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CALZADURAS Y SOSTENIMIENTO DE CALZADURAS Y SOSTENIMIENTO DE EXCAVACIONES, UNA MIRADA BAJO LA EXCAVACIONES, UNA MIRADA BAJO LA

NTE E.050NTE E.050

LIMA, 19 DE OCTUBRE DEL 2011LIMA, 19 DE OCTUBRE DEL 2011

Manuel A. Olcese Manuel A. Olcese FranzeroFranzero

molcese@pucp.edu.pemolcese@pucp.edu.pe

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VARIABILIDAD NATURAL DEL SUELO EN

TRES OBRAS CERCANAS

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Chorrillos 13 de junio del 2007

Miraflores 12 de junio 2007

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La victoria, 12 diciembre 2007 (7 fallecidos)

Calle Porta, profundidad 15 m, enero 1996

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Las Casuarinas – Santiago de Surco, 28 de octubre del 2008

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ARTÍCULO 33.1 NORMA E.050

““Las excavaciones verticales de más de 2,00 mLas excavaciones verticales de más de 2,00 m de profundidad requeridas para alcanzar los niveles de los sótanos y sus cimentaciones, no deben permanecer sin sostenimiento, salvo que el estudio realizado por el PR determine que no es necesario efectuar obras de sostenimiento.

La necesidad de construir obras de sostenimiento, su La necesidad de construir obras de sostenimiento, su diseño y construcción son responsabilidad del diseño y construcción son responsabilidad del contratista de la obra”.contratista de la obra”.

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SOLUCIONES PARA UNA EXCAVACIÓN SEGURASOLUCIONES PARA UNA EXCAVACIÓN SEGURA

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““El informe del EMSEl informe del EMS deberá incluir los deberá incluir los parámetros de suelos requeridos para el diseño parámetros de suelos requeridos para el diseño de las obras de sostenimiento de las de las obras de sostenimiento de las edificaciones, muros perimetrales, pistas y edificaciones, muros perimetrales, pistas y terrenos vecinos, considerando que estos terrenos vecinos, considerando que estos puedan ser desestabilizados como puedan ser desestabilizados como consecuencia directa de las excavaciones que consecuencia directa de las excavaciones que se ejecuten para la construcción de los se ejecuten para la construcción de los sótanos.”sótanos.”

ARTÍCULO 33.3 NORMA E.050

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EJEMPLO DE LOS DATOS EXIGIDOS POR LA NORMA E.050 Y REQUERIDOS PARA EL DISEÑO DE LAS OBRAS DE

SOSTENIMIENTO

Nombre Símbolo Valor Valor

Profundidad 0.00 a 6.00 m 6.00 a 12.00 m

Peso unitario 2.20 ton/m3 2.20 ton/m3

Cohesión c 0.00 kg/cm2 0.20 kg/cm2

Angulo de fricción 30° 35°

Coeficiente Activo Estático Ka0.32 0.27

Coeficiente en Reposo Estático Ko0.50 0.43

Coeficiente Pasivo Estático Kp6.65 10.43

Factor de Reducción del Empuje Pasivo para /=0 R 0.47 0.37

Coeficiente Activo Dinámico Kas0.51 0.46

Coeficiente en Reposo Dinámico Kos0.70 0.62

Coeficiente Pasivo Dinámico Kps5.65 8.87

Coeficiente de fricción bajo la cimentación. tan δ 0.55 0.55

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ESTUDIOS DE MECÁNICA DE SUELOS

(EMS)NORMA E.050

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Publicado el 9 de junio del 2006

NORMA E.050NORMA E.050

Nueva actualización 2009Nueva actualización 2009

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Norma actual 2006Norma actual 2006

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OBJETIVO DE LA NORMA E-050

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CLASIFICACIÓN DE LAS OBRAS,NÚMERO "n" DE PUNTOS A

INVESTIGAR Y PROFUNDIDAD

z = 1,5 B; siendo B el ancho de la cimentación prevista de mayor área.

z = 6,00 metros, en el 80 % de los sondeos y 1,5 B, en el 20 % de los sondeos, siendo B el ancho de la cimentación, delimitada por los puntos de todos los pilotes o las bases de todos los pilares.

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POZOS O CALICATAS, BARRENO

Las calicatas y trincheras serán realizadas según la NTP 339.162 (ASTM D 420). El PR deberá tomar las precauciones necesarias a fin de evitar accidentes.

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Barreno manual con SPTEXPLORACION EN ARENAEXPLORACION EN ARENASPTSPT

CONO TIPO PECKCONO TIPO PECKDPSHDPSH

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Densidad de campo: cono de arena, balón o nuclearDensidad de campo: cono de arena, balón o nuclearNO PERMITIDO PARA DISEÑONO PERMITIDO PARA DISEÑO

Artículo 10.1

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Contenido delInforme del

Estudio de Mecánica de Suelos

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CONTENIDO DEL INFORME DEL ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS

• Resumen de las Condiciones de Cimentación• Información Previa• Exploración de Campo• Ensayos de Laboratorio• Perfil del Suelo• Nivel de la Napa Freática• Análisis de la Cimentación• Plano de ubicación• Perfiles del suelo

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RESUMEN DE LAS CONDICIONES DE CIMENTACIÓN

En los casos en que es obligatorio efectuar un EMS, de acuerdo a lo indicado en esta Sección, el informe del EMS correspondiente deberá ser firmado por un Profesional Responsable (PR) ((Ingeniero CivilIngeniero Civil registrado en el Colegio de registrado en el Colegio de Ingenieros del Perú y hábilIngenieros del Perú y hábil).).

En estos mismos casos deberá incluirse en los planos de cimentación una trascripción literal del “Resumen de las Condiciones de Cimentación” del EMS (Ver Sección 2.4.1.a).

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ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN

En esta sección se incluirá una memoria de cálculo que contendrá como mínimo:

• Tipo de cimentación y otras soluciones si las hubiera.

• Profundidad de cimentación (Df ).

• Determinación de la carga de rotura al corte y factor de seguridad (FS).

• Estimación de los asentamientos que sufriría la estructura con la carga aplicada (diferenciales y/o totales).

• Presión admisible del terreno.

• Indicación de las precauciones especiales que deberá tomar el diseñador o el constructor de la obra, como consecuencia de las características particulares del terreno investigado (efecto de la Napa Freática, contenido de sales agresivas al concreto, etc.)

• Parámetros para el diseño de muros de Parámetros para el diseño de muros de contención y/o calzaduracontención y/o calzadura..

• Otros parámetros que se requieran para el diseño o construcción de las estructuras y cuyo valor dependa directamente del suelo.

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Rellenos Artificiales

o

Rellenos no controlados

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RELLENOS NO CONTROLADOS

Los rellenos no controlados son aquellos que Los rellenos no controlados son aquellos que no cumplen con la Sección 4.4.1. no cumplen con la Sección 4.4.1. Las Las cimentaciones superficiales no se podrán cimentaciones superficiales no se podrán construir sobre estos rellenosconstruir sobre estos rellenos ni sobre tierra de cultivo, suelos orgánicos, turba, o mezclas de ellos, los cuales deberán ser removidos en su totalidad y reemplazados por suelos seleccionados, antes de iniciar la construcción de la cimentación.

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Artículo 19 Profundidad de cimentación“No debe cimentarse sobre turba, suelo orgánico, tierra vegetal, relleno de desmonte o rellenos sanitario o industrial, ni rellenos No Controlados. Estos Estos materiales inadecuados deberán ser removidos en su materiales inadecuados deberán ser removidos en su totalidad, antes de construir la edificación y ser totalidad, antes de construir la edificación y ser reemplazados con materiales que cumplan con lo reemplazados con materiales que cumplan con lo indicado en la Artículo 21 (21.1)”indicado en la Artículo 21 (21.1)”

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Empuje de suelos en reposo.

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Tensiones en reposo

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Tensiones en reposo

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Tensiones en reposo

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Tensiones al excavar

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Tensiones al excavar => inestabilidad

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Tensiones al excavar => inestabilidad

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Tensiones al excavar => inestabilidad => colapso

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Causas de inestabilidad

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Causas de inestabilidad: aumento de la profundidad

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Causas de inestabilidad: saturación del suelo

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Causas de inestabilidad: elevación del Nivel Freático, filtraciones etc.

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Causas de inestabilidad: colocación de cargas cerca al corte

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Causas de inestabilidad: cercanía de vehículos o maquinaria

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Causas de inestabilidad: presencia de vibraciones

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Causas de inestabilidad: efecto de las heladas

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ESTADOS DE EQUILIBRIO PLASTICO

La relación entre los estados activo y pasivos pueden mostrarse gráficamente empleando los círculos de Mohr

ctan

vh min h max

Estado activoEstado elástico inicial Estado pasivo

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EMPUJES Y MOVIMIENTO DEL MURO

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Ko para suelos granulares

'sen10 KKo para suelos cohesivos

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Entibaciones

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PRESIONES GENERADAS POR LAS ENTIBACIONES

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PRESIONES GENERADAS POR LAS ENTIBACIONES

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PRESIONES GENERADAS POR LAS ENTIBACIONES

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Si el ancho de la excavación es menor de 3.60 m se considera como zanja

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La excavación de zanjas genera inestabilidad

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Zona probable de falla si

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Si la profundidad es mayor de 1.20 m, según la OSHA (Ocuppational & Safety and Health Administration, USA) debe entibarse si los operarios trabajaran dentro de la zanja, según la NTE E.050 si es mayor a 2.00 m y así lo indica el PR como resultado del EMS.2.00 m y así lo indica el PR como resultado del EMS.

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Excavaciones con paredes inclinadas.

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Excavación Mixta

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Requiere entibación

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La entibación de diseña para la profundidad total de la excavación.

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ENTIBACIONES

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ENTIBACIONES

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ENTIBACIONES

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Si la excavación si el ancho es mayor de 3.60 m la excavación se considera masiva

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Entibaciones en excavaciones masivas

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Calzaduras

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Transmiten bien las cargas Transmiten bien las cargas verticales.verticales.

No soportan No soportan adecuadamente los adecuadamente los empujes horizontalesempujes horizontales

Varillas corrugadas

CALZADURA CONVENCIONAL

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CALZADURA CONVENCIONAL

Carga

Empuje

Fricción

Varillas corrugadas

¿?

Tan =

0.55 % #200 <5%0.55 % #200 <5%0.45 5% <% #200 <12%0.45 5% <% #200 <12%0.35 % #200 > 12%0.35 % #200 > 12%

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Muros pantalla

oPantallas ancladas

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MURO PANTALLA

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MUROS PANTALLA

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ANCLAJE

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DISEÑO DEL MURO PANTALLA NAVFAC DM7

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CAPACIDAD DE CARGA DE LOS ANCLAJES SEGÚN EL NAVFAC DM7

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DISEÑO DE UN MURO PANTALLA

1.- Se eligen las longitudes L de las filas de anclajes2.- Se define el mecanismo de rotura de la figura3.- Se calculan las cargas en los anclajes A’i que equilibran la cuña de terreno4.- Si las cargas calculadas son superiores a las cargas límites de los anclajes (ver puntos b) y c)), se cambian las longitudes de los anclajes y se vuelven a calcular las cargas.

Método de Kranz

a)a) CargaCarga de anclaje y longitud libre de anclaje y longitud libre

L

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DISEÑO DE UN MURO PANTALLA

0,9 ysl acero

y

fQ A

Aacero: sección de aceroQ: carga del anclajel: coeficiente de seguridad como mayoración de la carga aplicada sobre el anclajey: coeficiente de seguridad como minoración de la resistencia del acerofys: resistencia del acero (típicamente entre 800-1100 MPa para barras y entre 1800-2000 MPa para cables)

Q no suele superar, en servicio, el 60% del límite elástico de elemento de acero (fys Aacero)

b)b) SecciónSección de acero de acero

Método de Kranz

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DISEÑO DE UN MURO PANTALLA

l lt

Q A

Al: área lateral del bulboQ: carga del anclaje: resistencia al corte unitaria en el contacto bulbo-terrenol: coeficiente de seguridad como mayoración de la carga aplicada sobre el anclajet: coeficiente de seguridad como minoración de la resistencia al corte límite en el contacto bulbo-terreno

(según Norma Española de anclajes)

Q

Al

Nivel de riesgo creciente

PermanentesTemporales

c)c) Longitud del bulboLongitud del bulbo

Método de Kranz

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DISEÑO DE UN MURO PANTALLA

Se obtienen de ensayos de arrancamiento en condiciones reales o en el laboratorio

(según Norma Española de anclajes)

Valores orientativos de (pre-diseño)

Valores de la resistencia al corte unitaria en el contacto bulbo-terreno ():

Método de Kranz

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Valores orientativos de (pre-diseño)

DISEÑO DE UN MURO PANTALLA

(según Ostermayer & Scheele, 1977)

Método de Kranz

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Método CAD DISEÑO DE UN MURO PANTALLA

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DISEÑO DE UN MURO PANTALLAMétodo CAD

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ETAPAS DEL ANÁLISISMétodo CAD

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DISEÑO DE UN MURO PANTALLAMétodo CAD

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PLANO DE PLANTA DE LOS ANCLAJES

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MURO PANTALLA

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MURO PANTALLA

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MURO PANTALLA

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MURO PANTALLA

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Factor de Seguridad frente al levantamiento del fondo

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Tensiones en reposo (sin excavar)

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Tensiones al excavar

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Las tensiones al excavar puede generar levantamiento del fondo de la excavación

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NAVFAC DM7

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NAVFAC DM7

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NAVFAC DM7VALORES DE NCD Y NCR

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““En mecánica de suelos la exactitud de los En mecánica de suelos la exactitud de los resultados calculados nunca exede al de una resultados calculados nunca exede al de una estimación cruda, y estimación cruda, y la función principal de la la función principal de la teoría consiste en el enseñar teoría consiste en el enseñar de que y como de que y como observar en el campoobservar en el campo.”.”

Karl Terzaghi, 1936

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VELEMOS POR QUE SE CUMPLAN LAS NORMAS DE VELEMOS POR QUE SE CUMPLAN LAS NORMAS DE NOSOTROS DEPENDE QUE ESTO NO OCURRA NUEVAMENTENOSOTROS DEPENDE QUE ESTO NO OCURRA NUEVAMENTE

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Muchas gracias

molcese@pucp.edu.pe