04 ing. manuel olcese francero

Ing. Manuel A. Olcese F. 1

Pontificia Universidad Católica del Perú Seminario de Promoción: Normatividad y Gestión para EdificacionesSostenibles Saludables

Laboratorio de Mecánica de Suelos E-050 SUELOS Y CIMENTACIONES 1

APLICACIAPLICACIÓÓN DE LA NORMA N DE LA NORMA E.050E.050 SUELOS Y SUELOS Y CIMENTACIONESCIMENTACIONES

ESTUDIOS DE MECESTUDIOS DE MECÁÁNICA DE SUELOS NICA DE SUELOS Y LA CIMENTACIY LA CIMENTACIÓÓN DE EDIFICACIONESN DE EDIFICACIONES

LIMA, 25 DE JUNIO DEL 2010LIMA, 25 DE JUNIO DEL 2010

Manuel A. Olcese FranzeroManuel A. Olcese FranzeroProfesor Principal PUCP Profesor Principal PUCP IngIng Civil CIP M ASCECivil CIP M [email protected]@pucp.edu.pe






Publicada el 9 de junio del 2006






GENERALIDADES



Objetivo de la Norma E-050

ARTARTÍÍCULO 1 OBJETIVOCULO 1 OBJETIVOEl objetivo de esta Norma es establecer los requisitos para la ejecución de Estudios de Mecánica de Suelos (EMS), con fines de cimentación, de edificaciones y otras obras indicadas en esta Norma. Los Los EMSEMS se se ejecutarejecutaráán con la finalidad de asegurar la n con la finalidad de asegurar la estabilidad y permanencia de las obras y estabilidad y permanencia de las obras y para promover la utilizacipara promover la utilizacióón racional de los n racional de los recursos.recursos.




Ámbito de aplicación de la Norma E-050

ARTARTÍÍCULO 2 CULO 2 ÁÁMBITO DE APLICACIMBITO DE APLICACIÓÓNNEl El áámbito de aplicacimbito de aplicacióón de la presente Norma n de la presente Norma comprende comprende todo el territorio nacionaltodo el territorio nacional..

Las exigencias de esta Norma se consideran Las exigencias de esta Norma se consideran mmíínimasnimas..

La presente Norma no toma en cuenta los efectos de los fenómenos de geodinámica externa y no se aplica en los casos que haya presunción de la existencia de ruinas arqueológicas; galerías u oquedades subterráneas de origen natural o artificial. En ambos casos deberán efectuarse estudios específicamente orientados a confirmar y solucionar dichos problemas.



ESTUDIOS DE MECÁNICA DE SUELOS(EMS)




OBLIGATORIEDAD DE LOS ESTUDIOS(EMS)



OBLIGATORIEDAD DE LOS ESTUDIOS

3.1 Casos donde existe obligatoriedadEs obligatorio efectuar el EMS en los siguientes casos:a)Edificaciones que presten servicios de educación, servicios a la salud o

servicios públicos y en general locales que alojen gran cantidad de personas,equipos costosos o peligrosos, tal es el caso de:

- colegios, - universidades, - hospitales y clínicas, - estadios, - cárceles, - auditorios, - templos - salas de espectáculos, - museos, - centrales telefónicas, - estaciones de radio y televisión, - estaciones de bomberos, - centrales de generación de electricidad, - sub-estaciones eléctricas, - silos,- tanques de agua y reservorios, - archivos y registros públicos.




b) Edificaciones de uno a tres pisos, que ocupen individual o conjuntamente más de 500 m2 en planta.

c) Edificaciones de cuatro o mas pisos de Edificaciones de cuatro o mas pisos de altura, cualquiera que sea su altura, cualquiera que sea su áárearea..

d) Estructuras industriales, fábricas, talleres, o similares.




e) Edificaciones especiales cuya falla, además del propio colapso, representen peligros adicionales importantes, tales como: reactores atómicos, grandes hornos, depósitos de materiales inflamables, corrosivos o combustibles, paneles de publicidad de grandes dimensiones y otros de similar riesgo.

f) Cualquier edificación que requiera el uso de pilotes, pilares o plateas de fundación.

g) Cualquier edificación adyacente a taludes o suelos que puedan poner en peligro su estabilidad.







Número "n" de puntos a investigar

El número de puntos de investigación se determina en la Tabla N° 6 en función del tipo de edificación y del área de la superficie a ocupar por éste.

Cuando se conozca el emplazamiento exacto de la estructura, n se determinará en función del área en planta de la misma; cuando no se conozca dicho emplazamiento, n se determinará en función del área total del terreno.




Profundidad "p" mínima de investigación

Se determina de la siguiente manera:

EDIFICIO SIN SOTANOp = Df + z

EDIFICIO CON SÓTANOp = h + Df + z

Df = Profundidad de cimentación.z = 1.5 B; siendo B el ancho de la cimentación

prevista de mayor área.h = Altura de los sótanos








Pozos o calicatas y trincheras

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




Barrenos



Barreno manual con SPTEXPLORACION EN ARENAEXPLORACION EN ARENASPTSPT

CONO TIPO PECKCONO TIPO PECKDPSHDPSH




Densidad de campo: cono de arena, balDensidad de campo: cono de arena, balóón o nuclearn o nuclearNO PERMITIDO PARA DISENO PERMITIDO PARA DISEÑÑOO

Artículo 10.1






Pruebas de carga






En algunos casos especiales, luego de investigado un depósito por medio del SPT, se puede recurrir a pruebas de carga para obtener por otro medio las características mecánicas de los suelos; sin embargo este método sólo se puede aplicar si se trata de un suelo homogéneo, la norma indica :

“Las pruebas de carga deben ser precedidas por un EMS y se recomienda su uso únicamente cuando el suelo a ensayar es tridimensionalmente homogéneo, comprende la profundidad activa de la cimentación y es semejante al ubicado bajo el plato de carga.”



Contenido delInforme del

Estudio de Mecánica de Suelos




El informe del EMS comprenderá:

Memoria DescriptivaPlanos de Ubicación de las Obras y de

Distribución de los Puntos de Investigación. Perfiles de SuelosResultados de los Ensayos “in situ” y de

Laboratorio



Memoria Descriptiva

Resumen de las Condiciones de Cimentación

Información Previa

Exploración de Campo

Ensayos de Laboratorio

Perfil del Suelo

Nivel de la Napa Freática

Análisis de la Cimentación

Plano de ubicación

Perfiles del suelo




Resumen de las Condiciones de Cimentación

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

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



EJEMPLO DE RESUMEN DE LAS CONDICIONES DE CIMENTACIÓNDe acuerdo con la Norma Técnica de Edificaciones E-050 “Suelos y Cimentaciones”, la siguiente información deberá transcribirse en los planos de cimentación. Esta información no es limitativa, y deberá cumplirse con todo lo especificado en el presente Estudio de Suelos y en el Reglamento Nacional de Construcciones.

Recomendaciones Adicionales: No debe cimentarse sobre turba, suelo orgánico, tierra vegetal, desmonte, relleno sanitario o relleno artificial y estos materiales inadecuados deberán ser removidos en su totalidad, antes de construir la edificación y ser reemplazados con materiales adecuados debidamente compactados.

Agresividad del Suelo a la Cimentación: No detectada

Asentamiento Diferencial Máximo Aceptable: 0.80 cm

Factor de Seguridad por Corte (estático, dinámico): Mayor a 3 y 2,50

Presión Admisible:alternativa 1 5.00 kg/cm².alternativa 2 1.20 kg/cm²

Profundidad de Cimentación:alternativa 1 1.50 m o hasta penetrar 0.20 m en la grava arenosa.alternativa 2 platea sobre un relleno controlado de 0.45 m y con vigas perimetrales einteriores de 0.70 m

Parámetros de Diseño de la Cimentación:

Estrato de apoyo de la cimentación: Grava arenosa medianamente densa

Tipo de Cimentación:alternativa 1 zapatas aisladas o continuas, de concreto armado.alternativa 2 platea de cimentación con vigas perimetrales e interiores de concreto armado.




Análisis de la Cimentación

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

• Tipo de cimentación y otras soluciones si las hubiera.

• Profundidad de cimentación (Df ).

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

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

• Presión admisible del terreno.

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

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

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



Profundidad de cimentación




Profundidad mProfundidad míínima nima de cimentacide cimentacióón 0.80 mn 0.80 m



Taiwán 1999




La Punta – Camana 2001



Rellenos Artificiales

o

Rellenos no Controlados




Rellenos no Controlados (artificiales)Rellenos no Controlados (artificiales)



Nueva redacción

ArtArtíículo 19 Profundidad de cimentaciculo 19 Profundidad de cimentacióónn

No debe cimentarse sobre turba, suelo orgánico, tierra vegetal, relleno de desmonte o rellenos sanitario o industrial, ni rellenos No Controlados. Estos materiales inadecuados Estos materiales inadecuados deberdeberáán ser removidos en su totalidad, antes n ser removidos en su totalidad, antes de construir la edificacide construir la edificacióón y ser reemplazados n y ser reemplazados con materiales que cumplan con lo indicado en con materiales que cumplan con lo indicado en la Artla Artíículo 21 (21.1)culo 21 (21.1)




Rellenos Controlados o de Ingeniería

21.1 Rellenos Controlados o de Ingenier21.1 Rellenos Controlados o de IngenierííaaLos Rellenos Controlados son aquellos que se construyen con Material Seleccionado, tendrán las mismas condiciones de apoyo que las cimentaciones superficiales. Los métodos empleados en su conformación, compactación y control, dependen principalmente de las propiedades físicas del material.

Los métodos empleados en su conformación, compactación y control, dependen principalmente de las propiedades físicas del material.



Rellenos Controlados o de Ingeniería

21.2 Rellenos no Controlados21.2 Rellenos no Controlados

Los rellenos no controlados son aquellos que no cumplen con el Artículo 21.1. Las Las cimentaciones superficiales no se podrcimentaciones superficiales no se podráán n construir sobre estos rellenos no controlados, construir sobre estos rellenos no controlados, los cuales deberlos cuales deberáán ser reemplazados en su n ser reemplazados en su totalidad por materiales seleccionadostotalidad por materiales seleccionadosdebidamente compactados, como se indica en el Artículo 21 (21.1), antes de iniciar la construcción de la cimentación.




El Material Seleccionado con el que se debe construir el Relleno ControladoRelleno Controlado deberá ser compactado de la siguiente manera:

a)Si tiene más de 12% de finos, deberá compactarse a una densidad mayor o igual del 90%mayor o igual del 90% de la máxima densidad seca del método de ensayo Proctor Modificado, NTP 339.141 (ASTM D 1557), en todo su espesor.

b)Si tiene igual o menos de 12% de finos, deberácompactarse a una densidad no menor del 95%no menor del 95% de la máxima densidad seca del método de ensayo Proctor Modificado, NTP 339.141 (ASTM D 1557), en todo su espesor.



En todos los casos deberán realizarse controles de compactación en todas las capas compactadas, a razón necesariamente, de un control por cada 250 m2 con un mínimo de tres controles por capa.

En áreas pequeñas (igual o menores a 25 m2) se aceptará un ensayo como mínimo. En cualquier caso, el espesor máximo a controlar será de 0,30 m de espesor.




Cuando se requiera verificar la compactación de un Relleno Controlado ya construido, este trabajo deberá realizarse mediante cualquiera de los siguientes métodos:

a)Un ensayo de Penetración Estándar NTP 339.133 (ASTM D 1586) por cada metro de espesor de Relleno Controlado. El resultado de este ensayo debe ser mayor a N 60= 25, golpes por cada 0,30m de penetración.



b)Un ensayo con Cono de Arena, NTP 339.143 (ASTM D1556) ó por medio de métodos nucleares, NTP 339.144 (ASTM D2922), por cada 0,50 m de espesor. Los resultados deberán ser: mayores a 90% de la máxima densidad seca del ensayo Proctor Modificado, si tiene más de 12% de finos; o mayores al 95% de la máxima densidad seca del ensayo Proctor Modificado si tiene igual o menos de 12% de finos.




Costa Verde zona de MagdalenaAv. BrasilAv. Independencia

1944



Costa Verde zona de

Magdalena

1944

2005




Falla zona de Magdalena

1944



Costa Verde zona de Magdalena

1944

2005




Casa sobre relleno Barrio Obrero Rimac



Casa sobre relleno Barrio Obrero Rimac




Villa Libertad – Surco (2002)



Mexico 1985

Turquia 1999

Villa Libertad Villa Libertad –– Surco Surco (2002)(2002)




Colegio Los Querubines (2002)



Surquillo




Surquillo



Surquillo




Residencial Recavarren 2003






ANALISIS DE LAS CONDICIONES DE CIMENTACION QUE PUEDEN

PRESENTARSE






ARTÍCULO 15.- CAPACIDAD DE CARGALa capacidad de carga es la presión última o de falla por corte del suelo y se determina utilizando las fórmulas aceptadas por la mecánica de suelos.

En suelos cohesivos (arcilla, arcilla limosa y limo-arcillosa), se emplearse emplearáá un un áángulo de friccingulo de friccióón n interna interna (()) igual a cero.igual a cero.

En suelos friccionantes (gravas, arenas y gravas-arenosas), se emplearse emplearáá una cohesiuna cohesióónn(c)(c) igual a cero.igual a cero.



ARRTÍCULO 16.- FACTOR DE SEGURIDAD FRENTE A UNA FALLA POR CORTE

Los factores de seguridad mínimos que deberán tener las cimentaciones son los siguientes:

Para cargas estáticas: 3.0

Para solicitación máxima de sismo o viento (la que sea más desfavorable): 2.5




Cimentación sobre arcillas y limos

En el caso de los suelos finos (arcillas y limos),generalmente el diseño de la cimentación resulta controlado por corte (con ´ = 0).

Por esto, el procedimiento usual consiste en:

1ro. Dimensionar primero la cimentación por corte.

2do. Verificar el asentamiento.



Villa - Chorrillos




Asentamiento en arcillas



Arcilla pre consolidada (´0 + > ´P)

´

´0

´0

´

0

´loglog

1 vP

vvC

v

PR CC

eh

h




Cimentación sobre arenas y gravas

En el caso de los suelos granulares (arenas y gravas),generalmente el diseño de la cimentación resulta controlado por asentamientos (con c = 0).

Por esto, el procedimiento usual consiste en:1ro. Dimensionar primero la cimentación por

asentamiento. 2do. Verificar el factor de seguridad por corte.



Asentamientos Cono dinámico vs S P T




Compresibilidad de la arena



Asentamiento calculado vs real

Fc fN

qBS

1´67.16 4.1

60

75.0

64.0´´/

25.0´´/´´/25.1

11´´/ 2

1´´/

1´´/

F

F

BLc

BLcF

fBLsi

BLBL

fBLsi

S

Sf




Presiones en el sueloCargas excéntricas



Falla de la Torre en el mar




Falla de la Torre en el mar



Áreas consideradas




Zapata efectiva



Zapata con carga inclinada y momento




SUELO COHESIVO (presión admisible controlada por corte)

FNFa fff

B

Nq 75.0

4.1

60

´096.0

Ncis FS

q ccca

1

SUELO GRANULAR (presión admisible controlada por asentamiento)

RESUMEN



PROBLEMAS ESPECIALES DE CIMENTACION




Suelos colapsables



En los lugares donde se conozca o sea evidente la ocurrencia de hundimientos debido a la existencia de suelos colapsables, el PR deberáincluir en su EMS un análisis basado en la determinación de la plasticidad del suelo NTP 339.129 (ASTM D4318), del ensayo para determinar el peso volumétrico NTP 339.139 (BS 1377), y del ensayo de humedad NTP 339.127 (ASTM D2216), con la finalidad de evaluar el potencial de colapso del suelo en función del Límite Liquido (LL) y del peso volumétrico seco (d).




La relación entre los colapsables y no colapsables y los parámetros antes indicados se muestra en la gráfica siguiente:

1.60



Cuando el PR encuentre evidencias de la existencia de suelos colapsables deberásustentar su evaluación mediante losresultados del ensayo de ensayo de Colapsabilidad Potencial según NTP 339.163 (ASTM D 5333).

Las muestras utilizadas para la evaluación de colapsabilidad deberán ser obtenidas de pozos a cielo abierto, en condición inalterada, preferentemente del tipo Mib.




El potencial de colapso (CP) se define mediante la siguiente expresión:

e =Cambio en la relación de vacíos debido al colapso

bajo humedecimientoe0 = Relación de vacíos inicialHc = Cambio de altura de la muestraH0 = Altura inicial de la muestra

00

%1001

(%)H

HCPox

e

eCP c



El PR establecerá la severidad del problema de colapsabilidad mediante los siguientes criterios:

Colapso muy severo>20

Colapso severo10 a 20

Colapso5 a 10

Colapso moderado1 a 5

No colapsa0 a 1

Severidad del problemaCP (%)

Si CP % > 5 no apoyar la cimentación sobre ese suelo




Suelos expansivos



En las zonas en las que se encuentren suelos cohesivos con bajo grado de saturación y plasticidad alta (LL 50), el PR deberá incluir en su EMS un análisis basado en la determinación de la plasticidad del suelo NTP 339.129 (ASTM D4318) y ensayos de granulometría por sedimentación NTP 339.128 (ASTM D 422) con la finalidad de evaluar el potencial de expansión del suelo cohesivo en función del porcentaje de partículas menores a 2 m, del índice de plasticidad (IP) y de la actividad (A) de la arcilla.




La relación entre la Expansión Potencial (Ep) y los parámetros antes indicados se muestra en la gráfica siguiente:

m

IPAActividad

2%



Tabla 6.3.2CLASIFICACIÓN DE

SUELOS EXPANSIVOS

< 17< 20< 10Bajo

12 – 2712 – 3410 – 20Medio

18 – 3723 – 4520 – 30Alto

> 37> 32> 30Muy alto

%%%%

Porcentaje de partículas

menores que dos micras

Índice de plasticidad

Expansión en consolidómetro,

bajo presión vertical de 0,07

kg/cm2

Potencial de expansión

Si el Potencial de expansión bajo ( 10 en cosolidometro) no apoyar la cimentación sobre ese suelo




Talara



Licuación




En suelos granulares finos ubicados bajo la Napa Freática y algunos suelos cohesivos, las solicitaciones sísmicas pueden originar el fenómeno denominado licuacilicuacióón, el cual consiste n, el cual consiste en la pen la péérdida momentrdida momentáánea de la resistencia al nea de la resistencia al corte del suelocorte del suelo, como consecuencia de la presión de poros que se genera en el agua contenida en sus vacíos originada por la vibración que produce el sismo.

Esta pérdida de resistencia al corte genera la ocurrencia de grandes asentamientos en las obras sobreyacentes.



Chimbote 1970




Camana 2001



Licuación en el Perú




Fenómeno de licuación

Sra. Ester AtuncarCalle Alfonso Ugarte N° 195 Tambo de Mora



Las lagunas de Puerto Viejo Km 70.8 (15/8/2007)




Problemas geotecnicos desde Lima hasta Ica

Sismo del 15/8/2007



Tambo de Mora (15/8/2007)Tambo de Mora (15/8/2007)







Tambo de Mora (Mw = 8 ; a/g = 0.30)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35

Pro

fun

did

ad (

m)

CRR 1982

CSReq 1982

CSReq 1997

CRR 1997

CSReq 2000

CSReq 2004

CRR 2004





21.5 cm21.5 cm

Asentamiento en la Av. Defensores del Morro calculado según C.Y. Lee (2007)



Protección de excavaciones Calzaduras




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

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



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

0.45tan Coeficiente de fricción bajo la cimentación.

4.04KpsCoeficiente Pasivo Dinámico

0.77KosCoeficiente en Reposo Dinámico

0.56KasCoeficiente Activo Dinámico

0.57RFactor de Reducción del Empuje Pasivo para /=0

4.75KpCoeficiente Pasivo Estático

0.58KoCoeficiente en Reposo Estático

0.37KaCoeficiente Activo Estático

25°Ángulo de fricción

1.94 ton/m3Peso unitario

ValorSímbolo

Nombre






CALZADURA CONVENCIONAL

Carga

Empuje

Fricción

Varillas corrugadas

¿?

Tan =

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






Av. Basadre San Isidro




Cimentaciones en taludes






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

Karl Terzaghi, 1936



Velemos por que se cumplan las normas. Velemos por que se cumplan las normas. De nosotros depende que esto no ocurra nuevamenteDe nosotros depende que esto no ocurra nuevamente




Muchas gracias

Manuel A. Olcese FranzeroManuel A. Olcese FranzeroProfesor Principal PUCP Profesor Principal PUCP Ing. Civil CIP M ASCEIng. Civil CIP M [email protected]@pucp.edu.pe

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