Estudios de Mecánica de Suelos - Clinica

CAP IX: ANEXOS: ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA / INTERACCION SISMICA SUELO ESTRUCTURA - 1 -

1. MEMORIA DESCRIPTIVA

1.1 Antecedentes

El presente informe de mecánica de suelos con fines de cimentación corresponde al

proyecto policlínico universitario UDEP, ubicado en la ciudad de Piura, al nor- oeste de

la costa Peruana.

Esta información fue proporcionada por el laboratorio de Ensayos de Materiales

(LEEM) de la Universidad de Piura (UDEP); y se tomo la información más relevante

del mismo.

1.2 Alcances del estudio

El propósito del presente estudio es proporcionar información sobre las condiciones

geotécnicas del suelo de cimentación y valores de capacidad portante para el diseño

de la cimentación de las edificaciones del policlínico. No se incluye, por tanto,

información relevante para el diseño de obras anexas, como estacionamiento o vías

de acceso, dado que la exploración del campo y los datos recopilados se han limitado

a la zona de edificios a construir en la primera etapa.

1.3 Datos del proyecto

El área de estudio se ubica dentro del campus universitario de la UDEP, en la zona

nor-este, junto a las instalaciones del colegio Turicará, también dentro del mismo

campus.

Vista panorámica del área a construir del Policlínico de la Universidad Privada de

Piura. En su primera etapa de construcción solo abarcara el área de consultorios y

de circulación. 2 niveles cada uno.



En su construcción general, el Policlínico universitario consiste en un conjunto, de

edificaciones de 4 pisos y azotea. El proyecto incluye además una zona de

estacionamiento.

1.4 Datos proporcionados por el cliente

La Oficina de Servicios Técnicos de la Universidad de Piura, encargada del proyecto,

proporciono un plano de ubicación del proyecto dentro del campus, un detalle de la

distribución en planta de los edificios y la playa de estacionamiento, dentro del área

asignada, una planta de distribución arquitectónica de los edificios propuestos así

como las cargas muerta y viva de los edificios.

Los datos de carga en la columna mas cargada, fueron 52 toneladas de carga

muerta y 17 toneladas de carga viva.

2. ENSAYOS REALIZADOS

2.1 Exploración del campo

La zona en estudio presenta una superficie llana y uniforme, con algarrobos en

algunas zonas y suelo fundamentalmente arenoso.

Se realizaron cuatro sondajes, distribuidos en la zona prevista para la edificación,

ubicándose prácticamente uno en cada modulo de edificios del proyecto.

En los sondajes se realizaron ensayos in situ SPT (Norma NTP - 339 – 133- 1999).

Con barreno manual e hincado con persecución, usando un winche automático. Se

uso un entubado de 101.6 mm de diámetro en el interior. El muestreador usado fue de

caña partida con 38mm de diámetro interior.

En la prueba estándar de penetración se tomaron datos del número de golpes a cada

metro, recuperando muestras alteradas de suelo en bolsas para los ensayos en

laboratorio.

2.2 Ensayos de laboratorio

Durante la prueba estándar de penetración se tomaron muestras de suelo alteradas en

bolsa, las mismas que fueron llevadas al laboratorio de ensayos de materiales de

construcción de la universidad de Piura, donde se realizaron análisis granulométrico

por tamizado para la clasificación de suelos (NTP 339-128-1999). Por la naturaleza

granular del suelo, no fue posible realizar ensayos de Límites de Atterberg.

3. RESULTADOS DEL ESTUDIO

3.1 Perfil estratigráfico

La zona dentro del campus es predominantemente arenosa. Al ser originariamente

terrenos eriazos, el perfil explorado hasta 8.5 m esta conformado por arena fina

pobremente graduada (SP), con un contenido de finos no plásticos que oscila entre

2% y 4%.



El terreno se encuentra ubicado aproximadamente en la cota 39.5 m.s.n.m. La cota 29

corresponde al terreno del edificio 80, notable dentro del campus por su

susceptibilidad a sufrir inundaciones (el agua ha llegado por encima de 1 m del terreno

natural) durante eventos lluviosos de gran intensidad. El policlínico se encuentra

ubicado entonces a 9 m. aproximadamente por encima de la cota del edificio 80, de

modo que la probabilidad de inundación en relación al resto del campus es muy baja.

No se ha encontrado nivel freático en la profundidad explorada. Sin embargo, existe la

posibilidad de que el nivel freático suba hasta los 5 m de profundidad, considerando la

pendiente de recarga del agua freática, las condiciones de drenaje de la zona y otros

factores relacionados. Por ello, para efectos de cálculo de la capacidad portante o la

evaluación de licuación, se requerirá considerar este como el más probable para el

nivel freático.

La exploración, por la ubicación y alcance de los sondajes, se han interpretado desde

dos zonas: la primera, ubicada en el modulo de inmediata ejecución, que corresponde

a los sondajes S1 y S4.

Se puede observar que hay una diferencia de aproximadamente 1.3 m en la posición

del terreno superficial. El terreno es arena eólica, pobremente graduada, con

presencia de algunos lentes de arena limosa. La profundidad de cimentación se ha

tomado como relativa, considerando el nivel +0.00 como la cota +38.00.

La segunda zona de estudio corresponde a los sondajes S2 y S3, donde se ubican los

demás módulos del policlínico, que aun no se construirán. El perfil estratigráfico se

mantiene, siendo conformado por arena pobremente graduada, con algunos lentes

aislados de limo arenoso a unos 3.00 m de profundidad.

3.2 Capacidad portante

Debido a las condiciones del proyecto, el modulo a construir se denomina central y

coincide con la ubicación de los sondajes S1 y S4. Este bloque de la primera etapa

comprendía inicialmente de dos zonas, denominadas bloque izquierdo bloque

derecho. El bloque izquierdo (y edificación tomada para el estudio de esta Tesis), tiene

un espacio de área libre en su centro, que permite dividirlo a su vez en cuatro zonas:

Zona I y IV, de forma rectangular, definidas entre los ejes 1-10 y A-D y F-I.

Estas zonas tienen un área de aproximadamente 6.9 x 19.82 m2 cada una.

Zonas II y III, de forma casi cuadrada, definidas entre los ejes 1-4 y D-F, y

entre los ejes 7-10 y D-F. Estas zonas tienen un área de aproximadamente

6.9 x 7.75 m2 cada una.

El terreno granular correspondiente a una arena SP. Por ello, para efectos del cálculo

de capacidad portante se usara el método sugerido por terzaghi para suelos

granulares y el de Meyerhoff. Por los niveles de carga, se evaluaran dos condiciones:

con zapatas aisladas, a diferentes profundidades; y con plateas de cimentación.



3.3 Zapatas aisladas.

a) Según el método de Terzaghi

La carga admisible por asentamiento, asumiendo una cimentación por zapatas

aisladas y dependiendo de su ancho:

Para anchos de zapatas menores a 1.2 m: qa =0.096 N F

Para anchos de zapatas mayores a 1.20 m: qa )2 F

Donde:

N: Es el promedio de los valores de SPT dentro de profundidad activa de

cimentación, en el sondeo más desfavorable. En este caso, la

profundidad activa de cimentación es de 2B.

B: Es el ancho de la zapata, en metros.

qa: Es la presión admisible por asentamiento, expresada en Kg/cm2

F: Es el factor de corrección para las condiciones de cimentación.

Cuando se tiene una zapata poco profunda (Df/B < 0.5), una napa freática

profunda (Z/B ≥ 2), un espesor de estrato granular considerable (E/B ≥ 3) y un

asentamiento máximo tolerable de la estructura de 2.5 cm, el valor de F es de

igual a 1. Cuando estas condiciones no se dan, el factor F adquiere un valor en

función de las características dadas:

Donde:

Corresponde a la ecuación por profundidad de cimentación.

Para Df / B < 0.5, fDf = 1

Para 0.5 ≤ Df /B ≤ 1.0, fDf =0.67 + 0.66 Df/B

Para 1.0 ≤ Df /B ≤ 5.0, fDf =1.1625 + 0.1675 Df/B

Para Df / B > 0.5, fDf = 2

Corresponde a la corrección por profundidad de napa freática.

Para 0 ≤ Z /B ≤ 2.0, fNF =0.5 + 0.25 Z/B

Para Z /B > 2.0, fDf =1

Corresponde a la corrección por espesor de estrato.

Corresponde a la corrección por asentamiento tolerable, para un

asentamiento tolerable ∆H diferente, expresado en cm.



Según el diseño estructural, la carga muerta en la columna mas cargada

(intersección de los ejes 7 y J) es de 52 ton. y la carga viva de 17 ton. La

profundidad de estrato se puede asumir en 11 metros. La luz libre es de 4.7 m

y la distorsión máxima permisible es de 1/500. El asentamiento tolerable resulta

entonces de 0.94 cm. Y se ha asumido una profundidad de nivel freático de 5

m. en temporada de lluvias intensas.

Por la distancia relativa de los sondajes, se ha hecho la estimación de

capacidad portante para cada zona, de modo independiente. Como carga neta

aplicada se ha tomado el 100% de la carga muerta y el 50% de la carga viva.

Por efecto de sismo, se ha incrementado en un 30%.

Para estas condiciones, estimando la capacidad portante con los datos de los

sondajes S1 y S4, se tienen los resultados de la tabla 1, ya verificados por

corte con un factor de seguridad de 3.0.

Tabla 1. Valores de ancho mínimo de zapatas y capacidad portante para diferentes

profundidades de cimentación.

1.00 3.0 1.21 3.5 1.17

2.00 2.0 2.45 2.5 2.37

3.00 2.0 2.97 2.0 3.88

4.00 2.0 2.00 2.0 4.56

sondaje 1 sondaje 2Profundidad

(m)B

(m)

Qadm

(Kg/cm2)

B

(m)

Qadm

(Kg/cm2)

La profundidad de cimentación que se presenta en la tabla 1 se ha medido a

partir de la cota 38.00, que representa el nivel de la obra terminada. Por tanto,

la profundidad de cimentación de 1.00 corresponde a la cota 37.00.

b) Según el método de Meyerhoff

Según los datos de carga, la presión portante neta (q´) en la zapata mas cargada será:

Donde B es el ancho de la zapata cuadrada. Se estima el asentamiento total admisible de la siguiente manera:

……………… (Figura 1)

Donde:

Δ = Asentamiento total admisible

δD = Asentamiento diferencial admisible.

L = 4.7 m (espaciamiento entre apoyos) Α = 1/500 (según norma E. 050)



La capacidad de carga neta admisible para cimentaciones construidas sobre

depósitos de suelo granular es adecuadamente determinada con la siguiente

expresión (Bowles 1977):

, para B > 1.22 mm

Ø = 27.1 + 0.3 N cor – 0.00054 N2 cor

Fd = 1 + 0.33 ≤ 1.33

Donde:

= Capacidad Portante Neta Admisible (KN/m2)

= Ángulo de fricción interna

= Ancho de la cimentación

= Profundidad de cimentación

= Valor N corregido para un valor estándar presión de tapada de 1 ton/pie2

ad = Asentamiento total admisible

Tabla 2 valores de capacidad admisible según Meyerhoff, para distintas profundidades de

cimentación en zapatas aisladas del modulo central.

Para verificar por corte se ha usado la formulación propuesta por Terzaghi para

cimentación cuadrada:

Donde:

= Capacidad portante neta ultima

= Cohesión del suelo = 0.00 kg/cm2 (por ser suelo granular)

= Esfuerzo efectivo a la profundidad Df bajo la superficie del terreno

= Peso unitario del suelo

= Ancho de la zapata

= Capacidad portante neta admisible = / FS

FS = 3.5

Nc, Nq y Ny = Factores de capacidad portante en función del ángulo de fricción

interna.



Df = 1 Df = 2 Df = 3

Nc - - -

Nq 28.52 32.23 41.44

Ny 26.87 31.94 45.41

De acuerdo a las ecuaciones anteriores se obtienen los resultados de la tabla 3:

Tabla 3 verificación por corte para las zapatas aisladas en el modulo central.

3.4 Platea de cimentación en los bloques del modulo a construir

La evaluación se ha hecho también para los bloques derecho e izquierdo de la

edificación del policlínico en la zona a construir.

Las presiones portantes netas q’ de cada bloque son en promedio 0.30 kg/cm2, el

área del bloque izquierdo esta considerando el vacio interior.

Se estima el asentamiento total admisible de la siguiente manera:

δ D = α.L δ = ; 1.0 ……………… (Figura 1)

Donde:

δ = asentamiento total admisible.

δ D = asentamiento diferencial admisible.

L = 6.9 y 10 m (anchos estimados de la losa izquierda y derecha).

α = 1/500 (según NTP E.050)

De esto se obtiene:

δ = 1.4 cm bloque izquierdo

δ = 2.0 cm bloque derecho

Los valores obtenidos de asentamiento totales admisibles son coherentes con las

recomendaciones de Donald P. Coduto (1994) para losas de cimentación.

La capacidad de carga neta admisible para losas de cimentación construidas sobre

depósitos de suelo granular se determina con la siguiente expresión (Bowles 1977):

Si: Ø = 27.1 + 0.3*N cor – 0.00054*N2cor



Donde:

= Capacidad portante neta admisible (KN/m2)

Ø = Ángulo de fricción interna = 33º (estimado a partir del nº de golpes N)

B = Ancho de la losa

Df = Profundidad de cimentación = 0.50 m

Ncor = Valor de N corregido para un valor estándar de presión de tapada de 1

Ton/pie 2, en este caso igual a 20.

= Asentamiento total admisible

De la expresión anterior, obtenemos el siguiente valor de capacidad portante neta

admisible:

Tabla 4 Valores de nacho mínimo y capacidad portante neta admisible por asentamiento para el

caso de platea de cimentación.

Bloque Ancho , B

(m)

Capacidad portante

neta admisible(q'a)

Presion portante neta

(q')Cumple

Central 6.90 1.35 kg/cm2 0.3kg/cm2 ok

Derecho 10.0 1.92 kg/cm3 0.3kg/cm2 ok

Para la verificación por corte de la capacidad portante neta admisible se emplea la

formulación propuesta por Meyerhoff (1963) para cimentación rectangular:

Donde:

= Capacidad portante neta ultima

c = Cohesión del suelo = 0.00 Kg/cm2 (por ser suelo granular)

= Esfuerzo efectivo a la profundidad Df bajo la superficie del terreno

= Peso unitario del suelo = 1.45 Ton/m3

B = Ancho de la losa

= Capacidad portante neta admisible = / FS

FS = 3.0 (mínimo según Norma E.050)

=Factores de capacidad portante en función del ángulo de fricción

interna.

= Factores de corrección por forma de la cimentación.

= Factores de corrección por profundidad de la cimentación.

De acuerdo a las ecuaciones anteriores se obtiene:



Tabla 5 Valores de ancho mínimo y capacidad portante neta admisible por corte para el caso de

platea de cimentación.

Bloque Ancho , B

(m)

Capacidad portante

neta admisible(q'a)

Presion portante neta

(q')Cumple

Central 6.90 17.0 kg/cm2 0.3kg/cm2 ok

Derecho 10.0 23.4 kg/cm3 0.3kg/cm2 ok

3.5 Potencial de licuación

Dado que no se ha hallado nivel freático hasta la profundidad explorada de 7.45 m.,

las posibilidades de que se genere una presión de poros como producto de un evento

sísmico son escasas.

En caso de un evento extraordinario, se podría esperar un incremento del nivel freático

hasta los 5 m. en estas condiciones, evaluando el sondaje más desfavorable, no se ha

hallado riesgo de licuación.

3.6 Contenido de sulfatos

Se ha medido el contenido de sulfatos en cada uno de los sondajes, a 2 m. de

profundidad. El contenido de sulfatos no supera los 71 ppm, lo cual indica que no hay

riesgo de ataque con sulfatos al concreto. No hay restricciones en el tipo de cemento a

usar, en la relación agua/cemento ni en la resistencia mínima en compresión.

3.7 Resumen de las condiciones de Cimentación

El suelo es fundamentalmente granular, compuesto de arena fina pobremente

graduada (SP). No hace falta retirar terreno superficial. No hay presencia de nivel

freático hasta 8.5 m., pero en eventos de lluvia intensa podría subir a 7 m.

3.7.1 Cimentación superficial con zapatas

Los anchos de zapatas son variables según la profundidad de cimentación y el método

de cálculo. En la tabla siguiente se ofrece un resumen de los resultados obtenidos con

los métodos de Terzaghi y de Meyerhoff.

Tabla 6 Resumen de los resultados según Terzaghi y Meyerhoff para zapatas aisladas.

Profundidad de cimentación (m)

TERZAGHI MEYERHOFF

Ancho mínimo (m) Capacidad portante

(Kg/cm2) Ancho mínimo (m)

Capacidad portante (Kg/cm2)

1.00 3.50 1.17 2.70 0.99

2.00 2.50 2.45 2.20 1.49

3.00 2.00 2.97 1.80 2.18



Para este caso, se recomienda usar Meyerhoff, de modo que la profundidad mínima

de cimentación es de 1.00 m, con un ancho de zapatas de 2.7 m. Esta profundidad de

cimentación se ha considerado a partir de la cota +38.00

3.7.2 Cimentación superficial con platea

Se puede considerar la alternativa de platea de cimentación, para lo cual se puede

considerar una profundidad mínima de cimentación de 50 cm, con capacidades de

carga del suelo mayores a 1.3 Kg/cm2. Esta profundidad de cimentación se ha medido

a partir de la cota +38.00

3.8 Resumen final de las condiciones de cimentación.

La edificación no requiere una cimentación profunda. El proyectista puede considerar

las dos opciones de zapatas aisladas y/o combinadas y la platea de cimentación. Los

datos ofrecidos en el cuadro siguiente pueden ser aplicados para ajustes posteriores

de otras configuraciones de la cimentación (zapatas combinadas, etc.). Como valor

referencial para el diseño estructural de las zapatas se puede tomar una capacidad

portante del suelo de 0.99 Kg/cm2.

Con los datos recopilados, no se ha detectado potencial de licuación en la zona y el

ataque de sulfatos es casi nulo, de modo que no hay ninguna limitación en el uso de

cementos especiales para la fabricación del concreto de las cimentaciones.

Como practica local, se suele recomendar proteger la cimentación aislándola con una

lámina plástica en torno a la cimentación.

Así mismo, en el caso de platea de cimentación se sugiere la colocación, de una capa

de afirmado de espesor 30 cm, con finalidad de uniformizar el comportamiento del

suelo ante la solicitud de cargas externas.

Tabla 7 Resumen de las condiciones de cimentación.

Tipo de cimentacion Zapatas aisladas Platea de cimentacion

Estrato de apoyoEstrato de arena

pobremente graduada

Estrato de arena

pobremente graduada (SP)

Profundidad mínima de

cimentacion1 1.00 0.50

Capacidad portante neta

admisible(minima) 0.99 Kg/cm2

Bloque Central : 1.35 Kg/cm2

Bloque Derecho : 1.92Kg/cm2

Factor de seguridad por

corte estatico 3.00 3.00

Ataque de sulfatos Nulo a leve2

1 Esta profundidad se mide a partir de la cota +38.002 No hay restricciones al tipo de cemento del concreto de la cimentacion



4. REFERENCIAS

Terzaghi, K; Peck, R. Soil Mechanics in Engineering Practice. Third Edition,

1996. John Wiley and Sons.

Bowles, J. Foundation Analysis and Desing. Fifth Edition, 1996. Mc Graw Hill

Companies.

Canadian Geotechnical Society. Canadian Foundation Engineering Manual. Third

Edition, 1992.

Reglamento Nacional de Edificaciones. Norma E.050 Suelos y cimentaciones.

Reglamento Nacional de Edificaciones. Norma E.030 Diseño Sismo resistente.

FIGURA Nº1

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