ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACION PROYECTO "ELABORACIÓN Y DISEÑO DEL EXPEDIENTE TÉCNICO DE LA IGLESIA NUESTRA SEÑORA DEL SAGRADO CORAZÓN DE JESÚS, J ESÚS, DISTRITO DE PIMENTEL, PROVINCIA DE CHICLAYO, DEPARTAMENTO DE LAMBAYEQUE" UBICACIÓN
DISTRITO DE PIMENTEL PROVINCIA DE CHICLAYO DEPARTAMENTO DE LAMBAYEQUE
CHICLAYO ABRIL 2,017
INFORME DE ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS GENERALIDADES El presente Informe Técnico tiene por objeto realizar el Estudio de Mecánica de Suelos con fines de Cimentación para la realización del tema de tesis que lleva como nombre : "ELABORACIÓN Y
DISEÑO DEL EXPEDIENTE TÉCNICO DE LA IGLESIA NUESTRA SEÑORA DEL SAGRADO CORAZÓN DE JESÚS, DISTRITO DE PIMENTEL, PROVINCIA DE CHICLAYO, DEPARTAMENTO DE LAMBAYEQUE" mediante trabajos de campo a través de excavaciones (calicatas a Cielo Abierto), ensayos de laboratorio y labores de gabinete; en base a los cuales se definen perfiles estratigráficos del subsuelo, sus principales características físicas y mecánicas, y sus propiedades de resistencia y deformación, las cuales nos conducen a la determinación del tipo y profundidad de cimentación, salinidad, capacidad portante admisible y asentamiento.
UBICACIÓN El proyecto en mención se ubica en la URBANIZACIÓN LOS SAUCES, DISTRITO DE PIMENTEL, PROVINCIA DE CHICLAYO, DEPARTAMENTO DE LAMBAYEQUE.
ACCESO AL AREA DE ESTUDIO Para llegar a la Zona de Estudio desde Lima: Lima – Chiclayo Esta ruta demora por lo general entre 10 a 12 horas, la ruta se encuentra asfaltada. En la ruta existe un paso de altura, un abra entre Chongoyape y Cochabamba. El recorrido se puede hacer en un solo tramo, de Lima a Chiclayo (11 a 12 horas). De Lima a Chiclayo el transporte se realiza en ómnibus, estos ómnibus parten y retornan de Lima a Chiclayo diariamente en las mañanas a las 8 am y en las noches entre las 7 pm y 9 pm. * Este tramo de Lima a Chiclayo también se puede hacer directamente por vía aérea (50minutos).
CONDICIÓN CLIMATICA Y ALTITUD DE LA ZONA En condiciones normales, las escasas precipitaciones condicionan el carácter semidesértico y desértico de la angosta franja costera, por ello el clima de la zona se puede clasificar como DESÉRTICO SUBTROPICAL Árido, influenciado directamente por la corriente fría marina de HUMBOLT, que actúa como elemento regulador de los fenómenos meteorológicos. La temperatura en verano fluctúa Según datos de la Estación REQUE entre 25.59ºC (Dic) y 28.27º C (Feb), siendo la temperatura máxima anual de 28.27 ºC. la temperatura mínima anual de 15.37ºC, en el mes de Setiembre (Cuadro T-MIN y Lámina T-MIN, con la influencia de las demás estaciones). Y con una temperatura media anual de 21ºC (Cuadro T-MED). Esta área de estudio, está sometido a la acción micro climática de la costa y se le conoce como semiárido, limitado afloramientos rocosos del complejo basal de la costa. Las precipitaciones son irregulares, las que se presentan en invierno, siendo también frecuentes por las tardes. La temperatura en estos periodos alcanza valores mínimos del hasta 12°C. Es importante resaltar que por presencia del Fenómeno del Niño, la ciudad, se ha visto abatida por precipitaciones muy fuertes que han hecho colapsar casas, edificaciones y hasta puentes.
Durante el verano se registran temperaturas de hasta 34°C, variando a la humedad relativa en estos periodos entre 70 a 90% El clima de la zona es cálido, con presencia de lluvias desde diciembre a abril, con una temperatura promedio anual de 28°C. Altitud: 15 m.s.n.m
TOPOGRAFIA Presenta una topografía plana en la parte correspondiente al casco urbano.
GEOLOGIA GEOLOGIA REGIONAL Dentro del origen de los suelos debe notarse que su formación ha ocurrido a través de las eras geológicas tal como seguiría ocurriendo, ejerciendo influencia decisiva en el orden de sucesión en la forma y en la continuidad de los estratos del suelo. La geomorfología del Valle Chancay – La Leche, que según las investigaciones realizadas en esta zona norte del país, se supone que la faja costera del Dpto. de Lambayeque que es donde se sitúa la localidad en estudio, en épocas remotas (millones de años) haya sido un fondo marino de aguas poco profundas y que debido a las continuas avenidas de los Ríos La Leche y Reque hayan rellenado esta parte del Océano Pacífico, cabe mencionar el aporte en este relleno, de los vientos imperante en la región, en cuanto a materiales finos, con lo que se forma de esta manera una amplia zona desértica, que posteriormente fue domada por los primeros pobladores que llegaron a este valle
DEPÓSITO FLUVIAL RECIENTE, “Qr -al” Está compuesto por sedimentos son de granulometría gruesa, constituida de: cantos rodados, grava, gravilla, arena con matriz areno arcillosa limosa. Estos depósitos corresponden a atapas de elevado traslado de sólidos y de periodos de intenso cambio climatológico
OBJETO DEL ESTUDIO El Estudio de Mecánica de Suelos tiene por objeto determinar la Capacidad Portante del Suelo de Cimentación para servir de apoyo al proyecto "ELABORACIÓN Y DISEÑO DEL EXPEDIENTE TÉCNICO DE LA IGLESIA NUESTRA SEÑORA DEL SAGRADO CORAZÓN DE JESÚS, DISTRITO DE PIMENTEL, PROVINCIA DE CHICLAYO, DEPARTAMENTO DE LAMBAYEQUE", bajo los criterios de lo que es una edificación Esencial según la Norma Técnica
de Edificación E-030 “Diseño Sismorresistente” .
I.- MEMORIA DESCRIPTIVA a) Resumen de las Condiciones de Cimentación El Estudio de Mecánica de Suelos proporcionará información al proyectista para que proceda al diseño respectivo de los elementos de cimentación y comprende los siguientes aspectos:
Tipo de cimentación.-Por la naturaleza de la estructura y del suelo se ha considerado una del tipo superficial (poco profunda) en base a vigas de cimentación, en la hipótesis que se tenga un sistema estructural Dual de Pórticos de Concreto Armado y/o Muros Estructurales, según el Art. 12 de la Norma E-030.
Estrato de apoyo de la cimentación.- Es un estrato Arenoso del tipo SM (Arena Limosa )
SC (Arena arcillosa) y SC-SM (Arena Limosa) en las calicata C-01, C-02, C-03, C-04, C-05, a la luz de lo obtenido.
Parámetros de diseño para la cimentación.- Se ha determinado una profundidad mínima de cimentación de 1.50m medida a partir del nivel natural del suelo, teniendo en cuenta los perfiles estratigráficos obtenidos. La presión admisible definida a la falla local es de 0.73 Kg/cm2 aplicando la Teoría de Terzaghi para, con un factor de seguridad 3, obtenida en la calicata C-5
Agresividad del suelo a la cimentación.- Hecho el respectivo ensayo en 02 muestras analizadas se ha encontrado un valor máximo de 0.130% de Sulfatos Solubles, lo que significa a todas luces una exposición a sulfatos Moderada al concreto, no obstante ello se recomienda el uso de un cemento Tipo MS o tipo V
b) Información Previa b.1) De la Obra a cimentar Se construirá una infraestructura de 02 niveles, cuyas dimensiones, distribución, se detallan en los plano de arquitectura.
b.2) Datos generales del terreno El terreno está cercado, por medio de muro perimetral, todo el terreno está formado por 10cm de gravilla y césped
Imagen Panoramica del Area de Estudio
c) Exploración de Campo El día 24/02/17, los técnicos responsable de la extracción de las muestras se trasladaron al lugar y realizaron 05 Calicatas, correspondientes a las denominaciones C-01, C-02, C-03, C04, C-05, se obtuvo 20 muestras tipo Mab con la finalidad de hacer ensayos para la Clasificación SUCS y otros, y 05 muestra tipo Mib en la Calicata C-01, C-02, C-03, C-04,C05 a la profundidad indicada con la finalidad de hacer el Ensayo de Corte Directo.
d) Ensayos de Laboratorio En el Laboratorio de Suelos, Concreto y Ensayo de Materiales de la Universidad USAT se han efectuado los siguientes ensayos:
Análisis Granulométrico por Tamizado ( NTP 339.128 / ASTM D 422) Consistiendo este ensayo en pasar una muestra de suelo seco a través de una serie de mallas de dimensiones estandarizadas a fin de determinar las proporciones relativas de los diversos tamaños de partículas.
Limite, Liquido Limite Plástico e Índice de Plasticidad ( NTP 339.129 / ASTM 4318) Estos ensayos sirven para expresar cuantitativamente el efecto de la variación del contenido de humedad en las características de plasticidad de un suelo cohesivo. Los ensayos se efectúan en la fracción de muestra de suelo que pasa la malla N° 40. La obtención de los limites Liquido y Plástico de una muestra de suelo permiten determinar un tercer parámetro que es el índice de plasticidad.
Contenido de Humedad ( NPT 339.127 / ASTM D 2216) Es un ensayo rutinario de laboratorio para determinar la cantidad dada de agua presente en una cantidad dada de suelo en términos de su peso en seco.
Contenido de Cloruros Solubles ( NTP 339.177:2002) Mediante este ensayo se determina en forma cuantitativa el ión cloruro soluble en agua contenido en suelos y agua subterránea.
Contenido de Sulfatos Solubles ( NTP 339.178:2002) Mediante este ensayo se determina en forma cuantitativa el ión Sulfato soluble en agua contenido en suelos y agua subterránea.
Corte Directo (ASTM 3080)
Sirve para determinar en forma rápida los parámetros de resistencia ( y c) del suelo. Todos los Ensayos se realizaron a partir de las normas aplicables respectivas de la ASTM o su correspondiente NTP de nuestro país.
e) Perfil del Suelo Se anexan los Registros de Excavación que muestran la estratigrafía encontrada para las 05 Calicatas C-01, C-02, C-03, C-04, C-05
f)
Nivel de la Napa Freática En la fecha que se hizo el trabajo de campo, no se ha reportado la presencia de la napa freática
g) Agresividad del Suelo Para realizar las recomendaciones con respecto a la agresividad del suelo vemos a continuación los cuadros siguientes: -
Para sulfatos solubles en el suelo , existen tolerancias permisibles según el Reglamento Nacional de Edificaciones. Requisitos para Concreto expuestos a soluciones de sulfatos Sulfatos solubles en Exposición a
agua, presente en el
sulfatos
suelo, % en peso
Insignificante
0,0 ≤SO4<0,1
Tipo de cemento
-
Relación máxima
F´c mínimo (MPa)
agua- cemento
para concretos de
para concreto en
paso normal y
peso normal
ligero
-
-
II, IP(MS), IS(MS), Moderada
0,1 ≤SO4<0,2
P(MS), I(PM)(MS),
0.50
28
I(SM)(MS) Severa
0,2 ≤SO4<2,0
Muy severa
2,0
V Tipo V más puzolana
0.45
31
0.45
31
-
Los cloruros producen corrosión a estructuras metálicas, refuerzo de acero de concreto, etc. La referencia a valores máximos se encuentra en la Norma Técnica de Edificación E060-Concreto Armado, que se incorpora en el Reglamento Nacional de Edificaciones, según el cuadro adjunto: Contenido máximo de iones cloruros para la protección contra la corrosión del refuerzo
Ion Cloruro máx. Soluble en Tipo de Elemento agua (% en peso del cemento) Concreto pretensado 0.06
Concreto armado que es servicios estarán expuesto cloruros 0.15
Concreto Armado que en servicios estará seco o protegido contra la humedad
1.00
Otras construcciones de concreto armado 0.30
Hecho el respectivo ensayo en las muestras analizada se ha encontrado valores según el siguiente cuadro adjunto: Calicata N°
C-1
Sales Solubles p.p.m Sulfatos
Cloruros
130.9
212.76
h) Análisis de la Cimentación Toda cimentación que se diseñe parte de las premisas que debe preservar un factor de seguridad (FS) contra la falla por corte y un límite en el asentamiento, por lo que los cálculos hechos para determinar la Capacidad Admisible consideran un FS = 3 y un
Asentamiento Total máximo = 2.5 cm. respectivamente. En tal sentido y conforme se ha indicado hasta ahora, las características de la estructura y del suelo me permiten plantear que la cimentación será del tipo superficial en base a zapatas corridas o aisladas sobre suelos medianamente compactos concordante con lo que será el diseño arquitectónico y estructural, y a partir de los ensayos realizados. En estas condiciones es de esperar una falla local, situación que será atendida con la expresión de la Teoría de Terzaghi para la determinación de la Capacidad Portante del Suelo.
Teoría de Terzaghi Capacidad de carga última para falla local
Para Zapata Corrida: q u = 2 c N’c + γ D f N’ q + 1 γ B N’ γ 3
2
Para Zapata Cuadrada: q u = 1.3 x 2 c N’c + γ D f N’ q + 0.4 γ B N’ γ 3 Trabajando con los distintos valores obtenidos en cada una de las muestras ensayadas, se tiene:
q adm A T
c A C I
Df
γ
B
Φ
N’c
N’ q
q adm
N’ γ
cuadrada continúa L A C
C-1
0.19
1.5
1.900
1
17.8
10.81
3.31
0.86
0.92
0.79
C-2
0.18
1.5
1.87
1
16.9
10.43
3.11
0.75
0.86
0.74
C-3
0.18
1.5
1.81
1
19.8
11.75
3.82
1.09
0.99
0.85
C-4
0.21
1.5
1.96
1
19.3
11.51
3.69
1.03
1.08
0.93
C-5
0.17
1.5
1.59
1
18.9
11.31
3.58
1.02
0.86
0.73
Tomando en cuenta los valores encontrados y estando siempre del lado de la seguridad tanto para soportar las cargas actuantes como para no superar el asentamiento indicado, se asume como capacidad portante del suelo en condición de trabajo el menor valor hallado para Zapata Continua, es decir:
q adm = 0.73 Kg/cm2. i)
Efecto de Sismo En atención a la Norma Técnica de Edificación E-030: Diseño Sismorresistente, aprobada por Decreto Supremo N° 011-2006-VIVIENDA, Modificada con Decreto Supremo N° 0032016-VIVIENDA vigente a la fecha, se debe tener en cuenta que los factores a considerarse son: Zonificación Sísmica
Dentro del territorio peruano se han establecido diversas zonas, las cuales presentan diferentes características de acuerdo a la mayor o menor presencia de los sismos. Según el mapa de Zonificación Sísmica del Perú la localidad de Chiclayo Distrito de Chiclayo, Provincia de Chiclayo y Región Lambayeque está comprendida en la Zona Sísmica 4, correspondiéndole una sismicidad alta y un factor de zona Z=0.45 g.
Tipo de
Suelo y Periodo
De acuerdo a las normas de Diseño Sismo Resistente del Reglamento Nacional de Construcciones, al suelo de cimentación del mencionado estudio le corresponde un perfil de suelo tipo S3, con un periodo Tp(s) = 1.0 seg. Y un factor de suelo S = 1.10, un factor de uso U= 1.50. Fuerza Horizontal Equivalente
La fuerza horizontal o cortante en la base debido a la acción sísmica se determinara mediante la siguiente expresión:
Z = Factor de Zona U= Factor de Uso S = Factor de Suelo C = Coeficiente Sísmico Rd = Factor de Ductilidad P = Peso de la Estructura
j)
Asentamiento elástico o inmediato Las propiedades elásticas en la cimentación fueron a partir de las tablas publicadas con valores para el tipo de suelo existente donde era desplantada la cimentación. Para este caso o tipo de suelo arenoso, ha sido conveniente considerar un módulo de elasticidad promedio de lo que indica las tablas para arenas de constancia media, Calicata C-01, C-02, C-03, C-04 y C-05. Los cálculos de asentamiento se han realizado considerando cimentación rígida y flexible, se considera además que los esfuerzos transmitidos sean iguales a la capacidad admisible de carga. El cálculo de asentamiento inicial, considerando: B = 1.50m
Si =
qa ∗ B(1 − u 2 )If Es
Calicata C-01: Si = 0.215cm Donde: Si
: Asentamiento Admisible
u
: Relación de Poisson
Es
: Modulo de Elasticidad (ton/m²)
If
: Factor de Forma (cm/m)
qa
: Presión de Trabajo (ton/m²)
B
: Ancho de la Cimentación (m)
CUADROS AUXILIARES
II.- PERFILES DE SUELOS Se adjuntan en el Anexo respectivo.
III.- RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO Se alcanza la documentación respectiva.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 1. El objetivo principal del presente informe, es estudiar las características en cuanto se refiere a calidad de los suelos del terreno natural con fines de cimentación.
2. Los trabajos de campo consistieron en la ejecución de 05 calicatas las mismas que se ejecutaron de forma manual, cuyas profundidades de muestreo llegaron a -3.00m a 3.80m de profundidad con respecto al nivel de -0.15 tomando como referencia la vereda de ingreso.
3. De los resultados obtenidos del laboratorio y los registros realizados en campo se alcanzaron a conocer las propiedades mecánicas de los estratos conformados en el terreno, elaborándose los perfiles estratigráficos respectivos.
4. El suelo de cimentación Es un estrato Arenoso del tipo GM (Grava Arcillosa) SM (Arena Limosa) y CL (Arcilla arenosa) en las calicata C-01, C-02, C-03, C-04 y C-05
5. La profundidad de cimentación mínima recomendada es de 1.50m . tomando en cuenta que partimos de un mismo nivel en las dos calicatas.
6. La capacidad admisible del suelo de cimentación bajo las consideraciones planteadas es de: q adm
= 0.73 Kg/cm2 a la profundidad de 1.50m.
7. El tipo de cimentación recomendada , Vigas de Cimentación, ello dependerá de lo que con buen criterio lo decida el proyectista.
8. En razón a la presencia de hasta 130.9 p.p.m de Sulfatos solubles en el estrato analizado, es suficiente el uso de Cemento Pórtland Tipo MS para los elementos de la cimentación. Adicionalmente, cuando se haga presente la napa freática bien podrían estas sales atacar al concreto y al acero, por lo que se hace necesario darle mayor recubrimiento al acero e
impermeabilizar el concreto y para lo cual bien se pueden adoptar alternativamente el uso de aditivos o impermeabilizantes de barrera como plástico de 400 micrones de espesor o un baño asfáltico en todo el exterior de los elementos.
9. En lo referente a la sismicidad del área en estudio, se recomienda que para el análisis sismorresistente se debe tener en cuenta un suelo Tipo III = S 3 , con período predominante T s = 1.0 seg. 10. Las conclusiones y recomendaciones establecidas en el presente Estudio de Suelos con fines de Cimentación son sólo aplicables para el área estudiada.
REGISTRÓ DE EXCAVACIÓN DE CALICATAS I
ENSAYO DE LABORATORIO II
VISTAS FOTOGRAFICAS DE EXCAVACIONES III
