2012 DISEÑO CIMENTACIÓN SUPERFICIAL
KATHERINE RODRIGUEZ CARREÑO COD. 213914 GEOTECNIA 01/06/2012
INDICE
1. 2. 3. 4.
5. 6.
7.
8.
INTRODUCCION DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO CARACTERIZACIÓN GEOTECNICA 4.1. PARAMETROS DE CLASIFICACIÓN 4.2. PARÁMETROS DE RESISTENCIA 4.3. PARÁMETROS DE COMPRESIBILIDAD 4.4. PERFIL GEOTECNICO PROMEDIO ANÁLISIS CAPACIDAD PORTANTE ANALISIS DE ASENTAMIENTOS 6.1. ASENTAMIENTOS INMEDIATOS 6.2. ASENTAMIENTOS CONSOLIDACIÓN PRIMARIA CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 7.1. NIVEL DE CIMENTACIÓN 7.2. TIPO DE CIMENTACIÓN 7.3. CAPACIDAD PORTANTE Y ASENTAMIENTOS 7.4. CONDICIONES SISMICAS 7.5. RECOMENDACIONES CONSTRUCTIVAS ANEXOS ANEXO A MEMORIAS DE CÁLCULO
INTRODUCCIÓN
La cimentación es la parte estructural del edificio, encargada de transmitir las cargas al terreno, el cual es el único elemento que no podemos elegir, por lo que la cimentación la realizaremos en función del mismo. Al mismo tiempo este no se encuentra todo a la misma profundidad por lo que eso será otro motivo que nos influye en la decisión de la elección de la cimentación adecuada. El estudio de Mecánica de Suelos es básico para realizar el diseño de cimentaciones. Van a afectar el diseño de cimentaciones: el tipo de suelo (cohesivo, granular, mixto, de alta o baja plasticidad), la variación de estratos, la consistencia (media, blanda, dura), las propiedades físicas y mecánicas (cohesión, ángulo de fricción interna, índice de compresión), la ubicación del nivel freático, la profundidad de cimentación, la capacidad portante por resistencia, la capacidad portante por asentamiento, el esfuerzo neto, los asentamientos diferenciales y totales, los agentes agresivos (sales, cloruros, sulfatos), la expansibilidad y fuerza expansiva del suelo. Por lo general se construyen de hormigón armado, salvo obras de tamaño pequeño, en las que puede ser más rentable emplear hormigón en masa. Todo proyecto de cimentación debe incluir un Estudio Geotécnico (estudio de las características del terreno) ya que la cimentación es la encargada de garantizar la estabilidad de la estructura que soporta a lo largo de la vida útil de la misma. En el presente trabajo se diseñará la cimentación superficial de un edificio de 7 pisos, evaluando la capacidad portante y asentamientos de dichas cimentaciones.
2. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
2.1 ASPECTOS GENERALES Se tiene prevista la construcción de dos torres de siete pisos destinadas para uso residencial, y en el proyecto no se consideró la construcción de sótanos para parqueaderos. El lote está ubicado en la Calle 165 No 56A-44 Ciudad Jardín Norte y tiene forma rectangular con dimensiones de 29.5 m por uno de los frentes y 57 m por el otro. Actualmente en el lote se encuentra una casa de dos niveles y una construcción menor, las cuales serán demolidas cuando inicie el proyecto de vivienda.
2.2 LOCALIZACIÓN El área de estudio está localizada en la zona norte de la ciudad de Bogotá. El predio donde se realizó el estudio de suelos corresponde a la Calle 165 No 56A-44. En la Figura 2-1 se presenta la localización general de la zona de estudio.
Sitio de
Figura 2-1 Localización general del área de estudio. Fuente: Google Maps
2.3 DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA Como se ha comentado en el numeral de aspectos generales, se tiene prevista la construcción de dos torres para viviendas de siete pisos cada una. El sistema estructural estará integrado por muros estructurales de mampostería reforzada con bloques de perforación vertical. En la Figura 2-2 se presenta la planta de localización general de las torres dentro del predio. La Figura 2-3 presenta una vista general de la fachada de la Calle 165; en el proyecto no se ha considerado el uso de sótanos para parqueaderos.
Figura 2-2 Planta general del proyecto, localización de las torres dentro del lote
Figura 2-3 Vista general de las fachadas
2.4 CARGAS ESTRUCTURALES DEL PROYECTO En la Figura 2-4 se presentan los valores de las cargas por metro transmitidas por los muros estructurales a la cimentación, de acuerdo con la información suministrada.
Figura 2-4 Cargas aplicadas por columna y por piso
De acuerdo con lo anterior se tiene que los elementos que transfieren las cargas a la cimentación corresponden a una serie de muros estructurales de diferentes longitudes y orientaciones. En la Tabla 2-1 se muestran las longitudes de los muros estructurales proyectados y las cargas transmitidas por éstos a la cimentación.
Tabla 2-1 Longitud de muros y cargas estructurales transmitidas a la cimentación
Muro Cantidad 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 2 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1
Eje longitudinal
Entre ejes
A A B C D D E F F Entre F y G G G G H H H Muro diagonal H Muro diagonal H Ascensor 1 Ascensor 2 Ascensor 3 1,10 1,10 1,10 1,10 2,9 2,9 2,9 2,9 Entre 2 y 3, 8 y 9 Entre 8 y 9 3 3y8 Entre 3 y 4, 7 y 8 Entre 3 y 4, 7 y 8 Entre 3 y 4, 7 y 8 4y7 4y7 Entre 4 y 5 5y6 5 6
2 y 3, 8 y 9 3 y 4, 7y 8 4 y 5, 6 y 7 1 y 3, 8 y 10 3 y 4, 7 y 8 4 y 5, 6 y 7 1 y 5, 6 y 10 1 y 3, 8 y 10 3 y 5, 6 y 8 4 y 5, 6 y 7 1 y 3, 8 y 10 3 y 4, 7 y 8 4y5 2y3 3y4 7y9 3y5 6y8 CyE DyF EyG FyG AyB ByC GyH GyH ByD FyG AyB DyE FyG FyG FyG AyB DyE FyG FyG GyH H
Longitud (m) Carga (kN/m) 2.81 0.99 1.43 1.98 1.32 1.76 6.76 2.65 2.44 0.99 2.64 1.82 0.61 1.98 0.74 3.71 3.30 3.30 1.98 0.60 2.10 0.82 1.65 0.99 0.61 1.44 0.99 0.33 0.99 1.55 1.23 1.77 0.66 0.99 0.99 1.98 1.65 0.66 0.88 0.83 2.27 0.33
56.8 145.1 144.5 87.3 215.1 136.5 250.1 125.1 172.7 195.8 131.7 162.2 204.5 137.4 137.4 137.4 148.2 116.0 105.8 154.9 109.7 69.1 148.5 89.8 58.9 142.7 106.1 100.0 231.7 85.6 123.4 163.5 179.6 129.2 143.6 141.4 200.9 218.8 181.4 140.0 268.8 293.5
3. EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO Para determinar las características y propiedades mecánicas del subsuelo, se adelantaron actividades de exploración consistentes en la ejecución de sondeos mecánicos y ensayos de laboratorio. Posteriormente, se realiza un análisis de las propiedades obtenidas de acuerdo con los registros de campo, la geología de la zona de estudio y la evaluación de campo por parte del especialista en geotecnia. Este análisis permitirá determinar las propiedades de cada uno de los materiales encontrados para calcular el modelo de cimentación de las torres de viviendas.
3.1 EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO Con el fin de definir el modelo geotécnico del subsuelo, se realizó una visita al sitio del proyecto y con base en esta, se programó la ejecución de cinco (5) sondeos mecánicos (S1, S2, S3, S4 y S5) distribuidos dentro del área del lote, los cuales alcanzaron profundidades de 22.0 m, 35.5 m, 35.0 m, 35.0 m y 30 m, respectivamente. Teniendo en cuenta las cargas que van soportar los cimientos y dadas las características geotécnicas encontradas del subsuelo se consideró suficiente la anterior exploración. En la Figura 3-4 se aprecia la planta de localización general de los sondeos ejecutados para el presente estudio.
Figura 3-4 Planta de localización de los sondeos en el sitio de estudio
Para los materiales granulares se recuperaron muestras alteradas con muestreador de tubo partido (split spoon), y se realizó el ensayo de penetración estándar (SPT), cuyo propósito es el de obtener un estimativo de la resistencia al corte. Para los materiales cohesivos, se obtuvieron muestras inalteradas con el tubo de pared delgada (Shelby). En la Tabla 3-2 se indica la profundidad alcanzada en cada uno de los sondeos Tabla 3-2 Relación de exploración
Sondeo
Profundidad (m)
S1 S2 S3 S4 S5
22 35.5 35 35 30
3.2 ENSAYOS DE LABORATORIO Sobre las muestras obtenidas, se programaron ensayos de clasificación, resistencia al corte y compresibilidad. En la Tabla 3-3 se relacionan las cantidades de ensayos ejecutados. Tabla 3-3 Cantidades de ensayos de laboratorio programados
Ensayo Humedad natural Limites de Atterberg Peso Unitario Compresión Inconfinada Consolidación
S1 S2 S3 S4
S5
14 11 1 8 -
11 13 2 11 2
23 14 3 7 2
21 12 7 1
21 11 4 5 1
S5A Cantidad 4 1 -
94 61 10 39 6
El objeto de estos ensayos fue estimar las propiedades índice, de resistencia y compresibilidad de los diferentes materiales encontrados, y definir el modelo geotécnico de análisis, indispensables para la evaluación de la capacidad portante y asentamientos probables de la estructura.
4. CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA La caracterización geotécnica consiste en determinar la composición y propiedades físicas, mecánicas, hídricas, químicas del terreno donde se proyecta una obra o se extrae material para construcción. Se realizaron 5 sondeos de los cuales se obtuvieron diferentes muestras para realizar los ensayos de laboratorio; se analiza cada sondeo y con la ayuda de la descripción del material y los datos obtenidos se hacen relaciones entre los parámetros dando que existen 6 estratos geotécnicos. 4.1 PARÁMETROS DE CLASIFICACIÓN Tabla 4-1 Parámetros clasificación sondeo 1 y 2 SONDEO 1 Prof. Media (m)
wn
0.23 1.43 3.20 5.00 6.50 8.80 10.20 12.20 13.80 15.40 17.00 18.30 20.00 21.80
73.8 93.2 138.7 150.3 188.4 183.9 141.8 221.1
(%)
103.3 132.5 160 163.8 162.5
LL (%)
LP (%)
IP (%)
(T/m³)
(T/m³)
229.48 223.61
62.69 57.17
166.79 166.44
1.34 1.45
0.559 0.577
199.25 271.61 238.87 309.74 137.98 136.72 252.20 226.18 169.80
40.53 79.44 62.09 172.95 41.62 53.98 58.59 98.61 88.29
158.72 192.17 176.78 136.79 96.36 82.74 193.61 127.57 81.51
1.34 1.30 1.23
0.538 0.384
1.50 1.33 1.26 1.33
0.738 0.573 0.485 0.502
t
d
USCS
CH CH CH CH CH MH CH CH CH MH MH
SONDEO 2 Prof. Media (m)
wn
0.23 0.68 1.75 2.25 3.75 5.75 7.45 9.25 11.25 13.25 15.05 16.95 18.75 20.75 22.75 24.75 26.35 26.85 28.25 30.25 32.25 33.75 35.25
45.7 71.2 61.4 95.8 105 117.4 120.5 153.5 180.3 175.5 151.3 145.2 144.1 143.8 145.5 133.4 183.9 230.3 120.2 130.8 134.2 97.8 128.4
(%)
LL (%)
LP (%)
IP (%)
107.03 100.75 121.74 123.34 140.05
64.76 31.61 70.89 38.63 45.50
42.27 69.14 50.85 84.71 94.55
164.48
58.12
200.88
t
d
(T/m³)
(T/m³)
1.72
1.07
1.59 1.34
0.776
106.36
1.50
0.657
63.43
137.45
1.34
180.49 159.95
57.35 55.69
123.14 104.26
1.35
205.92
67.42
138.50
USCS MH CH MH CH CH CH-MH CH
0.55
CH CH CH
1.22
0.431 0.66
CH MH CH
0.573
CH
149.74 156.11 186.05
43.99 96.78 58.24
105.75 59.33 127.81
1.45
186.05
58.24
127.81
1.31
1.27
Tabla 4-2 Parámetros clasificación sondeo 3 y 4
SONDEO 3 Prof. Media (m)
wn
0.23 0.93 2.40 4.05 5.75 7.75 9.25 11.25 12.75 14.75 16.75 18.25 20.25 22.25 24.05 24.75 26.75 28.75 30.75 32.75 34.75
37.3 31.8 39.3 49.5 62 47.3 52 48.2 71.2 62.1 39.6 57.4 56.1 56.9 329.5 177.9 105.7 168.7 114 169.9 135.9
(%)
LL (%)
LP (%)
IP (%)
(T/m³)
(T/m³)
160.49 166.32
49.55 52.33
110.94 113.99
1.39
0.928
252.73
73.55
179.18
CH
280.79
41.82
238.97
CH
286.00
101.39
184.61
185.20
45.82
139.38
263.44
65.37
198.07
1.40
0.89
CH
325.41 171.60
87.02 46.77
238.39 124.83
1.37
0.669
CH CH
151.05
47.17
103.88
1.47
0.674
CH
147.58
47.22
100.36
1.39
0.596
CH
t
d
USCS
t
1.14
d
0.702
USCS
CH CH
MH CH
SONDEO 4 Prof. Media (m)
wn
0.23 0.83 2.25 4.25 6.25 7.75 9.25 10.75 12.75 14.75 16.75 18.25 20.25 22.25 23.75 25.25 26.75 28.75 30.75 32.75 34.75
47.4 36.5 45.7 65.3 88.1 118.8 52.2 68.8 87.8 122.3 147.6 53.5 74.8 85 115.4 122.2 66.6 93.8 126.8 148.7 161.3
(%)
LL (%)
LP (%)
IP (%)
(T/m³)
(T/m³)
137.82 133.54
42.42 43.29
95.40 90.25
1.49 1.39
0.9
CH CH
180.67
42.72
137.95
1.39
0.903
CH
249.25
73.41
175.84
1.38
0.734
CH
194.16
57.77
136.39
1.29
171.17
51.04
120.13
1.43
174.19
50.99
123.20
1.29
225.43 283.94
69.07 85.07
156.36 198.87
199.08 174.02
57.68 74.52
141.40 99.50
CH 0.547
CH CH CH CH
1.41 1.33
0.565
CH MH
Tabla 4-3 Parámetros clasificación sondeo 5 y 5A SONDEO 5 Prof. Media (m)
wn
0.33 0.78 1.23 1.80 2.85 3.35 5.15 6.45 7.95 9.35 10.35 11.75 13.05 14.50 16.10 18.30 20.35 21.30 23.30 25.30 27.60 29.75
69.5 52.6 92.4 64.7 83.2 119.8 118 228.5 152.5 174 157.2 228.8
LL (%)
LP (%)
IP (%)
84.43 123.83 97.19
47.28 72.57 35.79
37.15 51.26
142.05 134.50
151.4
d
USCS
(T/m³)
(T/m³)
1.47
0.87
1.32 1.51
0.69 0.917
MH MH CH
43.96 43.97
1.50 1.45
0.684 0.666
CH CH
206.48
67.24
1.26
0.501
CH
186.62
64.46
1.32
0.514
CH-MH
195.76
59.02
1.29
0.481
CH
291.12 140.20
115.58 46.82
1.11 1.39
0.401 0.6
MH CH
19.78
68.26
1.35
0.589
MH
205.33
78.93
1.27
0.505
MH
d
USCS
(%)
150 168.1 174.4 177.4 132.1 103.6 128.4
t
SONDEO 5A Prof. Media (m)
wn
0.35 0.95 3.15 6.80
72.8 91.2 91.1 168.9
LL (%)
(%)
LP (%)
IP (%)
t
(T/m³)
(T/m³)
1.72
0.90
4.2. PARÁMETROS DE RESISTENCIA Tabla 4-4 Parámetros resistencia sondeo 1 SONDEO 1 Prof. Media (m) 0.23 1.43 3.20 5.00 6.50 8.80 10.20 12.20 13.80 15.40 17.00 18.30 20.00 21.80
Compresión Inconfinada qu (kg/cm²)
NCam
cu (kg/cm²) E50 (kg/cm²) 4 10
0.461 0.08
0.231 0.040
30.1526718 1.18043845
0.137 0.106
0.069 0.053
3.84615385 1.82444062
0.192 0.312 0.262 0.303
0.096 0.156 0.131 0.152
6.51162791 6.15627466 9.35960591 7.73508595
o
CN 2 1.9
N corr 3 8
Tabla 4-5 Parámetros resistencia sondeo 2 y 3 SONDEO 2 Prof. Media (m) 0.23 0.68 1.75 2.25 3.75 5.75 7.45 9.25 11.25 13.25 15.05 16.95 18.75 20.75 22.75 24.75 26.35 26.85 28.25 30.25 32.25 33.75 35.25
Compresión Inconfinada qu (kg/cm²)
NCam
o
cu (kg/cm²) E50 (kg/cm²) 4 2
0.599
0.300
43.0215827
0.126
0.063
5.10204082
0.067
0.034
1.93976519
0.176
0.088
11.618799
0.559
0.280
18.2705718
0.332
0.166
18
0.166
0.083
4.67706013
CN 2 2
N corr 3 1
SONDEO 3 Prof. Media (m) 0.23 0.93 2.40 4.05 5.75 7.75 9.25 11.25 12.75 14.75 16.75 18.25 20.25 22.25 24.05 24.75 26.75 28.75 30.75 32.75 34.75
Compresión Inconfinada qu (kg/cm²)
NCam
cu (kg/cm²) E50 (kg/cm²) 3 4
0.244 0.183
0.122 0.092
9.69116081
0.07
0.035
1.41206675
0.159
0.080
4.2662116
0.267
0.134
17.3509934
0.567
0.284
18.1004818
0.226
0.113
4.71698113
o
CN 2 1.56
N corr 2 2
Tabla 4-6 Parámetros resistencia sondeo 4 y 5 SONDEO 4 Prof. Media (m) 0.23 0.83 2.25 4.25 6.25 7.75 9.25 10.75 12.75 14.75 16.75 18.25 20.25 22.25 23.75 25.25 26.75 28.75 30.75 32.75 34.75
Compresión Inconfinada qu (kg/cm²)
NCam
o
cu (kg/cm²) E50 (kg/cm²) 2 3
0.197
0.099
8.93186004
0.186
0.093
8.69565217
0.324
0.162
9.76430976
0.378
0.189
9.1152815
0.103
0.052
1.6123933
CN 2 2
N corr 1 2
SONDEO 5 Prof. Media (m) 0.33 0.78 1.23 1.80 2.85 3.35 5.15 6.45 7.95 9.35 10.35 11.75 13.05 14.50 16.10 18.30 20.35 21.30 23.30 25.30 27.60 29.75
Compresión Inconfinada qu (kg/cm²)
NCam
cu (kg/cm²) E50 (kg/cm²) 7 9 9
0.519
0.260
22.8346457
0.206 0.353
0.103 0.177
5.02793296 5.5798005
0.358
0.179
17.0892019
0.239
0.120
10.6382979
0.395
0.198
20.2731092
0.288 0.45
0.144 0.225
9.92366412 23.9828694
0.63
0.315
15.1151631
0.333
0.167
13.7931034
o
CN 2 2 1.98
N corr 6 8 8
4.3 PARÁMETROS DE COMPRESIBILIDAD Tabla 4-7 Parámetros de compresibilidad sondeo 2, 3, 4 y 5. SONDEO 2 Consolidacion Unidimensional
Prof. Media (m)
Cc
Cr
eo
1.75
0.633
0.105
1.524
22.00
35.25
3.400
0.200
4.289
11.000
CAPA 1 CAPA 5
p (T/m²)
SONDEO 3 Consolidacion Unidimensional
Prof. Media (m)
Cc
Cr
eo
p (T/m²)
24.75
2.983
0.200
3.320
11.00
CAPA 4
SONDEO 4 Consolidacion Unidimensional
Prof. Media (m)
Cc
Cr
eo
p (T/m²)
9.25
2.462
0.160
3.487
7.00
CAPA 2
SONDEO 5 Consolidacion Unidimensional
Prof. Media (m)
Cc
Cr
eo
7.95
3.469
0.260
4.761
8.5
29.75
2.804
0.180
4.673
12.00
CAPA 2 CAPA 5
p (T/m²)
4.4 PERFIL PROMEDIO Una vez recopilados todos los parámetros y tras buscar relaciones entre los mismos, haciendo un análisis estadístico se llega a concluir que en el terreno de construcción existen 5 capas de suelo hasta la profundidad de 35.5 m. Los estratos del suelo que conforman el perfil presentan las siguientes características: CAPA 1: Relleno heterogéneo, compuesto por arcilla muy plástica (CH), material orgánico con vetas de óxidos, y en algunas zonas presencia de limos (MH), material de consistencia blanda, alta compresibilidad, contenido de humedad de medio a alto. Su color varía de habano, café a negro; presenta fragmentos de raíces. Espesor promedio de 2.5 m
Esta capa se podría subdividir en una primera subcapa de material puramente orgánico de un espesor de 0.30 m aproximadamente y de 0.30 a 2.5m una subcapa de arcilla con presencia de gran cantidad de materia órganica; es por esta razón que para simplificar el análisis se adoptó una sola capa.
CAPA 2: Arcilla muy plástica (CH), de alta compresibilidad, consistencia blanda a media, húmeda, gris oscura, con intensidades amarillas y verdosas, con vetas óxidos y limos. Espesor promedio 9 m. En este estrato se encontró el nivel freático a una profundidad de 3m. CAPA 3: Arcilla limosa muy plástica (CH), de alta compresibilidad, consistencia muy blanda, contenido de humedad alto, color café, presenta trazas de turba. Espesor promedio 12 m. CAPA 4: limo arcilloso muy plástico (MH y CH), de alta compresibilidad, consistencia muy blanda a media, contenido de humedad alto, color gris oscuro, alta presencia de turba, con vetas de arena e intensidades verdosas. Espesor promedio 4 m. CAPA 5: Arcilla limosa muy plástica (CH), de alta compresibilidad, consistencia muy blanda, contenido de humedad alto, color café, vetas de turba, presenta puntos negros y blancos. Espesor promedio 7.5 m. El Nivel Freático se detectó a una profundidad de tres metros (3 m), en un estrato limo – arcilloso. Realizando un promedio de las profundidades de acuerdo con cada sondeo se estima un perfil promedio, cuyas profundidades se resumen en la tabla 4-9 Tabla 4-9 Profundidad y espesor promedio por capa. Profundidad (m) Espesor (m) 0 -2.5 2.5 CAPA 1 2.5 -11.5 9 CAPA 2 11.5 -23.5 12 CAPA 3 23.5 -27.5 4 CAPA 4 CAPA 5 27.5 - 35.0 7.5
Figura 4-1 Perfil promedio geotécnico
Para el perfil mostrado en la figura 4-1 se tiene los siguientes parámetros promedio, relacionados en la tablas 4-10 a 4-12 Tabla 4-10 Resumen parámetros de clasificación promedio.
wn
CAPA 1 CAPA 2 CAPA 3 CAPA 4 CAPA 5
(%)
LL (%)
LP (%)
IP (%)
(T/m³)
(T/m³)
Rango
36-84
102-160
50-56
52-104
1.43-1.60
0.82-1.07
Promedio
60
124
52
72
1.44
0.95
Rango
52-161
151-231
43-60
108-171
1.36-1.48
0.56-0.90
Promedio
117
185
52
135
1.41
0.74
Rango
57-162
187-245
61-92
126-153
1.20-137
0.55-0.80
Promedio
128
220
74
146
1.31
0.60
Rango
80-183
140-255
47-77
120-178
1.22-1.42
0.43-0.67
Promedio
148
210
66
160
1.3
0.56
Rango
122-146
113-187
47-74
66-113
1.31-1.39
0.55-0.62
Promedio
137
156
63
93
1.36
0.59
t
d
Tabla 4-11 Resumen parámetros de resistencia promedio. Compresión Inconfinada qu (kg/cm²)
CAPA 1 CAPA 2 CAPA 3 CAPA 4 CAPA 5
NCam
cu (kg/cm²) E50 (kg/cm²)
o
Ncorr
golpes/ pie
CN
golpes/ pie
Rango
0.24-0.55
0.12-0.27
22.83-43.02
2.5-4
1.78-2
1.5-3
Promedio
0.44
0.22
32.93
3.25
1.95
2.20
Rango
0.10-0.29
0.05-0.14
9.58-11.1
9
2
8
Promedio
0.24
0.12
9.95
9
2
8
Rango
0.11-0.3
0.05- 0.1
9. 6-11. 1
Promedio
0.16
0.08
10.20
Rango
0.27-0.45
0.13-0.28
7.44-23.88
Promedio
0.42
0.21
16.85
Rango
0.10-0.48
0.05-0.24
4.72-14.45
Promedio
0.26
0.13
8.03
Tabla 4-12 Resumen parámetros de compresibilidad Consolidacion Unidimensional Cc
CAPA 1 CAPA 2 CAPA 4 CAPA 5
0.633 2.966 2.983 3.102
Cr
0.105 0.210 0.200 0.190
eo
1.524 4.124 3.320 4.481
p (T/m²)
22.00 7.750 11.00 11.500
5. ANALISIS DE CAPACIDAD PORTANTE El análisis de resistencia se realizó mediante la ecuación general de capacidad portante. Los factores de capacidad portante, y los factores por forma, profundidad de cimentación, nivel freático, excentricidad, e inclinación de la carga fueron establecidos mediante las propuestas de Meyerhoff (1963), Hansen y Vesic (1970) y Chen (1975).
Dónde:
⁄ ⁄
Por tratarse de un suelo de fundación cohesivo se omite el tercer sumando para suelo granular. Con el fin de considerar la incidencia de la geometría de la fundación y la profundidad de cimentación se llevó a cabo un análisis de sensibilidad en el cual se contemplaron diferentes dimensiones de cimiento y relaciones ancho/largo (B/L). El nivel de cimentación se ha establecido de acuerdo a la magnitud de las cargas estructurales a una profundidad de 2.5 m con respecto a la superficie actual del terreno. Si durante el proceso de excavación se encuentran tramos puntuales en donde se presenten materiales orgánicos, es necesario retirarlos en su totalidad y reemplazarlos por material seleccionado tipo sub-base granular debidamente compactado. Este análisis permitió establecer que la capacidad portante de trabajo para cimientos superficiales, para un factor de seguridad de 3.0, varía tal cual se relaciona a continuación:
Tabla 5-1 Capacidad portante de trabajo para cimientos superficiales corridos
Capacidad portante (T/m2) 6.3 - 8.3
Profundidad cimentación (m) 2.5
Estos resultados se basan contemplando longitudes de cimientos desde la mínima, hasta mayor que la máxima de las longitudes de los muros estructurales.
De acuerdo con las relaciones tomadas de ando/ longitud, se determinó un ábaco en función del ancho de la cimentación y que servirá para determinar la capacidad portante cuando actúan diferentes geometrías del cimiento.
B/L=1.0 B/L=0.7
B/L=0.9 B/L=0.5
B/L=0.8 B/L=0.6
8.3 ) 2 m / T ( o7.8 j a b a r t e d e t n7.3 a t r o p d a d i c a p6.8 a C
6.3 0.3
0.5
0.7
0.9
1.1
1.3
1.5
1.7
1.9
2.1
B(m) Fi ura 5-1 Ca acidad ortante de traba o ara cimientos su erficiales corridos
2.3
6. ANALISIS DE ASENTAMIENTOS. 6.1. Asentamientos inmediatos El asentamiento inicial instantáneo se ha estimado considerando la Teoría elástica para el asentamiento bajo carga uniforme. Los métodos más comunes emplean varias integraciones de la solución de Boussinesq para determinar el asentamiento de una carga puntual en la superficie de un semi-espacio homogéneo, isotrópico y elástico.
Dónde:
Para efectos de cálculo se tomará la capacidad portante de trabajo para una cimentación unitaría de B=1 m Y L= 1 m. Para el suelo de fundación analizado, y para un cimiento de 1 m2 se espera un asentamiento inmediato probable de 4.2 mm en las esquinas y 8.5 mm en el centro. 6.2. Asentamientos por consolidación Igualmente que los asentamientos inmediatos, se trabajó con una cimentación unitaria, y con ayuda de los parámetros de compresibilidad obtenidos en los ensayos de laboratorio, se espera que el suelo s e asiente por consolidación primaria 60.5 cm.
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
7.1 NIVEL DE CIMENTACIÓN De acuerdo a los resultados obtenidos del subsuelo de exploración, y después de realizar un análisis pertinente, los cimientos superficiales serán cimentados a una profundidad de 2.5 m con respecto a la superficie actual del terreno, esto se concluyó puesto que existe una capa heterogénea de 2.5 m de espesor en la cual no es recomendable construir por su naturaleza orgánica y su baja capacidad portante. Entonces, se recomienda el suelo de fundación a una profundidad de 2.5 m, ya que corresponde a una arcilla gris oscura de consistencia media, plasticidad alta y a pesar de su alto contenido de humedad ofrece una capacidad portante mayor a la de su estrato superior; no es aconsejable construir los cimientos a una profundidad mayor, puesto que las capas más profundas tiene características semejantes a la de la capa 2 y se incrementarían los costos y tiempos de la construcción de las cimentaciones. Posee valores de humedad natural variables entre 79 y 150%, índice de plasticidad entre 110 y 170%, entre otros relacionados en las tablas 4-10 y 4-12. Cabe señalar que si se encuentran en la capa de fundación (capa 2) suelos orgánicos es indispensable retirarlos en su totalidad y remplazarlos por una sub-base granular.
7.2. TIPO DE CIMENTACIÓN De acuerdo con las características del suelo y las del proyecto, se tiene que es viable el apoyo de las estructuras de refuerzo, en cimientos superficiales, diseñados de acuerdo con el sistema estructural escogido y los siguientes parámetros: TIPO DE CIMIENTO: Cimientos corridos CAPACIDAD PORTANTE: Determinada en función de la geometría del cimiento. Varía entre 6.3-8.3 T/m2, en función del ancho (0.3- 2.3 m) y en relación con su largo. ACLARACIÓN: Si no se quieren cimientos enterrados para evitar humedades en los muros, se recomienda apoyarlos por debajo del contrapiso, pero la excavación se llevará hasta 2.5 m de profundidad, alcanzando niveles con un relleno en concreto pobre o ciclópeo.
7.3. CAPACIDAD PORTANTE Y ASENTAMIENTOS
La capacidad admisible del suelo representativo de la zona estudiada varía entre 6.3 T/ m2 y 8.3 T/m2, a la profundidad mínima de cimentación de 2.50m desde nivel de terreno natural. Se recomienda adoptar la capacidad portante en función de la geomtria del cimiento, para esto se diseñó el ábaco expuesto en la figura 7-1.
B/L=1.0 B/L=0.7
B/L=0.9 B/L=0.5
B/L=0.8 B/L=0.6
8.3 ) 2 m / T ( o j 7.8 a b a r t e d e t n7.3 a t r o p d a d i c a p6.8 a C
6.3 0.3
0.5
0.7
0.9
1.1
1.3
1.5
1.7
1.9
2.1
2.3
B(m)
Figura 7-1 Capacidad portante de trabajo para cimientos superficiales corridos
Se recomienda utilizar material de préstamo con calidad de afirmado para zonas de relleno estructural 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. Los asentamientos inmediatos están en los límites permisibles para edificaciones, menores a 2.5cm, puesto que se calcularon en 8.5 mm, en el centro del cimiento.
Los asentamientos por consolidación no sobrepasan el limite estipulado, puesto que se calcularon en 60.5 cm.
7.4. CONDICIONES SISMICAS De acuerdo con el perfil promedio del sitio, con la información existente de riesgo sísmico, y por el la norma colombiana sismo resistente 2010, fue posible establecer que el área del proyecto se encuentra en una zona de riesgo sismo intermedio, con parámetros de aceleración horizontal Aa y Av de 0.15 y 0.20 respectivamente. A su vez plantear que el tipo de perfil de suelo se encuentra en una clasificación entre E y F (Tabla 4.2.4-1 Norma Sismo Resistente 2010), la cual sirve para definir la velocidad de la onda de corte en el perfil del suelo.
7.5. RECOMENDACIONES CONTRUCTIVAS.
7.5.1. EXCAVACIONES DE CIMIENTOS En las excavaciones de la CIMENTACIÓN SUPERFICIAL, los taludes pueden dejarse verticales, pues son estables a corto plazo, pequeños derrumbes que se presenten especialmente en época de invierno, pueden controlarse con un encofrado en madera— tablas y tacos o plaquetas — o si el espacio lo permite, se pueden realizar taludes con inclinación 1H:2V. Las excavaciones se harán en forma alterna para evitar asentamientos en la estructura aledaña existente y en zonas muy cargadas, se apuntalará la losa para aligerar las cargas. Dentro de las excavaciones puede aparecer agua por efecto del nivel freático, especialmente en época de invierno, que se podrán manejar con un apique manual o motobomba pequeña, según sea el caso, de tal manera que se trabaje en seco
7.5.2. MANEJO DE AGUAS Es indispensable un excelente manejo de todas las aguas en el proyecto. Las aguas de cubierta serán recogidas mediante canales y bajantes y llevadas al sistema de alcantarillado. Alrededor de las edificaciones se aconseja hacer andenes con un ancho como mínimo de 1 m y con pendiente hacia fuera, para evitar que el agua se apoce cerca a las fundaciones.
En el proyecto se pueden utilizar tuberías flexibles tipo PVC, que son capaces de absorber pequeños movimientos del terreno. Los senderos peatonales se aconseja que tengan pendientes longitudinales y transversales y las aguas se recogerán mediante cunetas y sumideros que las llevarán al sistema de desagüe. No se deben tener árboles de gran talla junto a la edificación, si se desea se puede hacer la arborización en materas de concreto enterradas, con arbustos cuyos nombres se dan más adelante. Las tuberías hidráulicas y sanitarias se deben revisar y si es del caso cambiar empleando tubería PVC, para tener la menor cantidad de juntas posibles y dejarse recubiertas con arena, para que las posibles filtraciones circulen por ahí. Las pruebas de presión, deben ser rigurosas. Se deben tener muy buenos drenajes en las zonas aledañas a la edificación, para evitar que el agua lluvia se empoce, produciendo expansión en el suelo. 7.5.3. OTRAS RECOMEDACIONES En el momento de la ejecución de las obras es necesario programar las actividades de tal manera que las excavaciones permanezcan abiertas el menor tiempo posible con el fin de evitar la degradación de las propiedades del suelo de fundación.
ANEXO A MEMORIAS DE CÁLCULO
ANALISIS DE CAPACIDA PORTANTE CIMIENTOS SUPERFICIALES CORRIDOS
yt C
1.44 T/m3 2.2 T/m2
CAPACIDAD Nq Nc
FORMA PROFUNDIDAD T/m2 Fc Fq dc dq C*Nc*Fc*dc Df*yt*Nq*Fq*Dq Qad Qult
Df (m)
B
L (m)
2.5
0.30
0.30
1
5.14
1.19
1
1.58
1
21.34
3.6
24.94
8.31
2.5
0.30
0.33
1
5.14
1.18
1
1.58
1
21.00
3.6
24.60
8.20
2.5
0.30
0.38
1
5.14
1.16
1
1.58
1
20.65
3.6
24.25
8.08
2.5
0.30
0.43
1
5.14
1.14
1
1.58
1
20.30
3.6
23.90
7.97
2.5
0.30
0.50
1
5.14
1.12
1
1.58
1
19.95
3.6
23.55
7.85
2.5
0.30
0.60
1
5.14
1.10
1
1.58
1
19.60
3.6
23.20
7.73
2.5
0.30
0.75
1
5.14
1.08
1
1.58
1
19.26
3.6
22.86
7.62
2.5
0.30
1.00
1
5.14
1.06
1
1.58
1
18.91
3.6
22.51
7.50
2.5
0.30
1.50
1
5.14
1.04
1
1.58
1
18.56
3.6
22.16
7.39
2.5
0.30
3.00
1
5.14
1.02
1
1.58
1
18.21
3.6
21.81
7.27
2.5
1.80
1.80
1
5.14
1.19
1
1.38
1
18.64
3.6
22.24
7.41
2.5
1.80
2.00
1
5.14
1.18
1
1.38
1
18.34
3.6
21.94
7.31
2.5
1.80
2.25
1
5.14
1.16
1
1.38
1
18.03
3.6
21.63
7.21
2.5
1.80
2.57
1
5.14
1.14
1
1.38
1
17.73
3.6
21.33
7.11
2.5
1.80
3.00
1
5.14
1.12
1
1.38
1
17.43
3.6
21.03
7.01
2.5
1.80
3.60
1
5.14
1.10
1
1.38
1
17.12
3.6
20.72
6.91
2.5
1.80
4.50
1
5.14
1.08
1
1.38
1
16.82
3.6
20.42
6.81
2.5
1.80
6.00
1
5.14
1.06
1
1.38
1
16.52
3.6
20.12
6.71
2.5
1.80
9.00
1
5.14
1.04
1
1.38
1
16.21
3.6
19.81
6.60
2.5
1.80
18.0
1
5.14
1.02
1
1.38
1
15.91
3.6
19.51
6.50
2.5
2.30
2.30
1
5.14
1.19
1
1.33
1
17.97
3.6
21.57
7.19
2.5
2.30
2.56
1
5.14
1.18
1
1.33
1
17.67
3.6
21.27
7.09
2.5
2.30
2.88
1
5.14
1.16
1
1.33
1
17.38
3.6
20.98
6.99
2.5
2.30
3.29
1
5.14
1.14
1
1.33
1
17.09
3.6
20.69
6.90
2.5
2.30
3.83
1
5.14
1.12
1
1.33
1
16.80
3.6
20.40
6.80
2.5
2.30
4.60
1
5.14
1.10
1
1.33
1
16.50
3.6
20.10
6.70
2.5
2.30
5.75
1
5.14
1.08
1
1.33
1
16.21
3.6
19.81
6.60
2.5
2.30
7.67
1
5.14
1.06
1
1.33
1
15.92
3.6
19.52
6.51
2.5
2.30
11.5
1
5.14
1.04
1
1.33
1
15.62
3.6
19.22
6.41
2.5
2.30
23.0
1
5.14
1.02
1
1.33
1
15.33
3.6
18.93
6.31
2.5
1.00
1.00
1
5.14
1.19
1
1.48
1
19.99
3.6
23.59
7.86
EVALUACIÓN DE ASENTAMIENTOS INMEDIATOS
Nivel freático (m) Prof. Cimentación (m) Carga superficie (T/m2)
ASENTAMIENTO INMEDIATO CENTRO DE CIMIENTO
2.5 7.86
B (m) L (m)
1 1
Profundidad (m)
y (T/m3)
u
σo (T/m2)
σo' (T/m2) ∆σo' (T/m2)
Is
E (T/m2)
Si(m)
2.5
1.44
0
1.44
1.44
3.560000
0.350
122 0.007659836
6
1.41
3
4.26
1.26
0.388148
0.220
122 0.000524954
8
1.41
5
7.08
2.08
0.186036
0.110
122 0.000125803
10
1.41
7
9.9
2.9
0.108789
0.100
122 6.68784E-05
12
1.31
9
12.52
3.52
0.071293
0.090
122 3.94446E-05
14
1.31
11
15.14
4.14
0.050304
0.080
122 2.47397E-05
16
1.31
13
17.76
4.76
0.037384
0.050
122
18
1.31
15
20.38
5.38
0.028871
0.041
122 7.27679E-06
20
1.31
17
23
6
0.022966
0.032
122 4.51784E-06
22
1.31
19
25.62
6.62
0.018703
0.021
122 2.41455E-06
24
1.32
21
28.26
7.26
0.015526
0.013
122
26
1.32
23
30.9
7.9
0.013095
0.007
122 5.23245E-07
28
1.36
25
33.62
8.62
0.011193
0.004
122 2.75228E-07
30
1.36
27
36.34
9.34
0.009677
0.002
122 1.18977E-07
32
1.36
29
39.06
10.06
0.008449
0.001
122 5.19427E-08
34
1.36
31
41.78
10.78
0.007441
0.000
122 9.14929E-09
36
1.36
33
44.5
11.5
0.006604
0.000
122
Si total (m)
1.1491E-05
1.2408E-06
0 0.00846958
EVALUACION DE ASENTAMIENTOS POR CONSOLIDACIÓN
Nivel freático (m) Prof. Cimentación (m) Carga superficie (T/m2) B (m) L (m) Profundidad (m)
ASENTAMIENTO POR CONSOLIDADIÓN
2.5 7.86 1 1
y (T/m3)
u
σo (T/m2) σo' (T/m2) ∆σo' (T/m2)
∆σo'+σo'
(T/m2)
Cc
Cr
e0
σp (T/m2)
S(m)
2.5
1.44
0
1.44
1.44
3.5600
5.0000
2.9655
0.21
4.124
7.75
0.04431209
6
1.41
3
4.26
1.26
0.3881
1.6481
2.9655
0.21
4.124
7.75
0.00955948
8
1.41
5
7.08
2.08
0.1860
2.2660
2.9655
0.21
4.124
7.75
0.00304946
10
1.41
7
9.9
2.9
0.1088
3.0088
2.9655
0.21
4.124
7.75
0.00131096
12
1.31
9
12.52
3.52
0.0713
3.5913
2.984
0.205
3.720
9.375
0.00075643
14
1.31
11
15.14
4.14
0.0503
4.1903
2.984
0.205
3.720
9.375
0.00045562
16
1.31
13
17.76
4.76
0.0374
4.7974
2.984
0.205
3.720
9.375
0.00029512
18
1.31
15
20.38
5.38
0.0289
5.4089
2.984
0.205
3.720
9.375
0.00020190
20
1.31
17
23
6
0.0230
6.0230
2.984
0.205
3.720
9.375
0.00014412
22
1.31
19
25.62
6.62
0.0187
6.6387
2.984
0.205
3.720
9.375
0.00010643
24
1.32
21
28.26
7.26
0.0155
7.2755
2.983
0.2
3.320
11.00
0.00008590
26
1.32
23
30.9
7.9
0.0131
7.9131
2.983
0.2
3.320
11.00
0.00006660
28
1.36
25
33.62
8.62
0.0112
8.6312
3.102
0.19
4.481
11.5
0.00003907
30
1.36
27
36.34
9.34
0.0097
9.3497
3.102
0.19
4.481
11.5
0.00003118
32
1.36
29
39.06
10.06
0.0084
10.0684
3.102
0.19
4.481
11.5
0.00002528
34
1.36
31
41.78
10.78
0.0074
10.7874
3.102
0.19
4.481
11.5
0.00002078
36
1.36
33
44.5
11.5
0.0066
11.5066
3.102
0.19
4.481
11.5
0.00001729
S total (m)
0.0605
