CALZADURAS Y SOSTENIMIENTO DE EXCAVACIONES, UNA MIRADA BAJO LA NTE E.050

Transcripción

1 CALZADURAS Y SOSTENIMIENTO DE EXCAVACIONES, UNA MIRADA BAJO LA NTE E.050 LIMA, 19 DE OCTUBRE DEL 2011 Manuel A. Olcese Franzero molcese@pucp.edu.pe Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E.050 2

2 Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E VARIABILIDAD NATURAL DEL SUELO EN TRES OBRAS CERCANAS Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E.050 4

3 Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Miraflores 12 de junio 2007 Chorrillos 13 de junio del 2007 Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E.050 6

4 La victoria, 12 diciembre 2007 (7 fallecidos) Calle Porta, profundidad 15 m, enero 1996 Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Las Casuarinas Santiago de Surco, 28 de octubre del 2008 Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E.050 8

5 ARTÍCULO 33.1 NORMA E.050 Las excavaciones verticales de más m s 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 o y construcción son responsabilidad del contratista de la obra. Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E SOLUCIONES PARA UNA EXCAVACIÓN N SEGURA Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

6 ARTÍCULO 33.3 NORMA E.050 El informe del EMS deberá incluir los parámetros de suelos requeridos para el diseño o 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 n de los sótanos. s tanos. Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E EJEMPLO DE LOS DATOS EXIGIDOS POR LA NORMA E.050 Y REQUERIDOS PARA EL DISEÑO DE LAS OBRAS DE SOSTENIMIENTO Nombre Símbolo Valor Valor Profundidad 0.00 a 6.00 m 6.00 a m Peso unitario 2.20 ton/m ton/m 3 Cohesión c 0.00 kg/cm kg/cm 2 Angulo de fricción Coeficiente Activo Estático K a Coeficiente en Reposo Estático K o Coeficiente Pasivo Estático K p Factor de Reducción del Empuje Pasivo para / =0 R Coeficiente Activo Dinámico K as Coeficiente en Reposo Dinámico K os Coeficiente Pasivo Dinámico K ps Coeficiente de fricción bajo la cimentación. tan δ Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

7 ESTUDIOS DE MECÁNICA DE SUELOS (EMS) NORMA E.050 Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Publicado el 9 de junio del 2006 NORMA E.050 Nueva actualización n 2009 Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

8 Norma actual 2006 Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E OBJETIVO DE LA NORMA E-050 Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

9 CLASIFICACIÓN DE LAS OBRAS, NÚMERO "n" DE PUNTOS A INVESTIGAR Y PROFUNDIDAD z = 1,5 B; siendo B el ancho de la cimentación prevista de mayor área. z = 6,00 metros, en el 80 % de los sondeos y 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. Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E POZOS O CALICATAS, BARRENO Las calicatas y trincheras serán realizadas según la NTP (ASTM D 420). El PR deberá tomar las precauciones necesarias a fin de evitar accidentes. Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

10 EXPLORACION EN ARENA Barreno manual con SPT SPT CONO TIPO PECK DPSH Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Densidad de campo: cono de arena, balón n o nuclear NO PERMITIDO PARA DISEÑO Artículo 10.1 Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

11 Contenido del Informe del Estudio de Mecánica de Suelos Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E CONTENIDO DEL INFORME DEL ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS Resumen de las Condiciones de Cimentación Información Previa Exploración de Campo Ensayos de Laboratorio Perfil del Suelo Nivel de la Napa Freática Análisis de la Cimentación Plano de ubicación Perfiles del suelo Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

12 RESUMEN DE LAS CONDICIONES DE CIMENTACIÓN 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) (Ingeniero Civil registrado en el Colegio de Ingenieros del Perú y hábilh bil). En estos mismos casos deberá incluirse en los planos de cimentación una trascripción literal del Resumen de las Condiciones de Cimentación del EMS (Ver Sección a). Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN En esta sección se incluirá una memoria de cálculo que contendrá como mínimo: 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). 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 o de muros de contención n y/o calzadura. Otros parámetros que se requieran para el diseño o construcción de las estructuras y cuyo valor dependa directamente del suelo. Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

13 Rellenos Artificiales o Rellenos no controlados Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E RELLENOS NO CONTROLADOS Los rellenos no controlados son aquellos que no cumplen con la Sección n Las cimentaciones superficiales no se podrán construir sobre estos rellenos ni sobre tierra de cultivo, suelos orgánicos, turba, o mezclas de ellos, los cuales deberán ser removidos en su totalidad y reemplazados por suelos seleccionados, antes de iniciar la construcción de la cimentación. Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

14 Artículo 19 Profundidad de cimentación 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 n ser removidos en su totalidad, antes de construir la edificación n y ser reemplazados con materiales que cumplan con lo indicado en la Artículo 21 (21.1) Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Empuje de suelos en reposo. Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

15 Tensiones en reposo Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Tensiones en reposo Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

16 Tensiones en reposo Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Tensiones al excavar Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

17 Tensiones al excavar => inestabilidad Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Tensiones al excavar => inestabilidad Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

18 Tensiones al excavar => inestabilidad => colapso Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Colapso de una excavación Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

19 Causas de inestabilidad Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Causas de inestabilidad: aumento de la profundidad Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

20 Causas de inestabilidad: saturación del suelo Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Causas de inestabilidad: elevación del Nivel Freático, filtraciones etc. Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

21 Causas de inestabilidad: colocación de cargas cerca al corte Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Causas de inestabilidad: cercanía de vehículos o maquinaria Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

22 Causas de inestabilidad: presencia de vibraciones Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Causas de inestabilidad: efecto de las heladas Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

23 ESTADOS DE EQUILIBRIO PLASTICO La relación entre los estados activo y pasivos pueden mostrarse gráficamente empleando los círculos de Mohr c tan hmin v hmax Estado activo Estado elástico inicial Estado pasivo Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E EMPUJES Y MOVIMIENTO DEL MURO Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

24 Ko para suelos granulares K 0 1 sen ' Ko para suelos cohesivos Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Entibaciones Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

25 PRESIONES GENERADAS POR LAS ENTIBACIONES Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E PRESIONES GENERADAS POR LAS ENTIBACIONES Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

26 PRESIONES GENERADAS POR LAS ENTIBACIONES Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Si el ancho de la excavación es menor de 3.60 m se considera como zanja Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

27 La excavación de zanjas genera inestabilidad Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Zona probable de falla si Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

28 Si la profundidad es mayor de 1.20 m, según la OSHA (Ocuppational & Safety and Health Administration, USA) debe entibarse si los operarios trabajaran dentro de la zanja, según la NTE E.050 si es mayor a 2.00 m y así lo indica el PR como resultado del EMS. Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Excavaciones con paredes inclinadas. Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

29 Excavación Mixta Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Requiere entibación Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

30 La entibación de diseña para la profundidad total de la excavación. Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E ENTIBACIONES Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

31 ENTIBACIONES Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E ENTIBACIONES Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

32 Si la excavación si el ancho es mayor de 3.60 m la excavación se considera masiva Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Entibaciones en excavaciones masivas Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

33 Calzaduras Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E CALZADURA CONVENCIONAL Transmiten bien las cargas verticales. No soportan adecuadamente los empujes horizontales Varillas corrugadas Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

34 CALZADURA CONVENCIONAL Carga Varillas corrugadas Empuje? Tan = 0.55 % #200 <5% % <% #200 <12% 0.35 % #200 > 12% Fricción Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Muros pantalla o Pantallas ancladas Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

35 MURO PANTALLA Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E MUROS PANTALLA Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

36 ANCLAJE Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E DISEÑO DEL MURO PANTALLA NAVFAC DM7 Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

37 CAPACIDAD DE CARGA DE LOS ANCLAJES SEGÚN EL NAVFAC DM7 Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E DISEÑO DE UN MURO PANTALLA Método de Kranz L a) Carga de anclaje y longitud libre 1.- Se eligen las longitudes L de las filas de anclajes 2.- Se define el mecanismo de rotura de la figura 3.- Se calculan las cargas en los anclajes A i que equilibran la cuña de terreno 4.- Si las cargas calculadas son superiores a las cargas límites de los anclajes (ver puntos b) y c)), se cambian las longitudes de los anclajes y se vuelven a calcular las cargas. Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

38 b) Sección de acero Método de Kranz DISEÑO DE UN MURO PANTALLA 0,9 f ys Q l A y acero A acero : sección de acero Q: carga del anclaje l : coeficiente de seguridad como mayoración de la carga aplicada sobre el anclaje y : coeficiente de seguridad como minoración de la resistencia del acero f ys : resistencia del acero (típicamente entre MPa para barras y entre MPa para cables) Q no suele superar, en servicio, el 60% del límite elástico de elemento de acero (f ys A acero ) Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E c) Longitud del bulbo Método de Kranz DISEÑO DE UN MURO PANTALLA Q Q l Al A l : área lateral del bulbo Q: carga del anclaje A l : resistencia al corte unitaria en el contacto bulbo-terreno l : coeficiente de seguridad como mayoración de la carga aplicada sobre el anclaje t : coeficiente de seguridad como minoración de la resistencia al corte límite en el contacto bulbo-terreno t Temporales Permanentes (según Norma Española de anclajes) Nivel de riesgo creciente Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

39 DISEÑO DE UN MURO PANTALLA Valores de la resistencia al corte unitaria en el contacto bulbo-terreno ( ): Se obtienen de ensayos de arrancamiento en condiciones reales o en el laboratorio Valores orientativos de (pre-diseño) Método de Kranz (según Norma Española de anclajes) Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Método de Kranz Valores orientativos de (pre-diseño) DISEÑO DE UN MURO PANTALLA (según Ostermayer & Scheele, 1977) Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

40 Método CAD DISEÑO DE UN MURO PANTALLA Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Método CAD DISEÑO DE UN MURO PANTALLA Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

41 Método CAD ETAPAS DEL ANÁLISIS Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Método CAD DISEÑO DE UN MURO PANTALLA Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

42 PLANO DE PLANTA DE LOS ANCLAJES Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E MURO PANTALLA Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

43 MURO PANTALLA Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E MURO PANTALLA Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

44 MURO PANTALLA Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Factor de Seguridad frente al levantamiento del fondo Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

45 Tensiones en reposo (sin excavar) Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Tensiones al excavar Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

46 Las tensiones al excavar puede generar levantamiento del fondo de la excavación Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E NAVFAC DM7 Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

47 NAVFAC DM7 Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E NAVFAC DM7 VALORES DE N CD Y N CR Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

48 Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E En mecánica de suelos la exactitud de los resultados calculados nunca exede al de una estimación n cruda, y la función n principal de la teoría a consiste en el enseñar de que y como observar en el campo. Karl Terzaghi, 1936 Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

49 VELEMOS POR QUE SE CUMPLAN LAS NORMAS DE NOSOTROS DEPENDE QUE ESTO NO OCURRA NUEVAMENTE Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Muchas gracias Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

50 Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E

51 Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E Mecánica de Suelos UNA MIRADA BAJO LA NTE E