ESTUDIO DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACION

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1 ESTUDIO DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACION PROYECTO: ESTUDIOS DE SUELOS PARA LA IMPLEMENTACION DE JUZGADOS DE PAZ LETRADOS EN COMISARIAS EN LA ZONAS DE FRONTERA -COMISARIA DE JULI ENTIDAD UBICACIÓN : UNIDAD EJECUTORA 002-PODER JUDICIAL UCP. SMJ/PJ DIRECCIÓN DISTRITO PROVINCIA : AV. ALFONSO UGARTE S/N : JULI : CHUCUITO DEPARTAMENTO : PUNO SETIEMBRE 2007

2 1.0 GENERALIDADES CONTENIDO 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 2.2 Geología 2.3 Geodinámica 2.4 Sismicidad 3.0 INVESTIGACIONES DE CAMPO 3.1. Trabajo de Campo Calicata o Pozo de Exploración 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

3 ANEXOS RESULTADOS DE LABORATORIO PANEL FOTOGRAFICO PLANO DE UBICACIÓN DE CALICATAS

4 1.0 GENERALIDADES 1.1 Objetivo del Estudio El presente Informe Técnico tiene por objeto investigar el terreno de fundación del Proyecto: ESTUDIO DE SUELOS PARA LA IMPLEMENTACION DE JUZGADOS DE PAZ LETRADOS EN COMISARIAS EN LA ZONAS DE FRONTERA, ubicado en el Departamento de Puno; 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 ubicado en la Av. Alfonso Ugarte S/n, en el Distrito de Juli, Provincia de Chucuito y Departamento de Puno. 1.3 Condiciones Climáticas de la zona La ciudad de Juli, tiene un clima frió y semiseco, con una temperatura promedio anual de 9 C y de 3 C durante el invierno Altitud de la zona Juli se encuentra en una altitud de 3,815 m.s.n.m. aproximadamente. 2.0 GEOMORFOLOGIA, GEOLOGIA Y SISMICIDAD EN EL AREA EN ESTUDIO 2.1 GEOMORFOLOGIA

5 Esta unidad se ubica en el Sureste del territorio peruano continuando con mayor extensión en territorio boliviano. Geomorfológicamente se trata de una meseta elevada conocida como la Meseta del Collao ó genéricamente Altiplano, formada entre las cordilleras Occidental y Oriental. El Nudo de Vilcanota la separa de la Depresión Andina al norte constituyendo una cuenca cerrada con drenaje radial. Su basamento está constituído por rocas paleozoicas sobre las que yacen rocas del Mesozoico (jurásicas y cretáceas), cubiertas a su vez por una potente secuencia volcánica cenozoica GEOLOGIA Al formarse la cuenca, en tiempos del Ordovícico inferior los mares ingresaron, desarrollándose entonces una sedimentación pelítica en la parte central, donde alcanzan su mayor profundidad (Cordillera de Carabaya, Sandia y Vilcabamba); mientras que hacia el sector Occidental (Altiplano), así como en el Centro y Norte del Perú, se desarrollaba una sedimentación clástica, formando una plataforma cubierta por un mar de relativa profundidad. En el Ordovícico medio, la cuenca de deposición ocupaba las Regiones Subandina y la Cordillera Oriental del Centro y Sur del Perú, extendiéndose por el Sur a través de Bolivia y Norte de Argentina, recibiendo varios miles de metros de sedimentos, los que según Laubacher G. (1968), pueden alcanzar 7000 m. en la Cordillera de Carabaya y Sandia, comprendiendo en ellos facies abisales y en el Altiplano de 3500 m. con facies someras. La depresión del geosinclinal fue rápida, ya que la velocidad de sedimentación no guarda relación con el hundimiento. En el Noroeste, donde la cuenca es una prolongación de la Cuenca Colombo- Venezolana, también se desarrolla una sedimentación pelítica. El levantamiento y regresión del mar ocurre en tiempos del Ordovícico superior (Edad Caradociana), extendiéndose progresivamente por el Sur a Bolivia. A fines del Ordovícico (Edad Ashgiliano) ya no hay sedimentación en Perú, Bolivia y Norte de Argentina. Los movimientos epirogénicos que dan lugar a estos procesos se pueden asociar a la tectónica Caledónica, la misma que aquí no deforman a la secuencia sedimentaria. En el Noroeste la Tectónica Caledónica pliega y metamorfiza a las secuencias originando pizarras, esquistos y cuarcitas; mientras que en la Costa Sur, como resultado del magmatismo, se emplazan cuerpos plutónicos de naturaleza granítica. 2.3 GEODINAMICA

6 Los procesos de geodinámica externa han sido controlados por los cambios climáticos suscitados durante el cuaternario y que dieron lugar al desarrollo de quebradas y planicies aluviales y/o coluvio aluviales, conformada por el material que fuera acarreado por las quebradas o cursos de agua y depositados en su parte terminal, formando el denominado conoide aluvial de Juli. Sobre estas formaciones se emplaza la ciudad de Chucuito y por ende el Proyecto en mención. 2.4 CONSIDERACIONES SISMICAS 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 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 la localidad del Distrito de Juli, Provincia de Chucuito y Dpto. de Puno comprendida en la Zona Sísmica 2, correspondiéndole una sismicidad alta y un factor de zona Z=0.3 g Tipo de Suelo y Periodo De acuerdo a las normas de Diseño Sismo Resistente del Reglamento Nacional de Construcciones, al suelo de cimentación del mencionado estudio le corresponde un perfil de suelo tipo S 2, con un periodo T p(s) = 0.6 seg. Y un factor de suelo S = Fuerza Horizontal Equivalente La fuerza horizontal o cortante en la base debido a la acción sísmica se determinara mediante la siguiente expresión: Donde: V = Z * V * S * C. P Rd

7 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 muestras de Dos (02) calicatas de 2.00 m 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 Calicata o Pozo de Exploración Se programo la ejecución de Dos (02) calicatas o pozo de exploración A Cielo Abierto, designado como C 1 y C -2, ubicadas convenientemente y con profundidades suficientes de 2.00 m. La ubicación de las calicatas se presenta en el plano Ubicación de Calicatas Muestreo y registros de Exploración Las muestras de materiales obtenidas en los trabajos de campo fueron analizadas en el LABORATORIO DE GEOTEC S.R.L., 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: ESTUDIO DE SUELOS PARA LA IMPLEMENTACION DE JUZGADOS DE PAZ LETRADOS EN COMISARIAS EN LA ZONAS DE FRONTERA, en la Comisaría de Juli, consistirá en la construcción de una edificación de un piso que trasmitirá una carga al terreno de fundación de 5.00 Tn/ml. 5 ENSAYOS DE LABORATORIO. Los ensayos de Laboratorio, fueron realizados en el LABORATORIO DE GEOTEC S.R.L. 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)

8 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 las calicatas, se realizaron ensayos especiales en una muestra representativa de la calicata C 1 de profundidad ( m.) 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 ( ), se realizo el Análisis Químico del suelo de fundación. (ACI ) 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 DE CLASIFICACION DE SUELOS CALICATA C - 1 C - 2 Profundidad (m) Muestra M -1 M -1 % Pasa Malla N % Pasa Malla N Limite Liquido Índice Plástico Contenido de Humedad (%) Saturado Saturado Clasificación de Suelos SUCS OH OH

9 6 PERFILES ESTRATIGRAFICOS. Según la prospección efectuada en la calicata C 1 de 2.00 m de profundidad y el análisis de la muestra recuperada, el suelo de fundación esta constituido por una capa de suelo, la única capa a una profundidad de , es un estrato con algunos canto rodados en la superficie, el estrato de suelo natural esta conformado por arcillas limosas y orgánica de alta plasticidad, encontrándose saturada, con restos de vegetales en descomposición por lo que presenta baja compacidad, siendo de grano fino conforme se profundiza los suelos, presenta un color amarillento con tonalidades color negro, perteneciente en la Clasificación SUCS que corresponde (OH).. Según la prospección efectuada en la calicata C 2 de 2.00 m de profundidad y el análisis de la muestra recuperada, el suelo de fundación esta constituido por una capa de suelo, la única capa a una profundidad de m, es un estrato con algunos canto rodados en la superficie, el estrato de suelo natural esta conformado por arcillas limosas y orgánica de alta plasticidad, encontrándose saturada, con restos de vegetales en descomposición por lo que presenta baja compacidad, siendo de grano fino conforme se profundiza los suelos, presenta un color amarillento con tonalidades color negro, perteneciente en la Clasificación SUCS que corresponde (OH). Se aprecio nivel freático, hasta el nivel prospectado, de 2.00 m de profundidad, a la fecha de ejecutados los trabajos (Setiembre del 2,007). 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 esta conformado de la siguiente manera: Se aprecia hasta una profundidad explorada de 2.00 m un potente estrato de suelo natural, esta conformado por arcillas limosas y orgánicas de alta plasticidad y saturada, con un limte liquido que varia de 48.25% a 50.99%, y un Índice de plasticidad de a 12.85, perteneciente en la clasificación SUCS corresponde (OH). 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 limosa. 8.2 Cálculo de Capacidad Admisible (q ad ) Parámetros de Cálculo

10 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. q ad = 1 ( c N c + γ D f N q + 1/2 B γ N γ ) (ecuación N 01) F.S. Donde: q ad : Capacidad Portante Admisible φ : Ángulo de fricción interna γ : Densidad Natural (gr/cm 3 ) c : Cohesión (gr/cm 3 ) D f : Prof. de cimentación (m) B : Ancho de zapata (m) N q N c y N γ : Factores de capacidad de carga (función de φ) FS : Factor de Seguridad N : 4 (estimado según suelo característico) Debido a que la falla que podría producirse sería del tipo local (suelo tipo arcillas limosas), con un ángulo de fricción, obteniéndose un valor de 10. Los factores de capacidad de carga para un ángulo de 10 son: N q = 1.0 N γ = 0.0 N c = 4.0 Utilizando la formula: q ad = 1 ( c N c + γ D f N q + 1/2 B γ N γ ) (ecuación N 01) F.S. Donde: Suelo Característico = OH (Arcillas y limos orgánicas de mediana a alta plasticidad) Napa Freático = Habida C = 0.50 Kg/cm 3 φ = 10 γ = 2.05 gr/cm 3 D f = 1.30 m B = 0.80 m N q = 1.0 N γ = 0.0 N c = 4.0 FS = 3

11 Reemplazando en la ecuación N 01 se tienen capacidades de cargas admisibles de: q ad = 0.75 kg/cm Criterio de Asentamiento Permisible (q d ) Se aplicará la ecuación N 02, para un asentamiento permisible de 2.5 cm q d = 0.6 ( N 3 ) (B ) 2. F p (ecuación N 02) 2 B F p = 1 + Z 2 B Siendo Z la profundidad de desplante sin tomar en cuenta el nivel freático. Parámetros de Cálculo Suelo Característico = OH (Arcillas y limos orgánicos) N = 4 (estimado según suelo característico) B = 0.80 m Z = 1.30 m F p = 2.0 Aplicando la ecuación N 02, se obtiene que: q d = 0.91 Kg/cm2 Es decir se requerirá aplicar al suelo una carga de 0.91 kg/cm 2, sobre el suelo de hormigón que constituye el suelo de fundación, para generar un asentamiento permisible de 2.5 cm. cumpliéndose que: q ad < q d OK! 9 POTENCIAL DE EXPANSION De acuerdo a Seed, Woodwuard y Lundgren, establecieron la siguiente tabla de potencial de expansión determinado en laboratorio INDICE DE PLASTICIDAD POTENCIAL DE EXPANSION 0-15 BAJO MEDIO ALTO

12 >55 MUY ALTO Con los datos obtenidos en el laboratorio se tiene: CALICATA PROF. (m) INDICE PLASTICO POTENCIAL DE EXPANSION C BAJO C BAJO Comparando estos valores con los Índices Plásticos de los suelos encontrados (OH), se concluye que el potencial de expansión es Bajo 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 GEOTEC S.R.L. La fuente de esta información corresponde a las recomendaciones del ACI (Comité ) 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 2.10 %, lo cual nos indica que Si ocasiona ataque al concreto de la cimentación. La concentración promedio de cloruros en el suelo es de 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 severo concentraciones de sulfatos y cloruros, por lo tanto se recomienda el uso de CEMENTO TIPO II Y/O PUZOLANICO 11 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

13 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 Implementación de Juzgados de Paz Letrados de las Comisarías en la zonas de Frontera, en la Comisaría de Juli, ubicado en el Distrito de Juli, Provincia de Chucuito y en el Departamento de Puno. Los Trabajos de campo han consistido en la excavación de Dos (02) calicatas hasta alcanzar una profundidad de 2.00 m. 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 estratigrafia encontrada en las calicatas. El subsuelo del área de estudio es homogéneo en profundidad, estando conformado por arcilla limosa y orgánica de alta plasticidad (OH). De 0.00 a 2.00 metro de profundidad se presenta un estrato conformado por arcilla limosa y orgánica, en estado saturado y alta plasticidad y perteneciente en la clasificación SUCS (OH). 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 D f = 1.30 metros.; a esta profundidad se cimentarán en arcillas limosas y orgánica, saturada y alta plasticidad. La capacidad admisible del terreno a la profundidad de cimentación de D f = 1.30 metros se puede considerar de: q ad = 0.75 kg/cm 2 En cuanto a los asentamientos permisibles se requerirá aplicar al suelo una carga de q d = 0.91 kg/cm 2, sobre el suelo arcilloso, limoso y orgánica, alta plasticidad que constituye el suelo de fundación, para generar un asentamiento permisible de 2.5 cm, cumpliéndose que: q ad < q d OK!

14 Se aplicara para obtener la Capacidad admisible (q ad ) del suelo de fundación un factor de seguridad (F.S. = 3) La estructura de los pisos, patios y obras exteriores tendrá el siguiente diseño geométrico: - Subrasante.- El material de la subrasante esta conformado por arcilla limosa y orgánica, la que será escarificada y compactada en un espesor de 0.20 m, al 90% de la Máxima densidad Seca del Proctor Modificado - Base.- El material a emplear en la base será tipo granular seleccionado A-1-a (0) o A-1-b (0), con un espesor de 0.25 m. compactada, al 100 % de la Máxima densidad Seca del Proctor Modificado. - Losa de Concreto.- El concreto a utilizar tendrá una resistencia de f c= 175 kg/cm2 y un espesor de 0.10 m, siguiendo las normas vigentes del Reglamento Nacional de Construcciones 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 mediana magnitud. Para el análisis sismo-resistente según el RNC se recomienda considerar un suelo de un perfil tipo S 3, con un periodo T p(s) = 0.6 seg., factor de suelo S = 1.2 Es conveniente tener presente el cuidado necesario para que los empalmes de las tuberías de agua y desagüe estén bien instalado de tal forma evitar fugas que pueden generar la reacción de los sulfatos y cloruros. De los análisis de suelos (químicos) realizados a la muestra del suelo donde irá desplantada la cimentación y de la inspección de la zona en estudio se recomienda el uso de CEMENTO TIPO II Y/O PUZOLANICO. Las conclusiones y recomendaciones presentes, sólo se aplican al terreno estudiado, no pudiendo aplicarla para otros fines o a otros sectores. Lima, Setiembre del 2007

15 ANEXOS

16 FOTO N 05 PERFIL ESTRATIGRAFICO DE LA CALICATA C 3, UBICADO EN LA PARTE POSTERIOR DE LA COMISARIA SAN JOSE DE LOURDES - CAJAMARCA

17 FOTO N 03 PERFIL ESTRATIGRAFICO DE LA CALICATA C 2, UBICADO EN LA PARTE POSTERIOR DE LA COMISARIA SAN JOSE DE LOURDES - CAJAMARCA

18 FOTO N 01 PERFIL ESTRATIGRAFICO DE LA CALICATA C 1, UBICADO EN LA PARTE POSTERIOR DE LA COMISARIA SAN JOSE DE LOURDES - CAJAMARCA

19 FOTO N 04 VISTA DE LA CALICATA C 2, UBICADO EN LA PARTE POSTERIOR DE LA COMISARIA SAN JOSE DE LOURDES - CAJAMARCA

20 FOTO N 02 VISTA DE LA CALICATA C 1, UBICADO EN LA PARTE POSTERIOR DE LA COMISARIA SAN JOSE DE LOURDES - CAJAMARCA

21 FOTO N 06 VISTA DE LA CALICATA C 3, UBICADO EN LA PARTE POSTERIOR DE LA COMISARIA SAN JOSE DE LOURDES - CAJAMARCA

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