“UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES”

FACULTAD DE INGENIERÍA

“CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL”

CURSO :

INGENIERIA DE FUNDACIONES

DOCENTE :

ING. GIOVANNI BLANCO CUENTAS.

TEMA : ESTUDIO DE SUELOS PARA CIMENTACION

METRADO DE CARGAS DE EDIFICIO PARA EL CÁLCULO DE ZAPATAS

ALUMNO :

CARLOS VELASQUEZ CARRASCO

SEMESTRE :

2009 - II

ABANCAY, ENERO DEL 2010.

INDICE GENERAL

PRESENTACION

MEMORIA DESCRIPTIVA

ESTUDIO DE SUELO

METRADO DE CARGAS DE EDIFICIO

CALCULO DE ZAPATAS

FOTOGRAFIAS

PLANOS

PRESENTACION

La mecánica de suelos es parte fundamental de la ingeniería civil, aun más importante en fundaciones

para edificaciones, nos ayuda a conocer las propiedades físicas y mecánicas de los suelos en donde se

fundara las cimentaciones. Los resultados de laboratorio son fundamentales para realizar los trabajos,

esta información es esencial para ubicar las zapatas, profundidad, sección, etc., es fundamental conocer

la capacidad portante del suelo.

En este trabajo se hace un resumen de los datos necesarios como son información de las propiedades

mecánicas y físicas del suelo, metrado de cargas de la edificación.

El objetivo del presente trabajo es calcular las dimensiones de las zapatas de la edificación siguiendo los

procedimientos de cálculo en hoja Excel según los autores del Ing. Morales del ICG y del ingeniero

Francisco Serrano.

MEMORIA DESCRIPTIVA

CONTENIDO

1.0. GENERALIDADES

1.1. Objeto del Estudio

1.2. Ubicación y Descripción del Área en Estudios

1.3. Condiciones Climáticas de la Zona

1.4. Altitud de la Zona

2.0. GEOMORFOLOGIA, GEOLOGIA Y SISMICIDAD EN EL AREA EN ESTUDIO

2.1. Geomorfología

ESTUDIO DE SUELO

2.2. Geología

2.3. Geodinámica

2.4. Sismicidad

3.0. INVESTIGACIONES DE CAMPO

3.1. Trabajo de Campo

3.1.1. Calicata o Pozo de Exploración

3.1.2. Muestreo y registros de Exploración

4.0. CARACTERISTICAS DEL PROYECTO

5.0. ENSAYOS DE LABORATORIO

5.1. Ensayos Estándar

5.2. Ensayos Especiales

5.3. Clasificación de Suelos

6.0. PERFILES ESTRATIGRAFICO

7.0. DESCRIPCION DE LA CONFORMACION DEL SUBSUELO DEL AREA EN ESTUDIO

8.0. ANALISIS DE LA CIEMENTACION

8.1. Tipo y profundidad de Cimentación

8.2. Calculo de capacidad admisible

8.3. Criterio de Asentamiento admisibles

9.0. POTENCIAL DE EXPANSION

10.0. AGRESION DEL SUELO AL CONCRETO DE LA CIMENTACIÓN

11.0. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

ANEXOS

1.0. GENERALIDADES

1.1. Objetivo del Estudio

El presente trabajo tiene por objeto investigar el terreno de fundación del Proyecto: “ESTUDIO

DE SUELO PARA CONSTRUCCION DE LA INSTITUCION EDUCATIVA TAMBURCO”, ubicado

en el Departamento de Apurimac; por medio de trabajos de campo a través de pozos de

exploración o calicatas “A cielo Abierto”, ensayos de de laboratorios a fin de obtener las principales

características físicas y mecánicas del suelo, sus propiedades de resistencia, asentamientos y

labores de gabinete en base a los datos obtenidos de los perfiles estratigráficos, tipo y profundidad

de cimentación, capacidad portante admisible, asentamientos, agresión del suelo al concreto,

recomendaciones y conclusiones para la cimentación.

El proceso seguido para los fines propuestos, fue el siguiente:

•Reconocimiento del terreno

•Distribución y ejecución de calicatas

•Tomas de muestras inalteradas y disturbadas

•Ejecución de ensayos de laboratorio

•Evaluación de los trabajos de campo y laboratorio

•Perfil estratigráfico

•Análisis de la Capacidad Portante Admisible

•Calculo admisible permisibles

•Análisis del potencial Expansión

•Agresión del suelo a la cimentación

•Conclusiones y recomendaciones

1.2. Ubicación y descripción del área en estudio

El área de estudio se encuentra ubicada en la Av. Tamburco S/N, en el Distrito de Tamburco,

Provincia de Abancay, Departamento de Apurimac.

1.3. Condiciones Climáticas de la zona

El Distrito de Tamburco, tiene un clima templado, benigno y acogedor, con una temperatura

máxima de 24°C en verano y un mínimo de 11°C en invierno.

1.4. Altitud de la zona

Tamburco se encuentra en un altitud de 2672. m.s.n.m. aproximadamente.

2.0. GEOMORFOLOGIA, GEOLOGIA Y SISMICIDAD EN EL AREA EN ESTUDIO

2.1. GEOMORFOLOGIA

En la parte Norte de la ciudad, distrito de Tamburco se ha identificado suelos de buenas

características geotécnicas, con amplificación sísmica media a baja, clasificación SUCS SM,

arenas limosas correspondientes a cenizas volcánicas, con capacidades portantes mayores a 3

kg/cm2. Características confirmadas con ensayos in situ de Sondajes de Penetración Estándar

(SPT).

A 2.00 metros de profundidad, la gran mayoría de suelos en los distritos de Tamburco y Abancay

son de clasificación GW y GP gravas bien graduadas y pobremente graduadas

respectivamente, de baja amplificación sísmica y buenas características geotécnicas con

capacidades portantes mayores a 3 kg/cm2.

En la parte este de la ciudad de Abancay, en el sector de FONAVI sus suelos son de malas

características geotécnicas, con amplificación sísmica alta y capacidades portantes menores a 0.5

kg/cm2.

2.2. GEOLOGIA

Está constituido por rocas sedimentarias que inclusive en sus zonas de contacto producen

metamorfismo y gran parte del llano está cubierto por depósitos cuaternarios fluvio-glaciales,

aluviales y coluviales.

El cuaternario más joven que alberga, cuya génesis se remonta a la última glaciación de la tierra y

está representado por cúmulos de morrenas glaciares en los niveles medios e inferiores de la

montaña y especialmente en sus depresiones. Estas se componen de guijarros de roca lutácea

oscura y de variada granulometría, predisponiendo su permeabilidad al agua al mantener la unidad

necesaria para el desarrollo de la exuberante flora que hospeda.

El cuaternario más antiguo, se trasladó a la base del Nevado debido a aluviones de diversa

magnitud, generando una planicie conocida como "caliche", por su composición calcárea y el

grado incipiente de compactación; material que descendió hasta donde hoy se asienta la ciudad de

Abancay y otros poblados.

A mayor profundidad las rocas del pérmico sirven de estancamiento a los materiales del

cuaternario descritos; mientras que en las superficies afloran en toda elevación con mayor

amplitud, en la cima de nieves permanentes y en los farallones que sobresalen a las morrenas.

Las rocas calizas son abundantes y cuando afloran muestran diferentes formaciones de tipo Karst,

cubiertas algunas veces de vegetación.

En la vertiente occidental del Ampay se pueden observar bancos de "Karren" que no son sino

rocas calizas al desnudo, que por acción de la fuerza de las aguas adquirieron formas peculiares.

En la vertiente sur, donde las rocas calcáreas están cubiertas de vegetación, el Karst se presenta

en forma de cavernas o grutas subterráneas, que se forman por la filtración constante de agua en

las grietas, produciendo una reacción química en las calizas que disuelve. La presencia de

estalactitas y estalacmitas en las formas más variadas, las hacen atractivas para excursiones con

fines educativos.

Tiene diferentes formaciones entre ellos están el grupo Copacabana superior, grupo mitu, grupo

pucara, depósitos coluviales, depósitos aluviales e instrusivos

2.3. GEODINAMICA

Dentro de este mapa geodinámica elaborada por el instituto de defensa civil (INDECI) para la

ciudad de Abancay podemos observar los peligros que aquejan a la ciudad de Abancay como

son los deslizamientos, derrumbes, Agrietamientos.

En la geodinámica externa de la ciudad de Abancay se ha podido considerar dos aspectos

importantes como son los factores estáticos y los factores dinámicos, estos factores dinamicos son

la geomorfología del Ampay, está determinada por perturbaciones geodinámicas internas

(tectónica) y externas (intemperismo, erosión y procesos geodinámicas) como son las

glaciaciones, los deslizamientos y la erosión, que fueron modelando la superficie.

2.4. CONSIDERACIONES SISMICAS

2.4.1. Intensidades

Según análisis sismotectonicos, existen en el mundo dos zonas muy importantes de actividad

sísmica conocidas como: el Círculo Alpino Himalayo y el Circulo Pacifico. En esta última zona han

ocurrido el 80% de los eventos sísmicos, quedando el 15% para el Circulo Alpino Himalayo, y el

5% restante se reparte en todo el mundo.

La fuente básica de datos de intensidades sísmicas es el trabajo del Silgado (1978), que describe

los principales eventos sísmicos ocurridos en el Perú.

De lo anterior se concluye que de acuerdo al área sísmica donde se ubica la zona en estudio

existe la posibilidad de que ocurran sismos de intensidades del orden VIII en la escala de Mercalli

Modificada.

2.4.2. Zonificación Sísmica

Dentro del territorio peruano se han establecido diversas zonas, las cuales presentan diferentes

características de acuerdo a la mayor o menor presencia de los sismos. Según el mapa de

Zonificación Sísmica del Perú el distrito de Tamburco, Provincia de Abancay, Departamento de

Apurímac está comprendida en la Zona Sísmica 2, correspondiéndole una sismicidad media y un

factor de zona Z=0.3g.

2.4.3. Tipo de Suelo y Periodo

De acuerdo a las normas de Diseño Sismo Resistente del Reglamento Nacional de Edificaciones,

al suelo de cimentación del mencionado estudio le corresponde un perfil de suelo tipo S1, con un

periodo Tp(s) = 0.4 seg. y un factor de suelo S = 1.0

2.4.4. Fuerza Horizontal Equivalente

La fuerza horizontal o cortante en la base debido a la acción sísmica se determinara mediante la

siguiente expresión:

Donde:

Z = Factor de Zona

U = Factor de Uso

S = Factor de Suelo

C = Coeficiente Sísmico

Rd = Factor de Ductilidad

P = Peso de la Estructura

3. INVESTIGACION DE CAMPO

3.1. Trabajos de Campo

Correspondió a la etapa de prospección in-situ, donde se tomaron muestra de Una (01) calicata de

2.50m de profundidad, que permitieron caracterizar al suelo de fundación en el área delimitada

para el Proyecto en mención, tomándose muestras de las capas de suelo encontrado.

3.1.1. Calicata o Pozo de Exploración

Se programo la ejecución de Una (01) calicata o pozo de exploración “A Cielo Abierto”, designado

como C–1, ubicada convenientemente y con profundidades suficientes de 2.50 m.

3.1.2. Muestreo y registros de Exploración

Las muestras de materiales obtenidas en los trabajos de campo fueron analizadas en el

LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS DE LA UTEA para determinar sus propiedades y

características físico – mecánicas fundamentales, tales como, Análisis Granulométricos por

tamizado, Limites de Consistencia, Humedad, Pesos Unitarios, Pesos Específicos, Corte Directo y

Análisis químicos (Sulfatos y Cloruros), ensayos ejecutados siguiendo las normas vigentes.

4. CARACTERISTICAS DEL PROYECTO

El Proyecto: “CONSTRUCCION DE LA INSTITUCION EDUCACTIVA TAMBURCO”, consistirá en

la construcción de una edificación de tres (03) pisos que trasmitirá una carga total al terreno de

fundación de 1,000.00 Tn.

5. ENSAYOS DE LABORATORIO.

Los ensayos de Laboratorio, fueron realizados en el LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS

DE LA UTEA bajos las normas de la American Society For Testing and Materials (A.S.T.M).

5.1. Ensayos Estándar

Se realizaron los siguientes ensayos:

• Análisis Granulométrico por _Tamizado (ASTM C – 136)

• Constantes Físicas (ASTM D – 4318)

• Limite Líquido.

• Limite Plástico.

• Índice de Plasticidad.

• Humedad Natural (ASTM D – 2216)

• Pesos Unitarios (ASTM C – 29)

• Pesos Específicos (ASTM – C128)

• Clasificación de Suelos SUCS (ASTM D – 2487)

5.2. Ensayos Especiales

Se realizaron los siguientes ensayos:

• Con las muestras de suelo alteradas, obtenidas de la calicata, se realizaron ensayos

especiales en una muestra representativa de la calicata C– 1 de profundidad (0.80 – 2.50m.)

se realizo el ensayo de Corte Directo (ASTM D-3080)

• De la misma forma de una muestra representativa de la calicata C – 1 de profundidad (0.80–

2.50m.), se realizo el Análisis Químico del suelo de fundación. (ACI 319 -83)

5.3. Clasificación de Suelos

Las muestras ensayadas en el laboratorio se han clasificado de acuerdo al Sistema Unificado de

Clasificación de Suelos (S.U.C.S.) y las muestras restantes que no figuran en el cuadro fueron

clasificados por pruebas sencillas de campo, observación y comparación con las muestras

representativas ensayadas.

CUADRO N° 01

CUADRO DE CLASIFICACION DE SUELOS

6. PERFILES ESTRATIGRAFICOS.

Según la prospección efectuada en la calicata C – 1 de 2.50 m de profundidad y el análisis

de la muestra recuperada, el suelo de fundación está constituido por dos capas de suelo, la

primera capa a una profundidad de 0.00 – 0.80m, es un estrato superficial o de cubierta

conformado por un relleno gravoso cantos rodados de buena dureza.

En la segunda capa de 0.80 – 2.50m de profundidad y el análisis de la muestra recuperada, el

suelo de fundación está constituido por un potente deposito de suelo natural conformado por

arenas de granulométrica mediana, sin llegar a grueso, no plástico por la total ausencia de

material ligante, color marrón claro, aparecen algunas raicillas en los primeros 1.20 metro,

perteneciente en la clasificación SUCS corresponde (SP)

No se aprecio nivel freático, hasta el nivel prospectado, de 2.50 m de profundidad, a la fecha de

ejecutados los trabajos.

7. DESCRIPCION DE LA CONFORMACION DEL SUBSUELO DEL AREA DE ESTUDIO.

De acuerdo con los perfiles estratigráficos inferidos, se determina que el subsuelo del área en

estudio está conformado de la siguiente manera:

Una cubierta superficial de relleno gravoso cantos rodados de buena dureza hasta una

profundidad de 0.80 m.

Luego se aprecia hasta una profundidad explorada de 2.50 m un potente deposito de suelo

natural conformado por arenas de granulometría mediana, sin llegar a grueso, no plástico por la

total ausencia de material ligante, de color marrón claro, sin límite liquido y humedad natural

de 2.5 %, perteneciente en la clasificación SUCS corresponde (SP).

8. ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN

8.1. Tipo y Profundidad de cimentación

De acuerdo al análisis de cimentación, trabajo de campo, ensayos de laboratorio, descripción de

los perfiles estratigráficos y características del proyecto se ha considerado un tipo de cimentación

de cimientos corridos armados desplantados a una profundidad de 1.30 m en material de arena

mal graduada.

8.2. Cálculo de Capacidad Admisible (qad)

Parámetros de Cálculo

Se empleará para él calculo de capacidad de carga última por corte las fórmulas propuestas por

Terzaghi (ecuación N° 01), para zapatas continuas y cuadradas.

Ecuación 01

Donde:

qad : Capacidad Portante Admisible

φ : Ángulo de fricción interna

γ : Densidad Natural (gr/cm3)

c : Cohesión (gr/cm3)

Df : Prof. de cimentación (m)

B : Ancho de zapata (m)

Nq Nc y Nγ : Factores de capacidad de carga (función de φ)

FS : Factor de Seguridad

N : 6 (estimado según suelo característico

Debido a que la falla que podría producirse sería del tipo local (suelo tipo arena mal

graduada, no plástico) se ha reducido el ángulo de fricción, obteniéndose un valor de 25°. Los

factores de capacidad de carga para un ángulo de 25° son:

Nq = 12.7

Nγ = 9.7

Nc = 25.1

Utilizando la formula:

Ecuación 01

Donde:

Suelo Característico = SP (Arena mal graduada)

Napa Freático = No habida

C = 0.00 gr/cm3

φ = 25°

γ = 1.66 tn/m3

Df = 1.30 m

B = 2.0 m

FS = 3

Para φ 25°, según tabla de Terzagui

Nq = 12.7

Nγ = 9.7

Nc = 25.1

Reemplazando en la ecuación N° 01 se tienen capacidades de cargas admisibles de:

qad = 1.45 kg/cm2.

8.3. Criterio de Asentamiento Permisible (qd)

Se aplicará la ecuación N° 02, para un asentamiento permisible de 2.5 cm.

Ecuación Nro. 02

Siendo Z la profundidad de desplante sin tomar en cuenta el nivel freático.

Parámetros de Cálculo

Suelo Característico = SP (Arena mal graduada)

N = 6 (estimado según suelo característico)

B = 2.00 m

Z = 1.30 m

Fp = 2.0

Aplicando la ecuación N° 02, se obtiene que:

qd = 2.63 kg/cm2.

Es decir se requerirá aplicar al suelo una carga de 2.63 kg/cm2, sobre el suelo de arena

mal graduada que constituye el suelo de fundación, para generar un asentamiento permisible

de 2.5 cm. cumpliéndose que:

qad < qd OK!

9. POTENCIAL DE EXPANSION

De acuerdo a Seed, Woodwuard y Lundgren, establecieron la siguiente tabla de potencial de

expansión determinado en laboratorio.

CUADRO N° 02

Con los datos obtenidos en el laboratorio se tiene:

CUADRO N° 03

Comparando estos valores con los Índices Plásticos de los suelos encontrados (N.P), se concluye

que el potencial de expansión es bajo y/o nulo.

10. AGRESION DEL SUELO AL CONCRETO DE LA CIMENTACION

La agresión que ocasiona el suelo bajo el cual la estructura, está en función de la presencia

de elementos químicos que actúan sobre el concreto y el acero de refuerzo, causándole efectos

nocivos y hasta destructivos sobre las estructuras (sulfatos y cloruros principalmente). Sin

embargo, la acción química del suelo sobre el concreto sólo ocurre a través del agua subterránea

que reacciona con el concreto; de eses modo el deterioro del concreto ocurre bajo el nivel freático,

zona de ascensión capilar o presencia de agua infiltrada por otra razón (rotura de tuberías, lluvias

extraordinarias, inundaciones, etc.).

Los principales elementos químicos a evaluar son los sulfatos y cloruros por su acción química

sobre el concreto y acero del cimiento.

Las concentraciones de estos elementos en proporciones nocivas, aparecen en el análisis químico

efectuado en el LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS DE LA UTEA. La fuente de esta

información corresponde a las recomendaciones del ACI (Comité 319-83) en el caso de los

sulfatos presentes en el suelo y a la experiencia en los otros casos.

En los análisis químicos se puede observar que a la profundidad de cimentación que se

recomienda se tiene una concentración de sulfatos promedio de 0.04 %, lo cual nos indica que

no ocasiona ataque al concreto de la cimentación. La concentración promedio de cloruros en

el suelo es de 170.50 p.p.m., lo anterior indica una acción de baja agresividad a la armadura

de la cimentación, más aun si no existe agua o nivel freático en la zona.

En resumen se concluye que el estrato de suelo que forma parte del contorno donde irá

desplantada la cimentación contiene bajas concentraciones de sulfatos y cloruros, por lo tanto se

recomienda el uso de CEMENTO TIPO I

11. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

De acuerdo al resultado de los Cálculos, Características Físico – Mecánicas de los Suelos, se

establecen las siguientes consideraciones finales:

• El Presente Trabajo ha consistido en la ejecución del “Estudio de Suelos con fines de

Cimentación para la Construcción de la Institución Educativa Tamburco” del Distrito de

Tamburco, Provincia de Abancay Departamento de Apurímac.

• Los Trabajos de campo han consistido en la excavación (01) calicata hasta alcanzar una

profundidad de 2.500m. Las calicatas se ha ubicado convenientemente en el área del

terreno y así poder contar con la información y resultados correctos. De las calicatas se

extrajeron muestras alteradas para realizar ensayos Análisis Granulométrico por tamizado,

Límites de Consistencia, Humedad natural, Pesos Unitarios, Pesos Específicos, Clasificación

de Suelos SUCS, Análisis Químicos (Sulfatos y Cloruros) y Ensayos de Corte Directo.

• El Perfil Estratigráfico que se presenta ha sido elaborado mediante la interpretación de

la estratigrafía encontrada en las calicatas. El subsuelo del área de estudio es homogéneo

en profundidad, estando conformado por arena mal graduada, no plástico (SP).

• De 0.80 a 3.00 metros de profundidad se presenta un estrato conformado por arenas

mal graduadas, no plástica, en estado semi seco y perteneciente en la clasificación

SUCS (SP).

• Se recomienda que el tipo de cimentación a utilizar sea cimientos corridos armados,

para evitar los asentamientos diferenciales.

• Profundidad de la cimentación:

- En base a las características del perfil estratigráfico, se recomienda cimentar a la

profundidad de Df = 1.30 metros; a esta profundidad se cimentarán en Arena mal

graduada, no plástico.

- La capacidad admisible del terreno a la profundidad de cimentación de Df = 1.30 metros

se puede considerar de:

qad = 1.45 kg/cm2.

• En cuanto a los asentamientos permisibles se requerirá aplicar al suelo una carga de qd = 2.75

kg/cm2., sobre el suelo arena mal graduada, no plástica que constituye el suelo de fundación,

para generar un asentamiento permisible de 2.5 cm, cumpliéndose que:

qad < qd OK!

• Se aplicara para obtener la Capacidad admisible (qad) del suelo de fundación un factor de

seguridad (F.S. = 3)

• En lo referente a la sismicidad del área de estudio, ésta se encuentra ubicada dentro de

la Zona Sísmica 2 (Zona de Sismicidad Media), por lo que se deberá tener presente la

posibilidad de que ocurran sismos de gran magnitud.

• Para el análisis sismo-resistente según el RNE se recomienda considerar un suelo de un

perfil tipo S1, con un periodo Tp(s) = 0.4 seg., factor de suelo S = 1.0

• Las conclusiones y recomendaciones presentes, sólo se aplican al terreno estudiado, no

pudiendo aplicarla para otros fines o a otros sectores.

METRADO DE CARGAS DE EDIFICIO

CALCULO DE ZAPATAS

FOTOGRAFIAS

TAMIZADO DE MATERIAL MALLA N° 4, PARA PROCTOR

PREPARADO DE MATERIAL PARA PROCTOR

CAIDA DE PISTON POR CAPA PRUEBA DE PROCTOR

SECADO DE MUESTRAS AL HORNO

LAVADO DE MATERIAL QUE PASA TAMIZ N° 200

PROCESO DE TAMIZADO

PREPARADO DE MEZCLA PARA LIMITE LÍQUIDO

PRUEBA DE CASAGRANDE

P L A N O S