Estudio Mecánica de Suelos

Carlos Fernández Baca Vidal MSc. Ingeniería Civil Reg. CIP 28099 28099

Av. Micaela Bastidas 717 - Wanchac Cusco Teléfono: 227631 227631 Cel: 978-7736 e-mail: [email protected] [email protected]

ESTUDIO ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS PARA CIMENTACIÓN

PROYECTO:

HOTEL ROYAL DECAMERON CUSCO UBICACIÓN: BARRIO DE SANTA ANA - CUSCO FECHA: OCTUBRE DEl 2008

ELAB ORADO POR: ELABORADO POR: Ing. MSc. Carlo Carloss Fernández Baca Vidal



INFORME TÉCNICO ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS PARA CIMENTACIÓN PROYECTO: UBICACIÓN: FECHA: RESPONSABLE:

HOTEL ROYAL DECAMERON CUSCO Barrio de Santa Ana Distrito y Provincia del Cusco Octubre del 2008 Ing. MSc. Carlos Fernández Baca Vidal

RESUMEN DE CONDICIONES DE CIMENTACIÓN

(Para ser transcritas en el plano de estructuras del proyecto)

Tipo de cimentación:

Zapatas conectadas en dos sentidos. Vigas de cimentación o cimientos corridos. • Estrato de apoyo: Grava arenosa con limo o arcilla color marrón rojizo o arena fina limosa o arcillosa marrón rojiza clara. • Profundidad de cimentación: Zapatas, Vigas o cimientos corridos Df > 1.20m • Esfuerzo admisible: Zapatas qa = 1.42 a 2.08 Kg/cm 2 , Vigas: 2.34 a 3.50 Kg/cm 2 . (Colocar las que corresponda de acuerdo al tipo y profundidad de cimentación elegidas)

• Asentamientos Asentamientos tolerables: • Distorsión angular tolerable: • Agresión del suelo a la cimentación:

ΔHT = 2.50 cm δ = 1/500 Nula

GENERALIDADES. El presente informe describe todos los aspectos del estudio de mecánica de suelos realizado en el terreno donde se construirá el Hotel, cuya ubicación se indica muestra.

Calle de la conquista

Calle de la conqui sta

Vista Satelital del Ex Bosque de Santa Ana, lugar donde se ejecutará el proeycto.



CONSIDERACIONES DEL ESTUDIO. Para la ejecución del presente estudio se tuvo conocimiento de las siguientes características generales del proyecto:

• Uso servicios hoteleros. • Edificaciones de uno a cinco pisos. • Estructuras de concreto armado y mampostería de ladrillo o bloqueta. • Desniveles con muros de contención. • Accesos, vias interiores y estacionamientos pavimentados. • Cercos perimétricos y jardines. NORMATIVIDAD El presente estudio está sujeto a la Norma de Suelos y Cimentaciones “E-50” del Reglamento Nacional de Construcciones vigente, y las normas ASTM y AASHTO que en ella se mencionan así como las normas USBR para los casos no contemplados por las anteriores. DATOS GEOGRÁFICOS. (CUSCO) La información que se presenta en este título proviene de la fuente: “Estudio de Evacuación Pluvial de la Ciudad Ciudad del Cusco.” Camino Camino Zapata A. - Velásquez Guevara Guevara J. - 1999 UBICACIÓN La ciudad del Cusco está ubicada en la parte Sur-Este-Este del Perú, a una altitud de 3400 m.s.n.m. se encuentra entre las coordenadas 13º 30’ 56” a 13º 36’ 50” de latitud Sur-Este y 72º 01’12” a 72º 50’ 14” de longitud Oeste. La ciudad está al inicio de la llanura entre andina formada por el río Huatanay y por 3 lados está limitada por las crestas de las montañas que convergen en dos líneas de dirección Este - Oeste. CLIMA Los datos que se presentan en este título son los registrados en la Estación Meteorológica de Perayoc - UNSAAC a 1,500m de distancia del área del proyecto. El clima se caracteriza como templado - seco. Durante el día las temperaturas suben, la insolación es fuerte con un cielo limpio y azulado, durante la noche las temperaturas descienden fuertemente, en invierno a menos de cero grados centígrado. El Cusco presenta un clima de transición entre los climas templado quechua y de puna, que corresponde a la zona de valles interandinos. TEMPERATURA Y PRECIPITACIÓN PLUVIAL En el cuadro se presentan promedios mensuales de temperatura y precipitación pluvial correspondientes a un periodo de observación de 37 años (1963-1998): Temperatur Tempera turas as medias Precipitación acumulada Mes mensuales ºC. media mensual en mm.


Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Acumuladaa Anual Acumulad Promedio Anual: Temperatura Máxima registrada Temperatura Mínima registrada


11.74 11.62 11.55 11.20 11.21 9.11 8.91 10.04 10.95 12.14 12.35 12.21 -----11.00 27.9 -1.50

170.38 134.51 119.79 50.05 8.13 5.223 4.44 9.03 26.03 56.70 87.07 125.08 796.45 ----Nov/74 Jun/63

Como puede verse, Cusco presenta dos temporadas claramente marcadas, una conocida como tiempo de lluvias de Noviembre a Abril y otra como tiempo de secas entre Mayo y Septiembre HUMEDAD ATMOSFÉRICA.

• Los valores medios mensuales de humedad relativa oscilan entre 62 y 78% • Humedad absoluta: Mínima (junio) 8.9 milibares. Máxima (Diciembre) 11.7 milibares. Promedio anual: 10.4 milibares. POBLACIÓN. La demografía de la ciudad del Cusco tiene las siguientes características. Población censo 1,993 Tasa de crecimiento crecimiento (93-95) Tasa de crecimiento (95-2,000) Población censada (2,000)

273,509 Hab. 1.57 % anual 1.53 % anual 335,492 Hab.

Esta es la población urbana que conforma la ciudad del Cusco que se asienta abarcando territorios correspondientes a los distritos de Cusco, Santiago, Wanchaq, San Sebastián y San Jerónimo.



EL ÁREA DE CONSTRUCCIÓN. El área de construcción se ubica aproximadamente en la parte Nor-oeste de la ciudad en el terreno que correspondió al antiguo bosque de Santa Ana, encima y adyacente a la zona geográfica donde desemboca la quebrada de Saphy. Presenta vestigios de valor histórico no monumental. Al momento de la ejecución del estudio el terreno se encuentra despejado, con presencia de excavaciones al rededor de los tocones dejados por arboles de eucalilpto de grandes dimensiones, las raices cortadas y la parte baja de los troncos en proceso de demolición.

ACCESO VEHICULAR

También se tienen excavados los arboles en el perímetro inferior del terreno quedando un corte cuasi vertical hacia la colindancia Norte que brinda la posibilidad de observar la conformación de los suelos. Otra iniformación importante que puede extraerse de este detalle es que el corte artificial es estable y no presenta riesgo de deslizamiento lo cual habla de la buena resistencia del terreno y principalmente del aporte cohesivo de los finos que contiene. En toda el area del estudio se encuentran abiertas también las excavaciones del estudio arqueológico aparentemente concluido. En la parte inferior del terreno proxima hacia la colindancia Norte existe una vivienda desocupada pero en buen estado de conservación que viene siendo usada como guardianía y ambientes de apoyo a la ejecución de los estudios. Hacia la parte superior se observa la calle de acceso en el estado de una trocha sin pavimento que consiste en un tramo ciego puesto que se encuentra interrumpida hacia el norte, existiendo mas bien un ramal de acceso acia el terreno que llega hasta la puerta de la vivienda mencionada. La vista aerea muestra el area donde se ejecutará el proyecto en agosto del año 2002,

Vistas del terreno donde se se realizaron los estudios



cuando estaban los arboles de eucalipto y algunas construcciones, asimismo se observa todo el area circundante con construcciones con techo de teja patios centrales en el estilo propio de la construcción colonial y republicana de Cusco.

Vista aérea del antiguo bosque de Santa Ana

En el sector Sur del terreno se aprecian algunos cimientos de construcciones que aparentemente quedaron interrumpidas por alguna causa, tambien hay secotres conde se observa los cimientos y piso de concreto de un construcción demolida. El acceso vehicular por el momento es ligeramente complicado debido a que se debe bajar hasta la mitad de la cuesta de Santa Ana que es una via de muy fuerte pendiente y salir hacia la izquierda en una calle muy angosta que avanza por toda la colindancia Este del terreno en trocha sin pavimento, para ingresar hacia el chalet que se encuentra en el lado Nor Este del terreno se debe bajar por una rampa de tierra estrecha y de fuerte pendiente. En caso de fuertes precipitaciones es posible que un vehículo normal tenga dificultades de tracción. Hacia el Nor Oeste se tiene una quebrada que posiblemente sea atravezada con una via que conecta al acceso descrito al terreno en el parrafo anterior. Inclusive ser puede pareciar que el tramo inicial de la via al otro lado de la quebada, se encuentra pavimentado con concreto.



GEOLOGÍA. Geológicamente se encuentra en el extremo Nor-oeste del área ocupada por la formación conocida como San Sebastián de la serie Pleistoceno, sistema Cuaternario, era Cenozoica según se observa en el mapa geológico del cuadrángulo del Cusco editado por el Instituto Geológico Minero y Metalúrgico del Perú. En este documento se describe esta formación como: “Morfológicamente conforma una superficie depresiva a manera de una cuenca cerrada y alargada, delimitada por las laderas del valle del Huatanay.” “Litológicamente está constituida por depósitos de sedimentos, gravas, arenas correspondientes a conos de deyección, flujos de barro, Diatomitas extendidas en toda la unidad litoestratigráfica, limos, arcillas intercaladas con horizontes de paleosuelos de colores claros, también se encuentra turba (no en el área del proyecto)”.

“El ambiente de sedimentación de esta secuencia correspondería a una cuenca lagunar con influencia de sedimentación fluvial, donde en sus bordes se acumularon sedimentos organógenos (turba) que en muchos casos fueron sepultados por depósitos de conos de deyección”. “La formación San Sebastián se encuentra sobre un sustratum de rocas del grupo Moho y Grupo Chitapampa y en discordancia erosional sobre la granodiorita de Saccsayhuamán”. En el sector se observa que el material que forma el suelo está constituido por rocas areniscas y limolitas en descomposición y algunos conglomerados también degradados en estado de suelo residual.



EVALUACIÓN PRELIMINAR DE RIESGOS GEODINÁMICOS DEL SECTOR El terreno en estudio podría presentar riesgo por inestabilidad de taludes por cuanto se halla en el borde de una pendiente pronunciada cuyas bases podrían ser afectadas por presencia de agua o erosión originadas por la naturaleza o el hombre. En cambio es improbable que se vea afectado por inundaciones o desbordamientos dado que se encuentra en una zona elevada del sector. SISMICIDAD. Cusco se encuentra en una zona considerada de alta sismicidad, Zona II a nivel nacional y ha registrado 2 terremotos devastadores en la historia republicana, siendo el mayor de ellos en el siglo 15 que se estima fue del grado VII en la escala de Ritcher. En 1950 la ciudad fue afectada por otro sismo que destruyó casi la totalidad de viviendas (que eran de adobe). En los últimos años se registran sismos que producen daños menores en muchas edificaciones y daños estructurales serios a un muy reducido porcentaje de edificaciones con una recurrencia de 1 cada 3 años aproximadamente. PERIODOS DE MICROTREPITACIÓN. La información más valiosa que se tiene en este aspecto viene a ser el plano de curvas isoperíodos de microtrepitación (Tokeshi/Alva1990) realizado por el Centro Peruano Japonés de Investigaciones Sísmicas y Mitigación de Desastres (CISMID), la zona del proyecto está comprendida por el período predominante de: Ts= 0.40 seg.



Aceleración Periodo de retorno (años) 30 50 100 Parámetros 0.137 0.165 0.210

Velocidad 30 50 100 5.8 7.00 9.50

Desplazamiento Desplazamiento 30 50 100 2.05 2.40 3.30

Nota: Aceleraciones Nota: Aceleraciones expresadas en coeficientes de gravedad “g”. velocidad en cm/seg. y desplazamientos en cm.

ZONIFICACIÓN SÍSMICA SEGÚN RNC. De acuerdo al Reglamento Nacional de Construcciones el terreno y considerando las condiciones del sitio observadas, al proyecto le corresponden los siguientes parámetros: Zona: Factor de zona Perfil de suelo Parámetro del suelo (tabla Nº 2)

2 0.3 Tipo 3 Tp= 0.9 s S = 1.4

Mapa de zonificación sísmica Tabla 1 S. finos en espesores < a 20m Período predominante. Factor de amplificación del suelo

RECONOCIMIENTO DEL SITIO. Se realizó un recorrido de la zona donde se construirá el proyecto quedando definidos en campo los sectores que ocuparán la edificaciones. Considerando los requerimiento r equerimientoss del proyecto y los objetivos de la investigación de campo se dispuso la ubicación de los puntos de exploración en los que se realizaron las calicatas y ensayos de densidad de campo apropiados para el tipo de suelo gravo arenoso.

La ubicación del terreno demuestra su posición elevada, privilegiada frente al valle del Cusco y con ausencia de riesgo aluvial respecto a la quebrada de Saphy .



EXPLORACIÓN DE CAMPO. Las calicatas fueron excavadas hasta una profundidad de hasta 5.00 m de profundidad máxima y permitieron la observación detallada de los suelos del proyecto y la ejecución de ensayos de campo. Asimismo se pudo obtener muestras inalteradas de anillo de borde cortante en las capas limosas y ensayos de densidad para suelos gavosos en las capas de suelos de grava arenosa que se alternan con los anteriores. Los materiales extraídos de las perforaciones fueron embolsados para mantener su humedad y condiciones bajas de alteración y fueron descritos junto a la calicata correspondiente, seleccionando los materiales representativos de cada estrato para enviarlos a laboratorio para ser ensayados. INVESTIGACIÓN DE CAMPO Los trabajos de campo consistieron en:

• Reconocimiento del área • Excavación de30 calicatas • 15 Ensayos de penetración dinámica "pdc" . • Descripción de las columnas estratigráficas. • Muestreo alterado. • Muestreo inalterado con anillo de borde cortante. • Muestreo inalterado con Tubo Shelby • Ensayo de cono de arena • Ensayo de densidad de campo para gravas tipoTest Pit. . La ubicación de los puntos de investigación se ha realizado en base a los siguientes criterios. Cubrir todo el área del terreno. Estar distribuidos uniformemente, con espaciamientos similares. Dar información para todas las construcciones proyectadas. Evitar obstrucciones naturales como tocones, restos de construcción, muros o cimientos enterrados. Evitar obstruir los accesos, Completar la información que brindan las exploraciones adyacentes. La metodología seguida para cumplir con todos los requisitos descritos consistió en ubicar 05 calicatas en el rededor del terreno a grandes distancias complementadas con una central y excavarlas hasta la profundidad máxima requerida, luego se ubican 22 siguientes en ubicaciones que cumplan los requisitos mencionados en la lista anterior y luego las dos calicatas ultimas reservadas para lugares donde hiciera falta información adicional. De este modo quedan distribuidos los puntos de investigación consistentes en calicatas a cielo abierto de la forma como se aprecia en el plano de ubicación que se muestra en la página siguiente. En los lugares donde se observa que es factible la ejecución del ensayo de penetración dinámica de cono (pdc) se ha complementado la calicata con la ejecución de estos ensayos.



Pz-19

Pz-02 pdc-02

Pz-20 pdc-20

.M.

Pz-08 pdc-08

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Pz-01 pdc-01

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pdc-03 pdc-17 Pz-17

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Pz-06 Pz-27

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pdc-27 Pz-26 pdc26

pdc-10 Pz10

pdc-04 Pz-04

Pz-25 pdc-25

PLANO PLA NO DE UBICACIÓN DE PUNTOS DE INVESTIGACIÓN

Pz-23 Pz-24

Pz-22



ENSAYOS DE PENETRACIÓ PENETRACIÓN N DINÁMICA DE CONO "pdc" "p dc" . Consisten en hincar una varilla, provista de una punta cónica, mediante golpes estandarizados de caída libre de una masa de acero, contando el numero de golpes necesario para provocar un avance determinado en la hinca. El ensayo de penetración fue realizado con el equipo de las siguientes características:   

   

Masa del martillo (W): Altura de Caída (H): Punta: Área de la sección recta: Ángulo: Longitud para conteo de golpes: Peso del varillaje: Módulo elástico del varillaje: Energía específica del equipo:

5.70 Kg. 75 cm 4.91 cm2 60º 10 cm 1.5 Kg/m. 2.1 x 106 Kg/cm 2 8.82 Kg/cm/cm 3

W

H



ENSAYOS DE PENETRACIÓ PENETRACIÓN N DINÁMICA DE CONO "pdc" "p dc" . Consisten en hincar una varilla, provista de una punta cónica, mediante golpes estandarizados de caída libre de una masa de acero, contando el numero de golpes necesario para provocar un avance determinado en la hinca. El ensayo de penetración fue realizado con el equipo de las siguientes características:   

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Masa del martillo (W): Altura de Caída (H): Punta: Área de la sección recta: Ángulo: Longitud para conteo de golpes: Peso del varillaje: Módulo elástico del varillaje: Energía específica del equipo:

5.70 Kg. 75 cm 4.91 cm2 60º 10 cm 1.5 Kg/m. 2.1 x 106 Kg/cm 2 8.82 Kg/cm/cm 3

W

H

Ejecución del ensayo de pdc en el pozo 27. La fotografía derecha muestra en detalle la masa y la varilla de d e penetración en el interior de la calicata

Los perfiles de penetración correspondientes a estos ensayos se pueden ver en el apéndice del presente informe. Los valores del número de golpes correspondientes al penetrómetro utilizado han sido correlacionados por analogía matemática en ecuaciones de energía con el ensayo SPT (Standard Penetración Test), considerando a su vez, como elemento de contrastación, la correlación empírica propia de nuestro medio entre estos 2 equipos mencionados Los valores han sido corregidos por presión geostática y peso del varillaje.

Esquema del equipo de penetración dinámica de cono tipo pdc.



EXCAVACIÓN DE CALICATAS. Las calicatas fueron excavadas a profundidad variable, de acuerdo a las necesidades del proyecto, habiendo alcanzado los perfiles estratigráficos hasta la máxima profundidad de 8.90m. No se encontraron niveles freáticos ni incrementos de humedad por lo que las excavaciones son estables y seguras.

La calicata permite la observación directa y detallada (Izq.), los materiales son evacuados del interior en forma ssegura egura (centro), y facilita la ejecución de ensayos de campo (Der.)

En muchos casos las calicatas fueron ubicadas adyacentes a los cortes existente, en esos casos la cara excavada anteriormente fue limpiada para su observación y la estratigrafía complementada entre la observación del corte pre existente y la calicata excavada lograndose así grandes profundidades de estratigrafía registrada en beneficio de los resultados del estudio. En estos casos, la cota de referencia ha sido considerada como el nivel del terreno natural original observado, sin contar con los movimientos de tierra recientes pero si los rellenos antrópicos antiguos que no son producto de los monticulos ejecutados en las excavaciones para remoción de los tocones o rellenos de materiales producto de la excavación de estudios arqueológicos realizados antes del estudio geotécnico. MUESTREO INALTERADO CON ANILLO DE BORDE CORTANTE.

Caso típico de calicata adyacente a excavación existente.

Entre los sistemas de muestreo empleados en el presente proyecto destaca el de anillo de borde cortante por ser poco utilizado en nuestro medio. El equipo consiste en un anillo de acero de 5.6cm de diámetro y 2 cm de alto que se introduce en el terreno presionando manualmente sobre una base Esquema del muestreador de anillo de borde cortante que se acopla al extremo no afilado del anillo. Luego se extrae el bloque de suelo que contiene al anillo, se enrasa la cara inferior y se cubre con la tapa metálica con que cuenta el equipo, luego se corta el material excedente y se enrasa la otra cara con un



cuchillo para proceder a tapar también este extremo, se sellan ambas tapas con cinta aislante y así queda la muestra protegida para su traslado al laboratorio. En las fotografías que siguen se ve que el anillo muestreador de bordes cortantes se ha clavado en el suelo seleccionado del fondo de la calicata y es extraído para luego ser tallado y debidamente preservado con el fin de utilizarlo en los ensayos propios de laboratorio

Acción del tallado Ubicación de los anillos

Muestra recién extraída

Muestras de este tipo se han empleado para ensayos de propiedades físicas de los suelos, mediante el pesaje: natural, saturado y seco de las muestras de volumen conocido así como para el ensayo de corte directo y compresibilidad. En las fotografías mostradas se observa el proceso hasta el momento del tallado de muestras de anillo de borde cortante, en condiciones de confinamiento permanente, a las que luego se colocan las tapas metálicas y sellan con cinta adhesiva, para ser trasladadas a laboratorio, donde se ensayan sin salir del anillo, pues éste forma parte del equipo de compresibilidad. DENSIDAD “IN SITU” PARA GRAVAS. Por el tamaño máximo de las gravas en el suelo se ha realizado ensayos de densidad natural de gran escala mediante ensayo no convencional denominado "Pit Test", en anillo de 25 cm de diámetro que permite incluir en la medición, fragmentos de hasta 3” del material. (Norma USBR-7221-89)

Tornillo de Control de nivel de a ua

V1 V2

Este ensayo considera la determinación de una superficie de referencia mediante una Densidad de de Campo "Test Pit" primera medición del volumen de agua hasta un nivel establecido en el anillo de confinamiento (V1) y una segunda medición del volumen del hoyo dejado por la muestra excavada, llenando con agua nuevamente hasta el mismo nivel establecido (V2). En ambas oportunidades se emplea una membrana plástica muy delgada, flexible e impermeable, para revestir el hoyo y el anillo de confinamiento.



El "PIT TEST" tiene el mismo principio que el ensayo de densidad in situ del cono de arena ASTM D1556 y mas aún con el ensayo de balón de jebe ASTM D2167, pero tiene la ventaja de que se puede aplicar a suelos naturales en los que la superficie superior no queda plana y nivelada, como es el caso de gravas o suelos que contienen gravas.

Hoyo limpio, anillo y la bolsa con el material

Hoyo revestido con una membrana plástica

El material embolsado es pesado

Por esta razón se puede afirmar que los ensayos convencionales de densidad de campo que se mencionan son aplicables y han sido desarrollados para control de compactación en obras viales terraplenes, pero no debe ser aplicado para determinar la densidad de depósitos naturales de suelos. MUESTREO INALTERADO CON TUBO SHELBY Este procedimiento se inicia hincando tubos de acero de borde cortante y de pared delgada en la arcilla mediante una presión rápida o con un solo golpe fuerte y de gran masa, luego se gira y se extrae el tubo, se enrasa las bases que son tapadas y selladas para el transporte. En laboratorio estas muestras se extraen forzándolas con un gato hidráulico contra una placa que tiene una abertura indentada que retiene el tubo pero deja pasar la muestra. Los tubos son entre 2 a 4" de diámetro. Se obtienen mejores resultados cuando el tubo es de material muy delgado y filo y cuando tiene un borde ligeramente más grueso hacia el interior de modo que no se tiene adherencia entre la muestra y el metal.

Detalle del proceso de extracción de muestras con el tubo de pared delgada

La presión controlada sobre el material de la muestra permite su extracción segura

ENSAYO DE DENSIDAD IN SITO SITO - cono de d e arena. arena. ( (ASTM-D1556-64) ASTM-D1556-64)



Con el fin de evaluar las condiciones de la vía de acceso a las instalaciones del hotel se ha ejecutado el ensayo de densidad in sito denominado "cono de arena" Norma ASTM-D 1556-64. El ensayo especificado por estas normas es adecuado para materiales de base y sub-base de carreteras y materiales naturales cuyo tamaño máximo no exceda 3/4” y excepcionalmente materiales que contienen pocos fragmentos de hasta 2”. Por esta razón ha sido empleado para evaluar los materiales superficiales, arenosos con poca grava menuda. Ensayo de cono de arena

El ensayo mide el volumen de la muestra obtenida por la cantidad de arena que se requiere para llenar el hoyo que deja ésta (la muestra) en el suelo, para ello se colecta la muestra excavando a través del hoyo de un plato cuadrado para asegurar que todo el material excavado sea considerado al pesar la muestra y para llenar el hoyo con arena de forma que la densidad sea uniforme, se emplea un cono doble, provisto de una llave de paso, esto asegura que la densidad de la arena pueda ser la misma en todos los ensayos y pueda también ser reproducida en laboratorio para determinar su densidad. La arena es de tamaño uniforme. (100% pasa # 20 y es retenida en el # 30). ENSAYOS DE LABORATORIO LAB ORATORIO.. Los ensayos de laboratorio realizados son:

• • • • • • • • • • •

Contenido de humedad. Granulometría. Clasificación del suelo (SUCS) Límite líquido y límite plástico Ensayo de densidad natural en suelo gravoso. Ensayo de corte directo en gravas (D= 25cm W= 18Kg) Ensayo de corte directo en suelos finos Ensayo de compresibilidad Densidad natural para suelos finos CBR Compresión no confinada.

Estos ensayos han sido realizados por el Laboratorio de Suelos y Pavimentos del Ministerio de Transportes y por el que suscribe con equipo propio para los casos en que no existe equipo confiable en otros laboratorios. Los certificados de todos los ensayos, se encuentran en el anexo del presente informe. A continuación se describe el ensayo de corte directo para suelos gravosos por ser de poco uso en nuestro medio.



ENSAYO DE CORTE PARA SUELOS GRAVOSOS Es considerado un ensayo especial puesto que el espécimen es de gran dimensión debido a que el material suele presentar grava de 2 a 3”. El espécimen se construye con el material proveniente del ensayo de densidad in situ para gravas teniendo cuidado de compactar hasta que la densidad en laboratorio resulte igual a la de campo. Finalmente el corte del material se realiza aplicando fuerzas muy grandes en un equipo desarrollado especialmente para este tipo de suelos. EQUIPO DE CORTE DIRECTO PARA GRAVAS Capa de Arena para uniformizar presión

Palanca de Carga Normal

Placas de Distribución

Molde: Parte Móvil Palanca de Carga Tangencial

Espécimen reconstituido

Molde: Parte Fija

Carga Normal Carga Tangencial

Base y Trípode del equipo

El espécimen se construye con el material proveniente del ensayo de densidad in situ para gravas teniendo cuidado de compactar hasta que la densidad en laboratorio resulte igual a la de campo. Finalmente el corte del material se realiza aplicando fuerzas muy grandes en el equipo desarrollado especialmente para este tipo de suelos. Mas detalles del equipo y la teoría que lo sustenta se pueden encontrar en el libro de ponencias del VIII Congreso Nacional de Mecánica de Suelos, Cimentaciones y Mecánica de Rocas GEOLIMA 98.



ENSAYOS DE CORTE EN SUELOS FINOS. Para los suelos finos compuestos por arcillas o limos son evaluados mediante un equipo de corte directo de carga controlada que dispone de anillos muestreadores de borde cortante de 5.6 cm de diámetro, El sistema de carga está controlado por un palancas y pesas de precisión de 100 gr cada una y el sistema de deformación normal y tangencial emplea diales de precisión al 0.01 mm.

V

ΔV

Especimen

H ΔH Esquema del equipo de corte para suelos finos y suelos arenosos. D = 5.6 cm

ENSAYO DE COMPRESIBILIDAD.

El ensayo de consolidación es una prueba que permite conocer el tiempo de consolidación (consolidación propiamente dicha) así como la magnitud de la misma (compresibilidad). Frecuentemente no es necesario determinar el tiempo en que se producirán los asentamientos y solamente se debe controlar cuidadosamente la deformación del especímen con lo que se logra determinar con precisión el índice de compresibilidad ahorrando mucho trabajo al eliminar lo referente al tiempo de consolidación.

P

ΔH

Especimen

Esquema del equipo de compresibilidad para suelos finos y suelos arenosos. D = 5.6 cm

Equipo de corte directo para suelos finos, se aprecia los diales de deformación normal y tangencial así como los brazos de palanca para fuerza normal y cortante, a la derecha el equipo desmontado luego del ensayo.

ENSAYO DE COMPRESIÓN NO CONFINADA. El ensayo de compresión simple o no confinada se aplica solamente a suelos arcillosos con muy poca fracción granular debido a que su interpretación asume la no existencia de angulo de fricción interna. Por consiguiente para que este asumpción sea correcta se debe tener certeza de que el material es puramente cohesivo ( φ=0, c ≠0). En terminos estrictos esta condición se da solamente en el caso de arcillas saturadas en condiciones no drenadas. Esto ultimo se cumple cuando la carga se aplica rápidamente hasta la falla. En resumen se puede afirmar que respetando la restricción de que el ensayo se aplica solamente a arcillas se debe complementar con que los resultados se aplican a diseño a corto plazo o falla rápida, en la que el tiempo en que se produce la falla es menor al tiempo en que se produce el drenaje. La muestra en estado natural es sometida a presión mediante el uso

Compresión no confinada



del equipo que acciona una gata hidráulica cuya fuerza aplicada se registra en diales que expresan numéricamente la deformación de la muestra y del anillo de acero calibrado para proporcionar la magnitud de la fuerza con mucha precisión. ENSAYOS PARA PAVIMENTOS. Los pavimentos, a diferencia de las cimentaciones de edificaciones, se diseñan para tolerar los esfuerzos del tráfico con niveles de esfuerzo que no superen a los que producen fatiga (deformaciones acumulables o no recuperables) en cada una de las capas que lo conforman o en la cimentación. El estado del arte en el campo de los pavimentos recomienda la ejecución de ensayos de resilencia o fatiga en todas las capas que conforman al pavimento, utilizando equipos de compresión triaxial cíclica empleando muestras cuyo tamaño y grado de alteración es similar al de campo. Sin embargo el proyecto no contempla vías de circulación de mucha importancia ya sea por su tráfico esperado tanto en numero de repeticiones como en magnitud de las cargas, por lo que se considera suficiente con tener información basada en el parámetro de diseño mas utilizado en el momento actual de la ingeniería de pavimentos que es la Capacidad de Soporte CBR (California Bearing Ratio). El ensayo fundamentalmente consiste en realizar la penetración de un pistón de 1.5" sobre la muestra compactada y comparar la presión necesaria para lograr una penetración de 1/10" con la requerida para la misma penetración en una muestra de material estándar (material granular cuarcítico ensayado originalmente en California). Estos ensayos fueron realizados en el laboratorio de Suelos y Pavimentos del la Dirección Regional del Cusco, del Ministerio de Transportes y Comunicaciones, sobre muestras obtenidas y entregadas por el que suscribe este estudio. PROFUNDIDAD DE PROSPECCIONES PARA PAVIMENTOS La bibliografía consultada indica que generalmente es suficiente estudiar los suelos hasta una profundidad de 1.20 m por debajo de la rasante del proyecto. Los principios de ingeniería indican que se debe estudiar hasta la profundidad a la cual llegan los esfuerzos que transmiten las cargas del proyecto, considerando que los esfuerzos mínimos que contribuyen a producir deformaciones permanentes podrían estar en el orden de 0.2 Kg/cm 2, esta sería la profundidad hasta la que se debe estudiar la sub-rasante. A continuación se verifica dicha condición.

Eje más crítico Carga máxima por eje (Ref. 1) Número de llantas (Ref. 1) Carga por llanta Presión de inflado (Ref. 2) Área de contacto: Diámetro circular equivalente:

Simple C2 11,000 02 5,500 10.7 514 25

Tanden C3 18,000 08 2,250 10.7 210 16

Unidad. Kg. Und. Kg. Kg/cm 2 cm 2 cm

Se hace la aclaración que en este caso no se emplea el vehículo estándar de diseño del pavimento (EAL), que corresponde al vehículo más pesado que transitaría con un número importante de



repeticiones en el pavimento del proyecto sino aquel que eventualmente podría ingresar a la vía aunque sea por una sola vez. Se ha identificado dos condiciones críticas: El vehículo de eje simple con dos ruedas C2 y el vehículo de eje doble tandem con 8 ruedas C3. El punto bajo el cual se producen los esfuerzos máximos en cada caso se denomina A’. Para el caso de eje simple el esfuerzo máximo se presentará bajo el centro del área de contacto entre la llanta y el pavimento; para el caso de eje tandem de 8 llantas el esfuerzo máximo se ubicará en el centro entre dos de las cuatro áreas de contacto. 01) EJE SIMPLE

02) EJE TANDEM 8 RUEDAS 16cm

A’

100cm

16cm

25cm A’

27cm

Para el cálculo de los esfuerzos en la masa de suelo bajo la carga correspondiente al caso 01 se recurre a la expresión correspondiente a carga circular deducida a partir de las ecuaciones originales de Boussinesq.

⎡ ⎛ 1 ⎞ 3 2 ⎤ ⎟ ⎥ σ Z = w⎢1 − ⎜⎜ 2 ⎟ r z 1 ( ) + ⎢⎣ ⎝ ⎠ ⎥⎦ σZ = Esfuerzo vertical en A w = Presión de contacto. contacto. r = Radio del área cargada z = Profundidad del punto donde se desea conocer el esfuerzo (A) Para el cálculo de los esfuerzos en la masa del suelo bajo las cargas correspondientes al caso 02 se recurre a las expresiones de Westergard más apropiadas para medios formados por capas horizontales. En este caso se recurre a la simplificación de considerar las cargas distribuidas como cargas concentradas, lo que produce cierta imprecisión en los puntos cerca de la superficie pero precisión suficiente en puntos a partir de cierta profundidad, lo cual es conveniente para la finalidad del análisis en el presente caso. 1 − 2μ P z = K σ Z = K 2 2(1 − μ ) 2π ( x + y 2 + K 2 z 2 ) 3 2 Donde:

P= m=

Valor de la carga concentrada Coeficiente de Poisson del suelo.



x, y, z =

Distancias horizontales ortogonales respectivamente, respectivamente, entre la carga y el punto A.

CASO 01 w = 10.7 Kg/cm2 r= 1 12 2.5 cm

Caso 02

Llanta

1 x= y=

CASO 01 z

σZ

%σZ

0 10.70 100 10 8.09 76 20 4.18 39 30 2.28 21 40 1.40 13 50 0.93 9 60 0.66 6 70 0.49 5 80 0.38 4 90 0.30 3 100 0.25 2 110 0.20 2 120 0.17 2 130 0.15 1 140 0.13 1 150 0.11 1 160 0.10 1 170 0.09 1 180 0.08 1 190 0.07 1 200 0.06 1 210 0.06 1 220 0.05 0

P = 2250 Kg. μ = 0.45 K = 0.302 2 x= 116 y= 13.5

0.00 13.5

CASO 02 z

σZ

σZ

σZ

%σZ

0.000 0.408 0.668 0.755 0.728 0.651 0.563 0.481 0.409 0.349 0.299 0.259 0.225 0.197 0.174 0.154 0.137 0.123 0.111 0.101 0.092 0.084 0.077

0.000 0.017 0.022 0.019 0.013 0.008 0.005 0.003 0.002 0.001 0.001 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

0.00 0.85 1.38 1.55 1.48 1.32 1.14 0.97 0.82 0.70 0.60 0.52 0.45 0.39 0.35 0.31 0.28 0.25 0.22 0.20 0.18 0.17 0.15

0 8 13 14 14 12 11 9 8 7 6 5 4 4 3 3 3 2 2 2 2 2 1

CASO 02 2

Esfuerzoverti rzo vertical z (Kg/cm)

2

Esfuerzo verti rtical z (Kg/cm) 0

2

4

6

8

profundidad

Total

CASO 01

0.01 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220

y

10 12 12

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0

0 25

25 50

50 75

75 m 100 z d a d125 i d n u f o150 r P

)100 m ( z d a d125 i d n u f o r 150 P

175

175

200

200

225

225

250

250

En los resultados del cálculo se puede apreciar que para el caso 01, a la profundidad de 1.50m los esfuerzos se encuentran en el orden de 0.17 Kg/cm 2 y para el caso 02 los esfuerzos son de 0.45Kg/cm 2. Los esfuerzos de dos décimos de Kg/cm 2 se producen: para el caso 01 a 1.10m de profundidad y para el caso 02, a 1.90m. Por estas razones y considerando que el tráfico pesado no será frecuente en esta vía, se ha explorado en calicatas abiertas hasta h=1.50 m en promedio para aquellas que se encuentran en las vías.



FOTOS DE LAS CALICATAS CAL ICATAS

Pz-01 Vista exterior




pz-06 Vista exterior


Pz-08 Vista interior


Pz-03 Limo compacto


Pz-10 Vista interior Pz-11 Vista exterior






pz-18 Vista exterior

Pz-16 Vista exterior Pz-17 Vista exterior





Pz-24Vista exterior Pz-23 Vista exterior






Pz-29 Vista panorámica


pz-30 Vista panorámica

PERFILES ESTRATIGRÁFICOS. Los perfiles estratigráficos muestran principalmente la distribución de los materiales encontrados en cada punto de investigación utilizando una simbología gráfica que da una idea clara del tipo de suelo presente en cada capa de forma inmediata, acompañada con una descripción detallada de lo observado en campo, se complementa con el símbolo y descripción normalizada, en este caso se ha utilizado el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS) que es ampliamente aceptada en este tipo de proyectos. Durante los trabajos de campo se realizaron las descripciones de los materiales encontrados en las calicatas a cielo abierto, a partir de esta información así como de los ensayos de laboratorio, se obtuvieron los perfiles estratigráficos que se muestran a continuación en las páginas siguientes. Complementando los perfiles estratigráficos se suele presentar secciones geotecnicas que muestran como se presentan los estratos a lo largo de determinados ejes del terreno, en el presente caso la distribución de materiales es caótica y no ha podido establecerse una correlación estratigráfica lineal.



ESTRATIGRAFÍA ESTR ATIGRAFÍA GENER GENERAL AL El área del proyecto muestra la presencia de un suelo natural de origen aluvial con intercalaciones coluviales coluviales conformado por estratos de material gravo arenoso alternado con capas de limo marrón rojizo. En gran parte del terreno se halla por debajo de una capa de relleno de tierra de origen antrópico y de conformación limo arcillosa con grava. Las vistas de las páginas siguiente muestran los materiales representativos extraídos en el proceso de excavación:

El material observado en las excavaciones realizadas en el presente estudio permiten diferenciar 3 tipos de suelo: A) Material gravo arenoso con pocos finos de color marrón grisáceo con piedra de hasta 4" que se encuentra mas abundante en la zona norte del área de estudio, (parte baja):

B) Limo marrón rojizo claro. Encontrado preferentemente preferentemente hacia el lado Sur, (parte alta):

C) Relleno conformado por el material limo arcilloso que ocupa la parte superficial con un espesor de hasta 2 m Se halló en todo el área, principalmente hacia la zona media:



El suelo es compacto, poco húmedo y representado mayoritariamente por limos y gravas arcillosas o arenosas con piedras de tamaños diversos hasta 6". Todos los materiales son firmes y resistentes, competentes para cimentar (con excepción de la capa de relleno) y su calidad aumenta con la presión de confinamiento a que estén sometidos, por lo que su capacidad portante se verá favorecida si se le proporciona una profunidad de cimentaión adecuada. PROPIEDADES FÍSICAS Y PARÁMETROS DE COMPORTAMIENTO. Las propiedades físicas del material del subsuelo del proyecto son determinadas a partir de los ensayos de laboratorio y de los ensayos de campo. Con fines de determinación de las propiedades mecánicas del material de fundación se ha seleccionado tres tipos de suelo. Material

Grava arenosa con poco limo

Limo marrón rojizo claro

Número de golpes SPT (equivalente) 41 28 Límite Líquido 23.14 32.31 Índice de Plasticidad 4.46 11.10 Granulometría (Grava/Arena/Finos) 60.6/26.3/13.1 ----Densidad Natural húmeda 2.23 2.17 Peso esp. de sólidos 2.62 2.72 Cohesión 0.23 0.208 Ángulo de fricción interna 44.5 24.9 Módulo esf. Deformación (E) 720 185 0.28 0.35 Módulo de Poisson (μ) Relación de vacíos natural ---0.558 Presión de preconsolidación (po) ---0.716 Índice de compresibilidad (Cc) ---0.109 Índice de recompresión (Cr) ---0.035 *NP indica que los finos que contiene el material son no plásticos.

Relleno limo arcilloso 05 31.93 14.45 ---1.86 2.72 1.234 12.4 50 0.20 -------------

Unidad % % % Tn/m3 Tn/m3 Kg/cm2 (º) Kg/cm2 ------Kg/cm2 -------

Para elaborar el cuadro anterior se han empleado los resultados de tres tipos de suelos críticos del proyecto. En realidad los parámetros de resistencia del suelo son muy altos lo cual indica que el suelo es excelente para cimentar, con ángulos de fricción interna que superan los indicados en la tabla, pero se



emplean en la determinación de parámetros de diseño los menores encontrados para cada uno de los tipos de suelos identificados. TIPO DE CIMENTACIÓN No existen razones para recomendar tipos de cimentación especiales por lo que los cimientos pueden ser los mas simples posibles y se puede elegir entre zapatas o vigas de cimentación. Por la existencia de capas de suelo de comportamiento diferente se debe conectar las zapatas en ambos sentidos. Zapatas conectadas en dos sentidos. Vigas de cimentación cimentación o Cimientos corridos corr idos Algunos de los edificios proyectados tienen proyectado el nivel de piso terminado por encima del nivel del terreno natural, razón por la cual es posible que se tenga pensado colocar gruesas capas de relleno para conformar el nivel de terreno para la construcción. Hasta 3m sobre el nivel de terreno natural.

>3.5m

Falsa zapata típica

El relleno que se proyecta debe ser relleno compactado con material selecto de cantera clasificado como A-1-a o A-1-b por el sistema de clasificación AASHTO compactado al 100% de su densidad máxima Proctor modificado. Adicionalmente se indica que los cimientos proyectados deberán apoyarse en terreno natural por lo que será necesaria la colocación de sub zapatas o falsas zapatas de concreto ciclópeo hasta alcanzar terreno natural. PROFUNDIDAD DE LA CIMENTACIÓN Los suelos del terreno son resistentes y de baja deformabilidad como puede apreciarse por sus propiedades físicas y parámetros de comportamiento mecánico, esto hace que no sea necesario profundizar las cimentaciones como medio para alcanzar mayores valores de capacidad de carga, la profundidad a la que debe ubicarse el fondo de los cimientos en este caso estará gobernada por criterios prácticos como son el empotramiento necesario de las estructuras, el alejamiento de espesor de suelo sujeto a cambios de humedad y a disminuir la posibilidad de que excavaciones próximas a las construcciones puedan alcanzar el nivel del fondo de cimiento y dejarlas sin confinamiento.



Estos criterios han sido considerados en la sustentación de los reglamentos de construcción vigentes y es así que la norma de suelos y cimentaciones E-050 del RNC indica como profundidad mìnima de fundación 0.80 para zapatas y 0.60 para cimientos corridos o vigas de cimentación. El proyecto contempla la ejecución de edificios de diferente tipo por lo que se considera que pueden ser necesarias profundidades diversas pero por estar en terreno inclinado se ha considerado un mínimo de 1.20m y podría requerirse cimientos mayores a 2.00m de profundidad para los edificios mas altos. Df = de 1.20 a 2.40m En los casos en que se colocará la falsa zapata que se recomienda en el título anterior será la profundidad de cimentación se mide hasta el fondo de la falsa zapata en el contacto con el terreno natural. Casos como el que se menciona se dan en los bloque se han denominado como L y M en diagrama adjunto.

N.M

A B K C

J

D

L M I

H

E G

F

M

O

DENOMINACIÓN DE BLOQUES DE CONSTRUCCIÓN

N

CAPACIDAD DE CARGA La capacidad de carga, comprendida como el máximo esfuerzo que es capaz de soportar el suelo antes de fallar por corte, ha sido calculada en base a la teoría de Meyerhof, empleando el criterio de falla



progresiva, considerando la profundidad mínima de fundación indicada en el título anterior resulta en los valores que se muestran en el cuadro al final de esta página. Las expresiones de cálculo empleadas corresponden a la teoría de Meyerhof y son: Expresión general

qc

= cN c s c d c + γ DfN q s q d q + 0.5γ BN γ sγ d γ

Siendo N, s y d, los factores de capacidad de carga, factor de forma y de profundidad respectivamente. Estos valores son calculados en base a las siguientes expresiones. Factores de: Capacidad de carga N c = ( Nq − 1) cot φ N q = e Π tan φ N Φ N γ = ( N q − 1) tan(1.4φ )

Forma

Profundidad B

sc

= 1 + 0.2 N Φ

sq

= sγ = 1 + 0.1 N Φ

L B L

d c

= 1 + 0.2

N Φ

d q

= d γ = 1 + 0.1

D B N Φ

D B

ESFUERZO ADMISIBLE Para determinar el esfuerzo admisible se ha dividido la capacidad de carga por los coeficientes de seguridad que para este caso ha sido de 3.5 para suelos gravosos y 3 para suelos finos, esto debido a la diferente naturaleza de los ensayos de campo y laboratorio disponibles para cada caso. El esfuerzo admisible ha sido calculado para los suelos más críticos del proyecto que son los limos arcillosos de color marrón rojizo y se tienen los siguientes resultados: PROFUNDIDAD - TIPO DE CIMIENTO 1.20 m 1.60 m 1.80 m o > 2.00 m 2.40 m

Zapatas Conectadas 1.42 1.63 --1.85 2.08

Vigas de cimentación o cimientos corridos 2.37 3.06 3.50 -----

Unidad Unidad Kg/cm2 Kg/cm2 Kg/cm2 Kg/cm2 Kg/cm2

No se considera en el cálculo la posibilidad de vigas de cimentación a mayor profundidad debido a que a 1.80 ya se tienen valores excepcionalmente altos para nuestro medio y por mas que se construyan cimientos a mayor profundidad deberá emplearse el valor correspondiente a 1.80m. ASENTAMIENTOS En el sub suelo del proyecto se presentarán capas de grava y capas de arena con abundante bolonería con cantidades bajas de limo por lo que los asentamientos que se produzcan serán por deformación elástica del suelo, por consiguiente el cálculo de los mismos se deberán hacer usando las teorías elásticas entre las que se sugiere la de Smertman. s =Is . If . . q . B(1- ²)/Es Donde: q= Presión de contacto de la fundación (qt) B= Ancho de la cimentación E = Módulo esfuerzo deformación (ver tabla)



Is , If = Factores de influencia (Joseph E Bowles “Foundation Analysis And Design” 4 ta Edición) μ= Modulo de Poisson. Emplear los parámetros E, m indicados en la tabla de “Propiedades físicas y Parámetros de comportamiento” comportamiento” del presente informe. En general se recomienda tomar como límites tolerables de asentamientos los siguientes.

• Asentamiento total permisible : 2.5 cm • Asentamiento diferencial: El que produzca una distorsión angular de 1/500 EXCAVACIONES. Los suelos limosos y gravo arenosos que se presentan en el terreno permiten la excavación vertical pero no con sobrecargas laterales o saturación prolongada pues tienden a desestabilizarse por lo que deben tomarse precauciones de apuntalar las excavaciones extensas y no dejar tramos largos de excavación abierta sin elementos de contención permanentes o provisionales por mucho tiempo. En todo caso las excavaciones deberán permanecer el menor tiempo posible abiertas. PARÁMETROS PARA DISEÑO DE PAVIMENTOS PARA VÍAS DE CIRCULACIÓN INTERIOR. Con la finalidad de realizar el control de compactación y otras etapas de la ejecución se suele requerir de la densidad máxima compactada del material así como la humedad optima de compactación. Todos estos resultados se presentan en forma de certificados de ensayos de laboratorio en el anexo de ensayos del presente informe y un resumen de los mismos se muestra a continuación. - Densidad máxima Proctor Modificado = 2.097 gr/cm 3 , humedad humedad óptima = 7.2% - CBR al 95% de la máxima densidad = 39.48 - CBR al 100% de la máxima densidad = 58.04 Estos datos deben servir para tomar las decisiones acerca de los tipos de pavimento que puden proyectarse en la obra sin embargo para elaborar el proyecto definitivo hará falta de un estudio de canteras y un diseño de pavimentos para los distintos sectores. MUROS DE CONTENCIÓN. En el proyecto que se estudia, serán necesarios divesos tipos de muros de contensión, algunos están entre las edificaciones proyectadas otros salvando desniveles al interior de las edificaciones varios al costado de las gradas y rampas de circulación y quizás los mas importantes y delicados son aquellos que están en el perímetro del terreno y que posiblemente servirán de apoyo a los cercos perimétricos. Los muros de contención se deben diseñar en base a un procedimiento como el que sigue. ELECCIÓN DEL TIPO DE MUROS Se puede elegir entre muros de gravedad, muros en voladizo, muros anclados y pantallas de contención, esta elección tiene que ver con los tipos de suelos que se tienen tanto para el relleno como de



fundación así como las estructuras cercanas o en contacto con el muro, puesto que algunos tipos de muros ocupan mas espacio que otros o permiten mayor desplazamiento del relleno, por estas razones el tipo de muro debe ser cuidadosamente elegido para cada proyecto y para cada parte del proyecto. Los tipos de muros entre los que se puede elegir son: de gravedad, en voladizo, anclados, pantallas y otros. ELECCIÓN DE MATERIALES DE MUROS Normalmente el tipo de muro está asociado a los materiales que se le corresponden, considerando la estética y la función del elemento se puede elegir entre muros de mampostería de piedra seca para patios y jardines, muros de concreto ciclópeo o concreto armado. FORMA DE LOS MUORS DE CONTENSIÓN. La sección de los muros puede ser rectangular, trapezoidal, quebrada, recta, curva o compuesta mientras en planta puede tener también sus variantes ya sea por requisito arquitectónico de las áreas que define o para lograr mayor estabilidad de la propia estructura. DETALLES EN LOS MUROS. Los muros de contención pueden o no tener detalles en su diseño tales como pie, talón, y dentellones en la parte de la cimentación y voladizos en uno o mas puntos del muro. En planta, algunas indentaciones, indentaciones, entrantes y salientes, contrafuertes contrafuertes o cierta inclinación o gradas horizontales. horizontales. Estos detalles pueden ser colocados hacia la cara visible del muro o hacia el relleno y se pueden obtener ventajas de comportamiento estructural en cada uno de los detalles agregados al muro. DIMENSIONAMIENTO DE MUROS DE CONTENSIÓN. El proceso de determinar las dimensiones de cada detalle de la geometría del muro depende de los materiales que lo conforman y la estabilidad mecánica del sistema, tales como los espacios mínimos que requiere la armadura de refuerzo para contener los recubrimientos mínimos de reglamento, las distintas capas del fierro y el peralte estructural que se estime necesario o la dimensión mínima que asegura la no aparición de tracciones en muros mampostería o concreto sin refuerzo. Se suele recurrir para esta etapa a secciones típicas que recomiendan los libros o algunos reglamentos. CALCULO DE EMPUJES DE SUELOS. Para el cálculo de empujes se deben emplear los parámetros de resistencia reales del material que conformará el relleno, que dependiendo del proceso constructivo puede ser material "de préstamo" o de cantera, propio compactado o material inalterado. Este ultimo caso solo será posible si se construye el muro totalmente pegado al corte del terreno natural. Para el caso de que el relleno no sea material inalterado deberá realizarse ensayos de resistencia del material compactado de acuerdo a las especificaciones técnicas del proyecto. Para el cálculo de los empujes se recomienda calcular las presiones horizontales en los puntos de interés del muro empleando la expresión general:

σH = σVKA - 2c(KA)1/2



El esfuerzo vertical σV es por peso propio del suelo que se encuentra por encima del punto de análisis en cada caso y las cargas que pudieran actuar en superficie. La cohesión c, será la del material que conforme el relleno, en algunos casos este valor es muy alto y puede resultar en empujes negativos a todo lo alto del muro, por lo que puede ser considerado nulo por seguridad, basándose en el argumento de que por saturación accidental o agrietamiento por desecación podría disminuir hasta hacerse nulo, resultando en este caso en diseños mas razonables. El valor de KA deberá ser obtenido mediante expresiones que consideren la inclinación de la superficie del terreno, la inclinación real del muro, la rugosidad del mismo y el ángulo de fricción del terreno. No se recomienda el empleo de la formula siguiente:

K A = tan2(45+φ/2)

Luego de calculados los esfuerzos horizontales en varios puntos del muro se trazará el diagrama de empujes cuyo área y momento determinarán la fuerza resultante del empuje, su ubicación e inclinación. No se recomienda el empleo de la formula siguiente:

E A = 1/2 . γH2(KA)

En su lugar se deberán emplear expresiones compatibles con las condiciones reales de diseño del muro como son cambios de estrato, diferentes materiales de relleno y otros. En el caso de emplear paquetes computarizados de diseño se deberá verificar que estos no empleen criterios simplistas como los que se han resaltados como no recomendados en este título. CALCULO DE CAPACIDAD DE CARGA DE MUROS DE CONTENSIÓN. Para capacidad de carga deberá ser calculada usando los parámetros de comportamiento mecánico dados en el presente informe pero considerando los factores de inclinación y criterios de excentricidad necesarios que tomen en cuenta la ubicación y el ángulo de la resultante de empujes y peso propio del muro. VERIFICACIONES DE ESTABILIDAD DE MUROS DE CONTENSIÓN. El muro dimensionado, considerando las fuerzas de empuje actuantes se verifica al volteo, deslizamiento, hundimiento (esfuerzo admisible) y asentamientos. En los casos mas críticos como son los muros de contención que serán necesarios en la colindancias Sur y Norte del terreno deberá adicionalmente hacerse una verificación de la estabilidad global del muro que consiste en un análisis de estabilidad de una superficie de falla que abarca a todo el muro y su relleno sin tocar ningún punto de la cimentación.



MODIFICACIONIES AL DIMENSIONAMIENTO. En caso de que alguna de estas verificaciones resulte insatisfactoria, se procede ha realizar la o las modificaciones en la geometría del muro o materiales que sean necesarias. Es recomendable realizar todos los cálculos de estabilidad antes de proponer modificaciones a la forma o dimensiones del muro, puesto que algunas de estas podrían afectar a mas de una de las condiciones de estabilidad analizadas. Para mejorar la estabilidad al volteo se suele incrementar las dimensiones del pie o del talón del muro pero también se puede profundizar el cimiento del muro para lograr un mayor aporte del empuje activo en la zona de empotramiento o inclinar el muro ligeramente hacia el relleno si la arquitectura y función del muro lo permiten. La colocación de tensores (horizontales o sub horizontales) anclados, en la parte superior del muro permite eliminar fácilmente el peligro de volteo del muro y pueden ser necesarios en presente estudio. Para evitar el deslizamiento puede ser necesario colocar dentellones en la cimentación, estos pueden a los extremos del pie o del talón o en el eje del muro, la estabilidad de la excavación del muro puede variar mucho dependiendo de donde se ubique este dentellón. En el presente proyecto es poco probable que se tengan problemas en la verificación al hundimiento debido a la alta capacidad portante del terreno, sin embargo el problema se reduce, ampliando el ancho del cimiento o incrementando la profundidad del mismo. VERIFIACIÓN VERIF IACIÓN DE ESTABILIDAD ESTABIL IDAD DE TALUDES. Con fines de análisis del problema que plantean los taludes en el area del proyecto se ha diferenciado dos casos, los que se encuentran dentro del terreno y areas que circunda a las construcciones del proyecto y el corte cuasi vertical que se observa adyacente a la via al Oeste del terreno. TALUD ADYACENTE A LA VIA DE ACCESO. Este talud tiene muy fuerte pendiente que se aproxima a la vertical y está conformado por material gravo-limoso muy resistente, parte de su resistencia se debe a la baja humedad que tiene el material fino que aglutina a los fragmentos gravosos, esta resistencia es debida a la succión matricial que se produce en los espacios microscópicos entre las partículas de limo o arcilas que forman meniscos en el agua capilar residual a los procesos de secado por evaporación. Estas fuerzas son muy grandes y pueden alcanzar valores que superan varios kilogrmos por centímetro cuadrado. Al colocar muros o elementos de contensión se disminuye la evaporación natural del suelo que mantiene "seco" al suelo adyacente a la cara expuesta del talud por lo que el frente de humedad natural interno del suelo avanza hacia la superficie y disminuye la succión perdiendo resistencia el material lo que puede termnar con el colapso del talud. Las fuerzas que se pierden por este fenómeno no pueden ser equiparadas por las que podrían transmitir las estructuras de contensión terminan por fallar o tienen que ser descomunalmente costosas. Por estas consideraciones se recomienda mantener el estado actual y natural de este sector evitando modificaciones en la geometría y fundamentalmente en la humedad del terreno. Será suficiente con evirtar jardines o canales o instalacines que pudieran traer agua al sector y evitar colocar



recubrimientos impermeables que eviten la evaporación, estos recubrimientos a evitar pueden ser losas, veredas o muros adosados al talud. TALUDES DENTRO DEL TERRENO. El terreno donde se ejecutará el proyecto presenta muchos lugares donde se tienen desniveles fuertes que podrían requerir un cálculo de estabilidad de taludes. El procedimiento seguido ha sido el de elegir el que presenta condiciones mas desfavorables que en el presente caso se reduce a una mayor inclinación y altura, este es que se presenta en la colindancia Norte al costado Oeste de la vivienda existente en el terreno al momento del estudio de mecánica de suelos, si el factor de seguridad del mismo indica que es estable, todos los demás lo serán por comparación. Ante la ausencia de información topográfica durante los estudios la geometría del talud ha sido asumida de modo que se tenga certeza de temer mayor pendiente que la real, asi mismo se ha utilizado los parámetros de resistencia correspondientes al suelo más critico del proyecto. El talud mencionado no presenta signos de inestabilidad sin embargo se ha realizado una verificación de las fuerzas actuantes y resistentes que se presentan en las superficies más criticas de deslizamiento posibles, estas son: a) Una falla parabólica que parte de 2m del borde superior al talud y llega al pie del mismo, con una curvatura mayor hacia la corona y menor curvatura hacia el pie. b) Una superficie plana con ligera inflexión que resulta muy similar a la superficies de espiral logarímica criticas para suelos con cohesión y fricción como los del presente proyecto.

1

0 01

-1

-2 02

-3

-4

-5

03

-6

-7

04

-8 05

-9

-10

-11 -5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12 12

13 13

14

15 15



γ= 2.17 Tn/m3

SUPERFICIE SUPERFICIE PARABOLICA PARAB OLICA nº 1 2 3 4 5

B

Y1

Y2

a

L

H

A

W

N

2.00 3.00 3.00 3.00 3.00

0.00 -3.75 -6.00 -7.50 -9.00

-3.75 -6.00 -7.50 -9.00 -10.28

61.93 36.87 26.57 26.57 23.11

4.25 3.75 3.35 3.35 3.26

2.20 3.10 3.00 1.95 0.92

4.40 9.30 9.00 5.85 2.76

9.55 20.18 19.53 12.69 5.99

4.49 16.14 17.47 11.35 5.51 Σ = FS =

SUPERFICIE PLANA nº 1 2 3 4 5

φ = 24.9º

c= 2.1 Tn/m2

B 3.50 3.00 3.00 3.00 3.00

Y1 0.00 -2.05 -4.00 -7.60 -9.00

Y2 -2.05 -4.00 -7.60 -9.00 -10.28

γ= 2.12 Tn/m3 a 30.36 3 0.36 33.02 50.19 25.02 23.11

L 4.06 3.58 4.69 3.31 3.26

c= 0.7 Tn/m2 H A 1.10 3.85 1.80 5.40 1.15 3.45 0.90 2.70 0.68 2.04

T

S

8.42 11.01 12.11 15.37 8.73 15.15 5.68 12.31 2.35 9.41 37.29 63.25 1.70

φ = 24.9º W 8.35 11.72 7.49 5.86 4.43

N 7.21 9.82 4.79 5.31 4.07 Σ = FS =

T S 4.22 11.86 6.39 12.07 5.75 12.07 2.48 9.42 1.74 8.74 20.57 54.16 2.63

Los análisis que se presentan muestran que el talud es estable tanto para fallas profundas como para corrimientos superficiales, por consiguiente los demás taludes presentes en el area son estables.



CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 1. El estudio se basa en 30 puntos de investigación geotécnica con calicatas que alcanzan una profundidad máxima de 5.00 m. 2. Los ensayos de campo y laboratorio realizados son de: humedad, granulometría, límite líquido, límite plástico, CBR, compresibilidad, compresión no confinada, densidad para suelos finos, corte directo para suelos finos, densidad natural en suelo gravoso y corte directo para suelos gravosos. 3. El área en estudio está formada por depósitos fluvio aluviales y depósitos coluviales conformado por limo y grava arenosa con piedra arenisca, en espesores y distribución caótica por lo que no se pueden establecer secciones geotécnicas. Hacia la superficie se tiene una capa de relleno antrópico con presencia de pocos restos de basura, desmonte o raíces, esta capa también tiene espesor variable y por lo general no supera 1.5m por debajo del nivel de terreno natural con excepción de los lugares donde se ha acumulado tierra de la excavación de tocones. 4. Durante el transcurso del estudio no se ha encontrado agua freática, los materiales son secos y duros hacia la superficie y con moderada humedad en el subsuelo. 5. En el lugar donde se han eliminado los tocones de árboles de eucalipto así como en el lugar de las exploraciones arqueológicas y geotécnicas se puede encontrar material suelto por lo que deberá compactarse en caso de que la cimentación resulte en estos sectores. 6. El tipo de cimentación recomendado para el proyecto es mediante el uso de zapatas conectadas, vigas de cimentación o cimientos corridos. 7. El nivel de fundación recomendado está entre 1.20 y 2.40m por debajo del terreno natural o nivel de piso terminado adyacente al cimiento analizado, el que resulte menor. 8. El esfuerzo admisible determinado en el presente estudio es variable y depende fundamentalmente del tipo de cimiento elegido y de la profundidad de desplante del mismo. Este valor puede varia desde 1.42 a 2.08 Kg/cm 2 para zapatas y de 2.37 a 3.50 Kg/cm 2 para cimientos corridos o vigas de cimentación. 9. Los suelos son firmes y resistentes tanto para la cimentación de edificaciones como para los pavimentos. En el presente proyecto se proporcionan datos del suelo de fundación para realizar el diseño de pavimentos para las vías de acceso, circulación y estacionamientos. 10. Las excavaciones para zapatas pueden realizarse sin entibambiento, excavaciones alargadas y dejadas abiertas por un tiempo pueden fallar por lo que pueden requerir apuntalamiento apuntalamient o provisional, en caso de saturación las excavaciones se volverán muy inestables por lo que debe tomarse precauciones para evitar esta condición. 11. El talud adyacente a la vía de acceso del sector Oeste debe ser mantenido en estado natural sin colocar estructuras de contención u obras que eviten la evaporación natural del sector. 12. El resto de taludes observados en el terreno son estables, se ha verificado que el suelo natural tiene resistencia suficiente para las pendientes que plantea el proyecto. 13. El diseño de muros de contención será un aspecto importante en el proyecto por lo que en el presente estudio se dan importantes recomendaciones para su diseño. 14. En caso de encontrar suelos distintos a los estudiados el que suscribe deberá ser contactado para dar las recomendaciones correspondientes.



REFERENCIAS 1. Reglamento Nacional de Construcciones Normas: E-30 Diseño Sismo Resistente y E-50 Suelos y Cimentaciones. 2. “Geología de los Cuadrángulos de Cuzco y Livitaca” Salvador Mendivil y David Dávila, Editado por el Instituto Geológico Minero y Metalúrgico del Perú - 1994 3. “Estudio de Evacuación Pluvial de la Ciudad del Cusco.” Camino Zapata A. - Velásquez Guevara J. 1999 4. Julio Vargas Newman, Lucía Casaverde Méndez “Riesgo Sísmico en la Zona del Altiplano” Artículo. 5. Joseph E Bowles, “Foundation Análisis And Design” Ed. McGraw Hill. 4ta Edición. 6. M. Neville. “Tecnología del del Concreto” Editorial Editorial LIMUSA S.A.

Estudio Mecánica de Suelos

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