60 Exploración de Suelos

DETERMINACIÓN DE LAS

PROPIEDADES DEL SUELO EN EL CAMPO

Determinación de las propiedades del suelo en el campo

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DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES DEL SUELO EN EL CAMPO

NTE E‐050

1. Aspectos generales de la NTE E‐050 I. Generalidades1. Objetivo2. Ámbito de aplicación3. Obligatoriedad de los estudios4. Estudio de mecánica de suelos (EMS)5. Alcance del EMS6. Responsabilidad profesional por el EMS7. Responsabilidad de la aplicación de la norma8. Responsabilidad del solicitante

II. Estudios9. Información previa

2. Técnicas de investigación directa.1. Pozos o calicatas y trincheras.2. Perforaciones manuales y mecánicas.

3. Ensayos in‐situ.1. Ensayo de penetración estándar (SPT).2. Ensayo de penetración con cono (CPT).3. Conos dinámicos (DP).4. Cono dinámico tipo Peck (ACP).5. Penetrómetro dinámico ligero (DPL).6. Ensayo de veleta.7. Prueba de carga.8. Ensayos con instrumentos manuales.

Exploración de suelos

En mecánica de suelos la exactitud de los resultados calculados nunca excede al de una estimación cruda, y la función principal de la teoría consiste en el enseñar de que y como observar en el campo.

Karl Terzaghi, 1936

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Estimación inicial

En cualquier Estudio de Mecánica de Suelos es fundamental la etapa de exploración.Luego de recolectar información topográfica, geológica, geomorfológica, geofísica, etc., se procede a efectuar una primera estimación de las características del suelo que se espera encontrar y de la cimentación que deberá utilizarse.En muchos casos el éxito del programa de exploración depende de esta previsión inicial, ya que sólo en función de ella se pueden elegir acertadamente el número y profundidad de sondajes, el equipo a utilizar, etc.

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Programa de investigación

A partir de lo anterior, y de la estimación de las características del suelo y del tipo de cimentación, debe elaborarse un programa de investigación adecuado para el problema específico en estudio, el cual deberá incluir:» Número, ubicación y profundidad de los sondajes.» Equipo y personal a utilizar.» Tipo de sondajes.» Tipo y secuencia de muestras a obtener.» Tipo y número de ensayos “in situ” y de laboratorio a ejecutar.

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Ejecución del trabajo de campo

Consiste en:» la ejecución de los sondajes,» obtención de muestras,» realización de ensayos “in situ” y» registro de los perfiles estratigráficos encontrados en base a la clasificación visual de las muestras.

Esta etapa se considera la más importante de un estudio de suelos, ya que los errores u omisiones que ocurran pueden ser indetectables o imposibles de subsanar.

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Verificación de hipótesis

Al iniciar la exploración de campo, es necesario verificar si la evaluación previa del suelo fue correcta, ya que en caso contrario el programa de investigación podría ser inadecuado y requerir modificación.Antes de concluir la exploración de campo, es indispensable decidir el tipo de cimentación que se utilizará, ya que ello condiciona la profundidad definitiva de los sondajes, el tipo de muestras, etc.

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Dependencia: programa y tipo de cimentación

Esta decisión implica la necesidad de evaluar las propiedades mecánicas de los suelos dentro de rangos no muy amplios, en base a la clasificación visual de las muestras y ensayos “in situ”.El dilema aparente, originado por ser la profundidad de exploración y el tipo de muestras función del tipo de cimentación que se adoptará, y a su vez el tipo de cimentación función de las propiedades mecánicas de las muestras obtenidas, se resuelve simplemente mediante una buena clasificación visual.

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Información definitiva

Gran parte de la información obtenida durante la exploración de campo es definitiva: nivel freático, secuencia y espesor de los estratos.Cualquier error u omisión que se cometa ya sea por falta de experiencia o por el uso de equipos o técnicas inadecuadas, es imposible de corregir posteriormente.Todos los trabajos de exploración de campo deben ser referenciados topográficamente, tanto en planta como en cota.

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Metodología general de un estudio

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Metodología del reconocimiento

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NTE E‐050 (9 de junio del 2006)

Normas peruanas

Título VI del Reglamento Nacional de Construcciones (1970)Norma Técnica de Edificación E‐050, “Suelos y Cimentaciones” » Resolución Ministerial 048‐97‐MTC/15VC (30/01/97)» Reglamento Nacional de Edificaciones, (09/06/06)» Proyecto de Norma (30/01/10)

Norma Técnica de Edificación CE‐010, “Pavimentos urbanos”» DS 001‐2010‐Vivienda (14/01/10)

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1. Aspectos generales de la NTE E‐0502. Técnicas de investigación directa.3. Ensayos in‐situ.4. Métodos geofísicos.5. Instrumentación geotécnica.6. Muestreo.7. El programa de investigación.8. El informe del EMS.9. Diseño de cimentaciones.

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1. ASPECTOS GENERALES DE LA NTE E‐050

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NTE E‐050

1. Generalidades2. Estudios3. Análisis de las condiciones de cimentación.4. Cimentaciones superficiales5. Cimentaciones profundas6. Problemas especiales de cimentación

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1. GENERALIDADES

El programa de exploración y la NTE E‐050


NTE E‐050 “suelos y cimentaciones” (2006)1. GENERALIDADES

1. Objetivo2. Ámbito de aplicación3. Obligatoriedad de los estudios4. Estudio de mecánica de suelos (EMS)5. Alcance del EMS6. Responsabilidad profesional por el EMS7. Responsabilidad de la aplicación de la norma8. Responsabilidad del solicitante

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1. Objetivo

El objetivo de esta Norma es establecer los requisitos para la ejecución de Estudios de Mecánica de Suelos (EMS), con fines de cimentación, de edificaciones y otras obras indicadas en esta Norma. Los EMS se ejecutarán con la finalidad de asegurar la estabilidad y permanencia de las obras y para promover la utilización racional de los recursos.

Ver Glosario19

Glosario

ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS (EMS).‐Conjunto de exploraciones e investigaciones de campo, ensayos de laboratorio y análisis de gabinete que tienen por objeto estudiar el comportamiento de los suelos y sus respuestas ante las solicitaciones estáticas y dinámicas de una edificación.

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2. Ámbito de aplicación

El ámbito de aplicación de la presente Norma comprende todo el territorio nacional.Las exigencias de esta Norma se consideran mínimas.La presente Norma no toma en cuenta los efectos de los fenómenos de geodinámica externa y no se aplica en los casos que haya presunción de la existencia de ruinas arqueológicas; galerías u oquedades subterráneas de origen natural o artificial. En ambos casos deberán efectuarse estudios específicamente orientados a confirmar y solucionar dichos problemas.

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3. Obligatoriedad de los estudios3.1 Casos donde existe obligatoriedad

Es obligatorio efectuar el EMS en los siguientes casos:a.‐ Edificaciones en general, que alojen gran cantidad

de personas, equipos costosos o peligrosos, tales como: colegios, universidades, hospitales y clínicas, estadios, cárceles, auditorios, templos, salas de espectáculos, museos, centrales telefónicas, estaciones de radio y televisión, estaciones de bomberos, archivos y registros públicos, centrales de generación de electricidad, sub‐estaciones eléctricas, silos, tanques de agua y reservorios.

b.‐ Cualquier edificación no mencionada en a) de uno a tres pisos, que ocupen individual o conjuntamente más de 500 m2 de área techada en planta.

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c.‐ Cualquier edificación no mencionada en a) de cuatro o más pisos de altura, cualquiera que sea su área.

d.‐ Edificaciones industriales, fábricas, talleres o similares.

e.‐ Edificaciones especiales cuya falla, además del propio colapso, represente peligros adicionales importantes, tales como: reactores atómicos, grandes hornos, depósitos de materiales inflamables, corrosivos o combustibles, paneles de publicidad de grandes dimensiones y otros de similar riesgo.

f.‐ Cualquier edificación que requiera el uso de pilotes, pilares o plateas de fundación.

g.‐ Cualquier edificación adyacente a taludes o suelos que puedan poner en peligro su estabilidad.

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En los casos en que es obligatorio efectuar un EMS, de acuerdo a lo indicado en esta Sección, el informe del EMS correspondiente deberá ser firmado por un Profesional Responsable (PR).En estos mismos casos deberá incluirse en los planos de cimentación una transcripción literal del “Resumen de las Condiciones de Cimentación” del EMS (Ver Artículo 12 (12.1a)).

Ver Glosario24

3. Obligatoriedad de los estudios3.2 Casos donde no existe obligatoriedadSólo en caso de lugares con condiciones de cimentación conocida, debidas a depósitos de suelos uniformes tanto vertical como horizontalmente, sin problemas especiales, con áreas techadas en planta menores que 500 m2 y altura menor de cuatro pisos, podrán asumirse valores de la Presión Admisible del Suelo, profundidad de cimentación y cualquier otra consideración concerniente a la Mecánica de Suelos, las mismas que deberán figurar en un recuadro en el plano de cimentación con la firma del PR que efectuó la estimación, quedando bajo su responsabilidad la información proporcionada. La estimación efectuada deberá basarse en no menos de 3 puntos de investigación hasta la profundidad mínima “p” indicada en el Artículo 11 (11.2c).El PR no podrá delegar a terceros dicha responsabilidad. En caso que la estimación indique la necesidad de usar cimentación especial, profunda o por platea, se deberá efectuar un EMS.

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4. Estudios de Mecánica de Suelos para Cimentación (EMS)

Son aquellos que cumplen con la presente Norma, que están basados en el metrado de cargas estimado para la estructura y que cumplen los requisitos para el Programa de Investigación descrito en el Artículo 11.

5. Alcance del Estudio de Mecánica de Suelos (EMS)La información del EMS es válida solamente para el área y tipo de obra indicadas en el informe.Los resultados e investigaciones de campo y laboratorio, así como el análisis, conclusiones y recomendaciones del EMS, sólo se aplicarán al terreno y edificaciones comprendidas en el mismo. No podrán emplearse en otros terrenos, para otras edificaciones, o para otro tipo de obra.

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6. Responsabilidad profesional por el EMSTodo EMS deberá ser firmado por el PR, que por lo mismo asume la responsabilidad del contenido y de las conclusiones del informe. El PR no podrá delegar a terceros dicha responsabilidad.

7. Responsabilidad por aplicación de la normaLas entidades encargadas de otorgar la ejecución de las obras y la Licencia de Construcción son las responsables de hacer cumplir esta Norma. Dichas entidades no autorizarán la ejecución de las obras, si el proyecto no cuenta con un EMS, para el área y tipo de obra específico.

8. Responsabilidad del solicitanteProporcionar la información indicada en el Artículo 9 y garantizar el libre acceso al terreno para efectuar la investigación del campo.

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2. ESTUDIOS

El programa de exploración y la NTE E‐050


NTE E‐050 “suelos y cimentaciones” (2006)2. ESTUDIOS

9. Información previa10.Técnicas de investigación11.Programa de investigación12.Informe del EMS

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9. Información previa

Es la que se requiere para ejecutar el EMS. Los datos indicados en las Secciones 9.1, 9.2a, 9.2b y 9.3 serán proporcionados por quién solicita el EMS(El Solicitante) al PR antes de ejecutarlo. Los datos indicados en las Secciones restantes serán obtenidos por el PR.

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Información existente: Tomografía sísmica

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Información existente: Tomografía sísmica

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Información existente: Tomog. sísmica 3D

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Requerimientos del proyecto

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9.1 Del terreno a investigar

a) Plano de ubicación y accesosb) Plano topográfico con curvas de nivel. Si la pendiente

promedio del terreno fuera inferior al 5%, bastará un plano planimétrico. En todos los casos se hará indicación de linderos, usos del terreno, obras anteriores, obras existentes, situación y disposición de acequias y drenajes. En el plano deberá indicarse también, la ubicación prevista para las obras. De no ser así, el programa de Investigación (Artículo 11), cubrirá toda el área del terreno.

c) La situación legal del terreno.

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9.2 De la obra a cimentara) Características generales acerca del uso que se le dará,

número de pisos, niveles de piso terminado, área aproximada, tipo de estructura, sótanos, luces y cargas estimadas.

b) En el caso de edificaciones especiales (que transmitan cargas concentradas importantes, que presenten luces grandes o alberguen maquinaria pesada o que vibren, que generen calor o frío o que usen cantidades importantes de agua), deberá contarse con la indicación de la magnitud de las cargas a transmitirse a la cimentación y niveles de piso terminado, o los parámetros dinámicos de la máquina, las tolerancias de las estructuras a movimientos totales o diferenciales y sus condiciones límite de servicio y las eventuales vibraciones o efectos térmicos generados en la utilización de la estructura.

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9.2 De la obra a cimentar

c) Los movimientos de tierras ejecutados y los previstos en el proyecto.

d) Para los fines de la determinación del Programa de Investigación Mínimo (PIM) del EMS (Artículo 11 (11.2)), las edificaciones serán calificadas, según la Tabla N° 2.1.2, donde A, B y C designan la importancia relativa de la estructura desde el punto de vista de la investigación de suelos necesaria para cada tipo de edificación, siendo el Amás exigente que el B y éste que el C.

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Tabla N°1.‐ Tipo de edificación

CLASE DE ESTRUCTURADISTANCIA

MAYOR ENTRE APOYOS (m)

Número de pisos(Incluidos los sótanos)

3 4 a 8 9 a 12 > 12Aporticada de acero < 12 C C C BPórticos y/o muros de concreto < 10 C C B AMuros portantes de albañilería < 12 B A ‐‐‐ ‐‐‐Bases de máquinas y similares Cualquiera A ‐‐‐ ‐‐‐ ‐‐‐Estructuras especiales Cualquiera A A A AOtras estructuras Cualquiera B A A A Cuando la distancia sobrepasa la indicada, se clasificará en el tipo de edificación

inmediato superior.

TANQUES ELEVADOS Y SIMILARES 9 m de altura 9 m de

alturaB A

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9.3 Datos generales de la zonaEl PR recibirá del Solicitante los datos disponibles del terreno sobre:a) Usos anteriores (terreno de cultivo, cantera, explotación

minera, botadero, relleno sanitario, etc.).b) Construcciones antiguas, restos arqueológicos u obras

semejantes que puedan afectar al EMS.

9.4 De los terrenos colindantesDatos disponibles sobre EMS efectuados.

9.5 De las edificaciones adyacentesNúmero de pisos incluidos sótanos, tipo y estado de las estructuras. De ser posible tipo y nivel de cimentación.

9.6 Otra informaciónCuando el PR lo considere necesario, deberá incluir cualquier otra información de carácter técnico relacionado con el EMS, que pueda afectar la capacidad portante, deformabilidad y/o la estabilidad del terreno.

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2. TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN DIRECTA

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Técnicas de investigación

1. Pozos o calicatas y trincheras.2. Perforaciones manuales y mecánicas.

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10. Técnicas de investigación10.1 Técnicas de investigación de campoLas técnicas de Investigación de Campo aplicables en los EMS son las indicadas en la Tabla Nº 2.

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Tabla N°2.‐ Técnicas de investigaciónTÉCNICA NORMA APLICABLE*

Método de ensayo de penetración estándar SPT NTP 339.133 (ASTM D 1586)Método para la clasificación de suelos con propósitos de ingeniería (Sistema unificado de clasificación de suelos, SUCS) NTP 339.134 (ASTM D 2487)

Densidad in‐situ mediante el método del cono de arena ** NTP 339.143 (ASTM D1556)Densidad in‐situ mediante métodos nucleares (profundidad superficial) NTP 339.144 (ASTM D2922)Ensayo de penetración cuasi‐estática profunda de suelos con cono y cono de fricción NTP 339.148 (ASTM D 3441)

Descripción e identificación de suelos (Procedimiento visual – manual) NTP 339.150 (ASTM D 2488)Método de ensayo normalizado para la capacidad portante del suelo por carga estática y para cimientos aislados NTP 339.153 (ASTM D 1194)

Método normalizado para ensayo de corte por veleta de campo de suelos cohesivos NTP 339.155 (ASTM D 2573)

Método de ensayo normalizado para la auscultación con penetrómetro dinámico ligero de punta cónica (DPL) NTE 339.159 (DIN4094)

Norma práctica para la investigación y muestreo de suelos por perforaciones con barrena NTP 339.161 (ASTM D 1452)

Guía normalizada para caracterización de campo con fines de diseño de ingeniería y construcción NTP 339.162 (ASTM D 420)

Método de ensayo normalizado de corte por veleta en miniatura de laboratorio en suelos finos arcillosos saturados. NTP 339.168 (ASTM D 4648)

Práctica normalizada para la perforación de núcleos de roca y muestreo de roca para investigación del sitio. NTP 339.173 (ASTM D 2113)

Densidad in‐situ mediante el método del reemplazo con agua en un pozo de exploración ** NTP 339.253 (ASTM D5030)

Densidad in‐situ mediante el método del balón de jebe ** ASTM D2167Cono Dinámico Superpesado ( DPSH) UNE 103‐801:1994 Cono Dinámico Tipo Peck UNE 103‐801:1994*** 43

Notas a la Tabla N° 2* En todos los casos se utilizará la última versión de la Norma.** Estos ensayos solo se emplearán para el control de la

compactación de rellenos Controlados o de Ingeniería.*** Se aplicará lo indicado en la Norma UNE 103‐801:1994 (peso

del martillo, altura de caída, método de ensayo, etc.) con excepción de lo siguiente: Las barras serán remplazadas por las “AW”, que son las usadas en el ensayo SPT, NTP339.133 (ASTM D1586) y la punta cónica se remplazará por un cono de 6.35 cm (2.5 pulgadas) de diámetro y 60° de ángulo en la punta según se muestra en la Figura 1. El número de golpes se registrará cada 0.15 m y se graficará cada 0.30 m. Cn es la suma de golpes por cada 0.30 m

NOTA: Los ensayos de densidad de campo, no podrán emplearse para determinar la densidad relativa y la presión admisible de un suelo arenoso.

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Figura N° 1

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NO PERMITIDO PARA DISEÑO: Densidad de campo (cono de arena, balón o nuclear)

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1. POZOS O CALICATAS Y TRINCHERAS.

Técnicas de investigación


10.2 Aplicación de las técnicas de investigación

La investigación de campo se realizará de acuerdo a lo indicado en el presente Capítulo, respetando las cantidades, valores mínimos y limitaciones que se indican en esta Norma y adicionalmente, en todo aquello que no se contradiga, se aplicará la “Guía normalizada para caracterización de campo con fines de diseño de ingeniería y construcción” NTP 339.162 (ASTM D 420)a) Pozos o calicatas y trincheras.‐ Son excavaciones de

formas diversas que permiten una observación directa del terreno, así como la toma de muestras y la realización de ensayos in situ que no requieran confinamiento. Las calicatas y trincheras serán realizadas según la NTP 339.162 (ASTM D 420). El PR deberá tomar las precauciones necesarias a fin de evitar accidentes.

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Glosario

PROFESIONAL RESPONSABLE.‐ Ingeniero Civil, registrado en el Colegio de Ingenieros del Perú.

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Pozos o calicatas y trincheras

Las calicatas y trincheras realizadas según la Norma Técnica ASTM D 420 son aplicables a todos los EMS en los cuales sea posible su ejecución.

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Calicatas

La forma más rápida, directa y económica.Muestras inalteradas en el fondo y paredes.Hay que tener presente que los accidentes en este tipo de prospecciones son frecuentes y peligrosos.

Croquis en planta: situación y coordenadas.Descripción de los materiales excavados y de las paredes y el fondo de la excavación.

Nivel freático.Relación de muestras tomadas y otras determinaciones que se hayan podido realizar.

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Calicatas Ideal en suelos cohesivos, suelos granulares gruesos, suelos mixtos estables, rocas y tufos excavables.

En Lima: 30 m de profundidad. Rocas y tufos: 45 m de profundidad.Muestras inalteradas de gran calidad.Observación directa de los estratos: ideal para perfilajecontinuo (taludes y problemas hidraulicos).

Superficiales: pico y lampa.A veces se requiere entibar las paredes. Si hay NF y son suelos permeables, la profundidad puede estar limitada por el NF.

A profundidades de mas de 3 m se requiere recipientes para extraer el material excavado (latas, sogas, torno).

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Medidas de seguridad

A 5 m, se requiere varios días. Se vacía un anillo de concreto simple en la “boca” de la calicata, para impedir el desmoronamiento del borde por el tránsito del personal.Si se encuentran materiales deleznables, debe entibarse para evitar derrumbes.Aun en la grava densa existe la posibilidad de que caiga una piedra de lo alto y cause un accidente a los trabajadores.Uso de casco, botas y un parapiedras (paraguas metálico).

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Seguridad en la excavación

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2. PERFORACIONES MANUALES Y MECÁNICAS

Técnicas de investigación directa



b) Perforaciones manuales y mecánicas.‐ Son sondeos que permiten reconocer la naturaleza y localización de las diferentes capas del terreno, así como extraer muestras del mismo y realizar ensayos in situ. La profundidad recomendable es hasta 10 metros en perforación manual, sin limitación en perforación mecánica. Las perforaciones manuales o mecánicas tendrán las siguientes limitaciones:b‐1) Perforaciones mediante espiral mecánico.‐ Los espirales mecánicos que no dispongan de un dispositivo para introducir herramientas de muestreo en el eje, no deben usarse en terrenos donde sea necesario conocer con precisión la cota de los estratos, o donde el espesor de los mismos sea menor de 0.30 m.b‐2) Perforaciones por lavado con agua.‐ Se recomiendan para diámetros menores a 0.10 m. Las muestras procedentes del agua del lavado no deberán emplearse para ningún ensayo de laboratorio.

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Perforaciones

Permite la toma de muestras para ensayos de laboratorio, la realización de ensayos “in situ” y la instalación de instrumentación de observación.Tipos

» Barreno (manual, motorizado).» Lavado.» Perforación rotativa.» Por percusión.

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Perforaciones

Es el método más directo para conocer el terreno en profundidad ya que permite:» La recuperación de testigos. » La toma de muestras para ensayos de laboratorio.» La realización de ensayos “in situ”.» La instalación de equipos de observación tales como:Piezómetros. Inclinómetros, etc.

Los sondeos deben realizarse en puntos seleccionados donde tenga mayor interés la información que se pueda obtener y, además, aprovechar su ejecución para obtener de ellos la máxima información.

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Barreno

La herramienta más sencilla para hacer un sondeo en el terreno es el barreno. Hay barrenos portátiles impulsados mecánicamente, en diámetros que varían de 7.5 a 30.5 cm o más. Estos se usan con frecuencia para hacer agujeros más profundos en suelos que tengan suficiente cohesión que evite que se derrumben las paredes al extraer el material.Avance rápido en suelos cohesivos con o sin NF.

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Barreno

Suelos arenosos saturados: imposible su uso sin revestimiento.Gravas: requiere revestimiento.Arenas secas y sueltas: humedecimiento continuo de la arena para estabilizar temporalmente las paredes.Son perforaciones limpias.Generalmente sin adición de agua.Se puede realizar: SPT, veleta, muestreo inalterado.

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Barrenos Barrenos

Barrenos Espiral mecánico o motorizado Es uno de los aditamentos que se usan en las barreneadoras.

Son continuos y no limitados a la punta (como el manual). Diámetros de 1.5” a 12”. Hasta 4” se usan con pequeños motores ligeros que se sostienen entre 2 hombres. Llegan a 6 m.

Con espiral de 10”, se puede hacer 30 m en una hora.Mezclado de los suelos. Muestra muy disturbada de los suelos atravesados.

Conviene avances de no mas de 1.5 m para muestreo convencional.

Imprecisión para ubicar estratos.Muy práctico en cohesivos no gravosos. Difícil en grava gruesa y arena saturada.

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Espiral motorizado

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Espiral motorizado

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Equipos de perforación

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Equipos de perforación

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Perforaciones

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Perforaciones

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Perforaciones

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Perforaciones por lavado de aguaA medida que progresa la perforación, se observan el color y la apariencia general del agua que sale de la misma; cuando se nota un cambio, se para la inyección y se toma una muestra utilizando un muestreador de tubo (ensayo SPT o muestra inalterada).

Se recomiendan para diámetros menores a 100 mm.No se recomienda la ejecución de perforaciones por lavado cuando sea preciso determinar el contenido de finos de muestras de estratos de suelos no cohesivos, o en suelos cuyas propiedades pueden variar sustancialmente al entrar en contacto con agua.

Se usa un tubo de acero exterior: forro (casing) de la perforación.

Avance: uso de una barra interior de acero hueca, a través de la cual se inyecta agua a presión, con una punta o cincel con salidas de agua o toberas. 72

Perforaciones por lavado de agua

El chorro de agua ayuda al cincel a desprender las partículas del suelo.

El chorro de agua no puede estar dirigido hacia abajo, pues no podría hacerse muestreo inalterado.

El agua sube por el espacio entre el forro y la barra interior, arrastrando partículas.

El cincel no mas de 15 cm delante del casing. En ese momento se hace descender el casing.

Para 20 m, bombas de 200 psi. Forro < 4”, por requisitos de bomba. Diámetro exterior varían de 73 a 114.3 mm. Se denominan:

» Hx 104 mm (int.)y 114.3 mm (ext)» Nx 80.9 mm (int.) y 88.9 mm (ext)» Bx 65.1 mm (int.) y 73 mm(ext)

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Perforaciones por lavado de

agua

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Sondajes a percusión ligera

Diametros de 6 a 10”.Por falta de tubería de acero de calidad: sistema riesgoso, costoso y lento.En gravas arenosas con TM < 30 cm es mas económico que la perforación rotatoria.Por los grandes diametros se pierde confinamiento y se dificulta la interpretación de ensayos de campo.

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Perforaciones rotativas

En general consisten de:Equipo o maquinaria de perforaciónBarras de perforaciónBroca de distintos tipos para penetrar el suelo o rocaSe utiliza un fluido, lodo de perforación (generalmente bentonita con agua) para estabilizar las paredes y para lubricar la broca.

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Sondajes rotatorios

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Perforaciones rotativas: broca tricono

Se usa una broca para romper el suelo o roca. Se debe hacer muestreo usando SPT u otro método

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Etapa de perforación

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Equipo para obtener testigos

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Consiste de una “sarta” de perforación ubicada al final de las barras, constituida por:Una broca cortante anular.Una corona de desgaste para aumentar ligeramente el diámetro y evitar que se traben las barras (reaming shell). Un tubo porta testigo (core barrel).

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La “sarta” penetra en el fondo de la perforación por rotación y presión, mientras se inyecta un fluido para lubricar y enfriar la broca.El testigo del material perforado se aloja en el tubo porta testigo.En estas perforaciones el fluido circulante puede ser agua o lodo de perforación, usualmente bentonita.Si se van a efectuar ensayos de permeabilidad, no debe usarse lodo como fluido de perforación.Los más empleados son las de broca de diamante, habiendo brocas de carburo de tungsteno y sondeos con zapata aserrada.

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Diamantina

La máquina diamantina consta de un motor que acciona un winche auxiliar y un cabezal rotatorio provisto de un husillo que gira a velocidades variables entre 500 y 1500 rpm.

Sistema de avance para carreras verticales de 24” a 48”, generalmente hidráulico.

Las máquinas modernas cuentan con dispositivos hidráulicos que enroscan y desenroscan la tubería, midiendo en todo momento el torque aplicado durante la perforación, la presión aplicada a la broca y la velocidad de ésta.

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Testigos de roca con perforación diamantina

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RQD (Rock Quality Designation)

Utilizado en Mecánica de Rocas Porcentaje de recuperación de testigos de más de 10 cm de longitud (en su eje) sin tener en cuenta las roturas frescas del proceso de perforación respecto de la longitud total del sondeo.

Se calcula sumando la longitud de los trozos de testigos mayores a 10 cm dentro del intervalo de perforación (normalmente 1.5 m).

Se expresa en porcentaje.

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10 (%)Suma cmRQDlongitud total intervalo


3. ENSAYOS IN‐SITU

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Ensayos in‐situ Ventaja sobre la determinación de características en laboratorio. El terreno es ensayado, sin extraer muestras que sufren

alteración. En términos generales se recomienda, siempre que sea aplicable,

determinar el mayor número de parámetros geotécnicos mediante ensayos in situ, especialmente los relativos a la resistencia al corte, la compresibilidad y la permeabilidad.

Los ensayos de laboratorio permitirán después ampliar esas características a rangos de presiones y ambientes diferentes a los de los ensayos in situ y que pudieran ser de interés dentro de los objetivos del estudio.

Existen situaciones (rellenos, por ejemplo) en los que la conservación de las condiciones naturales no es de interés y otras en las que los ensayos in situ se han de realizar en condiciones más lejanas de aquéllas de interés que las que se pueden simular en laboratorio, o casos en que interesa modificar en el laboratorio el contenido de humedad de las muestras a ensayar.

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Ensayos in‐situ

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Tabla N°3.‐ Aplicación y limitaciones de los ensayos

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EnsayosIn Situ Norma Aplicable Técnica de

InvestigaciónParámetro a obtener(2)

Tipo de Suelo(1)

Aplicación Recomendada Aplicación

RestringidaAplicación No Recomendada

SPTNTP

339.133 (ASTM D1586)

Perforación (5) N SW, SP, SM,

SC‐SM CL, ML, SC, MH, CH Lo restante

DPSH UNE 103 801:1994 Auscultación (5) N20

SW, SP, SM, SC‐SM CL, ML, SC, MH, CH Lo restante

Cono tipo Peck

UNE 103 801:1994 (4)

Auscultación (5) Cn


CPT NTP 339.148(ASTM D3441)

Auscultación (5) qc, fc

Todos excepto gravas ‐‐‐ Gravas

DPL NTP 339.159 (DIN 4094)

Auscultación (5) n SP SW, SM Lo restante

Veleta de

Campo(3)NTP 339.155 (ASTM

D2573)Perforación/Calicata Cu, St CL, ML, CH, MH ‐‐‐ Lo restante

Prueba de carga

NTP 339.153 (ASTM D1194) ‐‐‐ Asentamiento

vs. Presión

Suelos granulares y rocas blandas

‐‐‐ ‐‐‐

Notas a la Tabla N° 3(1) Según Clasificación SUCS, cuando los ensayos son aplicables a suelos de doble

simbología, ambos están incluidos.(2) Leyenda:

Cu Cohesión en condiciones no drenadas.N Número de golpes por cada 0.30 m de penetración en el ensayo estándar

de penetración.N20 Número de golpes por cada 0.20 m de penetración mediante

auscultación con DPSHCn Número de golpes por cada 0.30 m de penetración mediante

auscultación con Cono Tipo Peck.n Número de golpes por cada 0.10 m de penetración mediante

auscultación con DPL.qc Resistencia de punta del cono en unidades de presión.fc Fricción en el manguito.St Sensitividad.

(3) Sólo para suelos finos saturados, sin arenas ni gravas.(5) No está permitido hacerla en el fondo de calicatas(4) Ver anexo II.Nota. Ver títulos de las Normas en la Tabla 2.

91

10.3 Correlación entre ensayos y propiedades de los suelos

En base a los parámetros obtenidos en los ensayos “in situ” y mediante correlaciones debidamente comprobadas, el PR puede obtener valores de resistencia al corte no drenado, ángulo de fricción interna, relación de preconsolidación, relación entre asentamientos y carga, coeficiente de balasto, módulo de elasticidad, entre otros.

92

Ensayos in‐situ1. Ensayo de penetración estándar (SPT).2. Ensayo de penetración con cono (CPT).3. Conos dinámicos (DP).4. Cono dinámico tipo Peck (ACP).5. Penetrómetro dinámico ligero (DPL).6. Ensayo de veleta.7. Prueba de carga.8. Ensayos con instrumentos manuales.9. Presiómetro Menard.10.Dilatómetro plano de Marchetti.11.Ensayos de permeabilidad.

93

1. ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR (SPT)

Ensayos in‐situ



c) Método de Ensayo de Penetración Estándar (SPT) NTP 339.133 (ASTM D 1586).‐ Los Ensayos de Penetración Estándar (SPT) son aplicables, según se indica en la Tabla N° 3. No se recomienda ejecutar ensayos SPT en el fondo de calicatas, debido a la pérdida de confinamiento.

96


97



Tipo de Suelo(1)



SPTNTP

339.133 (ASTM D1586)

Perforación (5) N SW, SP, SM,

SC‐SM CL, ML, SC, MH, CH Lo restante

(1) Según Clasificación SUCS, cuando los ensayos son aplicables a suelos de doble simbología, ambos están incluidos.

(2) Leyenda:N Número de golpes por cada 0.30 m de penetración en el ensayo estándar

de penetración.(5) No está permitido hacerla en el fondo de calicatas

Ensayo de penetración estándar (SPT)

StandardPenetrationTest

98

Ensayo de Penetración Estándar (SPT) StandardPenetrationTest (ASTM D1586)

Ensayo de PenetraciónEstándar(NTP 339.139)

99

Ensayo de Penetración Estándar (SPT)

100

SPT

El ensayo de penetración estándar, SPT, es el más común dentro de los ensayos “in situ”.Es el ensayo más empleado para investigar la densidad relativa de depósitos de arena en profundidad.Se realiza dentro de una perforación cuyas paredes o son estables o están soportadas por el revestimiento adecuado.Una vez alcanzada la profundidad de ensayo y estando el fondo limpio, se procede a hincar el muestreador SPT.

101

Aplicaciones

Cálculos de parámetros geotécnicos como :» Densidad relativa (Dr). » Angulo de rozamiento ().» Tensión vertical eficaz y total.» Potencial de licuefacción.» Asentamientos» Velocidad de transmisión de las ondas de corte.» Resistencia al corte.Suelos No CohesivosSuelos Cohesivos

102

SPT

Golpes con un martillo (140 lb, 30 pul) en la cabeza de las barras.Durante la hinca se cuentan los números de golpes necesarios para avanzar tres tramos de 15 cm (6 pulgadas) = 45 cm.N: los dos últimos tramos de 15 cm.

103

SPT

104

SPT

105VIDEO: 20:35 y 23:20

SPT

Se puede obtener una muestra, alterada por la hinca, del terreno atravesado.Muestreador:

» Diámetro exterior: 51 mm (2 pulgadas).» Diámetro interior: 38.1 mm (1.5 pulgadas).

Gravas: se puede remplazar la zapata del muestreador SPT por una punta cónica ciega.

106

Muestreador SPT

107

Muestreador SPT

108

Muestreador SPT

109

Muestreador SPT

110

Muestreador SPT

111

Rechazo

N 10050 golpes y avance menor a 15 cm10 golpes y avance nulo

112

Fuentes de error en el SPTSifonamiento del fondo del sondeo por desequilibrio entre el nivel de agua externo y el nivel de agua en el sondeo.

Mala limpieza del fondo antes de iniciar el ensayo.Peso o altura de caída inadecuados.Rozamiento en la caída. (caída no libre)Golpeo excéntrico sobre las barras.Mal estado de la cuchara. (biseles romos o dañados)Uniones flojas entre las barras.Sondeo de diámetro excesivo.Revestimiento muy por encima o muy por debajo del nivel de ensayo.

Barras más pesadas que el estándar.113

SPT y Densidad relativa

Densidad relativa N (SPT)Muy suelta < 15% < 4Suelta 15 ‐ 35% 4 ‐ 10Medianamente densa 35 ‐ 65% 10 ‐ 30Densa 65 ‐ 85% 30 ‐ 50Muy densa > 85% > 50

114

Valores para arena (Bowles, 2004)Tipo de suelo SPT (N´70) Densidad relativa ' (gr/cm3)

Arena fina

1‐2 Muy suelta <15% 26‐28 1.12‐1.44

3‐6 Suelta 15%‐35% 28‐30 1.44‐1.76

7‐15 Med. densa 35%‐65% 30‐33 1.76‐2.08

16‐30 Densa 65%‐85% 33.38 2.08‐2.24

>30 Muy densa >85% >38 >2.24

Arena media

2‐3 Muy suelta <15% 27‐30 1.12‐1.44

4‐7 Suelta 15%‐35% 30‐32 1.44‐1.76

8‐20 Med. densa 35%‐65% 32‐36 1.76‐2.08

21‐40 Densa 65%‐85% 36‐42 2.08‐2.24

>40 Muy densa >85% >42 >2.24

Arena gruesa

3‐4 Muy suelta <15% 28‐30 1.12‐1.44

5‐9 Suelta 15%‐35% 30‐33 1.44‐1.76

10‐25 Med. densa 35%‐65% 33‐40 1.76‐2.08

26‐45 Densa 65%‐85% 40‐50 2.08‐2.24

>45 Muy densa >85% >50 >2.24115

Valores para arena (Bowles, 2004)Densidad relativa (gr/cm3) Tipo de suelo SPT (N´70) '

Muy suelta <15% 1.12‐1.44

Arena fina 1‐2 26‐28

Arena media 2‐3 27‐30

Arena gruesa 3‐4 28‐30

Suelta 15%‐35% 1.44‐1.76




Med. densa 35%‐65% 1.76‐2.08




Densa 65%‐85% 2.08‐2.24

Arena fina 16‐30 33.38



Muy densa >85% >2.24

Arena fina >30 >38

Arena media >40 >42

Arena gruesa >45 >50116

SPT y Consistencia

Consistencia qu (kg/cm2) N (SPT)Muy blanda < 0.25 < 2Blanda 0.25 ‐ 0.5 2 ‐ 4Medianamente compacta 0.5 ‐ 1.0 4 ‐ 8Compacta 1.0 ‐ 2.0 8 ‐ 15Muy compacta 2.0 ‐ 4.0 15 ‐ 30Dura > 4.0 > 30

117

Efecto de la energía

La aparición de equipos automáticos con gatillo para ejecutar el SPT ha dado lugar a que la energía que éstos transmiten sea mayor que la de los métodos tradicionales.

Investigaciones efectuadas por Kovacs (1979) y por Yoshimi y Tokimatsu (1983) para evaluar la energía que llega realmente a la cuchara han demostrado que en los equipos automáticos con gatillo la energía corresponde al 100% de la energía del martillo al caer y que las dos vueltas de la soga en el malacate reducen la energía a valores entre 45% y 78% (Skempton, 1986).

118

N de campo vs N (N60)

En general la mayoría de las correlaciones están basadas en valores de N correspondientes a una eficiencia combinada, entre el sistema de elevación del martillo y las vueltas de la soga, del 60% de la energía transmitida por los equipos automáticos modernos.Por esta razón a estos valores de N que corresponden a esa eficiencia se les llama N60; en consecuencia los valores de N deben corregirse si no se usa el método tradicional para disponer del valor de N60.Si se usa el método tradicional descrito, N60 es igual a N.

119

fE: corrección por energía

Así, si aplico E = X % y obtengo NX golpes:Energia total = (140 lb * 30 in * X%) * NXsi hubiese aplicado E = 60% hubiera requerido N60 golpes para llegar a la misma Energía total:Energía total = (140 lb * 30 in * 60%) * N60

Si X > 60, NX < N60: mas energía por golpe, menos golpesSi X < 60, NX > N60: menos energía por golpe, mas golpes

120

( )(60%)E

Energía Real aplicadafEnergíaTeórica

fE: corrección por energía

Si E = 90%, N90 = 30 golpes:Energia total = (140 lb * 30 in * 90%) * 30Energía total = (140 lb * 30 in * 60%) * N60

(140 lb*30 in*60%)*N60 = (140 lb*30 in*90%)* N9060% * N60 = 90% * N90

N60 = (90% / 60%) * N90 = fE * N90 = 1.5 * N90

N60 = 4590 > 60, N90 = 30 < 45 = N60: mas energía por golpe, menos golpes

121

Efecto de la sarta de barras

Adicionalmente la investigación demostró que la longitud de la sarta de barras y el diámetro de la perforación influye en el resultado del SPT. (Skempton, 1986):» fl: corrección por longitud de (todas) las barras» fd: corrección por diámetros de las barras

122

fl: corrección por longitud

Longitud de las barras, lben m

Factor de corrección por longitud, fl

10 < Ib 1.006 < Ib 10 0.954 < Ib 6 0.85Ib 4 0.75

123 124

0.70.750.8

0.850.9

0.951

1.05

0 5 10 15

f (lo

ngitu

d)

Longitud (m)

Corrección por longitud

Datos

f = (l+28)/40

fl: corrección por longitud

125

fd: corrección por diámetro

Diámetro de la perforación, dp en cm (in)

Factor de corrección por diámetro, fl

6.5 (2.5”) dp 11.5 (4.5”) 1.00dp 15.0 (6”) 1.05dp 20.0 (8”) 1.15

126

127

Corrección por diámetro del agujero

0.9

0.95

1

1.05

1.1

1.15

1.2

30 130 230

Diámetro (mm)

f (di

amet

ro)

Datos

f =(d+375)/500

fm: corrección por muestreador

Revestimiento Factor de corrección por muestreador, fm

Sin revestimiento 1.0Con revestimiento:

arena sueltaarena densa y arcilla

0.90.8

128

SPT

129

Corrección de N

Luego el resultado del ensayo estándar de penetración tradicional obtenido en el campo (Ncampo) se corrige para definir el valor de N ó N60usado en las correlaciones:

130

campo E l d mN N f f f f

60 campo l dN N f f

Corrección de N60 en arenas finas o limosas saturadas

En arenas finas o limosas bajo el NF, los Nobtenidos resultan mayores que el de una arena seca, debido a que la arena impide que el agua migre a través de los vacíos al producirse el impacto. Si N60 es mas de 15, reducir el N obtenido:

Otros autores: 131

60 1515

2N

N

600.6N N

Valor de ´

Existen diversas relaciones entre el ángulo ' y el resultado del SPT.Según Skempton (1986), la densidad relativa de los suelos granulares se puede calcular empleando la ecuación propuesta inicialmente por Meyerhof (1957) y modificada por él.Holtz y Kovacs recomiendan la correlación del US NAVFAC DM‐7.

132

Ecuación de Skempton

Según Meyerhoff (1957):

Según Skempton (1986),» A varía entre 15 y 54,» B varía entre 0.306 y 0.204, si los esfuerzos están en kPa

133

2 ´vr

N A BD

´ ´70 702 32 0.288 ´

32 0.288 ´v rvr

N ND

D

Ecuación de Skempton

, presión efectiva vertical, kg/cm2

N luego de todas las correcciones (N60)134

6067 ´

32 28.24 ´v

rv

N

D

4

0.92(%)32 28.24 ´´r

vv

ND

´ 2/v en kg cm

' según el US NAVFAC DM‐7

135


Se tienen las siguientes ecuaciones (NAVFAC, DM‐7):

d en gr/cm3.

C1, C2, C3 y C4 dependen del tipo de suelo.

136

1 2

3 4

´ exp( )exp( )

r

d r

C C DC C D


137

SUCS C1 C2 C3 C4ML 26.03 0.32 1.2645 0.22SM 26.516 0.36 1.3940 0.22SP 26.859 0.39 1.4922 0.21SW 27.202 0.41 1.6186 0.21GP 27.580 0.44 1.7389 0.21GW 27.808 0.48 1.8649 0.23

Estimación de ´ a partir del SPT

1. Asumir Dr = 50%2. Usando el tipo de suelo y el valor de Dr, usar el

gráfico de NAVFAC para estimar la densidad seca d.

3. Usar la humedad para hallar la densidad húmeda, .

4. Calcular ’v. Con este valor y el valor de Nutilizar la ecuación de Skempton para estimar Dr

5. Repetir desde el paso 2 hasta que el valor de Drconverja.

6. Conocido Dr , se calculan d y '138

Cálculo de en arenas a partir de T&P

El problema en suelos granulares es que no se conoce d ni . Siempre se puede hallar Gs y También se puede usar la tabla de Terzaghi. Allí se consideran cuatro “tipos” de arenas.Para cada una presenta un valor de , considerando que el suelo está saturado, y que Gs = 2.65. A partir de esta información se puede calcular los otros datos de la tabla.

139

Datos de arenas saturadas(se considera GS = 2.65)

Entonces para estos suelos se tiene: GS , y , que son S y SAT.

140

Descripción del Suelo s satArena mal graduada, suelta 32 1.89Arena mal graduada, densa 19 2.09Arena bien graduada, suelta 25 1.99Arena bien graduada, densa 16 2.16

A partir de resultados del laboratorio

VT

GSS

A 0WTGS W GS

1 S GS

141

(1 )

1

s

s

GG

S

Si Gs = 2.65 y s , se puede plantear:

S

S

en arenas si GS = 2.65

Se necesita confirmar GS = 2.65 y hallar . S sale de tablas. 142

(1 ) (1 )

1 1

s w s w

s s

s

G GG G

S

(1 )2.65

1S

SS S

GSi G

G

A partir de resultados del laboratorio

VT

GSS

A 0WTGS W GS

1 S GS

143

(1 )

1 1

SS

SSAT

S S

GG GSG G

S S

Con Gs 2.65:

Con la tabla de Terzaghi

VTGTST

0 A 0WTGTST W GTST

1 S GS

144

1S T ST

SATT ST

G GG

GT = 2.65 Gs (de laboratorio)Consideramos que todo el cambio es en los sólidos:

en arenas si GS 2.65

145

11

1

1 1

1

SS

S T STSAT

S T ST

S S S T ST

S T ST

S S T ST S T ST S

S S T ST S T ST S

GG G GSG G

SG S G G G

S G G

G G G G G GS S

G S G G G G S G


146

1

( 1) ( 1)

S

S

S S T ST

T S

S S T ST S T ST S

S

S

S S

S

T S

T

S

ST

T ST

T S

T

T

S

S

T

G S G G G G S GG

GG G

S GG SG S

GG S

GS

GG

G

S G

GG G

G


Se necesita hallar GS y . ST sale de tablas, GT = 2.65 147

(1 )1S

T ST

GG

(1 ) (1 )

1 1

S S S

S ST ST

S

T ST

G G GS G GGGS

G

2. ENSAYO DE PENETRACIÓN CON CONO (CPT)

Ensayos in‐situ



d) Ensayo de Penetración Cuasi‐Estática Profunda de Suelos con Cono y Cono de Fricción (CPT) NTP339.148 (ASTM D 3441).‐ Este método se conoce también como el cono Holandés. Véase aplicación en la Tabla N° 3.

150


151



Tipo de Suelo(1)



CPT NTP 339.148(ASTM D3441)

Auscultación (5) qc, fc

Todos excepto gravas ‐‐‐ Gravas


(2) Leyenda:qc Resistencia de punta del cono en unidades de presión.fc Fricción en el manguito.

(5) No está permitido hacerla en el fondo de calicatas

Ensayo de penetración con cono (CPT)CPT: cone penetration testConsiste en introducir en el suelo a una cierta velocidad, una serie de varillas cilíndricas con un cono (a 45° o a 60°) en la base, midiendo de manera continua o a intervalos seleccionados la resistencia a la penetración del cono y de ser requerida, la resistencia a la penetración total o la resistencia a la fricción lateral sobre una manga de fricción.Incluye las siguientes pruebas:

» penetración estática» penetración quasi‐estática» cono holandés.

152

Ensayo de penetración con cono (CPT)

Los sistemas de medida pueden ser: »eléctricos,»mecánicos,»hidraulicos y »neumáticos.CPT se usa para obtener:

»estratigrafía y profundidad del estrato resistente

»características mecánicas de los suelos»capacidad portante de pilotes

153

Cono Holandés

Consiste en la introducción mediante presión hidráulica, de un cono de dimensiones normalizadas dispuesto de tal forma que pueda registrar la resistencia por punta (qc), la resistencia por fricción (fs) Lleva un forro exterior que se va bajando alternativamente con el cono, que evita la fricción.No es a golpes. Se le da al cono una velocidad inicial y se mide la fuerza a desarrollar.

154

CPT

Este método se basa en el cono holandés y puede medir qc, fs y la presión de poros (u) si así está equipado.

Estas medidas se hacen mediante sensores electrónicos (celdas de carga)

Algunos modelos tienen un geófono o un acelerómetro y permiten medir la velocidad de la onda de corte.

Típicamente todos los datos son transmitidos electrónicamente a la superficie y registrados en la computadora a pequeños intervalos (aproximadamente 2 a 5 cm) 155

CPT

156

CPT

157

CPT

158

CPT

159

CPT

160

CPT

161

CPT

Soil Behavior Type (Robertson et al., 1986; Robertson & Campanella, 1988)1 – Sensitive fine grained 5 – Clayey silt to silty clay 9 – sand2 – Organic material 6 – Sandy silt to silty sand 10 – Gravelly sand to sand3 – Clay 7 – Silty sand to sandy silt 11 – Very stiff fine grained*4 – Silty clay to clay 8 – Sand to silty sand 12 – Sand to clayey sand*

*Note: Overconsolidated or cemented

CPT

163

0

4

8

12

16

20

24

28

0 20 40 60

qt (MPa)

Dep

th (m

eter

s)

0

4

8

12

16

20

24

28

0 500 1000

fs (kPa)u b (kPa)

0

4

8

12

16

20

24

28

-200 0 200 400 600 800

fs

ub

qt

CPT

164

CPT CPT

3. CONOS DINÁMICOS (DP)

Ensayos in‐situ



e) Cono Dinámico Superpesado (DPSH) UNE 103‐801:1994.‐ Se utiliza para auscultaciones dinámicas que requieren investigación adicional de suelos para su interpretación y no sustituyen al Ensayo de Penetración Estándar. No se recomienda ejecutar ensayos DPSH en el fondo de calicatas, debido a la pérdida de confinamiento. Para determinar las condiciones de cimentación sobre la base de auscultaciones dinámicas, debe conocerse previamente la estratigrafía del terreno obtenida mediante la ejecución de calicatas, trincheras o perforaciones. Véase aplicación en la Tabla N°3.

168


169



Tipo de Suelo(1)



DPSH UNE 103 801:1994 Auscultación (5) N20



(2) Leyenda:N20 Número de golpes por cada 0.20 m de penetración mediante

auscultación con DPSH(5) No está permitido hacerla en el fondo de calicatas

4. CONO DINÁMICO TIPO PECK (ACP)

Ensayos in‐situ



f) Cono Dinámico Tipo Peck UNE 103‐801:1994 ver tabla (2).‐ Se utiliza para auscultaciones dinámicas que requieren investigación adicional de suelos para su interpretación y no sustituyen al Ensayo de Penetración Estándar. No se recomienda ejecutar ensayos Tipo Peck en el fondo de calicatas, debido a la pérdida de confinamiento. Para determinar las condiciones de cimentación sobre la base de auscultaciones dinámicas, debe conocerse previamente la estratigrafía del terreno obtenida mediante la ejecución de calicatas, trincheras o perforaciones. Véase aplicación en la Tabla N° 3.

171


172



Tipo de Suelo(1)



Cono tipo Peck

UNE 103 801:1994 (4)

Auscultación (5) Cn



(2) Leyenda:Cn Número de golpes por cada 0.30 m de penetración mediante

auscultación con Cono Tipo Peck.(4) Ver Anexo II.(5) No está permitido hacerla en el fondo de calicatas

Auscultación con cono tipo Peck

Llamada cono de Peck en el Perú Introducción en forma continua con equipo SPT (mismo martillo y caída ) de una punta cónica de 6.35 cm (2.5”) de diámetro y 60 en el vértice.

Se hinca en forma continuaEl ensayo se encuentra normalizado en el Perú (NTE E 050):» el registro de la auscultación se efectúa contando el número de golpes para introducir la punta cónica cada 15 cm,

» el resultado se presenta en forma gráfica indicando el número de golpes por cada 30 cm de penetración,

» se recomienda su uso hasta 8 metros de profundidad, en ningún caso se debe superar los 10 metros.

173

Figura N° 1

174

Auscultación con cono tipo Peck

Correlacionado con el SPT El cono tipo Peck debe calibrarse con respecto al Ensayo Estándar de Penetración:

» N : golpes por 30 cm de penetración en el SPT» Cn: golpes por 30 cm de penetración con el ACP» : coeficiente de correlación.Arenas limpias: N = 0.5 CnArcillas saturadas: N = Cn

175

nN C

Cono de Peck

176

Cono de Peck

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

0 50 100 150 200 250 300

Cp (Número de golpes/30 cm de penetración)

Prof

undi

dad

(m)

CP-1

CP-2

CP-3

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

0 50 100 150 200 250 300 350

Cp (Número de golpes/30 cm de penetración)

Prof

undi

dad

(m)

CP-1

CP-2

5. PENETRÓMETRO DINÁMICO LIGERO (DPL)

Ensayos in‐situ



g) Método de ensayo normalizado para la auscultación con penetrómetro dinámico ligero de punta cónica (DPL) NTP339.159 (DIN 4094).‐ Las auscultaciones dinámicas son ensayos que requieren investigación adicional de suelos para su interpretación y no sustituyen al Ensayo de Penetración Estándar. No se recomienda ejecutarse ensayos DPL en el fondo de calicatas, debido a la pérdida de confinamiento. Para determinar las condiciones de cimentación sobre la base de auscultaciones dinámicas, debe conocerse previamente la estratigrafía del terreno obtenida mediante la ejecución de calicatas, trincheras o perforaciones. Véase aplicación en la Tabla N° 3.

179


180



Tipo de Suelo(1)



DPL NTP 339.159 (DIN 4094)

Auscultación (5) n SP SW, SM Lo restante


(2) Leyenda:n Número de golpes por cada 0.10 m de penetración mediante

auscultación con DPL.(5) No está permitido hacerla en el fondo de calicatas

Dynamic probing (DP)

Los sistemas de medida pueden ser: 1977: IXX ICSMFE ‐ Tokyo. El Sub‐comité Europeo sobre Pruebas de Penetración: Recomendaciones para un Estándar Europeo para DP1981: DPL1982: cuestionario entre 25 paises

181

Tipo Abreviación Masa (kg) # paísesLigero DPL 10 21

Medio DPM 10 – 40 16

Pesado DPH 40 – 60 10

Súper pesado DPSH > 60 23

Cono alemán (DP)

Las auscultaciones dinámicas son ensayos que requieren investigación adicional de suelos para su interpretación y no sustituyen al SPT.

No deben ejecutarse ensayos DP en el fondo de calicatas, debido a la pérdida de confinamiento.» Para determinar las condiciones de cimentación en base a auscultaciones dinámicas, debe conocerse previamente la estratigrafía del terreno obtenida en base a la ejecución de calicatas, trincheras o perforaciones.

» El uso de la DP se recomienda hasta 5 metros de profundidad.

» En ningún caso se debe superar los 8 metros

182

Penetrómetro dinámico ligero (DPL)

183

Aplicaciones del DPL

Investigaciones preliminares Investigaciones definitivas Supervisión durante la construcción Suelos en los que es aplicable el DPL:

» Arenas finas (SP)» Arenas limosas (SM)» N10 = N60

Limitaciones:» No remplaza al SPT» Siempre combinado con calicatas» Máximo 8 m de profundidad

184

6. ENSAYO DE VELETA

Ensayos in‐situ



h) Método Normalizado para Ensayo de Corte con Veleta de Campo en Suelos Cohesivos NTP 339.155 (ASTM D 2573).‐ Este ensayo es aplicable únicamente cuando se trata de suelos cohesivos saturados desprovistos de arena o grava, como complemento de la información obtenida mediante calicatas o perforaciones. Su aplicación se indica en la Tabla N° 3.

186


187



Tipo de Suelo(1)



Veleta de

Campo(3)NTP 339.155 (ASTM

D2573)Perforación/Calicata Cu, St CL, ML, CH, MH ‐‐‐ Lo restante


(2) Leyenda:Cu Cohesión en condiciones no drenadas.St Sensitividad.

(3) Sólo para suelos finos saturados, sin arenas ni gravas.

Ensayo de veleta

188

Ensayo de veleta

Los ensayos de corte con veleta normal (ASTM D 2573) o miniatura (ASTM D 4648) son aplicables únicamente cuando se trata de suelos cohesivos saturados desprovistos de arena, grava y como complemento de la información obtenida mediante calicatas o perforaciones.

189

Ensayo de veleta

190

21 2 2u uT rL c r r L c

2

22 0

3

2

2

2

23

ur

u

u

dT d c

T d c

rT c

32

1 22 2 43u urT T T r L c c

Ensayo de veleta

191

22 (3 2 )3 u

rT c L r

ucT

k

Veletas

192

Veletas

193

Veletas

194

Veleta y CPT

195

7. PRUEBA DE CARGA

Ensayos in‐situ



i) Método de Ensayo Normalizado para la Capacidad Portante del Suelo por Carga Estática y para Cimientos Aislados NTP 339.153 (ASTM D 1194).‐ Las pruebas de carga deben ser precedidas por un EMS y se recomienda su uso únicamente cuando el suelo a ensayar es tridimensionalmente homogéneo, comprende la profundidad activa de la cimentación y es semejante al ubicado bajo el plato de carga. Las aplicaciones y limitaciones de estos ensayos, se indican en la Tabla N° 3.

197


198



Tipo de Suelo(1)



Prueba de carga

NTP 339.153 (ASTM D1194) ‐‐‐ Asentamiento

vs. Presión

Suelos granulares y rocas blandas

‐‐‐ ‐‐‐


(2) Leyenda:N Número de golpes por cada 0.30 m de penetración en el ensayo estándar

de penetración.

8. ENSAYOS CON INSTRUMENTOS MANUALES

Ensayos in‐situ


Equipos miniatura

Sirven para una clasificación mas precisa de los suelos en el campo y para dar información preliminar de resistencia.Equipos:

» veleta miniatura y» penetrómetro manual (CL‐700A)

200

Instrumentos manuales

201

Veleta miniatura

202

9. PRESIÓMETRO MENARD

Ensayos in‐situ


Presiómetros o dilatómetro convencional

204

205

10. DILATÓMETRO PLANO DE MARCHETTI

Ensayos in‐situ


Dilatómetro plano de Marchetti

207

Dilatómetro

Importante: estimación de módulo de elasticidad208

209 210

11. ENSAYOS DE PERMEABILIDAD

Ensayos in‐situ


Ensayos de permeabilidad El control de las pérdidas de agua en calicatas cuyo interior se haya saturado previamente o en sondeos llenos de agua hasta niveles superiores al nivel freático del entorno (ensayo Lefranc) o en sondeos obturados con presión forzada (ensayo Lugeon), permiten una estimación aproximada de la permeabilidad del terreno.

La permeabilidad obtenida de estos ensayos puede utilizarse en el análisis cualitativo de las condiciones de drenaje de un determinado problema o para cálculo de filtraciones.

Si la permeabilidad resultase ser un parámetro crítico de proyecto, entonces puede también determinarse mediante ensayos de bombeo específicamente pensados para el análisis del problema concreto.

212

Prueba de bombeo sin confinar

213

Prueba de bombeo en un acuífero no confinado

214


4. MÉTODOS GEOFÍSICOS

215

Métodos geofísicos

Aplicaciones» determinación de características mecánicas» exploración» localización de depósitos» determinación de propiedades dinámicas

Limitaciones» sólo dan indicios acerca de las propiedades del suelo» deben complementarse con sondeos y muestreos

216

Velocidades de onda

Muchas veces se utilizan métodos geofísicos no invasivos para determinar donde efectuar perforaciones o auscultaciones.

Las velocidades de onda de corte (VS) y onda de compresión (VP) están íntimamente relacionadas con la rigidez del suelo (o cualquier otro material):

217

2

2S

P

G VE V

Propagación de ondas sísmicas

218


219

Parámetros

Tiempo de inicio del movimiento sísmico (tiempo cero)Distancia entre el punto de impacto y el sensorPrimer arribo de energía sísmica que llega a los sensores

220

DIRECTA

V1

V2

i r

REFRACTADA

icic

Onda S Onda R

Tiempo

Onda P

Registro de la llegada de las ondas elásticas según su velocidad

‐ Ondas compresionales (VP)‐ Ondas de corte (VS)‐ Ondas superficiales (VR)

P S RV V V


1. SASW (Spectral Analysis of Surface Waves).2. Reflexión sísmica.3. Refracción sísmica.4. Crosshole, downhole y uphole.5. Microgravedad.6. Resistividad o conductividad del suelo.7. GPR (Ground Penetrating Radar).8. Métodos tomográficos.

222

1. SASW (SPECTRAL ANALYSIS OF SURFACE WAVES)



SASW (Spectral Analysis of SurfaceWaves)

Análisis espectral de ondas de superficieSe analiza las ondas transmitidas a distintas frecuenciasSe obtiene un perfil del suelo (estratos con diferentes velocidades de onda de corte)

224

2. REFLEXIÓN SÍSMICA



Método de reflexión

Determina tiempos de llegada de ondas reflejadas en superficies de separación de 2 medios de diferentes velocidades de propagación.Util para exploraciones marinas.Equipo:» Boomers: profundidades de 3 a 200 m.» Sparkers: Profundidades de 10 a 600 m.

226

Reflexión y refracción

1 1 2 2

( ) ( ) ( ) ( )

D S D S

Seno a Seno b Seno e Seno fV V V V

a ab

P P Sv

PSv

e

f

1

2

b ba

P

e

f

1

2

Sv Sv P

Sv

b b

f

1

2

Sh

Sh Sh


228


229

3. REFRACCIÓN SÍSMICA



Método de refracción

Aplicaciones» investigaciones preliminares» delimitación de estratos

Equipo Básico» Fuente de Energía» Sismómetro» Geófonos» Sismógrafo

231

Ensayo de refracción

Aplicaciones:» perfilar suelos» detectar roca

232

Estrato 1

Estrato 2

Geófono 1 Geófono 2 Geófono 4Geófono 3

Trigger

Refracción sísmica

Geofonos verticalesFuente(Plato)

Suelo B: Vp2

ASTM D 5777

Suelo A: Vp1

Receptor

x1x2x3x4

t1t2t3t4

Vp1 < Vp2

zR

Determinar la profundidad de los estratos, zR

0.000

0.005

0.010

0.015

0.020

0 10 20 30 40 50 Distancia desde el origen (m)

Estratos de sueloRefracción sísmica

Vp1 = 1350 m/s

1

Vp2 = 4880 m/s

1z

x2

V VV Vc

c p2 p1

p2 p1

Profundidad de cambio:zc = 5.65 m

xc = 15.0 m

Tiem

po e

n se

gund

os

Ensayo de refracción

235

Equipo

Geófono vertical y cable conductor de señales para realizar ensayos de refracción sísmica y ensayos en pozo abierto de poca profundidad

236

Disposición del equipo

Ensayo de refracción sísmica, disposición detallada de la conexión de cables a geófonos, trigger, equipo de adquisición y amplificador

237

Unidad de adquisición y procesamiento de datos (ensamblado final)

238

4. CROSSHOLE, DOWNHOLE Y UPHOLE



Crosshole, Downhole y Uphole

Utilizados para determinar in situ las velocidadesde las ondas de corte.Es importante determinar la velocidad de lasondas de corte para conocer la respuestadinámica del suelo.Resultan poco fiables en estratos irregulares,estratos blandos con grandes contenidos degrava o cuando la velocidad decrece con laprofundidad.

240

Crosshole ‐ Variables

Fuente: equipo SPT que proporcione la energía mecánica.Receptores: transductores de velocidad con frecuencias naturales entre 4 y 20 Hz.Almacenamiento de datos: osciloscopio.Registrador: cámara.Sistema de transductores de disparo eléctrico.

241

Procedimiento de campo (previo)

Taladrar y cubrir tres o mas sondeos a la profundidad deseada varios días antes de comenzar con la prueba.Los diámetros deben ser lo mas pequeño posible (rango típico: 10.2 a 15.2 cm).Los sondeos se cubren con plástico o aluminio = 7.6 cm.Excavaciones colocadas linealmente.

242

Procedimiento de campo

Se coloca un taladro en la perforación de la fuente.Una vez hecho el sondeo se coloca el SPT.Se colocan transductores de velocidad vertical en 1 o mas sondeos a la misma profundidad.Se enlaza el transductor de velocidad vertical al taladro varios pies debajo de la superficie.Se deja caer el martillo (63.5 kg) varias veces.

243

Taladro colocado en la perforación

244

Ensayo CrossholeReceptor

Forro de PVC para la perforación

Forro de PVC para la perforación

Martillo Downhole(fuente) Transducer de

velocidad(GeofonoReceptor)

t

x

Velocidad de la onda de corte:Vs = x/t

Profundidad del ensayo

ASTM D 4428

Bomba

Blader

InclinometroInclinometro

Downhole ‐ Variables

Fuente: bloque de concreto de 0.6 m de lado golpeado por martillo.Receptores: paquete de transductores de velocidad 3D.Registrador: osciloscopio.

246

Procedimiento de campo (previo)

Taladrar y cubrir una perforación a la profundidad deseada.Colocar los transductores de velocidad en las perforación receptora a alguna profundidad.Vaciar el bloque de concreto a 0.6 m del suelo.Ubicar ángulos de acero durante el vaciado.

247


VGolpear uno de los ángulos de acero con el martillo. Repetir el procedimiento golpeando el bloque a dirección contraria.

Repetir manualmente a intervalos de profundidades de 1.5 a 3 m hasta la profundidad final.

248

Ensayo DownholeOsciloscopio

Perforación con forro

x

Intervalo del

ensayo

Geófonos y tranductoreshorizontales

blader

BombaPlaca horizontal

Con carga vertical

Velocidad de onda de corte:Vs = R/t

z1 z2

t

R12 = z12 + x2

R22 = z22 + x2

x

Martillo

Ondas de corte obtenidas con un cono sísmico (SCPT)

Se utiliza el geófono dentro del CPTSe envía una onda de corte a través del suelo en intervalos de un metroSe produce un registro de ondas del corte y de acuerdo a la diferencia de tiempos de llegada se calcula la velocidad de onda de corte en el suelo

250


251


252

Uphole ‐ Variables

Fuente: explosivoReceptores: transductores de velocidad 3D.

253


Se fija la fuente a elevaciones sucesivas en una perforación no encamisada empezando por el fondo.Los geófonos se distribuyen en el terreno. Se registran los datos con el osciloscopio luego de activar la fuente.

254

5. MICROGRAVEDAD



Microgravedad

Medición del campo gravitatorio (con instrumentos muy precisos) para determinar la presencia de vacíos.

256

6. RESISTIVIDAD O CONDUCTIVIDAD DEL SUELO



Resistividad

Basado en la diferente resistividad eléctrica de los estratos.Se clavan 2 electrodos A y B para establecer un campo eléctrico artificial con otros 2 electrodos M y N de medida, cuyas distancias varían.Investigación con cimientos de presas.Localiza los limites de agua salada, suelo granular limpio, estratos de arcilla y profundidad de la roca.

258

Resistividad

259

7. GPR (GROUND PENETRATING RADAR)



GPR (Ground Penetrating Radar)

261


262


263


264

8. MÉTODOS TOMOGRÁFICOS



Tomografía

Pixels

1 2

1 2

a aa

d dt

v v

1 1 2 2a a at d S d S

1 3 4 4b b bt d S d S

1 1 3 3c c ct d S d S

1 2 4 4d d dt d S d S

Tiempo de viaje de Sa hasta Sb

En General:

t d S

Incognita

Determinada geométricamente

Mediciones

Tomografía Tomografía (Kilty, 1990)

Disposición de los sensores

Principio de trabajo


5. INSTRUMENTACIÓN GEOTÉCNICA

269

Aplicaciones

Estudios de diseño de cimentacionesOperaciones de construcciónPostconstrucciónEstructuras existentesExtracción de minerales Movimientos tectónicos

270

Selección de la instrumentación

Se debe tener en cuenta lo siguiente:Condición a ser monitoreadaAplicaciónCaracterísticas de la instrumentación

» precisión» sensibilidad» repetibilidad» drift» confiabilidad

271

Instrumentos para mediciones en la superficie

Instrumentos geodésicos» instalación de hitos para medición en lugares representativos

» puntos de referencia ubicados sobre terreno francamente estable

» teodolitos mecánicos, EDM. Fotogrametría

» Deben ubicarse 4 puntos de referencia.» Las fotos obtenidas se interpretan mediante un autoestereógrafo.

Inclinometría superficial» miden cambios de inclinación.» placas cerámicas de referencia sobre la superficie.

272

Instrumentos para mediciones en la superficie

Extensometría superficial» de wincha» superficiales de alambre» miden cambios de distancia entre puntos de referencia.

» un punto estable en el terreno y los otros puntos de control.

Celdas de carga» Miden cambios de presión entre el suelo o roca y un elemento de construcción.

» Para control de tensión en los anclajes.273

Instrumentos para mediciones a profundidades considerables

Inclinómetro» para la determinación de las deformaciones horizontales dentro del macizo rocoso.

» perforación con un forro casing.

Extensómetro de barras» miden el desplazamiento dentro del macizo rocoso.» el eje longitudinal de las barras debe colocarse paralelo al rumbo de los movimientos.

274

Inclinómetro y casing

275

Instrumentos para mediciones a profundidades considerables

Conductores frágiles» para determinar la posición de las superficies de deslizamiento de movimientos relativamente rápidos.

» conjunto de alambres embebidos en una cinta flexible» se inyecta una mezcla de mortero para rigidizar el interior del forro.

Piezómetros» en suelos cohesivos miden cambios de presiones de poros» en suelos no cohesivos miden la posición del nivel freático.

Emisores acústicos» para localizar lugares de concentración de las tensiones» la formación de las microgrietas está acompañadas por la emisión de sonidos.

276

Piezómetro

277


6. MUESTREO

278

Muestreo

1. Tipo de muestras.2. Identificación de las muestras.3. Programa de ensayos de laboratorio.

279

1. TIPO DE MUESTRAS

Muestreo


Toma de muestras

Debe ser planificada antes de comenzar los trabajos de campo.Pueden tomarse de perforaciones o de calicatas.Debe quedar documentada: procedencia (perforación), profundidad, NFSu número y ubicación sólo deben definirse tras considerar los ensayos necesarios para analizar los problemas objeto del estudio.

281

10.4 Tipos de muestras

Se considera los cuatro tipos de muestras que se indican en la Tabla N° 4, en función de las exigencias que deberán atenderse en cada caso, respecto del terreno que representan.

282

Tabla N°4.‐ Tipo de muestrasTIPO DE MUESTRA NORMA APLICABLE

FORMAS DE OBTENER Y

TRANSPORTAR

ESTADO DE LA

MUESTRACARACTERÍSTICAS

Muestra inalterada en bloque(Mib)

NTP 339.151(ASTM D4220) Prácticas Normalizadas para la Preservación y Transporte de Muestras de Suelos

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 finos suficientemente cementados para permitir su obtención).

Muestra inalterada en tubo de pared delgada(Mit)

NTP 339.169(ASTM D1587) Muestreo Geotécnico de Suelos con Tubo de Pared Delgada

Tubos de pared delgada

Muestra alterada en bolsa de plástico(Mab)


Con bolsas de plástico

Alterada

Debe mantener inalterada la granulometría del suelo en su estado natural al momento del muestreo.

Muestra alterada para humedad en lata sellada(Mah)


En lata sellada Debe mantener inalterado el contenido de agua.

283

Tipos de Muestras

Alteradas: tienen y distintas de las originales: Mab.Si mantiene : Mah (Maw)Inalteradas: dimensiones, , (y resistencia, deformabilidad y permeabilidad) sean lo más próximas posibles a las originales: Mib, Mit (Mis).

284

Toma de muestra inalterada en bloque Muestra inalterada en bloque

286

Muestreador Shelby MuestreadorShelby

288

Muestreador shelby

289

Tubos Shelby

290

Muestras a extraer

En cualquier caso, las muestras han de ser representativas del suelo que se quiere ensayar.En ese sentido deben evitarse siempre los lavados o segregaciones de las muestras salvo que ese aspecto, por alguna razón singular, no tenga importancia en el problema en estudio.

291

Muestras alteradas e inalteradas

Las muestras alteradas pueden tomarse manualmente, con pico y pala, con excavadoras mecánicas o proceder de testigos de sondeos. Pueden transportarse en sacos o bolsas.

Las muestras inalteradas deben tomarse con tomamuestras específicos (hincando tubos de pared delgada), de paredes o del fondo de calicatas (en bloque). Deben empaquetarse, transportarse y conservarse en el laboratorio hasta su ensayo de manera que no sufran alteración.

La toma de muestras inalteradas o poco alteradas de suelos granulares limpios no es posible por procedimientos convencionales: importancia de ensayos in situ 292

Transporte de muestras

Las Mi deben ser transportadas en cajas cerradas para evitar que se abran accidentalmente.

Las muestras deben ser separadas entre si y de las paredes de las cajas por no menos de 15 cm de material amortiguador: espuma de plástico esponjoso picado.

Nunca llevar Mi en la tolva de un camión. Las alturas mayores a 3000 m (cordillera o avión), se descomprimen, expanden y se modifica la presión de poros, lo que altera las propiedades mecánicas que se obtienen en el laboratorio.

En estos casos, las Mi deben transportarse en la cabina presurizada o introducidas en recipientes herméticos metálicos.

293

Recipientes para muestras en bloque

294

Recipiente metálico para transportar tubos shelby

295

Toma de muestras en profundidadProcedimiento Tipo de Terreno Calidad de la

MuestraTUBOS TOMAMUESTRAS HINCADOS.‐ En el fondo de los sondeos se pueden introducir tubos de pared delgada (Shelby) que alteran poco el terreno que queda alojado en su interior. Existen distintos procedimientos según los suelos sean blandos (tomamuestras hincados a presión o por vibración, “vibracore”, y con distintos sistemas de retención del testigo) o a percusión cuando el suelo es compacto a duro.

Suelos cohesivos de consistencia muy blanda a medianamente compacta y algunos suelos granulares con suficientes finos y no muy densos

Poco alterada

TUBOS PORTAMUESTRAS.‐ En los sondeos mecánicos realizados a rotación se aloja un tubo en el interior del elemento inferior de la perforación que protege parcialmente la muestra a tomar de los efectos de rotación

Suelos cohesivos muy compactos a duros y rocas.

Algo Alterada

TESTIGOS DE PERFORACION.‐ En los sondeos perforados con corona hueca se puede obtener en suelos duros el núcleo de terreno no destruido durante el avance.

Algo alterada a muy alterada

CUCHARA SPT.‐ La hinca del tubo que conforma la cuchara SPT permite en buen número de suelos obtener una muestra del terreno atravesado durante su hinca

Suelos cohesivos no muy compactos y suelos granulares sin gravas no muy densos y con algunos finos

Muy alterada

296

Muestreador de pistón

297

Muestreador Denison

298

Muestreador Pitcher

299

2. IDENTIFICACIÓN DE LAS MUESTRAS

Muestreo


Registro de muestras

Se debe llevar un doble registro de muestras: la tarjeta que acompaña físicamente la muestra y la libreta de campo en que se registra el perfil del suelo y los datos de la muestra.

Todas las muestras deben ser identificadas y etiquetadas inmediatamente después de haber sido obtenidas.

El número de la muestra debe repetirse en la tarjeta y en la libreta de campo.

La tarjeta debe ser de cartón resistente y el ojal reforzado con un ojalillo metálico.

En Mib ó Mit debe también indicarse la posición original de la muestra con una flecha que señale la parte superior

La tarjeta debe protegerse contra la humedad: cera o bolsa.

301

Información en la tarjeta

Proyecto:Ubicación: Localidad / Provincia / Departamento

Sondaje: Cx/Px/Ax (x: número de sondaje)

Muestra: My (y: núm. de muestra del sondaje)

Profundidad: Inicio y fin de muestra

Tipo: Mib/Mit/Mab/Mah

Clasificación: SUCS

Operador: Técnico responsable (ingeniero)

Fecha:302

3. PROGRAMA DE ENSAYOS DE LABORATORIO

Muestreo


10.5 Ensayos de Laboratorio

Se realizarán de acuerdo con las normas que se indican en la Tabla N° 5.

304

Tabla N°5.‐ Ensayos de Laboratorio

305

ENSAYO NORMA APLICABLEContenido de Humedad NTP 339.127 (ASTM D2216)Análisis Granulométrico NTP 339.128 (ASTM D422)Límite Líquido y Límite Plástico NTP 339.129 (ASTM D4318)Peso Específico Relativo de Sólidos NTP 339.131 (ASTM D854)Clasificación Unificada de Suelos (SUCS) NTP 339.134 (ASTM D2487)Densidad Relativa * NTP 339.137 (ASTM D4253)

NTP 339.138 (ASTM D4254)Peso volumétrico de suelo cohesivo NTP 339.139 (BS 1377)Límite de Contracción NTP 339.140 (ASTM D427)Ensayo de Compactación Proctor Modificado NTP 339.141 (ASTM D1557)Descripción Visual‐Manual NTP 339.150 (ASTM D2488)Contenido de Sales Solubles Totales en Suelos y AguaSubterránea

NTP 339.152 (BS 1377)

Consolidación Unidimensional NTP 339.154 (ASTM D2435)Colapsibilidad Potencial NTP 339.163 (ASTM D5333)Compresión Triaxial no Consolidado no Drenado NTP 339.164 (ASTM D2850)Compresión Triaxial Consolidado no Drenado NTP 339.166 (ASTM D4767)Compresión no Confinada NTP 339.167 (ASTM D2166)Expansión o Asentamiento Potencial Unidimensionalde Suelos Cohesivos

NTP 339.170 (ASTM D4546)

Corte Directo NTP 339.171 (ASTM D3080)Contenido de Cloruros Solubles en Suelos y AguaSubterránea

NTP 339.177 (AASHTO T291)

Contenido de Sulfatos Solubles en Suelos y AguaSubterránea

NTP 339.178 (AASHTO T290)

* Debe ser usada únicamente para el control de rellenos granulares.

10.6 Compatibilización de perfiles estratigráficos

En el laboratorio se seleccionarán muestras típicas para ejecutar con ellas ensayos de clasificación. Como resultado de estos ensayos, las muestras se clasificarán, en todos los casos de acuerdo al Sistema Unificado de Clasificación de Suelos – SUCS NTP 339.134 (ASTM D 2487) y los resultados de esta clasificación serán comparados con la descripción visual – manual NTP 339.150 (ASTM D 2488) obtenida para el perfil estratigráfico de campo, procediéndose a compatibilizar las diferencias existentes a fin de obtener el perfil estratigráfico definitivo, que se incluirá en el informe final.

306

Perfil del suelo

Descripción de los diferentes estratos que constituyen el terreno investigado indicando para cada uno de ellos: Origen, nombre y símbolo del grupo del suelo, según el sistema unificado de suelos (SUCS, ASTM D 2487).

Plasticidad de los finos, consistencia o densidad relativa, humedad, color, tamaño máximo y angularidad de las partículas, olor, cementación y otros comentarios (raíces o cavidades, etc.), de acuerdo a la Norma ASTM D 2488.

Ubicación de la napa freática indicando la fecha de medición y comentarios sobre su variación en el tiempo.

307

Ejemplo: Perfil del sueloEl perfil del suelo es homogéneo y está formado por un depósito fluvio‐aluvial de origen cuaternario, compuesto por suelos granulares con bolsones de suelos finos, con un Relleno No Controlado superficial.El primer estrato (de suelo natural) está formado por arcilla limosa arenosa, de plasticidad media, medianamente compacta a muy compacta, ligeramente húmeda, marrón claro (CL). Este estrato se encuentra desde la superficie y llega hasta 0.60 m de profundidad.Finalmente, se encontró grava arenosa mal graduada, medianamente densa, ligeramente húmeda, color gris claro, con partículas sub redondeadas, y bolones de Tamaño Máximo 21 cm. (GP). Este estrato se encuentra desde 0.60 m y llega más allá de la máxima profundidad investigada, 24.00 m. Este depósito de material del Río Rímac continúa en forma similar por debajo de los 280 m (Kuroiwa, 1977; Repetto, 1980).

308


7. EL PROGRAMA DE INVESTIGACIÓN

309

11. Programa de investigación11.1 Generalidades

Un programa de investigación de campo y laboratorio se define mediante:a) Condiciones de frontera.b) Número n de puntos a investigar.c) Profundidad p a alcanzar en cada punto.d) Distribución de los puntos en la superficie del terreno.e) Número y tipo de muestras a extraer.f) Ensayos a realizar “In situ” y en el laboratorio.Un EMS puede plantearse inicialmente con un PIM (Programa de Investigación Mínimo), debiendo aumentarse los alcances del programa en cualquiera de sus partes si las condiciones encontradas así lo exigieran.

310

11.2 Programa de Investigación Mínimo ‐ PIM

El Programa de Investigación aquí detallado constituye el programa mínimo requerido por un EMS, siempre y cuando se cumplan las condiciones dadas en el Artículo 11 (11.2a).De no cumplirse las condiciones indicadas, el PRdeberá ampliar el programa de la manera más adecuada para lograr los objetivos del EMS.

311

11.2.a. Condiciones de frontera

Tienen como objetivo la comprobación de las características del suelo, supuestamente iguales a las de los terrenos colindantes ya edificados. Serán de aplicación cuando se cumplan simultáneamente las siguientes condiciones:a1 No existen en los terrenos colindantes grandes

irregularidades como afloramientos rocosos, fallas, ruinas arqueológicas, estratos erráticos, rellenos o cavidades.

a2 No existen edificaciones situadas a menos de 100 metros del terreno a edificar que presenten anomalías como grietas o desplomes originados por el terreno de cimentación.

312

11.2.a. Condiciones de frontera

a3 El tipo de edificación (Tabla N° 1) a cimentar es de la misma o de menor exigencia que las edificaciones situadas a menos de 100 metros.

a4 El número de plantas del edificio a cimentar (incluidos los sótanos), la modulación media entre apoyos y las cargas en éstos son iguales o inferiores que las correspondientes a las edificaciones situadas a menos de 100 metros.

a5 Las cimentaciones de los edificios situados a menos de 100 metros y la prevista para el edificio a cimentar son de tipo superficial.

a6 La cimentación prevista para el edificio en estudio no profundiza respecto de las contiguas más de 1.5 metros.

313

11.2.b Número “n” de puntos de investigación

El número de puntos de investigación se determina en la Tabla N° 6 en función del tipo de edificación y del área de la superficie a ocupar por éste.

Cuando se conozca el emplazamiento exacto de la estructura, n se determinará en función del área en planta de la misma; cuando no se conozca dicho emplazamiento, n se determinará en función del área total del terreno.

314

Tabla N°6.‐ Número de puntos de investigación

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 para Viviendas Unifamiliares de hasta 3 pisos

3 por cada Ha. de terreno habilitado

(n) nunca será menor de 3.

315

11.2c Profundidad “p” mínima de investigación

c1) Cimentación superficialEDIFICIO SIN SÓTANO p = Df + zEDIFICIO CON SÓTANO p = h + Df + zDónde:Df = En una edificación sin sótano, es la distancia vertical

desde la superficie del terreno hasta el fondo de la cimentación. En edificaciones con sótano, es la distancia vertical entre el nivel de piso terminado del sótano y el fondo de la cimentación.

h = Distancia vertical entre el nivel de piso terminado del sótano y la superficie del terreno natural.

z = 1.5 B; siendo B el ancho de la cimentación prevista de mayor área.

316


c1) Cimentación superficialEn el caso de ser ubicado dentro de la profundidad activa de cimentación el estrato resistente típico de la zona, que normalmente se utiliza como plano de apoyo de la cimentación, a juicio y bajo responsabilidad del PR, se podrá adoptar una profundidad zmenor a 1,5 B. En este caso la profundidad mínima de investigación será la profundidad del estrato resistente más una profundidad de verificación no menor a 1 m.En ningún caso p será menor de 3 m, excepto si se encontrase roca antes de alcanzar la profundidad p, en cuyo caso el PR deberá llevar a cabo una verificación de su calidad por un método adecuado.

317

Figura N° 2 (C1).‐ Profundidad de cimentación (Df) en zapatas superficiales

318

Figura N° 2 (C1).‐ Profundidad de cimentación (Df) en zapatas bajo sótanos

319

Figura N° 2 (C1).‐ Profundidad de cimentación (Df) en plateas o solados

320


c2) Cimentación profundaLa profundidad mínima de investigación, corresponderá a la longitud del elemento que transmite la carga a mayores profundidades (pilote, pilar, etc.), más la profundidad z.p = h + Df + zDónde:Df = En una edificación sin sótano, es la distancia vertical

desde la superficie del terreno hasta el extremo de la cimentación profunda (pilote, pilares, etc.). En edificaciones con sótano, es la distancia vertical entre el nivel de piso terminado del sótano y el extremo de la cimentación profunda.

321


c2) Cimentación profundap = h + Df + z

h = Distancia vertical entre el nivel de piso terminado del sótano y la superficie del terreno natural.

z = 6.00 metros, en el 80 % de los sondeos.1.5 B, en el 20 % de los sondeos, siendo B el ancho de la cimentación, delimitada por los puntos de todos los pilotes o las bases de todos los pilares.

322

Figura N° 3 (C2).‐ Profundidad de cimentación (Df)

323


En el caso de ser conocida la existencia de un estrato de suelo resistente que normalmente se utiliza como plano de apoyo de la cimentación en la zona, a juicio y bajo responsabilidad del PR, se podrá adoptar para p, la profundidad del estrato resistente más una profundidad de verificación, la cual en el caso de cimentaciones profundas no deberá ser menor de 5 m. Si se encontrase roca antes de alcanzar la profundidad p, el PR deberá llevar a cabo una verificación de su calidad, por un método adecuado, en una longitud mínima de 3 m.

324

11.2d Distribución de los puntos de Investigación

Se distribuirán adecuadamente, teniendo en cuenta las características y dimensiones del terreno así como la ubicación de las estructuras previstas cuando éstas estén definidas.

325

Profundidad de sondajes

326


327


328


329


330


331


332


333


334

335 336

Número y espaciamiento entre sondeos

337


338


339

Número de sondajes

340

Número de sondajes

341

Número de sondajes

342

Ubicación de sondajes

343

Ubicación de sondajes

344

11.2e Número y tipo de muestras a extraer

Cuando el plano de apoyo de la cimentación prevista no sea roca, se tomará en cada sondaje una muestra tipo Mab por estrato, o al menos una cada 2 metros de profundidad hasta el plano de apoyo de la cimentación prevista Df y a partir de éste una muestra tipo Mib o Mit cada metro, hasta alcanzar la profundidad p, tomándose la primera muestra en el propio plano de la cimentación.Cuando no sea posible obtener una muestra tipo Mib o Mit, ésta se sustituirá por un ensayo “in situ” y una muestra tipo Mab.

345

11.2f Ensayos a realizar “in situ” y en laboratorio

Se realizarán, sobre los estratos típicos y/o sobre las muestras extraídas según las Normas indicadas en las Tabla Nº 3 y Tabla Nº 5. Las determinaciones a realizar, así como lo mínimo de muestras a ensayar será determinado por el PR.

346


8. EL INFORME DEL EMS

347

12. Informe del EMS

El informe del EMS comprenderá:Memoria DescriptivaPlanos de Ubicación de las Obras y de Distribución de los Puntos de Investigación. Perfiles de SuelosResultados de los Ensayos “in situ” y de Laboratorio

348

12.1 Memoria descriptiva12.1.a Resumen de las Condiciones de Cimentación

Descripción resumida de todos y cada uno de los tópicos principales del informe:Tipo de cimentación.Estrato de apoyo de la cimentación.Parámetros de diseño para la cimentación (Profundidad de la Cimentación, Presión Admisible, Factor de Seguridad por Corte y Asentamiento Diferencial o Total).Agresividad del suelo a la cimentación..Recomendaciones adicionales.

349

Resumen de las condiciones de cimentación

De acuerdo con la Norma Técnica de Edificaciones E-050 “Suelos y Cimentaciones”, la siguiente información deberá transcribirse en los planos de cimentación. Esta información no es limitativa, y deberá cumplirse con todo lo especificado en el presente Estudio de Suelos y en el Reglamento Nacional de Construcciones.

350

Tipo de Cimentación:Estrato de apoyo de la cimentaciónParámetros de Diseño de la Cimentación:Profundidad de Cimentación:

Presión Admisible:

Factor de Seguridad por Corte (estático, dinámico):Asentamiento Diferencial Máximo Aceptable:Agresividad del Suelo a la Cimentación:Recomendaciones Adicionales:


351

Tipo de Cimentación:Alternativa 1: zapatas aisladas o continuas, de concreto armado.Alternativa 2: platea de cimentación con vigas de concreto armado.Estrato de apoyo de la cimentación: Grava arenosa medianamente densa Parámetros de Diseño de la Cimentación:Profundidad de Cimentación: Alternativa 1: 1.50 m o hasta penetrar 0.20 m en la grava arenosa.Alternativa 2: Platea sobre un relleno controlado de 0.45 m y con vigas (perimetrales e interiores) de 0.70 m de peralte. Presión Admisible: Alternativa 1: 5.00 kg/cm² Alternativa 2 : 1.20 kg/cm²Factor de Seguridad por Corte (estático, dinámico): Mayor a 3 y 2,50Asentamiento Diferencial Máximo Aceptable: 0.80 cmAgresividad del Suelo a la Cimentación: No detectadaRecomendaciones Adicionales: No debe cimentarse sobre turba, suelo orgánico, tierra vegetal, desmonte, relleno sanitario o relleno artificial y estos materiales inadecuados deberán ser removidos en su totalidad, antes de construir la edificación y ser remplazados con materiales adecuados debidamente compactados.

12.1.b Información PreviaDescripción detallada de la información recibida de quien solicita el EMS y de la recolectada por el PRde acuerdo al Artículo 9.

12.1.c Exploración de CampoDescripción de los pozos, calicatas, trincheras, perforaciones y auscultaciones, así como de los ensayos efectuados, con referencia a las Normas empleadas.

12.1.d Ensayos de LaboratorioDescripción de los ensayos efectuados, con referencia a las Normas empleadas.

352

12.1.e Perfil del SueloDescripción de los diferentes estratos que constituyen el terreno investigado indicando para cada uno de ellos: origen, nombre y símbolo del grupo del suelo, según el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos ‐ SUCS, NTP 339.134 (ASTM D 2487), plasticidad de los finos, consistencia o densidad relativa, humedad, color, tamaño máximo y angularidad de las partículas, olor, cementación y otros comentarios (raíces, cavidades, etc.), de acuerdo a la NTP 339.150 (ASTM D 2488).

12.1.f Nivel de la Napa FreáticaUbicación de la napa freática, indicando la fecha de medición y comentarios sobre su variación en el tiempo.

353

12.1.g Análisis de la cimentación

Descripción de las características físico – mecánicas de los suelos que controlan el diseño de la cimentación. Análisis y diseño de solución para cimentación. Se incluirá memorias de cálculo en cada caso, en la que deberán indicarse todos los parámetros utilizados y los resultados obtenidos. En esta Sección se incluirá como mínimo:Memoria de cálculo.Tipo de cimentación y otras soluciones si las hubiera.Profundidad de cimentación (Df ).Determinación de la carga de rotura al corte y factor de seguridad (FS).

354

12.1.g Análisis de la cimentación

Estimación de los asentamientos que sufriría la estructura con la carga aplicada (diferenciales y/o totales).

Presión admisible del terreno. Indicación de las precauciones especiales que deberá tomar el diseñador o el constructor de la obra, como consecuencia de las características particulares del terreno investigado (efecto de la napa freática, contenido de sales agresivas al concreto, etc.)

Parámetros para el diseño de muros de contención y/o calzadura.

Otros parámetros que se requieran para el diseño o construcción de las estructuras y cuyo valor dependa directamente del suelo.

355

12.1.h Efecto del sismoEn concordancia con la NTE E.030 Diseño Sismorresistente, el EMSproporcionará como mínimo lo siguiente: El Factor de Suelo (S) y El Período que define la plataforma del espectro para cada tipo de suelo (Tp(S)).

Para una condición de suelo o estructura que lo amerite, el PR deberá recomendar la medición “in situ” del Período Fundamental del Suelo, a partir del cual se determinarán los parámetros indicados.En el caso que se encuentren suelos granulares saturados sumergidos de los tipos: arenas, limos no plásticos o gravas contenidas en una matriz de estos materiales, el EMS deberá evaluar el potencial de licuefacción de suelos, de acuerdo al Artículo 32.

356

Ejemplo: SismicidadEn el presente caso para determinar la sismicidad del lugar se han analizado las aceleraciones procedentes de los mapas de aceleraciones máximas en la roca para períodos de recurrencia sísmica de 30, 50 y 100 años propuestas por Casaverde y Vargas (1980) los que indican que el terreno estudiado se encuentra en una zona de sismicidad muy alta.De acuerdo al Reglamento Nacional de Construcciones, Normas Técnica de Edificación E.030 ‐ Diseño Sismorresistente, el área estudiada tiene las siguientes características:

357

Parámetro ValorTipo de suelo S1Período (Tp) 0.4Amplificación de la acción sísmica (S)

1.00

12.2 Planos y Perfiles de Suelos12.2.a Plano de Ubicación del Programa de

Exploración

Plano topográfico o planimétrico (ver el Artículo 9 (9.1)) del terreno, relacionado a una base de referencia y mostrando la ubicación física de la cota (o BM) de referencia utilizada. En el plano de ubicación se empleará la nomenclatura indicada en la Tabla N° 7.

358

Tabla N°7.‐ Técnicas de investigación

359

TÉCNICA DE INVESTIGACIÓN SÍMBOLO

Pozo o Calicata C – nPerforación P – nTrinchera T ‐ n

Auscultación A – n

12.2.b Perfil Estratigráfico por Punto Investigado

Debe incluirse la información del Perfil del Suelo indicada en el Artículo 12 (12.1e), así como las muestras obtenidas y los resultados de los ensayos “in situ”. Se sugiere incluir los símbolos gráficos indicados en la Figura N° 4.

360

Figura N° 4.‐Simbología de

suelos (referencial)

361

12.3 Resultados de los Ensayos de Laboratorio

Se incluirán todos los gráficos y resultados obtenidos en el Laboratorio según la aplicación de las Normas de la Tabla N° 5.

362

Índice de un EMS

RESUMEN Y CONCLUSIONESRESUMEN DE LAS CONDICIONES DE CIMENTACIÓN

INFORME1.ALCANCES DEL ESTUDIO2.CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES DEL PROYECTO3.UBICACIÓN4.TRABAJOS EFECTUADOS

1. TRABAJOS DE CAMPO2. ENSAYOS DE LABORATORIO

5.PERFIL DEL SUELO6.NIVEL DE LA NAPA FREÁTICA7.ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN

1. PROFUNDIDAD DE CIMENTACIÓN2. PRESIÓN ADMISIBLE POR ASENTAMIENTO 363

Índice de un EMS

8. SISMICIDAD9. PARÁMETROS PARA DISEÑO DE LAS OBRAS DE

SOSTENIMIENTO10.AGRESIVIDAD DEL SUELO11.RECOMENDACIONES PARA LA CIMENTACIÓNBIBLIOGRAFÍA

ANEXOSTRABAJOS DE CAMPOENSAYOS DE LABORATORIOESPECIFICACIONES TÉCNICAS

364

Ejemplo: Recomendaciones para la cimentación

El Relleno No controlado (artificial) encontrado debe ser eliminado antes de iniciar las obras conforme a lo indicado en la Norma Técnica de Edificaciones E.050 en el Capítulo 4, Articulo 19 “Profundidad de Cimentación” indica que no debe cimentarse sobre turba, suelo orgánico, tierra vegetal, relleno de desmonte o rellenos sanitario o industrial, ni rellenos No Controlados. Estos materiales inadecuados deberán ser removidos en su totalidad, antes de construir la edificación y ser remplazados con materiales que cumplan con lo indicado en el Artículo 21 (21.1) “Rellenos Controlados o de Ingeniería”.Se recomienda que los Rellenos Controlados que se requieran para nivelar el terreno, luego de eliminado el Relleno No Controlado (artificial), se construyan con materiales granulares, y se compacten convenientemente a una densidad no menor del 95% de la máxima densidad seca obtenida mediante el ensayo de compactación Proctor Modificado Método C, con la finalidad de evitar problemas causados por la deformación del relleno ubicado bajo los pisos.

365

Ejemplo: Recomendaciones para la cimentación

Los Rellenos Controlados pueden ser realizados antes o después de construidos los sobrecimientos, en el caso de efectuar el Relleno Controlado antes de construir los sobrecimientos se deberá recompactar la zona cercana a la cimentación con la finalidad de confinarlos adecuadamente. Para verificar la compactación se realizarán Controles de Densidad en el Campo (NTP 339.143 o NTP 339.144). Este ensayo se realizará cada 250 m2 de superficie en puntos dispuestos en tresbolillo. Para el caso de áreas pequeñas, se efectuará un ensayo para un área menor o igual a 25 m2 y dos ensayos para áreas mayores. Los materiales que se usarán para nivelación o como relleno estructural serán selectos, de características friccionantes y provistos de suficiente cantidad de vacíos para garantizar su resistencia, estabilidad y capacidad de drenaje. Serán suelos granulares de preferencia del tipo A‐1‐a ó A‐1‐b del Sistema de Clasificación de Suelos con propósitos de Ingeniería Vial, es decir gravas o gravas arenosas compuestas por partículas duras y durables, y de aristas vivas; pueden provenir de depósitos naturales o del chancado con un tamaño máximo de 37.5 mm. El material estará libre de material vegetal y terrones de suelo fino (arcilla o limo). Debe contener cantidad de finos que garanticen una adecuada trabajabilidad y den estabilidad a la superficie.

366


9. DISEÑO DE CIMENTACIONES

368

Diseño de cimentaciones

1. Análisis de las condiciones de cimentación.2. Cimentaciones superficiales.3. Cimentaciones profundas.4. Problemas especiales de cimentación.

369

1. ANÁLISIS DE LAS CONDICIONES DE CIMENTACIÓN.



NTE E‐050 “suelos y cimentaciones” (2006)3. ANÁLISIS DE LAS CONDICIONES DE

CIMENTACIÓN13.Cargas a utilizar14.Asentamiento tolerable15.Capacidad de carga16.Factor de seguridad frente a una falla por corte17.Presión admisible

371

13. Cargas a utilizarPara la elaboración de las conclusiones del EMS, y en caso de contar con la información de las cargas de la edificación, se deberán considerar:a) Para el cálculo del factor de seguridad de cimentaciones: se utilizarán

como cargas aplicadas a la cimentación, las Cargas de Servicio que se utilizan para el diseño estructural de las columnas del nivel más bajo de la edificación.

b) Para el cálculo del asentamiento de cimentaciones apoyadas sobre suelos granulares: se deberá considerar la máxima carga vertical que actúe (Carga Muerta más Carga Viva más Sismo) utilizada para el diseño de las columnas del nivel más bajo de la edificación.

c) Para el cálculo de asentamientos en suelos cohesivos: se considerará la Carga Muerta más el 50% de la Carga Viva, sin considerar la reducción que permite la Norma Técnica de Edificación E .020 Cargas.

d) Para el cálculo de asentamientos, en el caso de edificaciones con sótanos en las cuales se empleen plateas o losas de cimentación, se podrá descontar de la carga total de la estructura (carga muerta más sobrecarga más el peso de losa de cimentación) el peso del suelo excavado para la construcción de los sótanos.

372

14. Asentamiento tolerable

En todo EMS se deberá indicar el asentamiento tolerable que se ha considerado para la edificación o estructura motivo del estudio. El Asentamiento Diferencial (Figura N° 4) no debe ocasionar una distorsión angular mayor que la indicada en la Tabla N° 8.En el caso de suelos granulares el asentamiento diferencial se puede estimar como el 75% del asentamiento total.

373

Figura N° 5.‐ Asentamiento diferencial

374

Tabla N° 8.‐ Distorsión angular =

= /L DESCRIPCIÓN

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

1/250 Límite en que la pérdida de verticalidad de edificios altos yrígidos 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.

1/500 Límite para cimentaciones rígidas circulares o para anillos decimentación de estructuras rígidas, altas y esbeltas.

1/650 Límite para edificios rígidos de concreto cimentados sobre unsolado con espesor aproximado de 1.20 m.

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

375

15. Capacidad de carga

La capacidad de carga es la presión última o de falla por corte del suelo y se determina utilizando las fórmulas aceptadas por la mecánica de suelos.En suelos cohesivos (arcilla, arcilla limosa y limo‐arcillosa), se empleará un ángulo de fricción interna () igual a cero.En suelos friccionantes (gravas, arenas y gravas‐arenosas), se empleará una cohesión (c) igual a cero.

376

Cimentación sobre arcillas y limos

En el caso de los suelos finos (arcillas y limos), generalmente el diseño de la cimentación resulta controlado por corte (con ´ = 0). Por esto, el procedimiento usual consiste en:

» 1ro. Dimensionar primero la cimentación por corte.» 2do. Verificar el asentamiento.

377

Cimentación sobre arenas y gravas

En el caso de los suelos granulares (arenas y gravas), generalmente el diseño de la cimentación resulta controlado por asentamientos (con c = 0). Por esto, el procedimiento usual consiste en:

» 1ro. Dimensionar primero la cimentación por asentamiento.

» 2do. Verificar el factor de seguridad por corte.

378

16. Factor de seguridad frente a una falla por corte

Los factores de seguridad mínimos que deberán tener las cimentaciones son los siguientes:a) Para cargas estáticas: 3.0b) Para solicitación máxima de sismo o viento (la

que sea más desfavorable): 2.5

379

17. Presión admisibleLa determinación de la Presión Admisible, se efectuará tomando en cuenta los siguientes factores:a) Profundidad de cimentación.b) Dimensión de los elementos de la cimentación.c) Características físico‐mecánicas de los suelos ubicados dentro de la

zona activa de la cimentación.d) Ubicación del Nivel Freático, considerando su probable variación

durante la vida útil de la estructura.e) Probable modificación de las características físico – mecánicas de los

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

f) Asentamiento tolerable de la estructura.La presión admisible será la menor de la que se obtenga mediante:a) La aplicación de las ecuaciones de capacidad de carga por corte

afectada por el factor de seguridad correspondiente (Ver el Artículo 16).

b) La presión que cause el asentamiento admisible.380

2. CIMENTACIONES SUPERFICIALES.



NTE E‐050 “suelos y cimentaciones” (2006)4. CIMENTACIONES SUPERFICIALES

18.Definición19.Profundidad de cimentación20.Presión admisible21.Cimentación sobre rellenos22.Cargas excéntricas23.Cargas inclinadas24.Cimentaciones superficiales en taludes

382

18. Definición

Son aquellas en las cuales la relación Profundidad/ancho (Df/B) es menor o igual a cinco (5), siendo Df la profundidad de la cimentación y Bel ancho o diámetro de la misma.Son cimentaciones superficiales las zapatas aisladas, conectadas y combinadas; las cimentaciones continuas (cimientos corridos) y las plateas de cimentación.

383

19. Profundidad de cimentación

La profundidad de cimentación de zapatas y cimientos corridos, es la distancia desde el nivel de la superficie del terreno a la base de la cimentación, excepto en el caso de edificaciones con sótano, en que la profundidad de cimentación estará referida al nivel del piso del sótano. En el caso de plateas o losas de cimentación la profundidad será la distancia del fondo de la losa a la superficie del terreno natural.La profundidad de cimentación quedará definida por el PR y estará condicionada a cambios de volumen por humedecimiento‐secado, hielo‐deshielo o condiciones particulares de uso de la estructura, no debiendo ser menor de 0.80 m en el caso de zapatas y cimientos corridos.

384


Las plateas de cimentación deben ser losas rígidas de concreto armado, con acero en dos direcciones y deberán llevar una viga perimetral de concreto armado cimentado a una profundidad mínima de 0.40 m, medida desde la superficie del terreno o desde el piso terminado, la que sea menor. El espesor de la losa y el peralte de la viga perimetral serán determinados por el Profesional Responsable de las estructuras, para garantizar la rigidez de la cimentación.Si para una estructura se plantean varias profundidades de cimentación, deben determinarse la carga admisible y el asentamiento diferencial para cada caso. Deben evitarse la interacción entre las zonas de influencia de los cimientos adyacentes, de lo contrario será necesario tenerla en cuenta en el dimensionamiento de los nuevos cimientos.

385


Cuando una cimentación quede por debajo de una cimentación vecina existente, el PR deberá analizar el requerimiento de calzar la cimentación vecina según lo indicado en los Artículos 33 (33.6).No debe cimentarse sobre turba, suelo orgánico, tierra vegetal, relleno de desmonte o rellenos sanitario o industrial, ni rellenos No Controlados. Estos materiales inadecuados deberán ser removidos en su totalidad, antes de construir la edificación y ser remplazados con materiales que cumplan con lo indicado en el Artículo 21 (21.1).

386

Ejemplo: Profundidad de cimentaciónTeniendo en cuenta las características de las estructuras y el perfil del suelo encontrado, se recomienda emplear una profundidad de cimentación genérica de 1.40 m con respecto a la superficie natural del terreno o el nivel del piso terminado del sótano, para proporcionar a la cimentación un confinamiento adecuado; si al llegar a esa profundidad no se ha penetrado 0.30 m en la grava arenosa medianamente densa, se continuará excavando hasta penetrar 0.30 m en ella. En este caso la diferencia de niveles, entre el nivel de cimentación propuesto (1.40 m) y el nivel final de la excavación para penetrar 0.30 m en la grava arenosa medianamente densa, será rellenado con concreto ciclópeo en proporción 1:10 (cemento: hormigón) con un f’cmínimo de 80 kg/cm2 con adición de piedra grande de 3” a 8”, representando ésta un máximo de 30% del volumen total de la mezcla.

387

20. Presión admisible

Se determina según lo indicado en el Capítulo 3.

388

21. Cimentación sobre rellenos

Los rellenos son depósitos artificiales que se diferencian por su naturaleza y por las condiciones bajo las que son colocados.Por su naturaleza pueden ser:a) Materiales seleccionados: todo tipo de suelo

compactable, con partículas no mayores de 7,5 (3”), con 30% o menos de material retenido en la malla ¾” y sin elementos distintos de los suelos naturales.

b) Materiales no seleccionados: todo aquél que no cumpla con la condición anterior.

Por las condiciones bajo las que son colocados:a) Controlados.b) No controlados. 389

21.1 Rellenos controlados o de ingenieríaLos Rellenos Controlados son aquellos que se construyen con Material Seleccionado, tendrán las mismas condiciones de apoyo que las cimentaciones superficiales. Los métodos empleados en su conformación, compactación y control, dependen principalmente de las propiedades físicas del material.El Material Seleccionado con el que se debe construir el Relleno Controlado deberá ser compactado de la siguiente manera:a) Si tiene más de 12% de finos, deberá compactarse a una densidad mayor o

igual del 90% de la máxima densidad seca del método de ensayo Proctor Modificado, NTP 339.141 (ASTM D 1557), en todo su espesor.

b) Si tiene igual o menos de 12% de finos, deberá compactarse a una densidad no menor del 95% de la máxima densidad seca del método de ensayo Proctor Modificado, NTP 339.141 (ASTM D 1557), en todo su espesor.

En todos los casos deberán realizarse controles de compactación en todas las capas compactadas, a razón necesariamente, de un control por cada 250 m2 con un mínimo de tres controles por capa. En áreas pequeñas (igual o menores a 25 m2) se aceptará un ensayo como mínimo. En cualquier caso, el espesor máximo a controlar será de 0,30 m de espesor. igual o menos de 12% de finos.

390

21.1 Rellenos controlados o de ingenieríaCuando se requiera verificar la compactación de un Relleno Controlado ya construido, este trabajo deberá realizarse mediante cualquiera de los siguientes métodos: a) Un ensayo de Penetración Estándar NTP 339.133 (ASTM

D 1586) por cada metro de espesor de Relleno Controlado. El resultado de este ensayo debe ser mayor a N60 = 25, golpes por cada 0.30m de penetración.

b) Un ensayo con Cono de Arena, NTP 339.143 (ASTM D1556) ó por medio de métodos nucleares, NTP 339.144 (ASTM D2922), por cada 0,50 m de espesor. Los resultados deberán ser: mayores a 90% de la máxima densidad seca del ensayo Proctor Modificado, si tiene más de 12% de finos; o mayores al 95% de la máxima densidad seca del ensayo Proctor Modificado si tiene igual o menos de 12% de finos.

391

21.2 Rellenos no controlados

Los rellenos no controlados son aquellos que no cumplen con el Artículo 21.1. Las cimentaciones superficiales no se podrán construir sobre estos rellenos no controlados, los cuales deberán ser remplazados en su totalidad por materiales seleccionados debidamente compactados, como se indica en el Artículo 21 (21.1), antes de iniciar la construcción de la cimentación.

392

22. Cargas excéntricasEn el caso de cimentaciones superficiales que transmiten al terreno una carga vertical Q y dos momentos Mx y My que actúan simultáneamente según los ejes x e y respectivamente, el sistema formado por estas tres solicitaciones será estáticamente equivalente a una carga vertical excéntrica de valor Q, ubicada en el punto (ex, ey) siendo:

El lado de la cimentación, ancho (B) o largo (L), se corrige por excentricidad reduciéndolo en dos veces la excentricidad para ubicar la carga en el centro de gravedad del «área efectiva = B’L’»

El centro de gravedad del “área efectiva” debe coincidir con la posición de la carga excéntrica y debe seguir el contorno más próximo de la base real con la mayor precisión posible. Su forma debe ser rectangular, aún en el caso de cimentaciones circulares. (Ver Figura N° 6).

393

yxx y

MMe e

Q Q

' '2 2x yB B e L L e

Figura N° 6.‐Cimientos Cargados

ExcéntricamenteRef.: NAVFAC DM 7

394

23. Cargas inclinadas

La carga inclinada modifica la configuración de la superficie de falla, por lo que la ecuación de capacidad de carga deber ser calculada tomando en cuenta su efecto.

395

24. Cimentaciones superficiales en taludes

En el caso de cimientos ubicados en terrenos próximos a taludes o sobre taludes o en terreno inclinado, la ecuación de capacidad de carga debe ser calculada teniendo en cuenta la inclinación de la superficie y la inclinación de la base de la cimentación, si la hubiera.Adicionalmente debe verificarse la estabilidad del talud, considerando la presencia de la estructura.El factor de seguridad mínimo del talud, en consideraciones estáticas debe ser 1.5 y en condiciones sísmicas 1.25.

396

ResumenSUELO COHESIVO (presión admisible controlada por corte)

SUELO GRANULAR (presión admisible controlada por asentamiento)

397

1ca c cq s i cNFS

1.4

0.750.00375´ T F NF

Nq f fB

Ejemplo: Presión admisible en grava

Los suelos existentes dentro de la profundidad activa de la cimentación son granulares. En estos suelos la presión admisible se encuentra controlada normalmente por asentamientos y es función del ancho de la zapata, del asentamiento máximo permisible y del número de golpes por pie obtenido en el ensayo estándar de penetración.El valor promedio estimado del ensayo de penetración estándar (S.P.T.) dentro de la profundidad activa ZI es de N = 40. La distorsión angular máxima permisible en el tipo de estructuras propuestas es 1/500.El valor de presión admisible se calculará empleando el método propuesto por Terzaghi, Peck, y Mesri, G. y está dada por: 398

Ejemplo: Presión admisible en grava

Para:N 40 (ya corregido)B´ 2.00 mt 10.7 (se considera una distancia máxima entre columnas de

4 m y una distorsión angular de 1/500, dif = 4,000/500 = 8 mm. Terzaghi indica que la relación entre el asentamiento total de una zapata y el diferencial con el resto, si se diseña con el qa de la zapata mayor es de 4/3, luego, t= 8/0.75 = 10.67 mm)

fNF 1 (no se prevé variación del nivel freático) fF 1 (zapata cuadrada)Entonces, la presión admisible resulta ser:qa = 4.00 kg/cm2 (sale 4.16)

399

1.4

0.750.00375´ T F NF

Nq f fB

Ejemplo: Presión admisible en grava(FS por corte)

La capacidad de carga de una zapata cimentada sobre suelo granular está dada por qd = 1 Df Nq + 0,4 2 B´ NPara N = 40 el ángulo de fricción interna (') resulta ser igual a: 43° para cargas de gravedad y 41° durante un sismo y los factores de capacidad de carga resultan ser:

Remplazando:Df : 1.30 m1 : 1.85 gr/cm3

2 : 2.31 gr/cm3

400

Cargas de gravedad Cargas dinámicasNq 96.4 72.1N 165.0 110.1

Ejemplo: Presión admisible en grava (corte)

Se obtiene (qd en kg/cm² para B´ en m):qd estático = 23.2 + 19.1 B´qd dinámico = 17.3 + 12.7 B´En estas expresiones se observa que qd es mayor que 23.2 y 17.3 kg/cm² (casos estático y dinámico respectivamente). Comparando estos valores con la presión admisible por asentamiento, podemos concluir que si las zapatas se dimensionan de acuerdo a la presión admisible por asentamiento, los factores de seguridad satisfacen las exigencias de la NTE E.050, de ser mayor que 3 para cargas estáticas y 2.5 durante la acción de un sismo. Por lo tanto, la presión admisible (estática y dinámica) se encuentra controlada por asentamientos y es:qa = 4.00 kg/cm2

401


402

Tipo de Cimentación: Zapatas aisladas o continuas, de concreto armado.

Estrato de apoyo de la cimentación: Grava arenosa medianamente densa Parámetros de Diseño de la Cimentación:

Profundidad de Cimentación: 1.30 m o hasta penetrar 0.30 m en la grava arenosa.

Presión Admisible: 4.00 kg/cm²Factor de Seguridad por Corte (estático, dinámico): Mayor a 3 y 2,50Asentamiento Diferencial Máximo Aceptable: 0.80 cmAgresividad del Suelo a la Cimentación: No detectadaRecomendaciones Adicionales: No debe cimentarse sobre turba, suelo orgánico, tierra vegetal, desmonte, relleno sanitario o relleno artificial y estos materiales inadecuados deberán ser removidos en su totalidad, antes de construir la edificación y ser remplazados con materiales adecuados debidamente compactados.

3. CIMENTACIONES PROFUNDAS.



NTE E‐050 “suelos y cimentaciones” (2006)5. CIMENTACIONES PROFUNDAS

25.Definición26.Cimentación por pilotes27.Cimentación por pilares28.Cajones de cimentación

404

25. DefiniciónSon aquellas en las que la relación profundidad /ancho (Df/B) es mayor a cinco (5), siendo Df la profundidad de la cimentación y Bel ancho o diámetro de la misma.Son cimentaciones profundas: los pilotes y micropilotes, los pilotes para densificación, los pilares y los cajones de cimentación.La cimentación profunda será usada cuando las cimentaciones superficiales generen una capacidad de carga que no permita obtener los factores de seguridad indicados en el Artículo 16 o cuando los asentamientos generen asentamientos diferenciales mayores a los indicados en el Artículo 14. Las cimentaciones profundas se pueden usar también para anclar estructuras contra fuerzas de levantamiento y para colaborar con la resistencia de fuerzas laterales y de volteo. Las cimentaciones profundas pueden además ser requeridas para situaciones especiales tales como suelos expansivos y colapsables o suelos sujetos a erosión.

405

25. DefiniciónAlgunas de las condiciones que hacen que sea necesaria la utilización de cimentaciones profundas, se indican a continuación:a) Cuando el estrato o estratos superiores del suelo son altamente

compresibles y demasiado débiles para soportar la carga transmitida por la estructura. En estos casos se usan pilotes para transmitir la carga a la roca o a un estrato más resistente.

b) Cuando están sometidas a fuerzas horizontales, ya que las cimentaciones con pilotes tienen resistencia por flexión mientras soportan la carga vertical transmitida por la estructura.

c) Cuando existen suelos expansivos, colapsables, licuables o suelos sujetos a erosión que impiden cimentar las obras por medio de cimentaciones superficiales.

d) Las cimentaciones de algunas estructuras, como torres de transmisión, plataformas en el mar, y losas de sótanos debajo del nivel freático, están sometidas a fuerzas de levantamiento. Algunas veces se usan pilotes para resistir dichas fuerzas.

406

26. Cimentación por pilotes

Los pilotes son elementos estructurales hechos de concreto, acero o madera y son usados para construir cimentaciones en los casos en que sea necesario apoyar la cimentación en estratos ubicados a una mayor profundidad que el usual para cimentaciones superficiales.

26.1 Programa de exploración para pilotesEl programa de exploración para cimentaciones por pilotes se sujetará a lo indicado en el Artículo 11.

407

26.2 Estimación de la longitud y de la capacidad de carga del pilote

Los pilotes se dividen en dos categorías principales, dependiendo de sus longitudes y del mecanismo de transferencia de carga al suelo, como se indica en los siguientes a continuación:

a) Si los registros de la perforación establecen la presencia de roca a una profundidad razonable, los pilotes se extienden hasta la superficie de la roca. En este caso la capacidad última de los pilotes depende por completo de la capacidad de carga del material subyacente.

408


b) Si en vez de roca se encuentra un estrato de suelo bastante compacto y resistente a una profundidad razonable, los pilotes se prolongan unos cuantos metros dentro del estrato duro. En este caso, la carga última del pilote se expresa como:

dónde:Qu = capacidad última del pilote.Qp = capacidad última tomada por la punta del pilote.Qf = capacidad última tomada por la fricción superficial

desarrollada en los lados del pilote, por los estratos que intervienen en el efecto de fricción.

Si Qf es muy pequeña: En este caso, la longitud requerida de pilote se estima con mucha precisión si se dispone de los registros de exploración del subsuelo.

409

u p fQ Q Q

u pQ Q


c) Cuando no se tiene roca o material resistente a una profundidad razonable, los pilotes de carga de punta resultan muy largos y antieconómicos. Para este tipo de condición en el subsuelo, los pilotes se hincan a profundidades específicas. La carga última de esos pilotes se expresa por la ecuación:

dónde:Qu = capacidad última del pilote.Qp = capacidad última tomada por la punta del pilote.Qf = capacidad última tomada por la fricción superficial

desarrollada en los lados del pilote, por los estratos que intervienen en el efecto de fricción.

Sin embargo, si el valor de Qp es pequeño: Éstos se denominan pilotes de fricción porque la mayor parte de la resistencia se deriva de la fricción superficial. La longitud de estos pilotes depende de la resistencia cortante del suelo, de la carga aplicada y del tamaño del pilote. Los procedimientos teóricos para dicho cálculo se presentan más adelante. 410

u p fQ Q Q

u fQ Q

26.3 Consideraciones en el cálculo de capacidad de carga

Dentro de los cálculos de la capacidad de carga de los pilotes no se deben considerar los estratos licuables, aquellos de muy baja resistencia, suelos orgánicos ni turbas.

411

26.4 Capacidad de carga del grupo de pilotes

En el caso de un grupo de pilotes de fricción en arcilla, deberá analizarse el efecto de grupo.

En el caso de pilotes de punta apoyados sobre un estrato resistente de poco espesor, debajo del cual se tiene un suelo menos resistente, debe analizarse la capacidad de carga por punzonamiento de dicho suelo.

a) Factores de seguridad Para el cálculo de la capacidad de carga admisible, mediante

métodos estáticos, a partir de la carga última, se utilizarán los factores de seguridad estipulados en el Artículo 16.

Para el cálculo mediante métodos dinámicos, se utilizará el factor de seguridad correspondiente a la fórmula utilizada. En ningún caso el factor de seguridad en los métodos dinámicos será menor de 2.

412


b) Espaciamiento de pilotesEl espaciamiento mínimo entre pilotes será el indicado en la Tabla 9.Para el caso de pilotes por fricción, este espaciamiento no podrá ser menor de 1.20 m.

413

Tabla 9.‐ Espaciamiento mínimo entre pilotes

LONGITUD (m)

ESPACIAMIENTO ENTRE EJES

L < 10 3b10 L < 25 4bL 25 5b

414

Donde b = diámetro o mayor dimensión del pilote.


c) Fricción negativa La fricción negativa es una fuerza de arrastre hacia abajo ejercida sobre el

pilote por el suelo que lo rodea, la cual se presenta bajo las siguientes condiciones:» Si un relleno de suelo arcilloso se coloca sobre un estrato de suelo granular en el que

se hinca un pilote, el relleno se consolidará gradualmente, ejerciendo una fuerza de arrastre hacia abajo sobre el pilote durante el período de consolidación.

» Si un relleno de suelo granular se coloca sobre un estrato de arcilla blanda, inducirá el proceso de consolidación en el estrato de arcilla y ejercerá una fuerza de arrastre hacia abajo sobre el pilote.

» Si existe un relleno de suelo orgánico por encima del estrato donde está hincado el pilote, el suelo orgánico se consolidará gradualmente, debido a la alta compresibilidad propia de este material, ejerciendo una fuerza de arrastre hacia abajo sobre el pilote.

» El descenso del nivel freático incrementará el esfuerzo vertical efectivo sobre el suelo a cualquier profundidad, lo que inducirá asentamientos por consolidación en la arcilla. Si un pilote se localiza en el estrato de arcilla, quedará sometido a una fuerza de arrastre hacia abajo.

Este efecto incrementa la carga que actúa en el pilote y es generado por el desplazamiento relativo hacia abajo del suelo con respecto al pilote; deberá tomarse en cuenta cuando se efectúa pilotaje en suelos compresibles.

415


d) Análisis del efecto de la fricción negativaPara analizar el efecto de la fricción superficial negativa se utilizarán los métodos estáticos, considerando únicamente en ellos la fricción lateral suelo‐pilote, actuando hacia abajo.La fricción negativa debe considerarse como una carga adicional a la que trasmite la estructura.

416

26.5 Asentamientosa) Se estimará primero el asentamiento tolerable por la estructura y

luego se calculará el asentamiento del pilote aislado o grupo de pilotes para luego compararlos.

b) En el cálculo del asentamiento del pilote aislado se considerarán: el asentamiento debido a la deformación axial del pilote, el asentamiento generado por la acción de punta y el asentamiento generado por la carga transmitida por fricción.

c) En el caso de pilotes en suelos granulares, el asentamiento del grupo está en función del asentamiento del pilote aislado.

d) En el caso de pilotes en suelo cohesivo, el principal componente del asentamiento del grupo proviene de la consolidación de la arcilla. Para estimar el asentamiento, en este caso, puede remplazarse 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.

417

26.6 Consideraciones durante la ejecución de la obra

Durante la ejecución de la obra deberán efectuarse pruebas de carga y la capacidad de carga deberá ser verificada por una fórmula dinámica confiable según las condiciones de la hinca.a) Pruebas de carga Se deberán efectuar pruebas de carga según lo indicado en la Norma

ASTM D 1143. El número de pruebas de carga será de una por cada lote o grupos de

pilotes, con un mínimo de una prueba por cada cincuenta pilotes. Las pruebas se efectuarán en zonas con perfil de suelo conocido como

más desfavorables. b) Ensayos diversosAdicionalmente a la prueba de carga, se recomiendan los siguientes ensayos en pilotes ya instalados: Verificación del buen estado físico. Prueba de carga estática lateral, de acuerdo a las solicitaciones. Verificación de la inclinación.

418

27. Cimentación por pilaresLos pilares son elementos estructurales de concreto vaciados “in situ” con diámetro mayor a 1,00 m, con o sin refuerzo de acero y con o sin fondo ampliado.

27.1 Capacidad de cargaLa capacidad de carga de un pilar deberá ser evaluada de acuerdo a los mismos métodos estáticos utilizados en el cálculo de pilotes. Se tomará en cuenta los efectos por punta y fricción.

419

27.2 Factor de seguridadLa capacidad admisible se obtendrá dividiendo la capacidad última por el factor de seguridad. Se utilizarán los factores estipulados en el Artículo 16.

27.3 Acampanamiento en la base del pilar

Se podrá acampanar el pilar en el ensanchamiento de la base a fin de incrementar la capacidad de carga del pilar, siempre y cuando no exista peligro de derrumbes.

420

27.4 Aflojamiento del suelo circundanteEl aflojamiento del suelo circundante deberá controlarse mediante:a) Una rápida excavación del fuste y vaciado del concreto.b) El uso de un forro en la excavación del fuste.c) La aplicación del Método del Lodo Bentonítico.

27.5 Asentamientosa) Una vez comprobada la capacidad de carga del suelo,

deberá estimarse el grado de deformación que se producirá al aplicar las cargas. El asentamiento podrá ser un factor de limitación en el proyecto estructural del pilar.

b) Se calculará el asentamiento debido a la deformación axial del pilar, el asentamiento generado por la acción de punta y el asentamiento generado por la carga transmitida por fricción.

421

28. Cajones de cimentaciónLos cajones de cimentación son elementos estructurales de concreto armado que se construyen sobre el terreno y se introducen en el terreno por su propio peso al ser excavado el suelo ubicado en su interior. El PR deberá indicar el valor la fricción lateral del suelo para determinar el peso requerido por el cajón para su instalación.

28.1 Capacidad de cargaLa capacidad de carga de un cajón de cimentación deberá ser evaluada de acuerdo a 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 diseñará como cimentación superficial, si es mayor a cinco (5) se diseñará como un pilar.

422

28.2 Factor de seguridadLa capacidad admisible se obtendrá dividiendo la capacidad última por el factor de seguridad. Se utilizarán los factores estipulados en el Artículo 16.

28.3 Asentamientosa) Una vez comprobada Una vez comprobada la

capacidad de carga del suelo, se deberá calcular el asentamiento que se producirá al aplicar las cargas.

b) Se calculará el asentamiento debido a la deformación axial del cajón, el asentamiento generado por la acción de punta y el asentamiento generado por la carga transmitida por fricción.

423

4. PROBLEMAS ESPECIALES DE CIMENTACIÓN.



NTE E‐050 “suelos y cimentaciones” (2006)6. PROBLEMAS ESPECIALES DE

CIMENTACIÓN29.Suelos colapsables30.Ataque químico por suelos y aguas subterráneas31.Suelos expansivos32.Licuación de suelos33.Sostenimiento de excavaciones

425

29. Suelos colapsables

Son suelos que cambian violentamente de volumen por la acción combinada o individual de las siguientes acciones: a) al ser sometidos a un incremento de carga o b) al humedecerse o saturarse

426

29.1 Obligatoriedad de los estudios

En los lugares donde se conozca o sea evidente la ocurrencia de hundimientos debido a la existencia de suelos colapsables, el PR deberá incluir en su EMS un análisis basado en la determinación de la plasticidad del suelo NTP 339.129 (ASTM D4318), del ensayo para determinar el peso volumétrico NTP 339.139 (BS 1377), y del ensayo de humedad NTP 339.127 (ASTM D2216), con la finalidad de evaluar el potencial de colapso del suelo en función del Límite Liquido (LL) y del peso volumétrico seco (d). La relación entre los colapsables y no colapsables y los parámetros antes indicados se muestra en la gráfica siguiente:

427

Figura 7.‐ Criterios del potencial de colapso

428

29.2 Evaluación de potencial de colapso

Cuando el PR encuentre evidencias de la existencia de suelos colapsables deberá sustentar su evaluación mediante los resultados del ensayo de ensayo de Colapsabilidad Potencial según NTP 339.163 (ASTM D 5333). Las muestras utilizadas para la evaluación de colapsabilidad deberán ser obtenidas de pozos a cielo abierto, en condición inalterada, preferentemente del tipo Mib.El potencial de colapso (CP) se define mediante la siguiente expresión:

429

0 0

(%) 100 %1

cHeCP x o CPe H

29.2 Evaluación de potencial de colapsoEl PR establecerá la severidad del problema de colapsabilidadmediante los siguientes criterios:

De manera complementaria, pueden utilizarse pruebas de carga en estado seco y humedecido ASTM1194. El objetivo de las mismas será realizar un análisis comparativo del comportamiento del suelo en su condición natural, con relación a su comportamiento en condición húmeda.En caso se verifique la colapsabilidad del suelo, el PR deberá formular las recomendaciones correspondientes a fin de prevenir su ocurrencia.

430

CP (%) Severidad del problema0 a 1 No colapsa1 a 5 Colapso moderado5 a 10 Colapso10 a 20 Colapso severo>20 Colapso muy severo

29.3 Cimentaciones en áreas de suelos colapsables

Las cimentaciones construidas sobre suelos que colapsan (CP>5) están sometidas a grandes fuerzas causadas por el hundimiento violento del suelo, el cual provoca asentamiento, agrietamiento y ruptura, de la cimentación y de la estructura. Por lo tanto no esta permitido cimentar directamente sobre suelos colapsables. La cimentación y los pisos deberán apoyarse sobre suelos no colapsables. Los pisos no deberán apoyarse directamente sobre suelos colapsables.

431

29.4 Remplazo de un suelo colapsable

Cuando se encuentren suelos que presentan colapso moderado y a juicio del PR, poco profundos, éstos serán retirados en su totalidad antes de iniciar las obras de construcción y serán reemplazados por Rellenos Controlados compactados adecuadamente de acuerdo al Artículo 21 (21.1). Rellenos controlados o de ingeniería de la presente Norma.

432

6.1 Suelos colapsables6.1.2 Evaluación del Índice de Colapso

El Índice de Colapso (IC) se define mediante la siguiente expresión:

e = Cambio en la relación de vacíos debido al colapso bajo humedecimiento.

e0 = Relación de vacíos inicial.h = Cambio de altura de la muestra.h0 = Altura inicial de la muestra.

433

(%) %1 0 0

C Ce hI o Ie h

6.1 Suelos colapsables6.1.2 Evaluación del Índice de Colapso

El PR establecerá la severidad del problema de colapso mediante los siguientes criterios:

6.1.3. Las cimentaciones construidas sobre suelos que colapsan (Ic > 6) están…

434

TABLA 10Clasificación del Índice de colapso Ic

Grado de Colapso Índice de colapso Ic (%)Ninguno 0Leve 0.1 a 2.0Moderado 2.1 a 6.0Moderadamente severo 6.1 a 10.0Severo > 10.0

30. Ataque químico por suelos y aguas subterráneas

30.1 GeneralidadesLas aguas subterráneas son más agresivas que los suelos al estado seco; sin embargo el humedecimiento de un suelo seco por riego, filtraciones de agua de lluvia, fugas de conductos de agua o cualquier otra causa, puede activar a las sales solubles.Esta Norma solo considera el ataque externo por suelos y aguas subterráneas y no toma en cuenta ningún otro tipo de agresión.

435

30.2 Obligatoriedad de los estudios

En los lugares con Napa Freática en la zona activa de la cimentación o donde se conozca o sea evidente la ocurrencia de ataque químico al concreto de cimentaciones y superestructuras, el PR deberá incluir en su EMS un análisis basado en ensayos químicos del agua o del suelo en contacto con ellas, para descartar o contrarrestar tal evento.

436

30.3 Ataque químico por suelos y aguas subterráneas

a) Ataque ÁcidoEn caso del Ph sea menor a 4,0 el PR, deberá proponer medidas de protección adecuado, para proteger el concreto del ataque ácido.b) Ataque por SulfatosLa mayor parte de los procesos de destrucción causados por la formación de sales son debidos a la acción agresiva de los sulfatos. La corrosión de los sulfatos se diferencia de la causada por las aguas blandas, en que no tiene lugar una lixiviación, sino que la pasta endurecida de cemento, a consecuencia de un aumento de volumen, se desmorona y expansiona, formándose grietas y el ablandamiento del concreto.En la Tabla 4.4.3 de la NTE E.060 Concreto Armado se indican los grados de ataque químico por sulfatos en aguas y suelos subterráneos y la medida correctiva a usar en cada caso.En el caso que se desea usar un material sintético para proteger la cimentación, esta deberá ser geomembrana o geotextil cuyas características deberán ser definidas por PR. Las propiedades de estoasmateriales estarán de acuerdo a las NTP.

437

30.3 Ataque químico por suelos y aguas subterráneas

La determinación cuantitativa de sulfatos en aguas y suelos se hará mediante las Normas Técnicas ASTM D 516, NTP 400.014, respectivamente.c) Ataque por ClorurosLos fenómenos corrosivos del ión cloruro a las cimentaciones se restringe al ataque químico al acero de refuerzo del concreto armado. Cuando el contenido de ión cloro sea determinado mediante la NTP 400.014, sea mayor 0,2 %, o cuando el contenido de ión cloro en contacto cimentación en el agua se ha determinado por NTP 339.076 (sea mayor de 1000 ppm) el PR debe recomendar las mediadas de protección necesaria.La determinación cuantitativa de cloruros en aguas y suelos se hará mediante las NTP 339.076 y 400.014, respectivamente.

438

Ejemplo: Agresividad del sueloEn la zona estudiada no se ha encontrado la Napa Freática dentro de la zona activa de la cimentación, por lo que los ensayos químicos se han efectuado a partir de muestras de suelo. Dadas las características del proyecto, y tomando en consideración que en la zona se pueden presentar problemas de agresividad, se efectuaron ensayos químicos en siete muestras.El contenido de sulfatos en suelos va de 80 a 720 ppm, correspondiendo a un ataque leve (menor a 1,000 ppm), por lo que de acuerdo a las recomendaciones de American Concrete Institute (ACI 201) no se requiere adicionar protección a la cimentación fuera de la usual. La misma conclusión se tiene para los cloruros que van de 25 a 569 ppm.El contenido de sales solubles totales va de 319 a 2,294 ppm; contenido que puede generar eflorescencias en los pisos y paredes, por lo que se recomienda una capa de 15 cm de grava de ½” como aislante, un impermeabilizante y pintar los costados de todos los elementos enterrados con pintura de base asfáltica.

439

Ejemplo: Agresividad del suelo

Muestra Profundidad, m Sulfatos(ppm)

Cloruros(ppm)

Sales(ppm)

C‐1 1.00‐1.20 300 364 1,808

C‐2 1.00‐1.20 322 373 1,709

C‐3 1.00‐1.20 659 506 2,294

C‐4 1.00‐1.20 435 569 2,208

C‐5 1.20‐1.40 360 410 1,863

C‐6 2.30‐2.50 720 170 1,385

C‐8 1.00‐1.20 80 25 319

440

31. Suelos expansivosSon suelos cohesivos con bajo grado de saturación que aumentan de volumen al humedecerse o saturarse.

31.1 Obligatoriedad de los estudiosEn las zonas en las que se encuentren suelos cohesivos con bajo grado de saturación y plasticidad alta (LL 50), el PR deberá incluir en su EMS un análisis basado en la determinación de la plasticidad del suelo NTP 339.129 (ASTM D4318) y ensayos de granulometría por sedimentación NTP 339.128 (ASTM D 422) con la finalidad de evaluar el potencial de expansión del suelo cohesivo en función del porcentaje de partículas menores a 2m, del índice de plasticidad (IP) y de la actividad (A) de la arcilla. La relación entre la Expansión Potencial (Ep) y los parámetros antes indicados se muestra en la gráfica siguiente:

441

% 2

IPActividad Am

Figura 8.‐ Clasificación de cambio de potencial de volumen para suelos arcillosos

442

31.2 Evaluación del potencial de expansión

Cuando el PR encuentre evidencias de la existencia de suelos expansivos deberá sustentar su evaluación mediante los resultados del ensayo para la Determinación del Hinchamiento Unidimensional de suelos cohesivos según NTP 339.170 (ASTM D 4648). Las muestras utilizadas para la evaluación del hinchamiento deberán ser obtenidas de pozos a cielo abierto, en condición inalterada, preferentemente del tipo Mib.

443

Tabla 10.‐ Clasificación de suelos expansivos

Potencial de

expansión%

Expansión en consolidómetro, bajo presión vertical de 7 kPa (0.07 kgf/cm2)

%

Índice de plasticidad

Porcentaje de partículas

menores que dos micras

Muy alto > 30 > 32 > 37Alto 20 – 30 23 – 45 18 – 37Medio 10 – 20 12 – 34 12 – 27Bajo < 10 < 20 < 17

444

31. 3 Cimentaciones en áreas de suelos expansivosLas cimentaciones construidas sobre arcillas expansivas están sometidas a grandes fuerzas causadas por la expansión, las cuales provocan levantamiento, agrietamiento y ruptura de la cimentación y de la estructura. Por lo tanto no esta permitido cimentar directamente sobre suelos expansivos. La cimentación deberá apoyarse sobre suelos no expansivos o con potencial de expansión bajo. Los pisos no deberán apoyarse directamente sobre suelos expansivos y deberá dejarse un espacio libre suficientemente holgado para permitir que el suelo bajo el piso se expanda y no lo afecte.

31.4 Remplazo de un suelo expansivoCuando se encuentren suelos medianamente expansivos y a juicio de PR, poco profundos, éstos serán retirados en su totalidad antes de iniciar las obras de construcción y serán remplazados por Rellenos Controlados compactados adecuadamente de acuerdo al Artículo 21 (21.1). Rellenos controlados o de ingeniería de la presente Norma.

445

32. Licuación de suelos32.1 Generalidades

En suelos granulares finos ubicados bajo la Napa Freática y algunos suelos cohesivos, las solicitaciones sísmicas pueden originar el fenómeno denominado licuación, el cual consiste en la pérdida momentánea de la resistencia al corte del suelo, como consecuencia de la presión de poros que se genera en el agua contenida en sus vacíos originada por la vibración que produce el sismo. Esta pérdida de resistencia al corte genera la ocurrencia de grandes asentamientos en las obras sobreyacentes. Para que un suelo granular sea susceptible de licuar durante un sismo, debe presentar simultáneamente las características siguientes: Debe estar constituido por arena fina, arena limosa, arena

arcillosa, limo arenoso no plástico o grava empacada en una matriz constituida por alguno de los materiales anteriores.

Debe encontrarse sumergido.En estos casos deben justificarse mediante el Análisis del Potencial de Licuación, (Ver Artículo 32 (32.3)) la ocurrencia o no del fenómeno de licuación. 446

32.2 Investigación de campoCuando las investigaciones preliminares o la historia sísmica del lugar hagan sospechar la posibilidad de ocurrencia de licuación, el PRdebe efectuar un trabajo de campo que abarque toda el área comprometida por la estructura de acuerdo a lo indicado en la Tabla 6. Los sondeos deberán ser perforaciones por la técnica de lavado o rotativas y deben llevarse a cabo Ensayos Estándar de Penetración SPT NTP 339.133 (ASTM D 1586) espaciados cada 1 m. Las muestras que se obtengan el penetrómetro utilizado para el ensayo SPT deberán recuperarse para poder efectuar con ellas ensayos de clasificación en el laboratorio. Si dentro de la profundidad activa se encuentran los suelos indicados en el Artículo 32 (32.1), deberá profundizarse la investigación de campo hasta encontrar un estrato no licuable de espesor adecuado en el que se pueda apoyar la cimentación.El Ensayo de DPSH puede ser usado para investigaciones preliminares, o como auscultaciones complementarias de los ensayos SPT, previa calibración La misma exigencia procede para el Ensayo de Penetración Dinámica Ligera (DPL), pero hasta una profundidad máxima de 8 m. 447

32.3 Análisis del potencial de licuaciónEn el caso de suelos arenosos que presentan las tres características indicadas en el Artículo 32 (32.1), se deberá realizar el análisis del potencial de licuación utilizando el método propuesto por Seed e Idriss. Este método fue desarrollado en base a observaciones in‐situ del comportamiento de depósitos de arenas durante sismos pasados. El procedimiento involucra el uso de la resistencia a la penetración estándar N (Número de golpes del ensayo SPT). El valor de N obtenido en el campo deberá corregirse por: energía, diámetro de la perforación, longitud de las barras para calcular a partir de ese valor el potencial de licuación de las arenas.La aceleración máxima requerida para el análisis del potencial de licuación será estimada por el PR, la cual será congruente con los valores empleados en el diseño estructural correspondiente, para lo cual el PR efectuara las coordinaciones pertinentes con los responsables del diseño sismo resistente de la obra.Este método permite calcular, el esfuerzo cortante inducido por el sismo en el lugar y a partir de la resistencia a la penetración estándar normalizada (N1)60, el esfuerzo cortante límite para la ocurrencia del fenómeno de licuación. También es posible determinar el factor de seguridad frente a la ocurrencia de la licuación y la aceleración máxima de un sismo que la causaría. 448

32.4 Licuación de suelos finos cohesivosSi se encuentran suelos finos cohesivos que cumplan simultáneamente con las siguientes condiciones: Porcentaje de partículas más finas que 0.005 m 15% . Límite liquido (LL) 35. Contenido de humedad () > 0,9 LL.Estos suelos pueden ser potencialmente licuables, sin embargo no licuan si se cumple cualquiera de las siguientes condiciones: Si el contenido de arcilla (partículas más finas que 0.005 m) es

mayor que 20%, considerar que el suelo no es licuable, a menos que sea extremadamente sensitiva.

Si el contenido de humedad de cualquier suelo arcilloso (arcilla, arena arcillosa, limo arcilloso, arcilla arenosa, etc.) es menor que 0.9 WL, considerar que el suelo no es licuable.

449

6.4 Licuación o licuefacción de suelos6.4.1 Generalidades

En suelos granulares y en algunos suelos granulares con finos cohesivos ubicados bajo la Napa Freática, las solicitaciones sísmicas pueden originar el fenómeno denominado Licuación, el cual consiste en la pérdida momentánea de la resistencia al corte del suelo, como consecuencia del incremento de la presión de poros que se genera en el agua contenida en sus vacíos y originada por la vibración que produce el sismo. Esta pérdida de resistencia al corte genera la ocurrencia de fallas por los grandes asentamientos en las obras sobreyacentes y por el desplazamiento lateral de taludes y terraplenes.Para que un suelo granular sea susceptible de licuar durante un sismo, debe presentar simultáneamente las características siguientes: Debe estar constituido por arena fina, arena limosa, arena arcillosa,

limo arenoso no plástico o grava empacada en una matriz constituida por alguno de los materiales anteriores.

Debe encontrarse sumergido.En estos casos el PR deberá incluir en su EMS un análisis determinístico y probabilístico del Potencial de Licuación de la zona, (Ver 6.4.3) e indicar la probabilidad de ocurrencia o no del fenómeno de Licuación.

450

6.4.2 Investigación de campoCuando la historia sísmica del lugar haga sospechar la posibilidad de ocurrencia de Licuación, el programa de investigación de toda el área comprometida por la estructura se realizará de acuerdo a lo indicado en la Tabla 6* y con perforaciones hasta 15 m de profundidad como mínimo. Cuando en las Investigaciones Preliminares se encuentren las condiciones indicadas en el numeral 6.4.1, deberá asumirse la probabilidad de ocurrencia del fenómeno de Licuación. En tal caso, el PR debe informar al Solicitante la necesidad de ampliar el Programa de Investigación para incluir el Análisis de Licuación. El Solicitante deberá aprobar el nuevo Programa de Investigación en toda el área comprometida por la estructura.Las perforaciones tendrán una profundidad mínima de 15 m y serán realizadas por las técnicas de lavado o rotativa. Dentro de las perforaciones debe llevarse a cabo Ensayos de Penetración Estándar SPT (NTP 339.133:1999) espaciados cada 1 m. Las muestras que se obtengan en el penetrómetro utilizado para el ensayo SPT deberán recuperarse para poder efectuar en todas ellas los siguientes ensayos como mínimo:

* Número de puntos de investigación (A, B, C)451

6.4.2 Investigación de campo

SUELOS. Método de ensayo para el análisis granulométrico. NTP 339.128:1999

SUELOS. Método de ensayo para determinar el límite líquido, límite plástico e índice de plasticidad de suelos NTP 339.129:1999

SUELOS. Método de ensayo para determinar el peso específico relativo de las partículas sólidas de un suelo NTP 339.131:1999

SUELOS. Método para la clasificación de suelos con propósitos de ingeniería (sistema unificado de clasificación de suelos, SUCS).

NTP 339.134:1999

452

Los ensayos DESH, CTP, DPL, CPT y la medición de las velocidades de propagación de las ondas de corte pueden ser usados para investigaciones preliminares, o como investigación complementaria de los ensayos SPT, previa calibración en el caso de los ensayos DESH, CTP y DPL.

6.4.3 Análisis del potencial de licuaciónEn el caso de suelos granulares que presenten las características indicadas en 6.4.1, se deberá realizar el Análisis del Potencial de Licuación utilizando el método propuesto por Seed e Idriss (1971, 1982) y actualizado por el National Center for Earthquake Research (1997, NCEER) y por el Earthquake Engineering Research Center (2003, 2004 EERC), como procedimiento para la evaluación del potencial de licuación. Este método fue desarrollado en base a observaciones in‐situ del comportamiento de depósitos de arenas durante sismos pasados. El procedimiento involucra el uso de la resistencia a la penetración estándar N (Número de golpes del ensayo SPT). El valor de N obtenido en el campo deberá corregirse por: energía, diámetro de la perforación, longitud de las barras para obtener el valor de (N1)60. En forma complementaria al SPT pueden emplearse la resistencia a la penetración del cono estático (CPT) qc1 o las velocidades de propagación de las ondas de corte Vs1 y calcular a partir de uno de esos valores el Potencial de Licuación de los suelos. Se deberá considerar también para el análisis: el porcentaje de finos (% < 75 μm), el factor de reducción de las tensiones (rd), la aceleración horizontal pico en el terreno (amax), la magnitud momento (Mw), la profundidad (d) y la velocidad de ondas de corte promedio sobre los 12m (V*s,12m).

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6.4.3 Análisis del potencial de licuación(…) La aceleración máxima (amax) requerida para el análisis del potencial de licuación será estimada por el PR, la cual será congruente con los valores empleados en el diseño estructural correspondiente. El método determinístico permite calcular el esfuerzo cortante cíclico normalizado resistente mínimo que produce licuación (CRR) y el esfuerzo cortante cíclico normalizado inducido por el sismo (CSR). Adicionalmente se deberá efectuar una evaluación probabilística basada en un análisis estadístico de los posibles sismos que puedan ocurrir en un lugar para determinar la Probabilidad de Licuación (PL).El PR deberá calcular la Probabilidad de Licuación (PL) empleando los criterios y procedimientos más recientes, aceptados en Geotecnia.El PR establecerá la severidad del problema de licuación mediante los siguientes criterios:

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Tabla 13.‐ Clasificación del potencial de licuación

Licuación PLAlta > 50%

Moderada 10% < PL 50%Baja 5% < PL 10%

Muy baja < 5%

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Ref.: Iwasaki (1984)El PR determinará los Factores de Seguridad frente a la ocurrencia de la licuación (FSL) y su valor mínimo, el que deberá ser mayor que 1 y dependerá del tipo e importancia de la obra, se deberá también establecer la aceleración máxima de un sismo que causaría licuación para el Factor de Seguridad frente a la ocurrencia de la licuación (FSL) empleado en el diseño. Siendo: FSL = CRR / CSR

6.4.4 Cimentaciones en áreas de suelos licuables

Las cimentaciones construidas sobre suelos que licuan (PL>10%) están sometidas a grandes asentamientos, desplazamiento lateral y falla de la cimentación y de la estructura. Por lo tanto no está permitido cimentar directamente sobre suelos licuables. La cimentación y los pisos deberán apoyarse sobre suelos no licuables o con licuación baja. Los pisos no deberán apoyarse directamente sobre suelos licuables.El PR deberá proponer el tipo de cimentación para apoyar la estructura sobre un suelos no licuable o los procedimientos constructivos para mejorar las condiciones del suelo y lograr que la Probabilidad de Licuación (PL) sea 10%, este caso el mejoramiento deberá verificarse mediante un programa de investigación adecuado que permita realizar un nuevo Análisis de Licuación Potencial de acuerdo a lo indicado en 6.4.2.

456

Figura 8.‐Curvas

simplificadas para el

cálculo del CRR a partir

del SPT (N1)60

457

Figura 9.‐Curvas

simplificadas para el

cálculo del CRR a partir

del CPT (qc1N)

458

Figura 10.‐Curvas

simplificadas para el cálculo

del CRR a partir

velocidades de ondas de corte

(Vs1)

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33. Sostenimiento de excavaciones33.1 Generalidades

Las excavaciones verticales de más de 2.00 m de profundidad requeridas para alcanzar los niveles de los sótanos y sus cimentaciones, no deben permanecer sin sostenimiento, salvo que el estudio realizado por el PR determine que no es necesario efectuar obras de sostenimiento.La necesidad de construir obras de sostenimiento, su diseño y construcción son responsabilidad del contratista de la obra.

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33.2 Estructura de sostenimientoDependiendo de las características de la obra se presentan las siguientes alternativas para el sostenimiento de las paredes de excavación:Proyectar obras y estructuras de sostenimiento temporal y luego, al finalizar los trabajos de corte, construir las estructuras de sostenimiento definitivas.Proyectar estructuras de sostenimiento definitivas que se vayan construyendo o a medida se avance con los trabajos de corte.Existen diversos tipos de obras para el sostenimiento temporal y definitivo de los taludes de corte, entre los cuales podemos mencionar las pantallas ancladas, tablestacas, pilotes continuos, muros diafragma, calzaduras, nailings, entre otros.(…) 461

33.2 Estructura de sostenimiento(…)Las calzaduras son estructuras provisionales que se diseñan y construyen para sostener las cimentaciones vecinas y el suelo de la pared expuesta, producto de las excavaciones efectuadas. Tienen por función prevenir las fallas por inestabilidad o asentamiento excesivo y mantener la integridad del terreno colindante y de las obras existentes en él, hasta entre en funcionamiento las obras de sostenimiento definitivas. Las calzaduras están constituidas por paños de concreto que se construyen alternada y progresivamente. El ancho de las calzaduras debe ser inicialmente igual al ancho del cimiento por calzar y deberá irse incrementando con la profundidad. Las calzaduras deben ser diseñadas para las cargas verticales de la estructura que soportan y para poder tomar las cargas horizontales que le induce el suelo y eventualmente los sismos. 462

33.3 Parámetros a ser proporcionados en el EMS

El informe del EMS deberá incluir los parámetros de suelos requeridos para el diseño de las obras de sostenimiento de las edificaciones, muros perimetrales, pistas y terrenos vecinos, considerando que estos puedan ser desestabilizados como consecuencia directa de las excavaciones que se ejecuten para la construcción de los sótanos directa de las excavaciones que se ejecuten para la construcciones de los sótanos.Para cumplir lo anterior el PR, deberá proveer toda la información referente al perfil de suelos en toda la profundidad de excavación, el nivel freático, las características físicas de los suelos, el peso unitario, el valor de la cohesión y el ángulo de la fricción interna de los diferentes estratos, según se aplique. Estos mismos parámetros deben ser proporcionados por el PR del EMS para el caso de una eventual saturación del suelo.En caso de ser requerido el bombeo o abatimiento de la Napa Freática durante la excavación y la construcción de las obras de sostenimiento y/o calzaduras, el PR deberá proponer los coeficientes de permeabilidad horizontal y vertical del terreno, aplicables al cálculo del caudal de agua a extraer y deberá prevenir cualquier consecuencia negativa que pueda coaccionar a la obra o a las edificaciones existente, el acto de bombear o abatir la Napa Freática.

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33.4 Consideraciones para el diseño y construcción de obras de sostenimiento

En el proyecto de las estructuras de sostenimiento el Contratista de la Obras deberá considerar los siguientes aspectos como mínimo: Los empujes del suelo. Las cargas de las edificaciones vecinas. Las variaciones en la carga hidrostática (saturación, humedecimiento y secado). Las sobrecargas dinámicas (sismos y vibraciones causadas artificialmente). La ejecución de accesos para la construcción. La posibilidad de realizar anclajes en los terrenos adyacentes (de ser

aplicable). La excavación, socavación o erosión delante de las estructuras de

sostenimiento. La perturbación del terreno debido a las operaciones de hinca o de sondeos. La disposición de los apoyos o puntales temporales (de ser requeridos). La posibilidad de excavación entre puntales. La capacidad del muro para soportar carga vertical. El acceso para el mantenimiento del propio muro y cualquier medida de

drenaje.En el caso de las calzaduras el Contratista de la Obra no deberá permitir que éstas permanezcan sin soporte horizontal, por un tiempo tal que permita la aparición de grietas de tensión y fuerzas no previstas en el cálculo de las calzaduras (permanentes o eventuales) y que puedan producir el colapso de las calzaduras (permanentes o eventuales) y que pueda producir el colapso de las mismas. 464

33.5 Efectos de sismo

De producirse un sismo con una magnitud mayor o igual a 3,5 grados de la Escala Richter, el Contratista a cargo de las excavaciones, deberá proceder de inmediato, bajo su responsabilidad y tomando las precauciones del caso, a sostener cualquier corte de más de 2,00 m de profundidad, salvo que un estudio realizado por un especialista determine que no es necesario.

465

33.6 Excavaciones sin soporte

No se permitirán excavaciones sin soporte, si las mismas reducen la capacidad de carga o producen inestabilidad en las cimentaciones vecinas.El PR deberá determinar, si procede, la profundidad máxima o altura crítica (Hc) a la cual puede llegar la excavación sin requerir soporte.

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Ejemplo: Parámetros para diseño de las obras de sostenimiento

En el proceso de perforación de las calicatas no se observaron problemas de estabilidad en las paredes por el efecto de arco que se produce en este tipo de excavación. No se observaron filtraciones o zonas con suelo saturado. Sin embargo, en la obra deberá tomarse las precauciones debidas para proteger las paredes de las excavaciones y cimentaciones en general, mediante muros pantalla anclados al terreno con la finalidad de proteger a los operarios y evitar daños a terceros conforme lo indica la Norma E‐050.Se recomienda emplear un valor del ángulo de fricción interna del suelo = 30° en la zona de excavación.El método simplificado propuesto por Seed y Whitman proporciona un valor adecuado que permite tomar en cuenta en el cálculo de los empujes laterales el efecto de los sismos. De acuerdo a su investigación, el valor del coeficiente de empuje activo sísmico Kas puede calcularse como:Kas = Ka + ¾ khDónde: Kas : coeficiente de empuje activo en caso de sismo,Ka : coeficiente de empuje activo estático,kh : coeficiente sísmico horizontal.

467


El punto de aplicación de la resultante debe modificarse para tomar en cuenta el efecto real del sistema suelo‐muro. Prakash y Basavanna sugieren que el punto de aplicación del incremento de presión activa causada por el sismo se aplique a una altura igual a 0.6 H desde la base del muro y la presión estática activa se aplique a 1/3 H como es usual.Por otro lado el coeficiente de empuje pasivo es menor en el caso sísmico que en el caso estático, Prakash y Basavannaindican que Kps es 15% menor que el Kp. Por lo tanto podemos asumir como regla práctica para muros de contención convencionales que:Kps = 0.85 KpLos valores recomendados para la evaluación de los empujes laterales son los siguientes:

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Nombre Símbolo Valor<5.0 m >5.0 m

Peso unitario 2.24 ton/m3 2.24 ton/m3

Cohesión c 0.00 kg/cm2 0.20 kg/cm2

Angulo de fricción 30° 35°Coeficiente Activo Estático Ka 0.32 0.27Coeficiente en Reposo Estático Ko 0.50 0.43Coeficiente Pasivo Estático Kp 6.65 10.43Factor de Reducción del Empuje Pasivo para /=0

R 0.47 0.37

Coeficiente Activo Dinámico Kas 0.51 0.46Coeficiente en Reposo Dinámico Kos 0.70 0.62Coeficiente Pasivo Dinámico Kps 5.65 8.87Coeficiente de fricción bajo la cimentación.

tan δ 0.45 0.55

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6.5 Sostenimiento de excavaciones6.5.1 Generalidades

Las excavaciones verticales de más de 2,00 m de profundidad requeridas para alcanzar los niveles de los sótanos y sus cimentaciones, no deben permanecer sin sostenimiento, salvo que el estudio realizado por el PRdetermine que no es necesario efectuar obras de sostenimiento. Los materiales procedentes de la excavación deberán ser colocados a una distancia no menor de 3,50 m del borde de la excavación. El tipo de obra de sostenimiento, su diseño y construcción son responsabilidad del constructor de la obra.

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6.5.2 Estructura de sostenimientoDependiendo de las características de la obra se presentan las siguientes alternativas para el sostenimiento de las paredes de excavación: Obras de sostenimiento temporal Obras de sostenimiento definitivas.Existen diversos tipos de obras para el sostenimiento temporal y definitivo de los taludes de corte, entre los cuales podemos mencionar las pantallas ancladas, tablestacas, pilotes continuos, muros diafragma, calzaduras, nailings, entre otros.Las calzaduras son estructuras provisionales que se usan frecuentemente en el Perú. Se diseñan y construyen para sostener las cimentaciones vecinas y el suelo de la pared expuesta, producto de las excavaciones efectuadas. Tienen por funciones prevenir las fallas por inestabilidad o asentamiento excesivo y mantener la integridad del terreno colindante y de las obras existentes en él, hasta que entren en funcionamiento las obras de sostenimiento definitivas. Las calzaduras están constituidas por paños de concreto que se construyen horizontalmente en forma alternada y progresiva, cuidando de no hacer coincidir los paños entre dos filas horizontales consecutivas. El espesor del primer paño debe ser inicialmente igual al ancho del cimiento por calzar y deberá incrementarse con la profundidad en un mínimo equivalente al 10 % de la altura del paño previamente colocado (Figura 11). Las calzaduras deben ser diseñadas para las cargas verticales de la estructura que soportan y para poder tomar las cargas horizontales que le induce el suelo y los sismos. La altura total de la calzadura no será mayor que 8,00 m en gravas arenosas densas con finos, ni mayor que 2,00 m en el caso de arenas medianamente densas, ni mayor que 3,00 m en el caso de arcillas duras. En todos los casos deberá adjuntarse al cuaderno de obra la memoria de cálculo y los planos de las obras de sostenimiento. 471

Procedimiento constructivo de las calzadurasSe construirán paneles alternados, hasta construir una faja continua de apuntalamiento.La primera faja se excavará por debajo de la cimentación vecina. Cada panel deberá tener un largo máximo de 2 m, un espesor igual al ancho de la cimentación por calzar y una altura máxima de 1 m. La excavación se encofra dejando una abertura superior para el vaciado del concreto ciclópeo, el cual debe consolidarse usando una varilla de construcción.El concreto que se deberá emplear será concreto ciclópeo en proporción 1:10 (cemento : hormigón) con un f’c mínimo de 80 kg/cm2 con adición de piedra grande de hasta 8”, representando esta un máximo de 30% del volumen total de la mezcla.Vaciada la primera faja en su totalidad, se comenzará a excavar la fila inferior siguiendo el mismo procedimiento, pero cuidando de aumentar el ancho en un 10% de la altura del panel previamente colocado y que las juntas entre paños de dos etapas consecutivas queden desplazadas medio paño para no coincidir.Cada fila deberá tener un espesor o profundidad diferente de manera que se vaya aumentando el espesor conforme se avance a profundidades mayores.El constructor se responsabilizará por los daños y perjuicios que la construcción de la calzadura ocasione en propiedades de terceros.

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Figura 11.‐ Elevación típica de calzadura

473

60 Exploración de Suelos

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