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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

COMPARACIÓN ENTRE LAS TEORÍAS DE ESTADOS LIMITES Y PRESIÓN ADMISIBLE PARA EL DISEÑO DE CIMENTACIÓN DEL “NUEVO

ESTABLECIMIENTO PENITENCIARIO AREQUIPA”

1er AVANCE DE INFORME DE SUFICIENCIA

Expositor Bach.: ENRIQUE HURTADO DE MENDOZA NÚÑEZ

Lima- Perú2014

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RESUMEN

El diseño geotécnico de las cimentaciones superficiales en el Perú se fundamenta hasta nuestros días en cálculos basados en el Método de la Presión admisible, método que está avalado en nuestra norma vigente y que viene usándose desde hace más de setenta años, con algunas actualizaciones para cálculos más refinados en condiciones específicas ó situaciones atípicas; pero finalmente se mantiene la metodología.

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INTRODUCCIÓN Para que una cimentación se encuentre bien diseñada el ingeniero proyectista debe asegurar que la estructura ofrezca un determinado nivel de seguridad y que esta trabaje correctamente. Sin embargo estas condiciones muchas veces pasan inadvertidas, pues no se les analiza con la importancia y atención del caso.

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CAPÍTULO I: GENERALIDADES

ESTADO DEL PROBLEMA

Uno de los requisitos para tener éxito en la práctica de la ingeniería de cimentaciones es tener un conocimiento adecuado de las propiedades mecánicas de suelos y rocas, pues son materiales que sirven como apoyo de las estructuras que se construyen. Los tipos de cimentaciones son otro requisito importante porque será el elemento que transmitirá las cargas reales de la estructura hacia el terreno.

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PLANTAMIENTO DEL PROBLEMAA partir de la década de los setenta el Método de Ultima Resistencia ó de los Estados Límites fue implementándose de manera satisfactoria en varios países primero para el diseño de estructuras de concreto armado y posteriormente para el diseño geotécnico de las cimentaciones, sin embargo en el Perú se ha continuado trabajando con los métodos tradicionales tales como el de la Presión Admisible.

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OBJETIVOS

Objetivo Principal:Realizar la comparación técnica y económica de los resultados de diseño de cimentación del “Nuevo Establecimiento Penitenciario Arequipa” al usar el Método de la Presión Admisible y el Método de los Estados Límites. Objetivos Específicos:1.Definir las características del suelo de fundación del “Nuevo Establecimiento Penitenciario Arequipa” así como sus propiedades físico mecánicas2.Investigar sobre la metodología y fundamentación del Método de los Estados Límites.3.Investigar sobre las experiencias en otros países del Método de los Estados Límites.

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CAPÍTULO II: ASPECTOS TEÓRICOS DE CIMENTACIONES

Tipos de cimentaciones1. Cimentaciones superficiales

2.Cimentaciones profundas

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CAPÍTULO III: METODOS DE DISEÑO DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES

Para el diseño de las cimentaciones, con el transcurso del tiempo, se han generalizado a lo largo del tiempo en la Geotecnia, tres métodos para el diseño geotécnico y estructural de las cimentaciones superficiales

1. MÉTODO DE LA PRESIÓN ADMISIBLE2. MÉTODO DEL FACTOR DE SEGURIDAD

GLOBAL3. MÉTODO DE LOS ESTADOS LÍMITES

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CAPÍTULO III: METODOS DE DISEÑO DE CIMENTACIONES SUPERFICIALES

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1. MÉTODO DE LA PRESIÓN ADMISIBLE VIGENTE EN LA NORMA PERUANA

Este método parte del principio de que el suelo de cimentación no puede verse sometido a presiones mayores que la Presión Admisible.

Se determina utilizando las formulas aceptadas por la mecánica de suelos.

• En suelos cohesivos se debe emplear un ángulo de fricción interna (φ) igual a 0.• En suelos friccionantes, se debe emplear una cohesión (c) igual a 0• Los factores de seguridad mínimos que deberán tener las cimentaciones son:

• Para cargas estáticas: 3.0• Para solicitación máxima de sismo ó viento: 2.5

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1. MÉTODO DE LA PRESIÓN ADMISIBLE

Deberá de tener en cuenta lo siguiente:

1. Profundidad de cimentación.2. Dimensión de los elementos de la cimentación.3. Características físico – mecánicas de los suelos

ubicados dentro de la zona activa de la cimentación.4. Ubicación del Nivel Freático, considerando su probable

variación durante la vida útil de la estructura.5. Probable modificación de las características físico –

mecánicas de los suelos, como consecuencia de los cambios en el contenido de humedad.

6. Asentamiento tolerable de la estructura.

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1. MÉTODO DE LA PRESIÓN ADMISIBLE

La Presión admisible se calculara:

a) La aplicación de las ecuaciones de capacidad de carga por corte afectada por el factor de seguridad correspondiente

b) La presión que cause el asentamiento admisible.

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1. MÉTODO DE LA PRESIÓN ADMISIBLE

Teniendo en cuenta lo señalado líneas arriba:

a) El diseño de la cimentación se realizara tomando en cuenta las cargas en servicio, es decir:• Carga Muerta• Carga Viva

AMBAS SIN FACTORARb) Si existiese algún momento afecto a la cimentación este

será traducido en presión y se verificara la relación inicial.

c) Nunca se aceptara una presión real mayor a la presión admisible con la excepción de que alguna carga sea temporal y esta pueda exceder la presión admisible en un máximo de 30%

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2. MÉTODO DE LOS ESTADOS LÍMITES

¿QUÉ SON LOS ESTADOS LÍMITES?

Los Estados Límites se definen como las condiciones bajo las cuales una estructura o parte de ella no puede llegar a cumplir las funciones para las cuales fue proyectada. En ninguna circunstancia una estructura, o parte de ella, deberá llegar a la falla para satisfacer uno de los criterios de diseño, de ocurrir esto se dirá que la estructura ha llegado a su estado límite.

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2. MÉTODO DE LOS ESTADOS LÍMITES

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2. MÉTODO DE LOS ESTADOS LÍMITES

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2. MÉTODO DE LOS ESTADOS LÍMITES

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2. MÉTODO DE LOS ESTADOS LÍMITES

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2. MÉTODO DE LOS ESTADOS LÍMITES

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2. MÉTODO DE LOS ESTADOS LÍMITES

Definido como el estado donde se garantiza el no fallo parcial o total de la estructura. En este estado se diseña para lograr la resistencia y estabilidad de la estructura, con los valores de cálculo.

1er estado límite ó Estado Límite Último

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2. MÉTODO DE LOS ESTADOS LÍMITES

Como estados límites últimos deben considerarse los debidos a factores como:

• Pérdida de la capacidad portante del terreno de apoyo de la cimentación por hundimiento, deslizamiento o vuelco.• Pérdida de la estabilidad global del terreno en el entorno próximo a la cimentación.• Pérdida de la capacidad resistente de la cimentación por fallo estructural. • Fallos originados por efectos que dependen del tiempo (durabilidad del material de cimentación, fatiga del terreno sometido a cargas variables repetidas.

1er estado límite ó Estado Límite Último

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2. MÉTODO DE LOS ESTADOS LÍMITES

1er estado límite ó Estado Límite Último

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2. MÉTODO DE LOS ESTADOS LÍMITES

2do estado límite ó Estado Límite de Servicio

En él se garantizan todas las condiciones que puedan afectar la funcionalidad de la estructura, se chequean factores como las deformaciones totales y diferenciales, en el caso de los suelos, así como la fisuración, para elementos de concreto armado, con los valores de servicio. Este estado está asociado con determinados requisitos impuestos a las deformaciones del terreno por razones estéticas y de servicio.

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2. MÉTODO DE LOS ESTADOS LÍMITES

2do estado límite ó Estado Límite de Servicio

Como estados límites de servicio deben considerarse los relativos a agentes como:• Los movimientos excesivos de la cimentación que puedan inducir esfuerzos y deformaciones anormales en el resto de la estructura que se apoya en ellos, y que aunque no lleguen a romperla afecten a la apariencia de la obra, al confort de los usuarios, o al funcionamiento de equipos e instalaciones.• Las vibraciones que al transmitirse a la estructura pueden producir falta de confort en las personas o reducir su eficacia funcional.• Los daños o el deterioro que pueden afectar negativamente a la apariencia, a la durabilidad o a la funcionalidad de la obra.

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2. MÉTODO DE LOS ESTADOS LÍMITES

2do estado límite ó Estado Límite de Servicio

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2. INVESTIGACION GEOTECNICA DEL CASO PARTICULAR

VISTA PANORAMICA

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2. INVESTIGACION GEOTECNICA DEL CASO PARTICULAR

DIAGRAMA DEL PROYECTO

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2. INVESTIGACION GEOTECNICA DEL CASO PARTICULARCAPACIDAD ADMISIBLE RESUMEN Df=1.20 m.

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2. COMPARACION ENTRE LAS TEORIAS

PARA CIMENTACION DE MOD. TALLER

%Ahorro en areaAncho Df L qadm Ancho Df hf L Ancho Df hf L En Sección

0.4 1.2 5 1 0.7 1.2 0.6 var. 0.6 1.2 0.5 1 29%0.6 1.2 5 1 0.7 1.2 0.6 var. 0.6 1.2 0.5 1 29%

DISEÑO GEOTECNICO DISEÑO ESTRUCT. PRESION ADMISIBLE DISEÑO POR ESTADOS LÍMITES

ZAPATA CORRIDA Ó CIMIENTO CORRIDO

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CAPÍTULO VI: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 

Conclusiones• Existe en el método de presión admisible un divorcio con la

parte estructural ya que la parte geotécnica no considera las cargas reales a las cuales la estructura estará sometida. Dejando asi un vacío y una inexactitud en el resultado.

• El método de Estados Límites considera causas ó eventos verdaderos de falla, tratando de cuantificar los posibles casos de fallas, introduciendo un pequeño factor de seguridad intenta garantizar la funcionalidad de la misma.

• En parte de la cimentacion del Penal mostro ser mas economico