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• Eliana Quispe Bravo

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UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR CACERES VELASQUEZ FACULTAD DE CIENCIAS PURAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

ESTUDIO MECANICO DE SUELO CON FINES DE CIMENTACION

Semestre: VIII

Secciòn: “A”

Julio 2016

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACION

INDICE Pag. INTRODUCCION

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1.

4 4 4 5 5 6 6 6 6 7 7 9 10 10 14 14 16 16 16 17 18 18 23 28

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3.

4. 5. 6.

GENERALIDADES 1.1. OBJETIVO DE ESTUDIO 1.2. UBICACIÓN 1.3. TOPOGRAFIA 1.4. ALCANCES DE LA INVESTIGACION 1.5. CONDICIONES DEL ENTORNO DESCRIPCION GEOLOGICA 2.1. GEOGRAFIA 2.2. GEOMORFOLOGIA 2.3. GEOLOGIA LOCAL 2.4. PELIGROS GEOLOGICOS 2.5. SISMICIDAD INVESTIGACION GEOTECNICAS EFECTUADAS 3.1. TRABAJO DE CAMPO 3.2. TRABAJOS DE LABORATORIO 3.3. CLASIFICACION DE SUELOS 3.4. ESTRATIGRAFIA ANALISIS DE LA CIMENTACION 4.1. CALICATA C-1, MUESTRA M-1 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ANEXOS 6.1. ENSAYOS DE LABORATORIO 6.2. PANEL FOTOGRAFICO 6.3. METRADOS Y DISEÑO DE ZAPATA

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INTRODUCCION El estudio de mecánica de suelos para la construcción de cualquier edificación es sumamente imprescindible para poder conocer las características del suelo y acorde a ello poder diseñar los cimientos de nuestro edificio. En el presente informe se muestran los resultados obtenidas a partir del análisis geotécnico realizado en un lote ubicado en Jr. Emilio Romero N° 156 urbanización Tambopata, ciudad de Juliaca (Perú), donde se tiene previsto construir una edificación de 5 niveles. Al tener las muestras alteradas e inalteradas del suelo se desarrolla el análisis de los datos obtenidos mediante los ensayos correspondientes; se determinan las características del sub-suelo, su estratigrafía y se realiza una interpretación geotécnica y su clasificación SUCS. Finalmente, se diseña el tipo de cimentación más apropiada para la edificación, se presentan las conclusiones y recomendaciones más adecuadas para fines de seguridad y estabilidad.

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GENERALIDADES 1.1. OBJETIVO DE ESTUDIO Desarrollar y reportar las características geotécnicas del terreno en el cual se ubicará nuestro de edificio de 5 niveles en la cuidad de Juliaca, provincia de San Roman, región Puno, el estudio del área elegida se ha efectuado mediante una investigación geotécnica que consiste en trabajos de exploración de campo y ensayos de laboratorio, necesarios para definir el perfil estratigráfico, necesarios para definir el perfil estratigráfico del área. Diseño de zapatas acorde a las características geotécnicas del suelo para nuestro edificio de 5 niveles. 1.2. UBICACION Región

: Puno

Provincia

: San Román

Distrito

: Juliaca

Urbanización

: Tambopata

Dirección

: Jr Emilio Romero 156

Imagen N° 01: Ubicación política del distrito de Juliaca

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Coordenadas UTM Datum WGS84 Zona 19 (referencial) Este (X)

: 380477

Norte (Y)

: 8288237

Altitud

: 3824 m.s.n.m.

Región

: Sierra

Imagen N° 02: Vista satelital de la ubicación del terreno de construcción. 1.3. TOPOGRAFÍA El relieve topográfico en la zona de estudio es considerablemente plana sin pendiente. Área y perímetro El área levantada correspondiente al terreno definido para el presente estudio es; Área : 300 m2 Perímetro : 80 ML 1.4. ALCANCES DE LA INVESTIGACION Este estudio geotécnico se desarrolló por medio de una calicata o pozo de exploración para analizar la parte más crítica del terreno para la parte más crítica de la estructura (carga crítica).

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1.5. CONDICIONES DEL ENTORNO Condiciones Climáticas de la Zona Clima : frio Temperatura : Max 18ºC min -7.5ºC Linderos Los linderos del perímetro corresponde a: Por el norte: Colinda con el lote 15-A de la manzana I, con una longitud de 30 metros lineales en línea recta. Por el sur: Colinda con el lote 16 de la manzana I, con una longitud de 30 metros lineales en línea recta. Por el este: Colinda con el lote 4 de la manzana I, con una longitud de 10 metros lineales. Por el oeste: Colinda con el jirón Emilio Romero con una longitud de 10 metros lineales. Coordenadas UTM del perímetro Las coordenadas UTM se describe en el siguiente cuadro:

2. DESCRIPCION GEOLOGICA 2.1. GEOGRAFIA El distrito de Juliaca, donde se ubica el edificio limita con los siguientes distritos y provincias: Por el norte: Distritos de Calapuja (Lampa), y de Caminaca (Azángaro). Por el sur: Distritos de Cabana y Caracoto (San Román). Por el este: Distritos de Pusi (Huancané), y de Samán (Azángaro). Por el oeste: Distrito de Lampa (Lampa). 2.2 GEOMORFOLOGIA La zona de estudio se encuentra básicamente sobre una planicie de acuerdo a INGEMMET, está localidad se encuentra sobre la planicie de la geomorfología: Altiplano En Juliaca distinguimos dos clases de relieve: relieve plano, constituido por extensas pampas con ligeras ondulaciones, que constituye la mayor extensión de su superficie y relieve saliente, constituido por pequeñas y medianas elevaciones o cerros agrupados en el mayor de los casos.

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2.3 GEOLOGIA LOCAL De acuerdo al mapa geológico del INGEMMET esta se encuentra litológicamente sobre las siguientes unidades: Depósitos aluviales(Qh-al)

Imagen N° 03: Depósitos aluviales (Juliaca). 2.4 PELIGROS GEOLOGICOS Presenta susceptibilidad media y presenta caídas pero a una distancia considerable.

Imagen N° 04: Peligros geológicos.

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Imagen N° 05: Mapa neotectónico del Perú 1991.

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2.5 SISMICIDAD De acuerdo al nuevo mapa de zonificación sísmica del Perú, según la norma sismo resistente (NTE E-030 del Reglamento Nacional de Edificaciones), y del mapa de distribución de máximas intensidades sísmicas observadas en el Perú presentado por Alva Hurtado (1984), el cual se basó en isosistas de sismos peruanos y datos de intensidades puntuales de sismos históricos y sismos recientes; se concluye que el área en estudio se encuentra dentro de la zona media sismicidad (zona 2), existiendo la posibilidad de que ocurran sismos de intensidad tan considerables como V en la escala Mercali Modificada.

Imagen N° 06: Mapa de inventario nacional de peligros geológicos del Perú. De acuerdo con la norma técnica NTE E-030 y el predominio del suelo bajo la cimentación, se recomienda adoptar en los diseños sismo resistentes según la tabla siguiente:

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CUADRO N° 1: Parámetros del suelo

FUENTE: RNE, NTE E.030

3 INVESTIGACION GEOTECNICAS EFECTUADAS 3.1 TRABAJO DE CAMPO Correspondió a la etapa de prospección in-situ, donde se tomaron muestra de Única (C-1) calicata de 2 m de profundidad, que permitieron caracterizar al suelo de fundación en el área delimitada de 1.2 m2 para el Proyecto en mención, obteniendo 3 estratos de suelo muy diferentes. Calicata o Pozo de Exploración Se programó la ejecución de la Única (01) calicata o pozo de exploración “A Cielo Abierto”, designado como C– 1, ubicada convenientemente y con profundidades suficientes de 2 m. La ubicación de la calicata se presenta en el plano “Ubicación de Calicatas”, la ubicación de la calicata única se desarrolló en la parte más crítica seleccionada por razones de geomorfología.

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Imagen N° 07: Excavación de calicata. CUADRO N° 2: Ubicación de excavaciones EXCAVACION C-1, M-1

COORDENADAS ESTE NORTE 380477 8288238

PROF. (m) 1.80

Muestreo disturbado Se extrajo una muestra representativa del tipo del suelo encontrado en cantidad suficiente como para realizar los ensayos de corte directo.

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Imagen N° 08: Obtención de muestra inalterada. Registro de Exploración Paralelamente al muestreo se realizó la descripción de la exploración, anotándose las principales características de los estratos encontrados tales como. Color, humedad, plasticidad, etc. estos estratos se clasificaron según la simbología de suelos que el RNE muestra en la figura N° 4 en la norma E.050 capítulo 2 sección 12.3.

Imagen N° 09: Registro de excavación de calicata 12

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Imagen N° 10: Simbología de suelos según RNE Reconocimiento del perfil estratigráfico visual. El reconocimiento del terreno que se vio en el terreno a investigar era del tipo de topografía plana no accidentado o se podría definir como mínima, en el primer estrato se identificó un suelo orgánico combinado con relleno, en el segundo estrato se encontró limo, y en el estrato siguiente se halló arcilla.

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Imagen N° 11: Segundo y tercer estrato del terreno. Altura del nivel freático. El nivel freático de aguas se encontró a una profundidad de 3.00 m. por debajo del nivel de terreno natural. 3.2 TRABAJOS DE LABORATORIO La muestra representativa del suelo se ensayó en el laboratorio de suelos de la escuela profesional de ingeniería civil de la universidad andina Néstor Cáceres Velásquez, efectuándose los siguientes ensayos que indican la Norma E.050 capitulo 2 sección 10.5 “Ensayos de laboratorio”:     

ANALISIS GRANULOMETRICO POR TAMIZADO ASTM D-422 LIMITE LIQUIDO ASTM D4318 LIMITE PLASTICO ASTM D4318 PESO VOLUMETRICO DE SUELOS COHESIVOS(METODO DE LA PARAFINA NTP 339.139) ENSAYO DE CORTE DIRECTO (ASTM D3080/NTP 339, 171)

3.3 CLASIFICACION DE SUELOS Los sueños representativos se han clasificado según el sistema de clasificación SUCS, cuyos resultados se reflejan en el siguiente cuadro:

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CUADRO N° 3: Resumen de los ensayos estándar de laboratorio Calicata Muestra Profundidad Granulometría Limites % Clasificación m. SUCS Grava Arena Finos L.L. L.P. I.P. C-1 M-1 0.30-0.90 100 OL C-1 M-2 0.90-1.80 2 98 35.33 25.41 9.92 CL

Imagen N° 12: Sistema de clasificación SUCS. CUADRO N° 4: Resultados peso volumétrico Calicata

Muestra

Profundidad m.

Clasificación SUCS

C-1

M-1

0.65-2.00

CL

Peso volumétrico seco (gr/cm3) 0.499

Peso volumétrico húmedo (gr/cm3) 0.447

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3.4 ESTRATIGRAFIA De las investigaciones efectuadas en el campo a través de las exploraciones, se ha podido establecer la siguiente del sub suelo:   

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Primer estrato formado por suelo orgánico con relleno de material desechado de construcción (ladrillo, concreto) con una altura de 0.30 metros. Segundo estrato conformado por arcilla orgánica de baja plasticidad OL con una altura de 0.50 metros. Tercer estrato conformado por arcilla inorgánica de baja plasticidad con una altura de 1.00 metro el cual se prolonga hasta más allá de la profundidad explorada. ANALISIS DE LA CIMENTACION

De acuerdo a los trabajos de campo, ensayos de laboratorio, estratigrafía del suelo, se determinó la capacidad portante del suelo de la calicata, considerando lo siguiente: 4.1 CALICATA C-1, MUETSRA M-1 Se estima con un criterio conservador los siguientes parámetros de resistencia al esfuerzo cortante del suelo: Calicata

Muestra

C-1

M-1

Profundidad m. 0.65-2.00

Clasificación SUCS CL

Corte directo Φ (kg/cm2) c (kg/cm2) 0.026 22.19°

La capacidad admisible se determinó con la fórmula de Terzaghi, para una zapata cuadrado, porque nuestra columna crítica es cuadrada: 𝑞𝑎𝑑𝑚 = 0.867 ∗ 𝑐 ∗ 𝑁𝑐 + 𝑞 ∗ 𝑁𝑞 + 0.4 ∗ 𝛾 ∗ 𝑁𝛾 𝑎𝑑𝑚 = 0.94 El diseño de la zapata es para la columna crítica, es decir la columna central que soporta más carga de trabajo, esta columna se ubica en el eje 2-B y su zapata será prolongada a la columna izquierda ubicada en el eje 2-A por ser la distancia más cercana a la columna crítica, Para el diseño de la zapata se consideró una zapata combinada por tener una longitud considerablemente corta de 2.85 metros, en los cálculos de diseño se obtuvo una zapata combinada de 4.55 metros de largo y 3.65 metros de base.

Imagen N° 13: Zapata combinada para la columna central y lateral izquierda. 16

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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES En concordancia con la investigación geotécnica de campo y laboratorio se deduce:  En el ensayo de granulometría realizada según norma ASTM D422 que indica el RNE para suelos se trabajó con una muestra de 350 gr, de los cuales se tuvo un peso de 0.27 gr que quedó en la base y un total de 349.73 gr que pasaron por los tamices. 

En el ensayo de límite líquido realizada según norma ASTM D4318 se obtuvo un valor de 35.33 lo que nos indica que nuestro suelo es de baja plasticidad.



En el ensayo de límites plástico según norma ASTM D4318 se obtuvo un valor de 25.41 lo que nos indica que es un suelo plástico, así mismo el índice de plasticidad está representado por un valor de 9.92 el cual resulta de la diferencia del límite líquido menos el límite plástico.



Tomamos como peso específico la densidad obtenida en laboratorio el cual es de 2.83 gr/cm3.



En el ensayo de corte directo realizado según ASTM D3080 indicado en el RNE bajo la norma E.050, se obtuvo un valor de 0.026kg/cm2 para la cohesión y un ángulo de fricción de 22.19°, ambos valores nos indican que es un suelo cohesivo.



La columna crítica de 0.40x0.40 m. se cimentará mediante zapata de concreto armado aislada a una profundidad de 1.80 metros. Se calculó la capacidad de carga admisible, obteniéndose: C-1, M-1: qadm=0.94 kg/cm3



Las dimensiones de la zapata para la columna crítica es: zapata combinada de 4.55 metros de largo y 3.65 metros de base.

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6 ANEXO 6.1 ENSAYOS DE LABORATORIO

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6.2 PANEL FOTOGRAFICO

FOTO 1: Excavación de calicata.

FOTO 2: Cuarteo de muestra para granulometría.

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FOTO 3: Tamices utilizados para la granulometría del suelo.

FOTO 4: Tamizado de muestra para los ensayos de límite líquido y límite plástico.

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FOTO 5: Ensayo de límite líquido con la cucharada de Casa Grande.

FOTO 6: Ensayo de límite plástico. 25

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FOTO 7: Ensayo de límite plástico.

FOTO 8: Muestra colocada en el equipo de corte directo. 26

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FOTO 9: Secado de muestra utilizada en el ensayo de corte directo.

FOTO 10: Peso de muestra para el ensayo de pero volumétrico.

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6.3 METRADOS Y DISEÑO DE ZAPATA ESPECIFICACIONES Y CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE LA ZAPATA COMBINADA 

Para determinara carga última según Terzaghi se requiere de una dimensión B(base) para el cuál se optó hacer la condición: qadm ≥ qtrabajo Por lo tanto usando una base B=230 cm, se tiene: 0.97 kg/cm2 ≥ 0.91 kg/cm2 Por consiguiente se cumple la condición de diseño.



Para la resistencia a la compresión de la columna y de la zapata fc=210 kg/cm2 según las especificaciones dadas en el plano.



Para la resistencia a la fluencia del acero se consideró fy=4200 kg/cm2 según las especificaciones dadas en el plano.



Para hallar la carga admisible se usó un Factor de Seguridad de 2.00 sabiendo que el RNE en la norma E.050, capítulo 3, artículo 16; nos dice que el factor de seguridad con presencia de viento o sismo debe ser de 2 a 2.5 y para cargas estáticas 3.

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