, y para las zapatas aisladas armadas de 0.54cm, estos valores son menores del asentamiento permisible de 1” (2.54cm), que es lo máximo tolerable para estructuras de este tipo.

7.5. CÁLCULO DE ASENTAMIENTO DIFERENCIAL:

El asentamiento de los cimientos corridos es de 0.24cm, y para las zapatas aisladas armadas de 0.38cm, estos valores son menores del asentamiento diferencial permisible de 0.90cm, para una distorsión angular admisible, que nos asegura que la edificación no se agriete.

7.6. CRITERIOS POR ZONIFICACION SISMICA

De acuerdo a la zonificación sísmica, el área de estudio forma parte de Lima y está comprendida en la zona 3, correspondiéndole una sismicidad alta. De acuerdo a la Norma E.030, proponemos los siguientes parámetros: Z=0.4g, U=1.5 aulas y U=1.3 biblioteca, S=1.0, Tp=0.4, y C=2.5, valores que se aproximan a las condiciones reales del perfil de suelo tipo S1, en el área de estudio.




7.7. ANALISIS FISICO - QUIMICO

De acuerdo a los resultados el suelo no es agresivo al concreto, por lo que se recomienda usar el Cemento Portland tipo I.

7.8. VERIFICACION DE NAPA FREATICA

No se encontró presencia de Napa Freática.

7.9. MATERIAL DE RELLENO PARA LA CIMENTACION

Sobre el relleno que se requiere sobre la cimentación, esta deberá tener una adecuada compactación como mínimo al 95% del ensayo de proctor modificado.

7.10. CONSIDERACIONES FINALES

Las conclusiones y recomendaciones establecidas en el presente Informe Técnico del Estudio Suelos con fines de Cimentación son solo aplicables para el área de estudio en particular. De ninguna manera se puede aplicar a otros sectores u otros fines.




Capítulo 8 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Alva J. Meneses J. Y Guzmán V. (1984), “Distribución de Máximas Intensidades Sísmicas Observadas en el Perú”, Memorias del V Congreso Nacional de Ingeniería Civil, Tacna, Perú.

Bowles J. E. (1977), “Foundation Analysis and Design”, Mc Graw Hill.

Baraja M. Das (2001), “Principios de Ingeniería de Cimentaciones”, International Thompson Editores.

ICG (2004), “Reglamento Nacional de estructuras”, Recopilación Libre de las Normas Técnicas de Edificación, Lima. Perú.

INGEMMET (1992), “Boletín Nº 73 del Instituto Geológico, Minero y Metalúrgico”, Lima, Perú.

Lambe T. W. Y Whitman R. V. (1969) “Soil Mechanics”, John Wiley, New York.

Silgado E. (1978), “Historia de los Sismos más Notables Ocurridos en el Perú”.

Terzaghi K. y Peck R. B. (1967), “Soil Mechanics in Engineering Practice”, John Wiley.




Capítulo 9 ANEXOS

ANEXOS:

9.1 Panel de Fotos del Informe de Suelos con fines de Cimentación9.2 Figura Nº1, Zonificación Sísmica9.3 Certificados de los Ensayos de Mecánica de suelos9.4 Registro de Excavaciones9.5 Plano de Ubicación de las Calicatas y Perfil Estratigráfico




PANEL DE FOTOS

INFORME DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACIÓN

Foto Nº1: Inicio de la excavación de la calicata C-1, en la zona de aulas, de 0.00 a -0.60m de profundidad, el material es una arcilla inorgánica de baja plasticidad (CL), compacta, se encuentra seca y es de color marrón claro.

Foto Nº2: De -0.60 a -3.00m de profundidad en la calicata C-1, el material es una grava bien graduada (GW), con matriz arenosa y presencia de cantos rodados de tamaño máximo de 4”, con bolonería hasta de 10”, medianamente denso, de color gris, 1.44% de humedad, su composición es: 68% de gravas, 31% de arenas, y 1% de finos.




Foto Nº3: Instante de la excavación de la calicata C-1, donde se muestra el estrato de grava bien graduada (GW).

Foto Nº4: El segundo estrato extraído se encuentra a la profundidad de -0.60 a -1.20m de la calicata C-1, el material es una grava bien graduada (GW), con coeficiente de uniformidad de 58.93 y coeficiente de curvatura de 1.49.

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Foto Nº5: Vista de la excavación de la calicata C-1, se muestra los dos estratos diferenciados: la arcilla no plástica (CL) y la grava bien graduada (GW).

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Foto Nº6: Se prosigue con la extracción de la grava bien graduada (GW) de la calicata C-1.




Foto Nº7: El técnico muestra el rótulo de la calicata C-1.

Foto Nº8: Se observa los materiales extraídos de la calicata C-1.




Foto Nº9: Proceso de excavación de la calicata C-2, de 0.00 a -0.85m de profundidad, el material es un limo inorgánico de baja plasticidad (ML), semicompacta, es de color marrón claro amarillento, de 2.15% de humedad, su composición es: 0% de gravas, 44% de arenas, y 56% de finos.

Foto Nº10: Otra vista del proceso de excavación de la calicata C-2, de -0.85 a -3.00m de profundidad, el material es una grava mal graduada (GP), con matriz arenosa y presencia de cantos rodados de tamaño máximo de 4”, con bolonería hasta de 10”, medianamente denso, de color gris, 0.99% de humedad, su composición es: 74% de gravas, 25% de arenas, y 1% de finos.




Foto Nº11: Vista de la calicata C-2, momento en que se extrae la grava mal graduada (GP).

Foto Nº12: Zoom de la calicata C-2, se muestra a la grava mal graduada (GP), con coeficiente de uniformidad de 84.31 y coeficiente de curvatura de 3.58.




Foto Nº13: Se muestra al técnico con el rótulo de la calicata C-2.

Foto Nº14: Se muestra los materiales extraídos de la calicata C-2.




Foto Nº15: De 0.00 a -1.25m de profundidad de la calicata C-3, el material es un limo inorgánico de baja plasticidad (ML), semicompacta, es de color marrón claro amarillento, ligeramente húmeda, contiene un 15% de gravas de hasta 3”.

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Foto Nº16: Otra vista de la extracción del limo de baja plasticidad (ML).




Foto Nº17: De -1.25 a -3.00m de profundidad de la calicata C-3, el material es una grava mal graduada (GP), con matriz arenosa y presencia de cantos rodados de tamaño máximo de 4”, con bolonería hasta de 8”, medianamente denso, de color gris, 1.01% de humedad, su composición es: 73% de gravas, 26% de arenas, y 1% de finos.





Foto Nº19: Se muestra al técnico y el rótulo de la calicata C-3, material que subyace es la grava mal graduada (GP), con coeficiente de uniformidad de 95.25 y coeficiente de curvatura de 3.32.





Foto Nº21: De 0.00 a -1.15m de profundidad de la calicata C-4, el material es una arcilla inorgánica de baja plasticidad (CL), compacta, es de color marrón claro, y se encuentra seca.

Foto Nº22: Otra vista del proceso de excavación de la calicata C-4, instante en que se localiza el segundo estrato que es una grava mal graduada (GP), con matriz arenosa, con coeficiente de uniformidad de 63.27 y coeficiente de curvatura de 3.38.




Foto Nº23: Se observa en el proceso de extracción, los materiales provenientes de la calicata C-4.

Foto Nº24: De -1.15 a -3.00m de profundidad de la calicata C-4, el material es una grava mal graduada (GP), con matriz arenosa y presencia de cantos rodados de tamaño máximo de 4”, con bolonería hasta de 8”, medianamente denso, de color gris, 0.91% de humedad, su composición es: 71% de gravas, 28% de arenas, y 1% de finos.




Foto Nº25: Se muestra el rótulo de la calicata C-4.

Foto Nº26: El Técnico muestra el rotulo de la calicata C-4, y alrededor se observa los materiales extraídos.




Foto Nº27: De 0.00 a -0.95m de profundidad de la calicata C-5, el material es una arcilla inorgánica de baja plasticidad (CL), compacta, es de color marrón oscuro, y se encuentra seca.

Foto Nº28: De -0.95 a -3.00m de profundidad de la calicata C-5, el material es una grava bien graduada (GW), con matriz arenosa y presencia de cantos rodados de tamaño máximo de 4”, con bolonería hasta de 10”, medianamente denso, de color gris, 0.98% de humedad, su composición es: 69% de gravas, 30% de arenas, y 1% de finos.




Foto Nº29: Otra vista del proceso de excavación de la calicata C-4, se observa los materiales extraídos.

Foto Nº30: Instante en que se aprecia en la calicata C-5, los dos estratos claramente diferenciados.




Foto Nº31: Se muestra al técnico con el rótulo de la calicata C-5.

Foto Nº32: El Técnico muestra el rotulo de la calicata C-5, alrededor se muestra los materiales extraídos, la grava bien graduada (GW), tiene un coeficiente de uniformidad de 55.48 y un coeficiente de curvatura de 2.11.




Foto Nº33: Proceso de extracción del material superficial de la calicata C-6.

Foto Nº34: De 0.00 a -0.85m de profundidad de la calicata C-6, el material es una arcilla inorgánica de baja plasticidad (CL), compacta, es de color marrón claro, y se encuentra seca.




Foto Nº35: Se observa la localización de la grava bien graduada (GW) en la calicata C-6.

Foto Nº36: De -0.85 a -3.00m de profundidad de la calicata C-6, el material es una grava bien graduada (GW), con matriz arenosa y presencia de cantos rodados de tamaño máximo de 4”, con bolonería hasta de 10”, medianamente denso, de color gris, 1.79% de humedad, su composición es: 66% de gravas, 33% de arenas, y 1% de finos.




Foto Nº37: Otra vista del proceso de excavación de la calicata C-6, se observa la extracción de la grava bien graduada (GW).

Foto Nº38: Otra vista de la calicata C-6, donde se muestran los materiales extraídos.




Foto Nº39: Se observa que el técnico muestra el rótulo de la calicata C-6, el material que subyace es la grava bien graduada (GW), con matriz arenosa, con coeficiente de uniformidad de 92.66 y coeficiente de curvatura de 2.63.



estudio de mecanica de suelos fiis

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