cap. i - estudio de mecánica de suelos

Capitulo I.“Estudio de Mecánica de Suelos

con fines de Cimentación”

Comentario a laNORMA TECNICA DE EDIFICACIONES E.050

“ SUELOS Y CIMENTACIONES ”

UNIVERSIDAD NACIONAL DE ANCASH“SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO”

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

Docente : MSc. Ing. Reynaldo Reyes Roque

PROYECTO DE LA NORMA TÉCNICA DE EDIFICACIÓNE.050 SUELOS Y CIMENTACIONES

01 de diciembre del 2004

Elaborado por:COMITÉ ESPECIALIZADO DE LA NTE E.050Secretario Técnico: Ing. Pablo Medina Quispe

Participantes:

• Ministerio Transportes, Comunicaciones, Vivienda y Construcción

• Pontificia Universidad Católica del Perú• Sociedad Peruana de Geotecnia• Colegio de Ingenieros del Perú• Geotecnia y Pavimentos• Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas – UPC• SENCICO

CONTENIDO:

CAPITULO 1. GENERALIDADES

CAPITULO 2. ESTUDIOS

CAPITULO 3. ANALISIS DE LAS CONDICIONES DE CIMENTACION

CAPITULO 4. CIMENTACIONES SUPERFICIALES

CAPITULO 5. CIMENTACIONES PROFUNDAS

CAPITULO 6. PROBLEMAS ESPECIALES DE CIMENTACION

SUELOS Y CIMENTACIONES

NORMA TECNICA DE EDIFICACION E.050

CAPÍTULO 1GENERALIDADES

• OBJETIVO• ÁMBITO DE APLICACIÓN• OBLIGATORIEDAD DE LOS ESTUDIOS• ESTUDIOS DE MECÁNICA DE SUELOS (EMS) • ALCANCE DEL EMS• RESPONSABILIDAD PROFESIONAL POR EL EMS• RESPONSABILIDAD POR APLICACIÓN DE LA

NORMA• RESPONSABILIDAD DEL SOLICITANTE



OBJETIVO

• Establecer requisitos para la ejecución de EMS

• Para Cimentación de Edificaciones y otras obras

• Asegurar estabilidad y permanencia de las obras



ÁMBITO DE APLICACIÓN

• Todo el territorio nacional.• Exigencias de esta Norma se consideran mínimas.• No se aplica en casos de fenómenos de geodinámica externa• No se aplica en casos de presunción de existencia de

ruinas arqueológicas; galerías u oquedades subterráneas de origen natural o artificial.

• En estos casos deberán efectuarse estudios específicos que confirmen y solucionen dichos problemas



• Edificaciones para servicios• Edificación de 1 a 3 pisos, con más de 500 m2

de área techada en planta.• Edificación de 4 o más pisos de altura.• Edificaciones industriales, fábricas, talleres, etc.• Edificaciones especiales con peligro de falla.• Edificación que requiera pilotes, pilares o

plateas de fundación.• Edificación adyacente a taludes o suelos

inestables.

OBLIGATORIEDAD DE LOS ESTUDIOS



ESTUDIOS DE MECÁNICA DE SUELOS (EMS)

• Aquellos que cumplen con la presente Norma

• Basados en el metrado de cargas

• Cumplen los requisitos para el Programa de Investigación



ALCANCE DEL EMS

• El EMS es válido sólo para el área y tipo de obra indicado

• No podrán emplearse en otros terrenos o para otras edificaciones.



RESPONSABILIDAD PROFESIONAL POR EL EMS

• El EMS es firmado por el PR• El PR es responsable del

contenido y conclusiones del EMS

• El PR no podrá delegar a terceros dicha responsabilidad.



RESPONSABILIDAD POR APLICACIÓN DE LA NORMA

• Las Entidades (ejecutan obras y otorgan Licencia de Construcción) son responsables de hacer cumplir la Norma.

• No autorizarán ejecución de obras, sin EMS



• Facilitar la información necesaria.• Garantizar el libre acceso al terreno.

RESPONSABILIDAD DEL SOLICITANTE



CAPITULO 2ESTUDIOS

• INFORMACIÓN PREVIA• TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN• PROGRAMA DE INVESTIGACIÓN• INFORME DEL EMS



INFORMACIÓN PREVIA

• Requerida para ejecutar el EMS.• Es proporcionada por el solicitante del

EMS• Otros datos serán obtenidos por el PR.



…información previa

Del terreno a investigar• Plano de ubicación y accesos.• Plano topográfico con curvas de nivel (linderos,

usos del terreno, obras anteriores, obras existentes, situación y disposición de acequias y drenajes y ubicación prevista para las obras).

• La situación legal del terreno.




De la obra a cimentar• Número de pisos, cotas, áreas, estructura,

sótanos, luces y cargas estimadas.• Casos especiales; cargas concentradas,

maquinaria pesada o vibraciones, etc.• Movimientos de tierras ejecutados y previstos.• Programa de Investigación Mínimo (PIM) del

EMS, según la Tabla.




TABLA N° 2.1.2

TIPO DE EDIFICACIÓN

N° DE PISOS (Incluidos los sótanos)

TIPO DE ESTRUCTURA

DISTANCIA MAYOR ENTRE

APOYOS

(m) 3 4 a 8 9 a 12 > 12

APORTICADA DE ACERO

< 12 C C C B

PÓRTICOS Y/O MUROS DE CONCRETO

< 10 C C B A

MUROS PORTANTES DE ALBAÑILERÍA

< 12 B A --- ---

BASES DE MÁQUINAS Y SIMILARES

Cualquiera A --- --- ---

ESTRUCTURAS ESPECIALES

Cualquiera A A A A

OTRAS ESTRUCTURAS Cualquiera B A A A

Cuando la distancia sobrepasa la indicada, se clasificará en el tipo de edificación inmediato superior.

9 m de

altura 9 m de altura

TANQUES ELEVADOS Y SIMILARES

B A




Otras informaciones• Usos anteriores; cultivo, cantera, minera,

botadero, relleno sanitario, etc.• Construcciones antiguas, restos arqueológicos u

obras semejantes que puedan afectar al EMS.• Datos disponibles sobre EMS efectuados.• De ser posibles tipo y nivel de cimentación.• Capacidad portante, deformabilidad y/o la

estabilidad del terreno.



TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN

• Ensayo de penetración estándar SPT

• Clasificación de suelos (SUCS)

• Densidad in-situ; cono de arena, nuclear, balón de jebe, etc.

• Penetración cuasi-estática; cono y cono de fricción

• Clasificación de suelos (visual, manual)

• Capacidad portante; carga estática.

• Corte por veleta; suelos cohesivos

• Penetrómetro dinámico (DPL)

• Muestreo por perforaciones con barrena

• Perforación de núcleos de roca



Cono Dinámico Tipo Peck

• Las barras (AW) y punta usadas en el ensayo SPT, se reemplazará por un cono de 6,35 cm (2.5”) de diámetro y 60º de ángulo en la punta.

60°

63,5 mm

(2,5”)

12,7 mm(0,5”)

25,4 mm(1”)

Con

o de

scar

tabl

eA

sien

toB

arra

“AW

”

60°

63,5 mm

(2,5”)

12,7 mm(0,5”)

25,4 mm(1”)

Con

o de

scar

tabl

eA

sien

toB

arra

“AW

”

…técnicas de investigación



TABLA N° 2.2.2

APLICACIÓN Y LIMITACIONES DE LOS ENSAYOS

Aplicación Recomendada Aplicación Restringida Aplicación No

Permitida Ensayos In Situ

Norma Aplicable Técnica de

Investigación Tipo de Suelo(1)

Parámetro a obtener(2)

Técnica de Investigación

Tipo de Suelo(1)

Técnica de Investigación

Tipo de Suelo(1)

SPT

NTP339.

133 (ASTM D1586)

Perforación SW, SP,

SM, SC-SM

N Perforación CL, ML, SC, MH,

CH Calicata

Lo restant

e

DPSH

UNE 103 –

801:1994 Auscultación

SW, SP, SM,

SC-SM Cn ---

CL, ML, SC, MH,

CH Calicata

Lo restant

e

CPT

NTP 339.148 (ASTM D3441)

Auscultación. Todos

excepto gravas

qc, fc --- --- Calicata Gravas

DPL

NTP 339.159

(DIN 4094)

Auscultación. SP n Auscultación. SW, SM Calicata Lo

restante

Veleta de Campo(3)

NTP 339.155 (ASTM D2573)

Perforación/ Calicata

CL, ML, CH, MH Cu, St --- --- ---

Lo restant

e

Prueba de carga

NTP 339.153 (ASTM D1194)

---

Suelos granula-

res y rocas

blandas

Asentamiento. vs.

Presión --- --- --- ---



TABLA N° 2.2.4

TIPO DE MUESTRA

FORMAS DE OBTENER Y

TRANSPORTAR

ESTADO DE LA

MUESTRACARACTERÍSTICAS

MibNTP 339.151

(ASTM D4220)Bloques

Inalterada

Debe mantener inalteradas las propiedades físicas y mecánicas del suelo en su estado natural al momento del muestreo (Aplicable solamente a suelos cohesivos, rocas blandas o suelos granulares suficientemente cementados para permitir su obtención).

MitNTP 339.169

(ASTM D1587)

Tubos de pared delgada

MabNTP 339.151

(ASTM D4220)

Con bolsas de plástico

AlteradaDebe mantener inalterada la granulometría del suelo (partículas menores de 75 mm) en su estado natural al momento del muestreo.

MahNTP 339.151(ASTM D4220)

En lata sellada AlteradaDebe mantener inalterado el contenido de agua.



ENSAYOS DE LABORATORIO

• Contenido de Humedad• Análisis Granulométrico• Límite Líquido y Límite Plástico• Peso Específico Relativo de Sólidos• Clasificación Unificada (SUCS)• Densidad Relativa• Peso volumétrico de suelo cohesivo• Límite de Contracción• Ensayo de Proctor Modificado

• Descripción Visual-Manual• Sales Solubles Totales• Consolidación Unidimensional• Colapsibilidad Potencial• Compresión Triaxial UU• Compresión Triaxial CD• Compresión no Confinada• Expansión o Asentamiento• Corte Directo• Contenido de Cloruros• Contenido de Sulfatos



PROGRAMA DE INVESTIGACION

a) Condiciones de Frontera

b) Número “n” de puntos de Investigación

c) Profundidad “p” mínima a alcanzar

c-1) Cimentación Superficial

c-2) Cimentación Profunda.

d) Distribución de los puntos de Investigación

e) Número y tipo de muestras a extraer

f) Ensayos a realizar “in situ” y en el laboratorio



…programa de investigación

TABLA N° 2.3.2 NÚMERO DE PUNTOS DE INVESTIGACION

Tipo de edificación Número de puntos de investigación

(n)

A 1 cada 225 m2 B 1 cada 450 m2 C 1 cada 800 m2

Urbanizaciones 3 por cada Ha. de terreno habilitado



PRIMER PISO

Df

zDp f Edificación sin sótano

Profundidad “p” mínima de Investigación – zapatas superficiales

Z = 1.5B



Profundidad “p” mínima de Investigación – bajo sótano

Z = 1.5B

PRIMER PISO

SOTANO

Df

zDhp f Edificación con sótano

h



Profundidad “p” mínima de Investigación – en plateas o solados

P > 3.0 m

Df



Profundidad “p” de Investigación Cimentaciones Profundas

zDhp f

> 6.0 m



INFORME DEL EMS

Memoria Descriptiva

a) Resumen de las Condiciones de Cimentación

b) Información Previa

c) Exploración de Campo

d) Ensayos de Laboratorio

e) Perfil de Suelos

f) Nivel de la Napa Freática

g) Análisis de la Cimentación

h) Efecto del Sismo



Planos y Perfiles de Suelos

TABLA N° 2.4.2 TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN

TÉCNICA DE INVESTIGACIÓN SÍMBOLO

Pozo o Calicata C – n

Perforación P – n

Trinchera T – n

Auscultación A – n



SIMBOLOGÍA DE SUELOS

SÍMBOLO DIVISIONES MAYORES

SUCS GRÁFICO DESCRIPCIÓN

GW

GRAVA BIEN GRADUADA

GP

GRAVA MAL GRADUADA

GM

GRAVA LIMOSA

SU

ELO

S G

RA

NU

LA

RE

S

GRAVA Y SUELOS

GRAVOSOS

GC

GRAVA ARCILLOSA



…simbología de suelosSÍMBOLO

DIVISIONES MAYORES SUCS GRÁFICO

DESCRIPCIÓN

SW

ARENA BIEN GRADUADA

SP

ARENA MAL GRADUADA

SM

ARENA LIMOSA

SUEL

OS

GRA

NUAR

ES

ARENA Y SUELOS

ARENOSOS

SC

ARENA ARCILLOSA



…simbología de suelosSÍMBOLO

DIVISIONES MAYORES SUCS GRÁFICO

DESCRIPCIÓN

ML

LIMO INORGÁNICO DE BAJA PLASTICIDAD

CL

ARCILLA INORGÁNICA DE BAJA PLASTICIDAD

LIMOS Y ARCILLAS (LL < 50)

OL

LIMO ORGÁNICO O ARCILLA ORGÁNICA DE BAJA PLASTICIDAD

MH

LIMO INORGÁNICO DE ALTA PLASTICIDAD

CH

ARCILLA INORGÁNICA DE ALTA PLASTICIDAD

SU

EL

OS

FIN

OS

LIMOS Y ARCILLAS (LL > 50)

OH

LIMO ORGÁNICO O ARCILLA ORGÁNICA DE ALTA PLASTICIDAD

SUELOS ALTAMENTE ORGÁNICOS Pt

TURBA Y OTROS SUELOS ALTAMENTE ORGÁNICOS.



• CARGAS A UTILIZAR

• ASENTAMIENTO TOLERABLE

• CAPACIDAD DE CARGA

• FACTOR DE SEGURIDAD FRENTE A UNA FALLA POR CORTE

• PRESIÓN ADMISIBLE

CAPITULO 3ANALISIS DE LAS CONDICIONES

DE CIMENTACION



CARGAS A UTILIZAR

• Cargas de Servicio.• Asentamiento en suelos granulares: (CM + CV + CE) • Asentamientos en suelos cohesivos: (CM + 0.5 CV) • Asentamientos, en edificaciones con sótanos:

(CM + SC + Wlosa – Wsuelo)



ASENTAMIENTO TOLERABLE

• El EMS indicará el asentamiento tolerable

• El Asentamiento Diferencial no genere una distorsión angular mayor que la indicada en la Tabla.

• En suelos granulares el asentamiento diferencial será el 75% del asentamiento total.

B

L

A

L

Asentamiento diferencial

Asentamiento total de AAsentamiento total de B

Distorsión Angular =



…asentamiento tolerable

TABLA N° 3.2.0DISTORSIÓN ANGULAR =

= /L DESCRIPCIÓN

1/150 Límite en el que se debe esperar daño estructural en edificios convencionales.

1/250 Límite en que la pérdida de verticalidad de edificios altos y rígidos puede ser visible.

1/300 Límite en que se debe esperar dificultades con puentes grúas.

1/300 Límite en que se debe esperar las primeras grietas en paredes.

1/500 Límite seguro para edificios en los que no se permiten grietas.

1/500Límite para cimentaciones rígidas circulares o para anillos de cimentación de estructuras rígidas, altas

y esbeltas.

1/650Límite para edificios rígidos de concreto cimentados sobre un solado con espesor aproximado de 1,20

m.

1/750 Límite donde se esperan dificultades en maquinaria sensible a asentamientos.



CAPACIDAD DE CARGA

• La capacidad de carga es la presión última o de falla por corte del suelo.

• En suelos cohesivos (º=0)

• Para cargas estáticas: k= 3

• Con sismo o viento k=2,5 (la más desfavorable)



PRESION ADMISIBLE

• Considera la Profundidad de cimentación.• Dimensión de los elementos de la cimentación.• Características físico – mecánicas de los suelos• Nivel Freático y su posible variación• Cambios en los suelos, por cambios de humedad• Asentamiento tolerable de la estructura.

Presión Admisible será la menor entre: Capacidad de carga Asentamiento admisible.



CAPITULO 4CIMENTACIONES SUPERFICIALES

• DEFINICION• PROFUNDIDAD DE CIMENTACION• PRESION ADMISIBLE• CIMENTACION SOBRE RELLENOS• CARGAS EXCENTRICAS• CARGAS INCLINADAS• CIMENTACIONES SUPERFICIALES EN TALUDES



DEFINICION

• Relación:

Df/B < 5

zapatas aisladas, conectadas y combinadas; las cimentaciones continuas (cimientos corridos) y las plateas de cimentación



PROFUNDIDAD DE CIMENTACION

• No debe cimentarse sobre:

turba, suelo orgánico, tierra vegetal, relleno de desmonte o rellenos sanitario o industrial, ni rellenos No Controlados.

• Df > 0.8 m• Df losa > 0.4 m (con viga perimetral)



CAPACIDAD DE CARGA

Solución de Brinch – Hasen

Para suelos C-

qbr* = 0.52*·B’·N·S·i·d·g+ C*·Nc·Sc i cd cg c +q* Nq Sq i qdq gq

Para suelos

qbr* = 0.52*·B’·N·S·i·d·g+ q* Nq Sq i qdq gq

Para suelos C.

qbr* = 5.14C*(1+S c’+dc’-ic’-gc’)+q*



CIMENTACION SOBRE RELLENOS

Depósitos artificiales que se diferencian por su naturaleza y condiciones de colocación.

• Materiales seleccionados: suelo compactable, con partículas < 3” y retenido en la ¾” < 30%

• Materiales no seleccionados: no cumple (a)

4.4.1 Rellenos controlados o de Ingeniería

4.4.2 Rellenos no controlados



…cimentación sobre rellenos

Rellenos controlados o de Ingeniería:– Más de 12% de finos, GC% > 90%– Caso contrario GC% > 95%– Un control por cada 250 m2 (mínimo tres)– Áreas menores a 25 m2, uno como mínimo– Espesor máximo por capa 0,30 m– SPT (por metro), el N 60 > 25 golpes– Densidad cada 0,50 m de espesor

Los rellenos no controlados, serán reemplazados



CARGAS EXCENTRICAS

Q

Me x

x x

' eBB 2 y' eLL 2



Q

M

Qe

e = M/Q

La fuerza resultante actúa en elcentroide del área reducida.

Para cimientos rectangulares se reducen las dimensiones así:

Para un cimiento circular de radio R, el área efectiva + 2x(área del segmento circular ADC), considerar A'e como un rectángulo con L'/B' = AC/BD

(A) CARGAS EQUIVALENTES

L' = L - 2e1

B' = B - 2e2

B

L

B'

L' e2 = M2 / Q

e1 = M1 / Q

e2 = M2 / Q

e1 = M1 / Qe2

e1

1

2

(B) AREA REDUCIDA - CIMIENTO RECTANGULAR

e2 = M2 / Q

(C) AREA REDUCIDA - CIMIENTO CIRCULAR

A'e = 2S = B'L'

e = M / Q

L' = 2S R+e2( )R-e2

1/2

R+e2 R-e2B' = L'

2RS =

2

- [ ]e2 R - e2 + R SEN (- )2 2 2

Re2

AREA REDUCIDA

O'B = O'D

1

AREA REDUCIDA

2

1

B'

L'e2

O O'

C

B

A

D

2

-1

1

2

R = O D

Q

M

Qe

e = M/Q





L' = L - 2e1

B' = B - 2e2

B

L

B'

L' e2 = M2 / Q

e1 = M1 / Q

e2 = M2 / Q

e1 = M1 / Qe2

e1

1

2


e2 = M2 / Q


A'e = 2S = B'L'

e = M / Q

L' = 2S R+e2( )R-e2

1/2

R+e2 R-e2B' = L'

2RS =

2

- [ ]e2 R - e2 + R SEN (- )2 2 2

Re2

AREA REDUCIDA

O'B = O'D

1

AREA REDUCIDA

2

1

B'

L'e2

O O'

C

B

A

D

2

-1

1

2

R = O D



Q

M

Qe

e = M/Q





L' = L - 2e1

B' = B - 2e2

B

L

B'

L' e2 = M2 / Q

e1 = M1 / Q

e2 = M2 / Q

e1 = M1 / Qe2

e1

1

2


e2 = M2 / Q


A'e = 2S = B'L'

e = M / Q

L' = 2S R+e2( )R-e2

1/2

R+e2 R-e2B' = L'

2RS =

2

- [ ]e2 R - e2 + R SEN (- )2 2 2

Re2

AREA REDUCIDA

O'B = O'D

1

AREA REDUCIDA

2

1

B'

L'e2

O O'

C

B

A

D

2

-1

1

2

R = O D



CARGAS INCLINADASLas cargas inclinadas modifican la superficie de falla

CIMENTACIONES SUPERFICIALES EN TALUDESLa capacidad de carga considera la inclinación de la superficieSe verifica la estabilidad del talud con FS = 1.5 (estática) y FS = 1.25 (sísmicas)



CAPITULO 5CIMENTACIONES PROFUNDAS

• DEFINICION• CIMENTACION POR PILOTES• CIMENTACION POR PILARES• CAJONES DE CIMENTACION



DEFINICION

• Relación:

Df/B > 5

pilotes y micropilotes, los pilotes para densificación, los pilares y los cajones de cimentación



CIMENTACION POR PILOTES

Programa de exploración para pilotes

Estimación de la longitud y de la capacidad de carga del pilote (punta o fricción)

fpu QQQ

Qu = capacidad última

Qp = capacidad última tomada por la punta

∑Qf = capacidad última por fricción



• b = diámetro o mayor dimensión del pilote

TABLA 5.2.4.2 ESPACIAMIENTO MÍNIMO ENTRE PILOTES

LONGITUD (m) ESPACIAMIENTO ENTRE EJES

L < 10 3b

10 L < 25 4b

L 25 5b



…Asentamiento

• El asentamiento tolerable de la estructura se compara con el asentamiento del pilote aislado o grupo de pilotes

• Se considerarán: asentamiento por deformación axial del pilote, asentamiento por la acción de punta y asentamiento generado por la carga transmitida por fricción.

• En suelos granulares, el asentamiento del grupo está en función del asentamiento del pilote aislado.

• En suelo cohesivo, reemplazarse al grupo de pilotes por una zapata imaginaria ubicada a 2/3 de la profundidad del grupo de pilotes, de dimensiones iguales a la sección del grupo y que aplica la carga transmitida por la estructura.



…durante la obra

Pruebas de carga• Una por cada lote o grupos de pilotes, con un

mínimo de una prueba por cada cincuenta pilotes.• Las pruebas se efectuarán en zonas de perfil

conocido como más desfavorables.

Ensayos diversos• Verificación del buen estado físico• Prueba de carga estática lateral, de acuerdo a las

solicitaciones• Verificación de la inclinación



CIMENTACION POR PILARES

• Vaciados “in situ” con diámetro mayor a 1,0 m, con o sin refuerzo de acero y con o sin fondo ampliado.

• Capacidad de carga: Similar a los pilotes.• Factor de seguridad: La capacidad admisible se obtendrá

dividiendo la capacidad última por el factor de seguridad.• Acampanamiento en la base del pilar: Incrementa la

capacidad de carga. Se usa sin peligro de derrumbes.• Aflojamiento del suelo circundante: Rápida excavación

del fuste y vaciado del concreto. Mediante el uso de un forro en la excavación del fuste. Por aplicación del Método del Lodo Bentonítico

• Asentamientos: Similar a los pilotes.



CAJONES DE CIMENTACION• Se construyen sobre el terreno y se introducen por su

propio peso.• Capacidad de carga: Los mismos métodos estáticos

utilizados en el cálculo de zapatas o pilares y dependerá de la relación profundidad /ancho (Df/B) si es menor o igual a cinco (5) se diseñara como cimentación superficial, si es mayor a cinco (5) se diseñara como un pilar.

• Factor de seguridad: La capacidad admisible se obtendrá dividiendo la capacidad última por el factor de seguridad.

• Asentamientos: Según deformación axial, por la acción de punta y por la carga transmitida por fricción.



CAPITULO 6PROBLEMAS ESPECIALES DE

CIMENTACION

• SUELOS COLAPSABLES• ATAQUE QUIMICO POR SUELOS Y AGUAS

SUBTERRANEAS• SUELOS EXPANSIVOS• LICUACION DE SUELOS• SOSTENIMIENTO DE EXCAVACIONES

cap. i - estudio de mecánica de suelos

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