1. Cuáles son las consideraciones geológicas relacionadas con el programa de investigaciones para una cimentación.

Los estudios geológicos son obligación del ingeniero responsable del proyecto,Quien utilizará los planos topográficos, geológicos, informes, publicaciones, imágenes, etc. Para realizar un primer reconocimiento del área del proyecto.

Las consideraciones geológicas en el programa de investigación para una cimentación son las siguientes:

Condiciones Geológicas que puedan afectar la estabilidad de la estructura. Geología General de la zona como formaciones, estratificaciones. Condiciones Geológicas que afecten el movimiento del nivel freático. Condiciones del nivel freático. Carácter general de corrientes Fluviales, pendiente y taludes. Disponibilidad de materiales adecuados para la construcción. Peligros potenciales debido a trabajos de excavación en tierra. Qué alternativas de cimentación se tendrá en función de la calidad del suelo. Qué tipos de suelos existen en el lugar. Estimación de posibles asentamientos en las estructuras. Determinación de problemas potenciales en la cimentación (suelos

expansivos, suelos colapsables, rellenos sanitarios). Establecimiento de métodos de construcción debido a cambios en las

condiciones del subsuelo.

2. El planeamiento de un programa de investigaciones del subsuelo para una cimentación. Metodología para edificios y puentes.

Para que el ingeniero pueda proyectar una cimentación inteligente, debe tener un conocimiento razonable de las propiedades físicas y disposición de los materiales del subsuelo. A las operaciones de campo y de laboratorio necesarias para obtener esta información esencial se les llama exploración del suelo o programa de exploración.

El método que más se adapta a una variedad de condiciones consiste en hacer sondeos en el terreno y extraer muestras para su identificación y, en algunos casos, para hacerles pruebas. Después de que se han conocido mediante sondeos preliminares las características generales de los materiales del subsuelo, puede ser adecuado un programa más extenso de sondeo y muestreo. O puede resultar más efectivo investigar la consistencia o la compacidad relativa de las partes más débiles del depósito, por medio de pruebas de penetración u otros métodos directos que no requieren muestreo.

Los métodos de Investigación de cimentaciones geológicas de superficie son los que proporcionan mayor información y al menor costo.

Posteriormente continúan otros especialistas: Geofísicos, sismólogo, expertos en mecánica de suelos y de rocas.

Luego de los estudios mencionados procede la interpretación delos resultados.

PROGRAMA PARA LA EXPLORACION DEL SUBSUELO

1. RECOLECCION DE INFORMACION Tipo de estructura a construir y su uso general Cargas aproximadas que el suelo recibirá a través de las zapatas Espaciamiento de las columnas Código de construcción del país o zona Estudios previos

2. RECONOCIMIENTO DEL LUGAR

La inspección es siempre muy necesaria realizarla, con el objeto de obtener la siguiente información:

1) Topografía general del sitio (evidencias de huaycos, depósitos de escombros) 2) Estratificación del suelo, observada en los cortes profundos: carreteras, vías férreas, etc. 3) Tipo de vegetación del sitio, indica la naturaleza del suelo 4) Altura de las aguas máximas, especialmente en el caso de puentes y pontones 5) Nivel de agua subterránea (pozos próximos al lugar) 6) Tipo de construcción en la vecindad (agrietamientos en paredes, tipo de cimentación, etc.)

3. EXPLORACION DEL SITIO

La fase del programa de exploración consiste en planear, ejecutar y coleccionar muestras para su subsecuente observación y análisis de laboratorio, pudiéndose realizar a través de:

1) Pozos a cielo abierto (calicatas)

2) Exploración con barra posteadora

3) Ensayo de penetración estándar

4) Penetrómetro estático y dinámico

5) Exploración en roca (métodos rotativos)

6) Exploración geofísica

METODOLOGÍA PARA EDIFICIOS Y PUENTES

1) Ensayo de Penetración Estándar

Es el método de exploración y muestreo usado comúnmente en el Perú y la mayoría de países de América, por lo que se hace necesario dar a conocer algunos aspectos de importancia en lo relativo a este método.

* Peso del martillo: 140 lbs.

* Altura de caída: 30 plgs.

* Herramienta de avance: cuchara partida.

* Motor de 5 a 5.5 HP.

* Recuperación: % del material recogido por la cuchara partida, si recupera poco a poco, se sospecha que el suelo sea granular.

* Valor de “N”: resistencia que opone el subsuelo a ser penetrado un pie (30 cm) usando el equipo de Penetración Estándar.

* Rechazo: según criterio del ingeniero geotécnico, normalmente se define cuando un suelo posee valores de N>50 golpes/pie.

2) Pozos a Cielo Abierto (Calicatas) Alternativamente al ensayo de penetración estándar, para la obtención de muestras alteradas o inalteradas, se podrá emplear la excavación de pozos a cielo abierto.

3) Perforación RotativaCuando se requiera que las cargas generadas por las edificaciones proyectadas se transmitan directamente en la roca, la mínima profundidad del sondeo dentro de la roca intacta deberá ser de 3.00 m. Si la roca existente está fracturada y/o intemperizada, la profundidad del sondeo deberá incrementarse a criterio del ingeniero geotécnico.

4) Exploración GeofísicaHoy en día se dispone de varios tipos de equipos para realizar una exploración geofísica. Estos equipos permiten cubrir rápidamente grandes áreas y son menos caros que los

métodos convencionales de perforación rotativa. Sin embargo, en muchos casos la interpretación definitiva es difícil, por esa razón esta técnica debe ser utilizada solamente para trabajos preliminares.Es común que para la exploración geofísica se realicen alguno de los tres (3) métodos, dependiendo de las necesidades del proyecto:1) Refracción sísmica 2) Cross-Hole 3) Resistividad eléctrica

3. Influencia delas condiciones del suelo en un programa de investigaciones para cimentaciones.

El estudio del Suelo es básico para realizar el diseño de cimentaciones.

Van a afectar el diseño de cimentaciones: el tipo de suelo (cohesivo, granular, mixto, de alta o baja plasticidad), la variación de estratos, la consistencia (media, blanda, dura), las propiedades físicas y mecánicas (cohesión, ángulo de fricción interna, índice de compresión), la ubicación del nivel freático, la profundidad de cimentación, la capacidad portante por resistencia, la capacidad portante por asentamiento, el esfuerzo neto, los asentamientos diferenciales y totales, los agentes agresivos (sales, cloruros, sulfatos), la expansibilidad y fuerza expansiva del suelo, la estabilidad del talud de la excavación, las especificaciones de las Normas peruanas de estructuras, etc. Sólo si conocemos esto procedemos a diseñar la cimentación, en caso contrario el diseñador se convierte en un peligro público.

Del tipo de suelos y la geomorfología dependerá el tipo de cimentación:

McCarthy recomienda cimentar por debajo del nivel activo o erosión potencial, si se trata de arenas compactas. En el caso de arcillas o limos firmes, recomienda cimentar por debajo del nivel activo por cambios de volumen.

Manuel Delgado Vargas, en su libro “Ingeniería de Cimentaciones”, afirma que se requiere cierta profundidad de cimentación, para evitar la socavación del suelo por debajo del cimiento superficial, siendo ésta de 0.50 m.

Para el ATM, Army Technical Manual (Manual técnico del ejercito de EEUU.) y el AFM, Air Force Manual, la profundidad de cimentación debe ser de 1.20m, para considerar el cambio de volumen del suelo, debido al efecto del hielo y deshielo.

En las Normas Peruanas de Estructuras, se especifica que debe ser de 0.80 m, y si se usa albañilería portante con losa de concreto armada en dos sentidos, y viga perimetral que sea de 0.40 m.

El proceso constructivo

Se debe considerar el aspecto constructivo en el diseño de cimentaciones. Hay problemas éticos, legales y de calidad profesional del diseñador, cuando ocurre un accidente o falla en la obra. Por ello, es necesario conocer la responsabilidad del diseñador y del constructor.

Es peligroso excavar sin soportes. A veces la edificación vecina es de adobe, y su nivel de cimentación es más alto que la nueva cimentación. Si falla la edificación vecina, ¿la responsabilidad es del constructor, del diseñador o del que hizo el estudio de suelos?.

La presencia de napa freática en una edificación con sótano obliga a colocar obras de drenaje. A quién le corresponde esta decisión, ¿al ingeniero sanitario, al diseñador estructural o al constructor?. Hay que colocar impermeabilizantes, water-stop. Cementos hidráulicos, etc.

Ordinariamente, el ingeniero especialista en cimentaciones no se encarga de elegir el equipo de excavación en un lugar dado, ni de diseñar el apuntalamiento, si se necesita. Se considera que esta operación corresponde al contratista. Sin embargo, generalmente es obligación del ingeniero aprobar o recusar el procedimiento de construcción propuesto por el constructor y revisar el proyecto del apuntalamiento.

Peck, Hanson y Thornburn, “Ingeniería de Cimentaciones”, página 205

Límites de los asentamientos Se recomiendo los siguientes asentamientos máximos:

Expansibilidad del suelo

Para esto hay que realizar el ensayo de Expansión libre o el ensayo de Presión de expansión, para determinar la fuerza expansiva. Los investigadores Holtz y Gibbs en su libro “Propiedades de ingeniería de las arcillas expansivas”, clasifica el Potencial de expansión según el valor del Indice plástico (IP):