ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACIÓN

PROYECTO CREACION DEL PALACIO DE LA JUVENTUD VILLAMARIANA EN LA ZONA II , CERCADO DE VILLAMARIA DEL TRIUNFO

SOLICITADO CORPORACION ARIS

DISTRITO VILLA MARIA DEL TRIUNFO - LIMA

JUNIO DE 2013

INFORME TECNICOCONTENIDO

1.0 GENERALIDADES

1.1 OBJETIVO DEL ESTUDIO1.2 PROGRAMACION DE LOS TRABAJOS1.3 UBICACION Y DESCRIPCION DEL AREA EN ESTUDIO1.4 CONDICIONES CLIMATICAS DEL AREA EN ESTUDIO

2.0 INVESTIGACIONES REALIZADAS

2.1 ANTECEDENTES GEOLOGICOS DE LA ZONA2.2 ASPECTOS GEOTECNICOS2.3 SISMICIDAD2.4 TRABAJOS DE CAMPO

2.5.1 EXCAVACIONES2.5.2 MUESTREO Y REGISTROS DE EXCAVACIONES

2.5 ENSAYOS DE LABORATORIO2.6.1 ENSAYOS ESTANDAR2.6.2 ENSAYOS ESPECIALES

2.6 CLASIFICACION DE SUELOS

3.0 PERFILES ESTRATIGRAFICOS

4.0 CONFORMACION DEL SUBSUELO

5.0 ANALISIS DE LA CIMENTACION

5.1 PROFUNDIDAD, TIPO DE CIMENTACION5.2 CAPACIDAD PORTANTE ADMISIBLE

6.0 ANALISIS QUIMICO DE SALES AGRESIVAS AL CONCRETO

7.0 CALCULO DEL ASENTAMIENTO

8.0 CONSIDERACIONES SÍSMICAS

9.0 TRATAMIENTO DE LA BASE PARA LA CONSTRUCCION DE LOSAS EN AMBIENTESINTERIORES Y EXTERIORES

10.0 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

11.0 ANEXOS11.1 ANEXO I: RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO11.2 ANEXO II: REGISTROS DE EXCAVACIONES11.3 ANEXO III: PLANO11.4 ANEXO IV: FOTOGRAFIAS

1.0 GENERALIDADES1.1 Objetivo del EstudioSe ha efectuado el Estudio de Mecánica de Suelos con fines de cimentación para laconstrucción de un edifico de 4 niveles en el terreno ubicado entre los Jr. Grau, Piérola,San Martin de Porres y la Av. Allende de la Zona II Cercado del distrito de Villa Maria delTriunfo, provincia y departamento de Lima.Este estudio reconoce que la exploración del terreno, los análisis de laboratorio sobremuestras representativas del mismo con la aplicacion de las teorías y experiencias de laGeotecnia y la Mecanica de Suelos determinarán las condiciones actuales de laestratigrafía del suelo para viabilizar el diseño de la cimentación de la obra proyectada, queconsidere un coeficiente de seguridad de la cimentación con respecto a la rotura, por faltade resistencia al esfuerzo cortante en el suelo, no menor de tres (3) y que lasdeformaciones producidas en la obra por efectos de asentamientos diferenciales nosuperen valores superiores a la resistencia del mismo o generen deformaciones noadmisibles para la estructura.

1.2 Programación de los TrabajosLos trabajos efectuados para el estudio del terreno se realizaron de acuerdo al siguienteprograma:1.2.1 Reconocimiento del terreno.

El programa de los trabajos ejecutados en el campo consideró la ejecución de 7ensayos de Penetración Dinámica Ligera (DPL), dispuestos dentro del área porinvestigar y una calicata.

1.2.2 Paralelamente a la operación de sondeo se efectuaron las comprobaciones decampo para determinar los parámetros del depósito de suelos, a partir de la tomade muestras representativas y de los ensayos de laboratorio según las NormasASTM y las Normas E-050 Suelos y Cimentaciones del Reglamento Nacional deConstrucciones.

1.2.3 Todos los trabajos de campo fueron practicados de conformidad con la calidad delsuelo encontrado, con la inspección y el control adecuados en el lugar de la obra.

1.2.4 Las muestras extraídas de los sondajes fueron ensayadas en el laboratorio bajo lasespecificaciones establecidas para el caso, obteniéndose las constantes físicas yde identificación de las muestras alteradas y los factores de comportamientomecánico del suelo.

1.2.5 Se obtuvo una secuencia representativa de los estratos subyacentes al área deemplazamiento de la obra proyectada, lo que permitió preparar un perfilestratigráfico del suelo típico del lugar

1.2.6 Análisis de la Capacidad Portante Admisible.1.2.7 Análisis de los Asentamientos.1.2.8 Agresividad del suelo al concreto de la cimentación.1.2.9 Conclusiones y recomendaciones.Los resultados de los ensayos de laboratorio se adjuntan en los anexos de este InformeTécnico.

1.3 UBICACION Y DESCRIPCION DEL AREA EN ESTUDIOEl distrito de Villa María del Triunfo es uno de los distritos que conforman la provincia deLima, departamento de Lima, Perú. Limita por el Norte con el distrito de la Molina; por elEste con los distritos de Pachacamac y Lurín; por el Sur – Este con el distrito de Lurín; porel Sur – Oeste con el distrito de Villa el Salvador y por el Oeste con el distrito de San Juan

de Miraflores.La zona en estudio forma parte de la zona central urbana del distrito, denominada Zona IICercado.

1.4 CONDICIONES CLIMATICAS DEL AREA EN ESTUDIOEl clima en la zona estudiada es el típico de la ciudad de Lima, con temperaturas extremasque oscilan entre 12º C en promedio (invierno) con alta humedad atmosférica y presenciade fuertes neblinas hasta 30 ºC en los días más calurosos del verano.

2.0 INVESTIGACIONES REALIZADAS2.1 ANTECEDENTES GEOLOGICOS DE LA ZONA

Geomorfológicamante la zona estudiada está localizada en la llamada costa centraldel Perú, circunscrita por las estribaciones andinas occidentales y las terrazasaluviales, fluvio-aluviales y eólicas, depositadas en el Pleistoceno. Es decir que,desde el punto de vista de la geología local, los estratos presentes en el áreapertenecen al Mesozoico (Cuaternario).El área en estudio constituye parte de la gran cuenca litológica de origencontinental constituyendo una planicie costanera expuesta a los agentes de lameteorización de origen marino y limitada por las estribaciones andinas.Las unidades geológicas identificadas en el distrito de Villa Maria del Triunfo estánconstituidas por afloramientos de calizas y lutitas de la Fm.Atocongo del TerciarioInferior y depósitos cuaternarios conformados por materiales aluviales, marinos yeólicos en menor proporción.

2.2 ASPECTOS GEOTÉCNICOSLa parte central donde se ubica el proyecto se asienta sobre suelos tipo SP quecorresponden a arenas medias a gruesa pobremente.El distrito propiamente dicho se asienta sobre suelos tipo SM y SP arenas gruesasa medias de regular gradación y presencia de limos con clastos sub angulosos quecorresponden a depósitos eólicos.También en las inmediaciones de los afloramientos rocosos se encuentran suelosgranulares que corresponden a depósitos de origen coluvial. Los suelos detectadospueden ser clasificados de baja resistencia al corte y falla.

2.3 SISMICIDADLa zona de estudio, presenta unas características pertenecientes a la Zona 3, quesegún las Normas Sismoresistentes del Reglamento Nacional de Edificaciones, esde alta sismicidad.

2.4 TRABAJOS DE CAMPO2.4.1 EXCAVACIONES

Se excavo una calicata que combinada con la aplicación del 7 ensayos depenetración dinámica DPL DIN 4094 (denominadas C-1, C-2, C-3, C-4, C-5, C-6 yC-7) fueron ubicadas convenientemente en las zonas del estudio y con lasprofundidades suficientes de acuerdo a las cargas estimadas en el proyecto.Las penetraciones dinámicas DPL ha permitido establecer un perfil de resistenciasen función de la profundidad, hasta la cota de finalización del ensayo y analizar losdiferentes estratos encontrados, así como sus principales características físicas y

mecánicas, tales como: granulometría, color, humedad, plasticidad, compacidad,etc.En ninguna de las excavaciones realizadas se detectó la presencia del nivelfreático. Los registros de las excavaciones y los sondajes DPL efectuadas semuestran en el anexo adjunto.

2.4.2 MUESTREO Y REGISTROS DE EXCAVACIONESSe tomaron muestras alteradas del suelo atravesado por las excavaciones, de lascuales se ensayaron las más representativas en el laboratorio, realizándoseensayos con fines de identificación y clasificación.Paralelamente al muestreo, se elaboraron los registros de excavaciones de cadauna de ellas, indicando las principales características de cada uno de los estratosencontrados.

2.5 ENSAYOS DE LABORATORIOLos ensayos especiales sobre muestras representativas de suelos fueronrealizados en el laboratorio de Mecanica de Suelos, según las normas establecidaspor la American Society for Testing Materials (ASTM). Los resultados de losEnsayos de Laboratorio se muestran en el anexo y se dividen en:

2.5.1 ENSAYOS ESTANDAR:Con las muestras representativas extraídas se realizaron los siguientes ensayos: Calicatas (ASTM D 420) o NTP 339.162 Descripción Visual-Manual (ASTM-D2488) o NTP 339.150 Análisis Granulométrico por Tamizado (ASTM-D422) o NTP 339.128 Clasificación Unificada de Suelos (SUCS (ASTM D2487) ) o NTP 339.134 Contenido de Humedad (ASTM D2216) o NTP 339.127 Límite Líquido (ASTM-D4318). Límite Plástico (ASTM-D4318).

2.5.2 ENSAYOS ESPECIALES: Método de ensayo normalizado para la auscultación con penetrómetro

dinámico ligero de punta cónica (DPL) NTE 339.159 (DIN4094)

2.6 CLASIFICACION DE SUELOSLas muestras ensayadas se han clasificado según el método del Sistema Unificado deClasificación de Suelos (SUCS), cuyo detalle se muestra en el anexo.

3.0 PERFILES ESTRATIGRAFICOSSobre la base de los trabajos de campo y ensayos de laboratorio efectuados, se handeterminado para el suelo subyacente el perfil estratigráfico predominante, que en el casocorresponden a estratos arenosos SP según la clasificación SUCS.

4.0 CONFORMACION DEL SUELOEn la zona donde se ubicarán las estructuras del edificio, como resultado de los trabajos decampo se determinó el siguiente perfil típico de suelos:4.1 En la excavacion C-4 se observa superficialmente un estrato de arena fina limosaSC-SM de color beige amarillento, denso y ligeramente húmedo de 0.50 m. de espesorpromedio. Seguidamente, en los sectores colindantes a la calicata se aprecia un estrato de

suelo arenoso de clasificación SP, de color beige claro no plástico en estado ligeramentehúmedo, de compacidad media.En esta calicata se efectuó el ensayo DPL denominado C-4.

5.0 ANALISIS DE LA CIMENTACION5.1 PROFUNDIDAD Y TIPO DE CIMENTACIONCon el análisis de la topografía del terreno, los perfiles estratigráficos, los resultados de losensayos de laboratorio y tomando en consideración las características estructurales delproyecto, se recomienda una cimentación continua, desplantada en el estrato resistenteconsistente en un suelo natural arenoso tipo SP, medianamente compacto a unaprofundidad no menor de 2.00 m. medida a partir del nivel actual del terreno.Se recomienda desechar o eliminar todo material de relleno que se encuentre en eldesarrollo de los trabajos, para ser reemplazado por un relleno controlado de afirmado tipoA-1(según la clasificación AASHO), compactado en capas de 0.30 m de espesor al 100%de la máxima densidad seca obtenida del ensayo Proctor Modificado.Sobre este relleno compactado se podrá apoyar la cimentación continua de vigas decimentación o zapatas conectadas o plateas de cimentación que se proyecten. De noencontrarse suelos apropiados o éstos se encuentren en estado muy suelto, como unasolución alternativa, la cimentación se apoyara en falsas zapatas de concreto pobre, cuyasdimensiones se establecerran de acuerdo a las características geotécnicas subyacentes.

5.2 CALCULO DE LA CAPACIDAD PORTANTE ADMISIBLE (POR RESISTENCIA)El ensayo de penetración ligero o DPL, consiste en la penetración de una puntaza de acerocónica perdida de 60º de ángulo en la punta, que penetra en el terreno por el golpeo de unamaza de 30 kg con una altura de caída constante de 25 cm, con un ritmo de 15 a 30 golpespor minuto, siendo en este caso el número N el necesario para que la puntaza penetre 10cm. El ensayo se da por finalizado cuando se alcance el rechazo (80- 100 golpes para untramo de 10 cm).

Existen en el mercado diferentes equipos de penetración ligera como el STUMP o elSUNDA DL-030, suficientemente contrastados que permiten la correlación del N10 con elgolpeo del ensayo SPT N30 de la siguiente manera:

Para terrenos granulares:N10 = 0,95 - 1 N30 para golpeos N10 comprendidos entre 8 y 15N10 =1 - 1,2 N30 para golpeos N10 comprendidos entre 15 y 30

En el caso que nos ocupa las características de resistencia se han obtenido mediante elcriterio de Terzaghi y Peck (1948), el cual se basa en la presión para producir unasentamiento de 1”.

Al respecto se han realizado ensayos de penetración ligera (DPL), que tienen unacorrelación unitaria con el SPT, de acuerdo al siguiente gráfico:

De acuerdo a los registros de los ensayos de penetración se ha encontrado un sector entorno al ensayo DP-4 en el que el número de golpes disminuye a partir de los 2.00 m.,profundidad a partir de la cual podremos considerar como valor de diseño NDP=9.Entonces, dada la secuencia del registro DP-4 y las correlaciones mencionadas del N10 conel SPT30 se puede estimar un valor de capacidad admisible Qad = 0.95 Kg/cm2 , para unasentamiento máximo de 1”.En todos los casos no es recomendable colocar o apoyar la cimentación de la edificaciónsobre rellenos o suelos sueltos o blandos, los cuales deben ser desechados yreemplazados por rellenos compactados al 100%.

6.0 ANALISIS QUÍMICO DE SALES AGRESIVAS AL CONCRETOVisto el entorno y medio físico químico de la zona se recomienda el empleo de cementoportland tipo II en la preparación del concreto de la cimentación, con una relaciónagua/cemento en peso de 0.50, así como el adecuado recubrimiento de las armaduras deacero.

7.0 CALCULO DEL ASENTAMIENTOEl análisis de los asentamientos en una cimentación debe comprender a los llamados

asentamientos totales y a los asentamientos diferenciales. En especial los asentamientosdiferenciales deben ser precisados, debido a que son los que pueden comprometer másseriamente la seguridad de la estructura.Es por ello que el asentamiento diferencial máximo para las estructuras convencionales,que es el caso del presente estudio, no debe ser mayor de una pulgada.El asentamiento de una cimentación, según Lambe y Whitman, puede ser calculadomediante la siguiente expresión: = qs B (1-2) I / Edonde: es el asentamiento en cmqs es la presión transmitida = 1.00 kg/cm2

B es el ancho (dimensión menor de la cimentación) = 1.00 m es el módulo de Poisson = 0.30I es el factor de influencia que depende de la forma y rigidez de la estructura

I cimentación flexible = 195 (cm/m)I cimentación rígida = 180 (cm/m)

E es el módulo de elasticidad en ton/m2 = 105 kg/cm2

Reemplazando datos se obtiene = 1.72 cm (cimentación flexible) y = 1.65 cm(cimentación rígida), con lo cual se establece que los asentamientos diferenciales soninferiores a los máximos permisibles.

8.0 ASPECTOS SISMICOSEl análisis de la influencia de las condiciones locales del suelo con respecto a los dañosdebidos principalmente al efecto de los terremotos requiere del conocimiento de lascomplejas interrelaciones entre las características físicas y mecánicas propias de cada tipode suelo, la profundidad o potencia de los estratos, la posición del nivel freático, la amplitudde los movimientos sísmicos, las características de los factores de frecuencia de éstosmovimientos y los detalles estructurales de las edificaciones.Para el caso de los depósitos de suelos arenosos secos, que es el que se encuentra en lazona en estudio, éstos pueden ser compactados por movimientos inducidos por unterremoto, dando como resultado apreciables asentamientos totales o peligrososasentamientos diferenciales del estrato superior, como producto de la densificación.El fenómeno de la densificación de suelos granulares consiste en el reacomodo entre laspartículas del mismo, con el consiguiente aumento de su densidad, por efecto de laaplicación de la carga cíclica, dependiendo el grado de compactación de la posición queadopten las partículas.La densificación, al margen de las roturas que pueda producir entre los granos(fundamentalmente cuando se aplican cargas elevadas como las de un sismo), distorsionala estructura de las partículas lo suficiente como para permitir el cambio de posición relativaentre las mismas. Aunque en principio el comienzo de este proceso de distorsión se puedeatribuir a diferentes causas (aceleraciones, fluctuación en las tensiones, etc.) el factor másimportante y el que controla fundamentalmente la densificación de las arenas es ladeformación tangencial por cortante.Los estudios experimentales sobre densificación de arenas han venido realizándosesistemáticamente en mesas vibratorias y aparatos de corte simple, especialmente conmuestras de poco espesor y gran tamaño que acusan mucho menos las concentracionesde tensiones en los bordes de las muestras.Sobre la base de estos estudios ha podido probarse que, junto con la deformacióntangencial cíclica impuesta al suelo, la densidad relativa inicial y el número de ciclos son

factores que intervienen también activamente en el fenómeno.Se ha observado experimentalmente que para arenas sueltas (DT < 60%) secas osaturadas con drenaje, la densificación aumenta significativamente con la deformacióntangencial cíclica impuesta al suelo y con el número de ciclos, siendo este aumento menorpara las arenas densas (DT> 60%).Es importante recordar que las arenas se comportan como un material con “memoria”, porlo que el grado de compactación que se alcance será función de la historia dedeformaciones que haya experimentado el suelo con anterioridad, por lo que losasentamientos estimados en el campo, a partir de ensayos de laboratorio sobre muestrasinalteradas de suelo pueden resultar excesivamente conservadores en algunos casos.Se ha propuesto diversas formulaciones puramente empíricas y métodos o procedimientossimplificados para predecir el fenómeno de la densificación de arenas. Asimismo, existenprocedimientos tentativos simplificados que utilizan los resultados del Ensayo Normal dePenetración (SPT), las presiones de sobrecarga efectivas y totales y un estimado de lamáxima aceleración superficial originada por el terremoto, utilizando la siguiente expresión:

1100/

j jce xh

donde:e= Asentamiento producido por sismos en arenasc= deformación volumétrica en % después de la densificación inicial.hj= espesor de cada estrato j considerado.De acuerdo con estas últimas consideraciones, se ha evaluado para el caso en estudio unasentamiento máximo total de 6.50 mms para un sismo equivalente a 7.6, verificándose unaposibilidad de densificación potencial significativa.En tal sentido, siempre será recomendable no apoyar la estructura sobre suelos sueltos,considerándose en todos los casos un diseño de cimentación por vigas continuasconvenientemente arriostradas en forma de “T” invertida calculada para soportar efectos deterremotos en las dos direcciones.Es pertinente señalar que según la información sismológica disponible sobre ciudad deLima, donde se circunscribe geográficamente la zona estudiada, a lo largo de su historia seha producido sismos con intensidades promedio de VII - VIII, según escala de MercalliModificada.Para el caso de Punta Hermosa, localizada sobre un suelo de perfil tipo S2, los parámetrosgeotécnicos corresponden a un suelo semirigido, con período predominante de Ts= 0.6seg. y un factor de suelo S=1.2 los que deben ser usados en la fórmula de las normas deDiseño Sismo Resistente, que establece que las fuerzas sísmicas horizontales. Q

R

ZxUxSxCxPV

Donde:S es el factor suelo con un valor de 1.2, para un período predominante Ts= 0.60 seg. y Z esel factor de zona con un valor de Z = 0.6 g.

9.0 TRATAMIENTO DE LA BASE PARA CONSTRUCCIÓN DE VEREDASEn el caso de la construcción de veredas, el terreno tendrá el siguiente tratamiento:a) Se removerá y retirará el material de relleno o terreno de cultivo existente en un espesorde 0.50 m.

b) Se compactará la subrasante por lo menos al 95% de la máxima densidad seca delensayo de Proctor Modificado.c) Se preparará la base o afirmado (estructura de soporte de las veredas o losas) conmaterial tipo A-1, según la clasificación AASHTO, que será compactado al 100% de lamáxima densidad seca del ensayo de Proctor Modificado en un espesor de no menor de 0.20m. (cualquiera que sea el espesor de la capa de relleno controlado).d) La mezcla de concreto debe ser cuidadosamente preparada, compactada y curada.

10.0 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESLas conclusiones y recomendaciones sobre la base de los trabajos de campo y ensayos delaboratorio de Mecánica de Suelos efectuados son las siguientes:a) Villa Maria del Triunfo se encuentra ubicada en la zona sur de Lima. Geológicamente

pertenece al período Cuaternario, y está ubicada sobre los depósitos o terrazas aluviales,fluvio aluviales y eólicos, que sobreyacen a las estribaciones andinas occidentales.

b) Villa Maria del Triunfo, se encuentra ubicada en la zona 3 del Mapa de ZonificaciónSísmica del Perú, con un factor suelo de S = 1.2, para un período predominante de Ts =0.6 seg. y factor de zona de Z = 0.6 g.

c) El subsuelo del área en estudio está constituido por materiales limo arenosos aarenosos, poco plásticos, en estado suelo a semi compactos, con tonalidades beige, a laprofundidad investigada. En el área estudiada no se encontró la presencia del nivelfreático.

d) Es recomendable cimentar el proyecto -materia de este estudio- a la profundidadpromedio mínima de 2.00 m.,medida desde la superficie actual del terreno, sobre elterreno arenoso SP existente, construyéndose de ser necesarias falsas zapatas y/ocimientos de concreto simple para encontrar el terreno resistente, cuya capacidadportante admisible de acuerdo es de Qad = 0.95 kg/cm².

e) Las condiciones generales de estabilidad de los suelos encontrados estarán reguladaspor su estado de compacidad y humedad, por lo que si no ocurre ningún cambioimportante en ellos y se conserva el estado de esfuerzos del depósito de suelos, lascondiciones estimadas se mantendrán durante la vida útil de la obra.

f) Es conveniente la eliminación de todo material de relleno inapropiado para serreemplazado por un relleno de material seleccionado y compactado, sobre el cual sepuede apoyar la cimentación de la estructura a proyectarse.

g) Se recomienda el empleo de cemento tipo II en la preparación del concreto de lacimentación por el contenido de iones sulfatos y cloruros del suelo del lugar. Asimismo,por la posible presencia de humedad por el regadío de jardines o áreas verdes o por laacción del medio ambiente, es conveniente emplear aditivos impermeabilizantes en lasáreas susceptibles a tales efectos.

h) Se recomienda el diseño de un drenaje adecuado para las aguas de lluvia y laconstrucción de veredas perimetrales a los ambientes construidos, para evitar filtracioneshacia la cimentación.

i) Para las estructuras enterradas o muros de sostenimiento que sean necesarios construirpara el proyecto, se han estimado los coeficientes de empujes correspondientes al suelotípico del lugar:

Coeficiente Activo de Rankine KA= 0.41Coeficiente Pasivo de Rankine Kp= 2.83

j) En caso de ser necesario construir rellenos de ingeniería para lograr los nivelesrequeridos en el proyecto, estos deberán ser compactados convenientemente,recomendándose controlar la humedad y densidad del campo para alcanzar por lo

menos un 100% de la densidad máxima comparada con el Ensayo Proctor Modificado delaboratorio.

k) Todas las conclusiones y recomendaciones, así como los criterios de diseño indicadosen este Informe Técnico para la cimentación del proyecto no podrán ser aplicadasindiscriminadamente para la cimentación de otras estructuras por mas similitud ocercanía que tuvieran, dado a que su comportamiento puede ser completamentediferente al considerado en este Estudio.