ESTUDIO GEOTÉCNICO CON FINES DE EDIFICACIÓN PROYECTO : BOULEVARD DE RESTAURANTES PROPIETARIO : MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE LA PUNTA UBICACIÓN : LA PUNTA CALLAO LIMA REALIZADO : ING. JORGE HERNÁN OCHOA FERNÁNDEZ REG. CIP 42446 JUNIO 2006 1
1.0 GENERALIDADES 1.1. ANTECEDENTES 1.2. OBJETIVO DEL ESTUDIO 1.3. NORMATIVIDAD 1.4. UBICACIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO 1.5. DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO CONTENIDO 2.0 GEOLOGIA LOCAL Y SISMICIDAD 2.1. GEOMORFOLOGÍA. 2.2. GEOLOGIA. 2.3. GEODINAMICA INTERNA Y EXTERNA. 2.4. SISMICIDAD. 3.0 TRABAJOS DE CAMPO 3.1. EXPLORACION POR MEDIO DE CALICATAS 3.2. REGISTRO DE EXPLORACION Y MUESTREO DISTURBADO. 3.3. PRUEBAS DE PENETRACION DINÁMICA CON CONO DE PECK (Cn) 4.0 ENSAYOS DE LABORATORIO 5.0 CONFORMACION DEL SUBSUELO 6.0 ANALISIS DE CIMENTACION 6.1. TIPO DE CIMENTACION 6.2. PROFUNDIDAD DE CIMENTACION 6.3. DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS DE RESISTENCIA 6.4. CALCULO DE LA CAPACIDAD PORTANTE ADMISIBLE 6.5. CALCULO DE ASENTAMIENTOS. 7.0 AGRESION AL SUELO DE CIMENTACION 8.0 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 9.0 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 10.0 ANEXOS 10.1 FIGURAS FIGURA N 1 MAPA DE ZONIFICACION SISMICA DEL PERU FIGURA N 2 MAPA DE DISTRIBUCION DE INTENSIDADES SISMICAS FIGURA N 3 FACTORES DE CAPACIDAD DE CARGA 10.2 REGISTROS DE EXPLORACION Y AUSCULTACIÓN DINAMICA CON CONO TIPO PECK 10.3 REGISTROS DE ENSAYOS DE LABORATORIO 10.4 FOTOGRAFIAS 10.5 PLANO GEOTÉCNICO 2
ESTUDIO DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACIÓN PARA LA EDIFICACIÓN DE 5 MODULOS DE 2 PISOS DESTINADOS A RESTAURANTES MÁS AREA DE ESTACIONAMIENTO QUE FORMAN PARTE DEL PROYECTO DE REMODELACION DEL PARQUE MALECON PARDO BALNEARIO LA PUNTA 1.0 GENERALIDADES 1.1 Antecedentes. Por encargo del Arq. Augusto Ortiz de Zevallos, encargado del proyecto de Remodelación del Parque Malecón Pardo Balneario La Punta, ubicado en la Provincia del Callao, se realizó el Estudio de Suelos con fines de cimentación, para la construcción de 5 módulos de 2 pisos, destinados a Restaurantes más un área de estacionamiento. 1.2 Objetivo del Estudio. El presente trabajo, tiene por objeto efectuar el Estudio de Suelos con fines de Cimentación, para la Construcción de 5 módulos de dos pisos, destinados a Restaurantes, más un área de estacionamiento que forma parte del proyecto de Remodelación del Parque Malecón Pardo Balneario La Punta, a fin de determinar las características geotécnicas del suelo dentro de la profundidad activa de cimentación y a partir de ellas, los parámetros necesarios como son: profundidad, tipo de cimentación, Capacidad Portante Admisible del terreno adoptado como suelo de cimentación, pautas generales de diseño y construcción en relación con los suelos y recomendaciones de la estructura del pavimento para el área de estacionamiento. El programa de trabajo realizado con este propósito ha consistido en: Reconocimiento del terreno. Recopilación de información. Ubicación y ejecución de calicatas. Toma de muestras alteradas. Auscultación Dinámica con el Cono tipo Peck. (ACP) Ejecución de ensayos de laboratorio. Perfil estratigráfico. Análisis de la cimentación. Agresividad del suelo al concreto de la cimentación. Agresividad del agua al concreto de la cimentación. Conclusiones y recomendaciones. 3
1.3 Normatividad El presente Estudio Geotécnico con fines de Cimentación esta en concordancia con la Norma E-050 de Suelos y Cimentaciones del Reglamento Nacional de Construcciones. 1.4 UBICACIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO El área de Estudio se encuentra ubicado en un sector del Malecón Pardo, destinado para la construcción de 5 módulos de restaurantes, en el Balneario La Punta, perteneciente al distrito de La Punta, provincia del Callao, departamento de Lima. (ver plano geotécnico EG-01). 1.5 DESCRIPCON DEL AREA EN ESTUDIO. La zona del proyecto donde se va a realizar el estudio geotécnico, corresponde a un sector del parque Malecón Pardo, ubicado en el distrito de La Punta, destinado al área de restaurantes. Este sector presenta una topografía de relieve moderado, que se encuentra ubicada en el área verde y parte de los restaurantes existentes en la actualidad, cuya cota absoluta varían desde un mínimo de +2.10 metros sobre el nivel del mar a una cota máxima de +2.54 metros sobre el nivel del mar. El área destinada a estacionamiento, tiene una topografía de relieve plano con una cota absoluta promedio de +2.44 metros sobre el nivel del mar, y en la actualidad esta siendo utilizado por el Serenazgo de la Municipalidad distrital de la Punta. La zona donde se construirán los módulos destinados a restaurantes, incluido la zona de estacionamiento tiene un área aproximada de 3,500 m 2. 2.0 GEOLOGIA LOCAL Y SISMICIDAD 2.1 Geomorfología Constituye una llanura aluvial cubierta por material de acarreo transportado por el río Rímac; muestra una topografía moderada con zonas planas y localmente con algunas lomadas y montes islas. Tiene la forma de un abanico cuyo vértice se inicia en Vitarte, siendo sus otros vértices el Morro Solar y la ex Hacienda Bocanegra. 4
Sobre esta llanura aluvial el río ha sufrido divagaciones y cambios de curso periódicos en diferentes épocas geológicas, hasta alcanzar su actual posición, constituyendo así en su conjunto, el colchón aluviónico o terreno de fundación del área de estudio. Esta unidad se desarrolla a lo largo de una faja, limitada al oeste por la ribera litoral y al este por una cadena de cerros bajos pertenecientes a los primeros contrafuertes andinos, con un ancho promedio aproximado de 30 km. Los suelos del área urbana generalmente están cubiertos con asfalto y concreto. 2.2 Geología La zona en estudio, está ubicada al Nor - Oeste de la ciudad de Lima. De acuerdo a la carta geológica proporcionada por el Ingemmet el año de 1992, realizado por el Ingeniero A. Martínez Vargas, la zona de estudio esta conformado por una unidad estratigráfica, de depósitos aluviales, cuya edad geológica corresponde al cenozoico cuaternario pleistoceno (Qp-al). La estratigrafía del suelo en la zona de estudio, esta constituido por un relleno superficial conformado por bloques sueltos de rocas de tamaño máximo 40 a 50 con matriz de arena limosa con gravas, producto del enrocado realizado hace 30 años para la construcción del Mirador al Mar existente en la zona, debajo del cual continua un suelo aluvial, conformado por gravas mal gradadas con poca matriz de arena y gravas mal gradadas con arcilla, el cual se encuentra en un estado de compacidad suelto a medio. De acuerdo a investigaciones más detalladas, efectuadas en la zona de estudio, este estrato llega a profundidades de hasta 10m a 12m, debajo del cual subyace un estrato de arenas limosas, de compacidad densa, que tiene una potencia de hasta 15m. Sin embargo, de acuerdo al estudio de suelos realizado por Romani ingenieros consultores, en el año de 1975, para un bloque de un edificio nuevo en el área de la Escuela Naval, se detectó una bolsonada de arena cercana a la superficie, diferente en constitución física a la grava circundante 1. La zona de estudio se encuentra entre los abanicos deyección del río Rimac, según estudios efectuados en la zona, han demostrado que el conglomerado, sufre desplazamientos relativos al mar, que en tiempos anteriores ha atacado el cono defectivo, socavándolo y formando el barranco que se extiende desde el Morro Solar hasta el Callao. Los materiales caídos al mar, y sujetos a su acción son arrastrados hacia las zonas de las Islas de San Lorenzo y el Frontón; este hecho explica la formación de la Punta y su prolongación submarina, como también su tendencia a aumentar de 5
espesor. De allí que en la Punta, los materiales pertenecientes al abanico aluvial del río Rimac haya sido modificados por la acción marina que ha erosionado los materiales originales, dando lugar a una secuencia de gravas mal gradadas, con limos y arenas, entremezclados de una manera poco uniforme. 2.3 Geodinámica Interna y Externa. 2.3.1 Geodinámica Interna La influencia de agentes naturales como los sismos, en el área de estudio, presenta un riesgo sobre las estructuras que se proyectan construir en la zona. La presencia de sismos en toda la ciudad de Lima, en los últimos años ha sido frecuente, existiendo una actividad sísmica, por lo cual se deberán tomar las precauciones y medidas de seguridad sobre las estructuras a proyectarse. 2.3.2 Geodinámica Externa La geodinámica externa en el área de estudio, no presenta en la actualidad riesgo alguno, sin embargo a lo largo de la historia, se han presentado subidas de la marea, ocasionando inundaciones, que han llegado a cubrir toda el área del malecón Pardo, por encontrarse próximo al mar, por lo que deberá tomarse en cuenta, la adecuada protección en uno de los lados de las estructuras proyectadas que quedarán expuestos al Mar. 2.4 Sismicidad De acuerdo al Nuevo Mapa de Zonificación Sísmica del Perú, según la nueva Norma Sismo Resistente ( NTE E-030) y del Mapa de Distribución de Máximas Intensidades Sísmicas observadas en el Perú, presentado por Alva Hurtado (1984), el cual se basó en isosistas de sismos peruanos y datos de intensidades puntuales de sismos históricos y sismos recientes; se concluye que el área en estudio se encuentra dentro de la Zona de alta sismicidad (Zona 3), existiendo la posibilidad de que ocurran sismos de intensidades tan considerables como VIII y IX en la escala Mercalli Modificada. (Ver anexo 10.1 figura N 1 "Zonificación Sísmica del Perú" y Figura N 2 "Mapa de Distribución de Máximas Intensidades Sísmicas"). De acuerdo con la nueva Norma Técnica NTE E-30 y el predominio del suelo bajo la cimentación, se recomienda adoptar en los Diseños Sismo-Resistentes, los siguientes parámetros, según el cuadro N 01: CUADRO Nº 01 TIPO DE SUELO Z S T p(s) 6
GRAVAS MAL GRADADAS CON ARENA Ó GRAVAS MAL GRADADAS CON ARCILLA 0.40 1.40 0.90 (Z) Factor de zona (S) Factor de amplificación del suelo (Tp) Periodo que define la Plataforma del espectro. 3.0 TRABAJOS DE CAMPO Se elaboró un programa de exploración geotécnica del subsuelo, mediante calicatas a cielo abierto y 2 ensayos in situ por medio de pruebas de campo de auscultación dinámica con el Cono Tipo Peck (ver cuadros 2 y 3). 3.1 Exploración por medio de Calicatas Con la finalidad de determinar el perfil estratigráfico en el área de estudio, se ejecutaron 9 pozos de exploración a cielo abierto, utilizando herramientas manuales. Las calicatas han sido distribuidas convenientemente en el área de estudio, por lo que 6 se realizaron dentro del área donde se proyectan los restaurantes, denominándolos C-6, C-7, C-8, C-9, C-13 y C-14 y 3 calicatas dentro del área donde se proyecta el estacionamiento, denominándolos C-10, C-11 y C-12 (Ver Plano Geotécnico EG-01). Para cada calicata se ha elaborado un registro de la excavación, donde se indica la profundidad máxima alcanzada, espesor de los estratos, tipos de suelos, y características geotécnicas del suelo. Los respectivos registros de la estratigrafía se presentan en el ANEXO 10.2. Se encontró la presencia de nivel freático en las calicatas C-6, C-10 y C-14, tal como se puede apreciar en el siguiente cuadro: 7
CUADRO Nº 02: Relación de Calicatas CALICATAS PROF. ALCANZA DA (m) N.F. COTA ABSOLUTA ( m.s.n.m.) C-6 1.50 1.10 +1.49 C-7 2.00 - +2.47 C-8 2.00 - +2.67 C-9 2.00 - +2.54 C-13 2.00 - +2.48 C-14 2.50 2.00 +2.10 C-10 3.00 2.70 +2.46 C-11 1.50 - +2.48 C-12 1.50 - +2.37 UBICACIÓN Área de Restaurantes Área de Restaurantes Área de Restaurantes Área de Restaurantes Área de Restaurantes Área de Restaurantes Área de Estacionamiento Área de Estacionamiento Área de Estacionamiento 3.2 Registros de Excavaciones y Muestreo disturbado. Se realizó el registro visual y manual de cada uno de los estratos de las calicatas, describiéndose las principales características de los diferentes tipos de suelos encontrados, tales como espesor, color, humedad, estado de compacidad del suelo etc. Asimismo se tomaron muestras disturbadas representativas de cada uno de los tipos suelos encontrados, en cantidad suficiente para realizar los ensayos de clasificación e identificación de suelos. Los respectivos registros de la estratigrafía se presentan en el ANEXO 10.2. 3.3 Prueba de Campo de Auscultación Dinámica con Cono tipo Peck (ACP) Ante la imposibilidad de realizar ensayos de penetración estandar (SPT) recomendado para conocer la resistencia de suelos finos granulares, se realizó el ensayo de auscultación dinámica con cono tipo Peck por encontrarse suelos de granulometría gruesa. El ensayo de auscultación con cono dinámico, consiste en la introducción en forma continua de una punta cónica tipo Peck. El equipo que se empleará para introducir la 8
punta cónica en el suelo es el mismo que el empleado en el Ensayo de Penetración Estándar (STP, ASTM D 1586), en el que se reemplaza la cuchara estándar por un cono de 6.35 cm (2.5") diámetro y 60 de ángulo en la punta. Este cono se hinca en forma continua en el terreno. 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. El uso del cono de Peck se recomienda hasta 8 metros de profundidad. En ningún caso se debe superar los 10 metros. Para el presente estudio se realizaron dos ensayos de campo de auscultación dinámica con el cono tipo peck, denominados ACP-1 y ACP-2 realizados en las calicatas C-6, y C- 14 respectivamente, alcanzando una profundidad máxima de 5.50m, tal como se aprecia en el siguiente cuadro. CUADRO N 3 RELACION DE PRUEBAS DE CONO DE PECK UBICACIÓN Ensayo Profundidad (m) C-6 ACP-1 1.50-4.50 C-14 ACP-2 2.50-5.50 El ensayo de cono de Peck en arenas, se relaciona con el ensayo de STP mediante la siguiente fórmula: N = 0.5 C n Esta expresión es aplicable en suelos granulares finos, sin embargo aplicarlo a un suelo friccionante de granulometría gruesa, como son las gravas con arenas encontradas en el área de estudio, no es tan real. Debido al registro continúo del ensayo de auscultación dinámica con el cono tipo peck que nos permite conocer la resistencia del suelo a diferentes profundidades, podemos hacer una aproximación en la correlación de estos valores y así poder estimar los parámetros de resistencia de estos suelos. A continuación se presenta los registros del número de golpes por cada 15cm de penetración y su correlación correspondiente, según como se muestra en el siguiente cuadro : CUADRO N 4 9
RESULTADO DEL ENSAYO DE AUSCULTACION CON EL CONO TIPO PECK, VALORES DE Cn (golpes/30cm), y VALORES CORRELACIONADOS AL VALOR DE N DEL ENSAYO DE PENETRACION DINÁMICA DE STP. Profundidad. (m) ACP-1 CALICATA C-6 Cn N STP golp./15cm (golp./30cm) (golp./30cm) Profundidad. (m) golp./15cm ACP-2 CALICATA C-14 Cn N STP (golp./30cm) (golp./30cm) 1.50-1.65 7 2.50-2.65 2 1.65-1.80 8 2.65-2.80 3 1.80-1.95 14 22 11 2.80-2.95 3 6 3 1.95-2.10 19 2.95-3.10 3 2.10-2.25 42 61 31 3.10-3.25 2 5 3 2.25-2.40 34 3.25-3.40 3 2.40-2.55 35 69 35 3.40-3.55 29 32 16 2.55-2.70 26 3.55-3.70 7 2.70-2.85 29 55 28 3.70-3.85 15 22 11 2.85-3.00 16 3.85-4.00 32 3.00-3.15 14 30 15 4.00-4.15 27 59 30 3.15-3.30 9 4.15-4.30 17 3.30-3.45 8 17 9 4.30-4.45 10 27 14 3.45-3.60 7 4.45-4.60 6 3.60-3.75 10 17 9 4.60-4.75 5 11 6 3.75-3.90 12 4.75-4.90 4 3.90-4.05 28 40 20 4.90-5.05 7 12 6 4.05-4.20 134 5.05-5.20 39 4.20-4.35 140 5.20-5.35 83 4.35-4.50 205 5.35-5.50 202 De acuerdo, a los registros obtenidos del ensayo de ACP-1, en el sector de la calicata C-6, a partir de una profundidad de 1.50mts, el suelo se encuentra en un estado de compacidad suelto, mejorando a firme conforme aumenta la profundidad, sin embargo a una profundidad de 3.15m a 3.60m existe un estrato suelto, lo que nos indica la posibilidad de la existencia de bolsonadas de arena. Según el ensayo de ACP-2, en el sector de la Calicata C-14, el suelo de 2.50m hasta 3.25m de profundidad, se encuentra en un estado de compacidad muy suelto, luego mejora a firme hasta 4.45m de profundidad, de 4.45m a 5.05m de profundidad, se ha encontrado un estrato en estado suelto, volviendo a mejorar a firme hasta los 5.50m de profundidad. Lo que indica una posible presencia de bolsonadas de arenas finas. 10
4.0 ENSAYOS DE LABORATORIO De cada uno de los horizontes representativos de suelos se extrajeron muestras alteradas de las calicatas C-6, C-10 y C-14 que debidamente identificadas se remitieron al laboratorio para los ensayos correspondientes para la identificación y clasificación de suelos. Se realizó también ensayos de análisis químico del suelo y del agua para determinar el contenido de sulfatos, cloruros y sales totales, a partir de dos muestras de suelo alteradas, que se extrajeron de las calicatas C-10 y C-14 y de una muestra de agua, obtenida del nivel freático de la calicata C-4, el cual se encuentra cercano al área de estudio. A continuación presentamos un resumen de los ensayos de laboratorios realizados y los resultados obtenidos: CUADRO Nº 05 RESULTADOS DE LOS ENSAYOS ESTANDAR DE LABORATORIO Y ANALISIS QUIMICO ENSAYOS CALICATAS PROF. (m) Número Muestra Ensayos Estándar SUCS LL LP IP W% Sales totales (ppm) Análisis Químico Cloruros (ppm) Sulfatos (ppm 2,470.0 C-4 (1.50) AGUA 630.00 264.48 0 C-6 (1.00-1.50) M-1 GP NP NP NP 5.9 (2.20-3.00) M-1 GP NP NP NP 4.7 C-10 (1.30-1.50) SUELO 420.00 333.12 (1.70-2.50) M-1 GP-GC 30 22 8 3.1 C-14 1,300.0 (1.70-2.50) SUELO 210.00 528.35 0 5.0 CONFORMACION DEL SUBSUELO. El subsuelo esta conformado de la siguiente manera: ZONA DE MODULOS PARA RESTAURANTES (Sector de las calicatas C-6,C-7,C-8, C-9, C-13 y C-14) Sector de la calicata C6 (+1.49 msnm ): Superficialmente presenta una capa de 0.35m de espesor de arena material removido, conformado por gravas de forma sub redondeada, con arenas y con restos de bolsas, 11
plásticos, fragmentos de ladrillo, de estado de compacidad media. Luego continua un estrato de 0.65m de espesor de arena fina (SP), de color marrón, húmedo, de compacidad media con gravas aisladas. Subyace por debajo de este suelo hasta la profundidad de exploración de 1.50m, gravas mal gradadas (GP) de forma sub redondeadas, de tamaño máximo 11/2" a 2", con matriz de arena fina y con presencia en un 5% de cantos sub redondeados de tamaño promedio 6"; dicho suelo en su conjunto se encuentra saturado y en un estado de compacidad media. Nota: A una profundidad de 1.10m se encontró el nivel freático. Sector de las calicatas C7, C8, C9, C-13 ( +2.47 a + 2.67 msnm): Superficialmente presenta una capa cuyo espesor varía de 0.30m a 0.50m de tierra de cultivo. Luego continúa un estrato de un espesor que varía de 0.20m a 0.50m, de relleno poco contaminado, conformado por arenas arcillosas ó arenas limosas, con gravas, cantos y restos aislados de bloques de ladrillo, plásticos, papeles, etc., de compacidad suelto. Subyace por debajo de estos suelos hasta la profundidad máxima de exploración de 2.00m, relleno conformado por bloques sueltos de roca de forma angulosa, con tamaño máximo que varia de 40 hasta 60, con una matriz, de limos arenosos con gravas aisladas; este suelo en su conjunto presenta vacíos y se encuentra suelto, los bloques de roca de gran tamaño no permitieron profundizar la excavación. Nota: Se infiere que el nivel freatco se encuentre a una profundidad de 2.50m en este sector. Sector de la calicata C14 (+2.10msnm): Superficialmente presenta una capa de 0.30m de espesor de tierra de cultivo. Luego continúa un estrato de 0.20m de espesor de relleno limpio conformado por arena limosa, de color beige amarillento, de compacidad firme. Continua un losa de concreto simple de 0.10m de espesor. Continua un estrato de 0.50m de espesor de relleno conformado por bloques sueltos de roca, de forma angulosa de tamaño máximo 20", con matriz de arena limosa y gravas, contienen restos aislados de bloques de ladrillo. Luego continua un estrato de 0.60m de espesor de relleno limpio conformado por gravas de forma sub redondeadas, de tamaño máximo 2", con arena y cantos aislados de tamaño máximo 6"; dicho suelo en su conjunto, se encuentra en un estado de compacidad suelto. Subyace por debajo de este suelo hasta la profundidad de exploración de 2.50m, gravas mal gradadas con arcilla (GP-GC), saturado, de compacidad suelta, las gravas son de 12
forma sub redondeadas, de tamaño máximo 2" y tamaño promedio de 1" a 11/2", contiene también cantos aislados de tamaño máximo 7" a 8". Nota: A una profundidad de 2.00m se encontró el nivel freático. ZONA DE ESTACIONAMIENTO Sector de la calicata C10 (+2.46msnm): Superficialmente presenta una capa de 0.25m de espesor de relleno limpio, conformado por arena limosa, de color verde claro a plomizo, de compacidad media, con un 20% de gravillas y restos aislados de plásticos, vidrios. Luego continúa una losa de concreto de 0.15m de espesor. Continua un estrato de 0.55m de espesor de relleno ligeramente contaminado, conformado por una matriz limo arenoso, con gravas en un 10% y restos aislados de fragmentos de ladrillo, cascotes de concreto, pitas, etc; dicho suelo en su conjunto se encuentra en un estado de compacidad de medio a firme. Continua un estrato de 0.35m de espesor de relleno limpio conformado por limos arenosos, poco húmedo, con un 40% de gravas de tamaño promedio 1" a 2" y tamaño máximo 3" y con presencia de manera aislada de bloques de forma sub redondeada, de tamaño máximo 10". Dicho suelo en su conjunto se encuentra en un estado de compacidad media. Luego continua un lente de 0.20m de espesor de arena fina, de color marrón, poco húmedo, de compacidad media a firme, con un 30% de gravas, de forma sub redondeada, de tamaño promedio 1" a 2". Continua un estrato de 1.70m de espesor de relleno poco contaminado, conformado por una matriz de arena arcillosa, de color marrón oscuro, húmedo, ligeramente plástico, de compacidad firme, con gravas, en un 25% a 30%, de forma sub redondeada de tamaño máximo 11/2" a 2", cantos aislados de tamaño máximo 10" y restos aislados de fragmentos de ladrillo. Subyace por debajo de este suelo hasta la profundidad de exploración de 3.00m, suelo natural conformados por gravas mal gradadas ( GP) de forma sub redondeada de tamaño máximo 2", con arena y en un 10% cantos de tamaño máximo 6" a 7"; dicho suelo en su conjunto se encuentra saturado y en un estado de compacidad suelta a media. Nota: A una profundidad de 2.70m se encontró el nivel freático. Sector de la calicata C11 (+2.48msnm): Superficialmente presenta una capa de 0.10m de espesor de relleno de confitillo. Luego continua un estrato de 0.20m de espesor de relleno ligeramente contaminado, conformado por matriz limo arenoso, con gravas en un 10% y con restos de fragmentos de ladrillo, cascotes de concreto, pitas, etc.; dicho suelo en su conjunto se encuentra en un estado de 13
compacidad de media a firme. Continua un estrato de 0.50m de espesor de relleno conformado por un 30% de bloques de concreto, fragmentos de ladrillo, cal y plásticos aislados, con gravas limos y arenas, de estado de compacidad suelto a media. Subyace por debajo de este suelo hasta la profundidad de exploración de 1.50m, relleno conformado por gravas de tamaño promedio 1" a 2", con arena y cantos en un 5% de tamaño máximo 6"; dicho suelo en su conjunto se encuentra en un estado de compacidad suelta a media. Nota: No se encontró presencia de nivel freático hasta la profundidad de exploración. Sector de la calicata C12 (+2.37msnm): Superficialmente presenta una capa de 0.50m de espesor de relleno limpio, conformado por arena limosa, de color verde claro a plomizo, de compacidad media, con un 20% de gravillas y restos aislados de plásticos, vidrios. Luego continua un estrato de 0.40m de espesor de relleno limpio, conformado por arcillas arenosas con gravas, cantos y bloques aislados de tamaño máximo 12", de compacidad media. Subyace por debajo de este suelo hasta la profundidad de exploración de 1.50m, relleno limpio, conformado por gravas de tamaño promedio 1" a 2", con matriz arenosa, húmedo, con restos aislados de fragmentos de ladrillos, de estado de compacidad suelto a media. Nota: No se encontró presencia de nivel freático hasta la profundidad de exploración. 6.0 ANALISIS DE LA CIMENTACION: De acuerdo a la información proporcionada por el proyectista, las obras a construirse en la zona de estudio, corresponden a 5 módulos destinados a un uso de restaurantes, cuya estructura es de uno y dos pisos, la estructura de un nivel corresponde la sección de baños y cocina del restaurante y está conformado por muros de concreto armado, la cobertura del techo esta constituido por vigas de metal con termotecho de precor, esta estructura transmitirá un esfuerzo de trabajo de 0.1 kg/cm2 al suelo de fundación. La estructura del segundo nivel será independiente al primer piso y corresponde a la sección de comedor del restaurante, cuya estructuración es de pórticos conformados por columnas oblicuas y vigas de concreto armado sobre el que se apoyará un entre piso de losa de concreto armado, la cobertura será tipo bóveda de los mismos materiales que en el primer nivel. Adyacente a estas estructuras se proyecta la construcción de una zona de estacionamiento. 14
Todas las estructuras, serán livianas, por lo que los esfuerzos que transmitirán al suelo de fundación serán pequeños, en comparación a las estructuras convencionales. 6.1 Tipo de Cimentación Dada las características estructurales así como la naturaleza del terreno de fundación y a las magnitudes posibles de las cargas transmitidas, se recomienda utilizar una cimentación superficial tal como zapatas aisladas conectadas con vigas de cimentación para las estructuras de dos niveles y para las estructuras de un nivel cimentos corridos armados ó plateas de cimentación. 6.2 Profundidad de la Cimentación Basado en los trabajos de campo y perfiles estratigráficos, se recomienda cimentar sobre la grava mal gradada con arena (GP) ó la grava mal gradada con arcilla (GP-GC), de compacidad suelta a media, a la profundidad mínima Df = 2.10m, con respecto a la cota actual de la superficie del terreno de la calicata C-14, cuya cota es de +2.10 msnm (corresponde a la menor cota del terreno en el sector conformado por las calicatas C7, C8, C9, C13,y C-14), cimentando siempre por debajo de los bloques de roca sueltas ó rellenos arenosos con grava y cantos, pudiendo cimentar a menor profundidad, haciendo uso de falsas zapatas, las cuales debe ir cimentadas a la profundidad mínima mencionada. Nota: En la calicata C-14, se encontró el nivel freático a una profundidad de 2.00m, es decir a una cota +0.1m sobre el nivel del mar, cabe indicar que este nivel freático es fluctuante, de acuerdo a la subida de la marea a lo largo del año. Se ha tomado en cuenta la presencia de nivel freático, en el cálculo de la capacidad portante, considerando un estado saturado del suelo, por encima del nivel de cimentación. En caso de usar losa de cimentación para la estructura de un nivel independiente a la estructura del segundo piso, se recomienda: reemplazar el relleno superficial conformado por tierra de cultivo, rellenos de arenas limosas, arena arcillosa ó limos arenosos, con gravas, cantos y de manera aislada fragmentos de ladrillo, papeles, plásticos etc. de compacidad suelta, en un espesor de 0.60m, medida a partir de la menor cota actual de la superficie del terreno que corresponde a la calicata C-14 cuya cota es de +2.10 msnm, con material seleccionado granular tipo afirmado, sobre el cual se apoyara la viga collarín de la losa de cimentación a una profundidad mínima de 0.40m. El material granular seleccionado tipo afirmado deberá ser compactado en capas de 0.20m, 15
al 100% de la máxima densidad seca del proctor modificado. Se deben realizar los respectivos controles de compactación debidamente supervisados. ZONA DE ESTACIONAMIENTO Para la zona de estacionamiento, se recomienda cortar y eliminar el material superficial contaminado, en un espesor de 0.30mts, luego escarificar el suelo a nivel de subrasante, y mejorarlo con un 20% material seleccionado, en un espesor de 0.20mts, compactando al 100% de la máxima densidad seca del proctor modificado, retirando previamente todo material orgánico y material mayor a 3. Encima de la subrasante, colocar material de afirmado en un espesor 0.30m, compactado en capas de 0.15m, al 100% de la máxima densidad seca del proctor modificado, encima de este afirmado se podrá colocar la carpeta de rodadura. 6.3 Determinación de Parámetros de Resistencia De una serie de investigaciones y pruebas basados en ensayos de SPT, en suelos granulares, se ha obtenido relaciones empíricas entre el ángulo de fricción interna ( densidad relativa de la arena (D r ) y densidad natural, a profundidades menores de 6.00m, estableciendo las siguientes correlaciones, tal como se muestra en el siguiente cuadro: CUADRO Nº 06 Descripción Muy Suelto Suelto Medio Denso Muy Denso Densidad Relativa D r 0 -.15 0.15 0.35 0.35 0.65 0.65 0.85 0.85 1.00 SPT N 70 Fino 0.075-0.425 1-2 3 6 7-15 16 30 mm Medio 0.425-2.000 2-3 3 6 4 7 5 9 8 20 10 25 21 40 26-45 >40 >45 mm Grueso 2.00-4.750 mm Fino 0.075-0.425 26 28 28 30 30 34 33 38 mm 27 28 30 32 32 36 36 42 <50 Medio 0.425-2.000 28 30 30 34 33 40 40 50 mm Grueso 2.00-4.750 mm humedo (gr/cm 3 ) 1.1 1.6 1.4 1.8 1.7 2.0 1.7 2.2 20-23 16
(Ref. Manuel Delgado Vargas / Ingeniería de Cimentaciones/ 2da edición 1999) Debido a las características del suelo de cimentación, el cual esta conformado por gravas mal gradadas con arenas (GP) y gravas mal gradadas con arcilla (GP-GC), no fue posible obtener muestras inalteradas para realizar ensayos especiales de laboratorio, que nos permitan obtener directamente los parámetros de resistencia de este suelo, por lo que usaremos las correlaciones entre Nspt, compacidad del suelo y ángulo de fricción, en base también a la correlación existente entre los valores de N spt con los valores del ACP. De acuerdo a los resultados del ensayo de penetración dinámica Cono de Peck, realizados en el sector de las calicatas C-6 y C-14, se ha encontrado que el suelo en está zona se encuentra en un estado de compacidad de suelta mejorando a firme conforme aumenta en profundidad, dentro de la zona activa de cimentación. Por lo expuesto, entrando al cuadro N 06 y considerando a este suelo friccionarte de granulometría gruesa, en un estado de compacidad suelto, podemos ver que el ángulo de fricción varia de 30 a 34, adoptamos un valor de 31 Considerando la reducción del ángulo de fricción, por efecto de una posible falla local: Se tiene: = Arctg(2/3*tg(31º)) = 22º Luego trabajaremos: Cohesión : C = 0.00 kg/cm2 Angulo de fricción : = 22º 6.4Calculo de la Capacidad Portante Admisible Por las características del suelo encontrado y ante la presencia fluctuante del nivel freático, se ha determinado la capacidad portante admisible neta qneta(adm) del terreno en base a las características del subsuelo y se han propuesto dimensiones recomendables para la cimentación. La capacidad de carga neta se obtiene por medio de la siguiente fórmula: qneta(adm) = qneta(u)/f.s. Donde: qneta(u)= Capacidad de carga última neta en Kg/cm2 F.S. = factor de seguridad = 3 17
La capacidad de carga última neta qneta(u), se define como la presión última por área unitaria de la cimentación, soportada por el suelo en exceso de la presión causada por el suelo alrededor del nivel de cimentación. Si la diferencia entre el peso específico del concreto usado en la cimentación y el peso específico del suelo que lo rodea a está, se supone despreciable, entonces: qneta(u) = qul - Df Donde: qul= Capacidad de carga última en Kg/cm2. = Peso específico del suelo que rodea a la cimentación. Df = Profundidad de cimentación La capacidad de carga última (qul) se ha determinado en base a la fórmula de Terzaghi y Peck (1967), con los parámetros de Vesic (1971). Según Terzaghi y Peck : qul = Sc*C*Nc + 1/2*S * *B*N + Sq* *Df*Nq... (1) qad = qul/f.s. Donde : qul : = capacidad última de carga en kg/cm2. : = peso específico total sumergido. B : = ancho de la zapata o cimiento corrido en mt Df. : = profundidad de la cimentación. Nc,N,Nq: = parámetros que son función de Sc,S,Sq: = factores de forma. C : = cohesión en (kg/cm2) Zapata corrida: C = 0.00 (kg/cm2) = 22 FS = 3 Df = 2.10 m Nc = 16.88 B = 1.00 m N = 7.13 0.80 gr/cm3 ( sumergido ) Nq = 7.82 1.10 gr/cm3 ( sumergido ) de (1) se tiene : qul = 2.10 kg/cm2 18
q= 0.002 Kg/cm3*180cm=0.36Kg/cm2 qneta(u)= 2.10 Kg/cm2 0.36 Kg/cm2 = 1.74 Kg/cm2 qneta(adm) = 1.74 Kg/cm2. 3 qneta(adm) = 0.58 kg/cm2 Zapata cuadrada: C = 0.00 (kg/cm2) = 22 FS = 3 Df = 2.10 m Nc = 16.88 Sc = 1.46 B = 1.00 m N = 7.13 S = 0.60 0.80 gr/cm3 Nq = 7.82 Sq = 1.40 1.10 gr/cm3 De (1) se tiene : qul = 2.71 kg/cm2 q= 0.002Kg/cm3*180cm=0.36Kg/cm2 qneta(u)= 2.71 Kg/cm2 0.36 Kg/cm2 = 2.35 Kg/cm2 qneta(adm) = 2.35 Kg/cm2. 3 qneta(adm) = 0.78 kg/cm2 Losa de cimentación: Según planos proporcionados por el proyectista, la estructura de un nivel estará cimentada sobre una losa de 5.50m X 6.00m. C = 0.00 (kg/cm2) = 22 FS = 3 Df = 0.40 m Nc = 16.88 Sc = 1.42 B = 5.50 m N = 7.13 S = 0.63 L = 6.00 Nq = 7.82 Sq = 1.37 1.10 gr/cm3 (sumergido) 1.10 gr/cm3 (sumergido) 19
De (1) se tiene : qul = 1.84 kg/cm2 qadm = 0.61 kg/cm2 6.5 CÁLCULO DE ASENTAMIENTOS Para el análisis de cimentaciones tenemos los llamados Asentamientos Totales y los Asentamientos Diferenciales, los cuales podrían comprometer la seguridad de la estructura si sobrepasa 2.00 cm, que es el asentamiento máximo tolerable para estructuras convencionales. El asentamiento de la cimentación se calculará en base a la teoría de la elasticidad (Lambe y Whitman, 1964). Se asume que el esfuerzo neto transmitido es uniforme en ambos casos. El asentamiento elástico inicial será: S = qs B(1-u²)If Es donde: S = asentamiento (cm) qs = esfuerzo neto transmisible (kg/cm2) B = ancho de cimentación (cm) Es = módulo de Elasticidad (kg/cm2) u = relación de Poisson If = factor de influencia que depende de la forma y la rigidez de la cimentación. Las propiedades elásticas del suelo de cimentación fueron asumidas a partir de tablas publicadas con valores para el tipo de suelo existente donde irá desplantada la cimentación. Zapata Corrida. Se tiene: qs = 0.58 kg/cm2 B = 100cm 20
Es = 500.00 kg/cm2 If = 2.60 (flexible) u = 0.30 Se obtiene: Cimentación flexible : S total = 0.27 cm Por tanto el asentamiento instantáneo máximo está en el orden de 0.27 cm, es inferior al valor permisible de 2.00 cm. Entonces no se presentaran problemas por asentamiento. Zapata Cuadrada. Se tiene: qs = 0.78 kg/cm2 B = 100cm Es = 500.00 kg/cm2 If = 1.12 (flexible) u = 0.30 Se obtiene: Cimentación flexible : S total = 0.16 cm Por tanto el asentamiento instantáneo máximo está en el orden de 0.16 cm, es inferior al valor permisible de 2.00 cm. Entonces no se presentaran problemas por asentamiento. Losas de cimentación. Las cargas que transmitirán la estructura del primer nivel, mediante la losa de cimentación al suelo de fundación, estará en el orden de 0.05 Kg/cm2 a 0.1 kg/cm2, por lo que los asentamientos serán mínimos. 7.0 AGRESION DEL SUELO Y AGUA A LA CIMENTACION El suelo bajo el cual se cimienta toda estructura tiene un efecto agresivo a la cimentación. Este efecto 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; 21
de ese modo el deterioro del concreto ocurre bajo el nivel freático, zona de ascensión capilar ó presencia de agua infiltrado 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 respectivamente. CUADRO N 07 ELEMENTOS QUIMICOS NOCIVOS PARA LA CIMENTACION Presencia en el Suelo de : p.p.m Grado de Alteración OBSERVACIONES 0-1000 Leve * SULFATOS 1000-2000 Moderado Ocasiona un ataque químico al 2000-20,000 Severo concreto de la cimentación >20,000 Muy severo ** CLORUROS > 6,000 PERJUDICIAL ** SALES SOLUBLES > 15,000 PERJUDICIAL * Comité 318-83 ACI ** Experiencia Existente Ocasiona problemas de corrosión de armaduras o elementos Metálicos Ocasiona problemas de pérdida de resistencia mecánica por problema de lixiviación De los resultados del análisis químico del suelo, obtenido a partir de dos muestras representativas, obtenida de la calicata C-10 y C-14, respectivamente, se tiene: CUADRO NO 08. Calicata Muestra Prof. (m) Sales Totales Cloruros Sulfatos (ppm) (ppm) (ppm) C-10 suelo 1.30-1.50-420.00 333.12 C-14 Suelo 1.70-2.50 1,300.00 210.00 528.35 - Una concentración de sulfatos en el suelo cuyo valor más alto es de 528.35 p.p.m menor que 1,000 p.p.m, indica que no va a ocasionar en presencia de agua un ataque al concreto de la cimentación. - Una concentración de cloruros en el suelo cuyo valor más alto es de 420.00 p.p.m, menor que 6,000 ppm indica que no va a ocasionar un ataque por corrosión del acero de la cimentación. 22
- Una concentración de sales totales en el suelo de 1,300.00 p.p.m, menor que15,000 ppm indica que no va a ocasionar problemas de pérdida de resistencia mecánica por problema de lixiviación. En base al resultado de análisis químico, se concluye que los estratos de suelo que forman parte del contorno donde irá desplantada la cimentación de las estructuras de uno y dos pisos, así como en el área de estacionamiento no contiene concentraciones moderadas de sales totales, sulfatos, y cloruros, que podrían atacar al concreto, la armadura de la cimentación y pavimento. De similar forma el contenido de cloruros, sulfatos y sales totales en el agua del nivel freático, puede ocasionar problemas al concreto y el acero de refuerzo de la cimentación, causándole efectos nocivos y hasta destructivos a las estructuras de uno y dos niveles. Para evaluar el contenido de cloruros y sales totales en el agua podemos utilizar el cuadro N 7, sin embargo para evaluar el contenido de los sulfatos, nos remitimos al cuadro N 9 proporcionado por el reglamento nacional de construcciones que a continuación presentamos: CUADRO N 9 CONCRETO EXPUESTO A SOLUCIONES DE SULFATOS (Resolución Ministerial N 428-2,001 MTC de 19-09-2001) Exposición a sulfatos Sulfato en agua p.p.m. Cemento Tipo Relación a/c máxima (*) Contenido mínimo de cemento Kg/m3 (****) Despreciable 0 150 (***) (***) 275 Moderado (**) 150 1500 II 0.50 310 Severo 1500 1000 V 0.45 330 Muy Severo > 10000 V más Puzolana 0.45 370 (*) Una relación agua cemento menor puede se necesario por razones de impermeabilidad, o por protección contra la corrosión de elementos metálicos embebidos, o por congelación y deshielo. (**) Agua de Mar. 23
(***) Debe haberse comprobado que la puzolana es adecuada para mejorar la resistencia del concreto a la acción de los sulfatos, cuando ella es empleada en concretos que contienen cementos Pórtland tipo V. (****) Para éste tipo de exposición no hay limitaciones. (*****) Recomendaciones de las normas Británicas. Del resultado del análisis químico del agua, obtenida del nivel freático a partir de una muestra representativa, de la calicata C-4, el cual se encuentra muy cerca al área de estudio, se tiene: CUADRO N 10. Calicata Muestra Prof. (m) Sales Totales Cloruros Sulfatos (ppm) (ppm) (ppm) C-4 Agua 1.50 2,470.00 630.00 264.48 - Una concentración de sulfatos promedio en el suelo de 264.48 p.p.m mayor que 150 p.p.m, indica que puede ocasionar en presencia de agua un ataque moderado al concreto de la cimentación. - Una concentración de cloruros promedio en el suelo de 630.00 p.p.m, menor que 6,000 ppm indica que no va a ocasionar un ataque por corrosión del acero de la cimentación. - Una concentración de sales solubles totales en el suelo de 2,470.00 p.p.m, menor que15,000 ppm indica que no va a ocasionar problemas de pérdida de resistencia mecánica por problema de lixiviación. Se concluye que el agua del nivel freático que forma parte del contorno donde irá desplantada la cimentación conformada por zapatas aisladas y cimientos corridos contiene concentraciones moderadas de sulfatos, que podrían atacar al concreto de la cimentación de las estructuras de uno y dos niveles, por lo que se recomienda tomar las siguientes medidas: Para contrarrestar el ataque severo de las sales sulfatos al concreto de la cimentación, se recomienda usar cemento TIPO II, de moderada resistencia a los sulfatos. Para lograr concreto de permeabilidad baja y contrarrestar la acción de las sales solubles de sulfatos en el suelo, se debe usar una relación máxima de agua cemento de: a/c = 0.45. Si bien es cierto que le contenido de cloruros, está por debajo de los valores que 24
pueden ocasionar problemas al acero del concreto de la cimentación, se recomienda asegurar el concreto de recubrimiento, en contacto con el acero, que no este carbonatado ni contaminado de sales, por lo cual se recomienda darle un recubrimiento adicional del refuerzo a lo recomendado por las normas de concreto armado E-060. El recubrimiento debe mantenerse en todas las superficies, de ser posible incrementarlo en los bordes y esquinas. De ser posible se recomienda proteger las barras de acero con resinas epóxicas. Como alternativa se recomienda el empleo de aditivos densificadores de mezcla, como la microsilica que reduce sustancialmente la permeabilidad del concreto al ion cloruro. El pintado de las superficies del concreto de la cimentación con emulsión asfáltica también es una mediad preventiva. 8.0 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 1.- El área de Estudio se encuentra ubicado en un sector del Malecón Pardo, destinado para la construcción de 5 módulos de restaurantes, en el Balneario La Punta, perteneciente al distrito de La Punta, provincia del Callao, departamento de Lima. 2.De acuerdo con la nueva Norma Técnica NTE E-30 y el predominio del suelo bajo la cimentación, se concluye que el área en estudio se encuentra dentro de la Zona de alta sismicidad (Zona 3), por lo que se recomienda adoptar en los Diseños Sismo- Resistentes, los siguientes parámetros: TIPO DE SUELO Z S T p(s) GRAVAS MAL GRADADAS CON ARENA Ó GRAVAS MAL GRADADAS CON ARCILLA 0.40 1.40 0.90 (Z) Factor de zona 25
(S) Factor de amplificación del suelo (Tp) Periodo que define la Plataforma del espectro. 3.- La zona en estudio, está ubicada al Nor - Oeste de la ciudad de Lima. De acuerdo a la carta geológica proporcionada por el Ingemmet el año de 1992, realizado por el Ingeniero A. Martínez Vargas, la zona de estudio esta conformado por una unidad estratigráfica, de depósitos aluviales, cuya edad geológica corresponde al cenozoico cuaternario pleistoceno (Qp-al). La estratigrafía del suelo en la zona de estudio, esta constituido por un relleno superficial conformado por bloques sueltos de rocas de tamaño máximo 40 a 50 con matriz de arena limosa con gravas, producto del enrocado realizado hace 30 años para la construcción del Mirador al Mar existente en la zona, debajo del cual continua un suelo aluvial, conformado por gravas mal gradadas con poca matriz de arena y gravas mal gradadas con arcilla, el cual se encuentra en un estado de compacidad suelto a medio. De acuerdo a investigaciones más detalladas, efectuadas en la zona de estudio, este estrato llega a profundidades de hasta 10m a 12m, debajo del cual subyace un estrato de arenas limosas, de compacidad densa, que tiene una potencia de hasta 15m. De allí que en la Punta, los materiales pertenecientes al abanico aluvial del río Rimac haya sido modificados por la acción marina que ha erosionado los materiales originales, dando lugar a una secuencia de gravas mal gradadas, con limos y arenas, entremezclados de una manera poco uniforme. 4.- La influencia de agentes naturales como los sismos, en el área de estudio, presenta un riesgo sobre las estructuras que se proyectan construir en la zona. La presencia de sismos en toda la ciudad de Lima, en los últimos años ha sido frecuente, existiendo una actividad sísmica, por lo cual se deberán tomar las precauciones y medidas de seguridad sobre las estructuras a proyectarse. La geodinámica externa en el área de estudio, no presenta en la actualidad riesgo alguno, sin embargo a lo largo de la historia, se han presentado subidas de la marea, ocasionando inundaciones, que han llegado a cubrir toda el área del malecón Pardo, por encontrarse próximo al mar, por lo que deberá tomarse en cuenta, la adecuada protección en uno de los lados de las estructruras proyectadas que quedarán expuestos al Mar. 5.- El subsuelo esta conformado de la siguiente manera: 26
ZONA DE MODULOS PARA RESTAURANTES Sector de la calicata C6 (+1.49 msnm ): Superficialmente presenta una capa de 0.35m de espesor de arena material removido, conformado por gravas de forma sub redondeada, con arenas y con restos de bolsas, plásticos, fragmentos de ladrillo, de estado de compacidad media. Luego continua un estrato de 0.65m de espesor de arena fina (SP), de color marrón, húmedo, de compacidad media con gravas aisladas. Subyace por debajo de este suelo hasta la profundidad de exploración de 1.50m, gravas mal gradadas (GP) de forma sub redondeadas, de tamaño máximo 11/2" a 2", con matriz de arena fina y con presencia en un 5% de cantos sub redondeados de tamaño promedio 6"; dicho suelo en su conjunto se encuentra saturado y en un estado de compacidad media. Nota: A una profundidad de 1.10m se encontró el nivel freático. Sector de las calicatas C7, C8, C9, C-13 ( +2.47 a + 2.67 msnm): Superficialmente presenta una capa cuyo espesor varía de 0.30m a 0.50m de tierra de cultivo. Luego continúa un estrato de un espesor que varía de 0.20m a 0.50m, de relleno poco contaminado, conformado por arenas arcillosas ó arenas limosas, con gravas, cantos y restos aislados de bloques de ladrillo, plásticos, papeles, etc., de compacidad suelto. Subyace por debajo de estos suelos hasta la profundidad máxima de exploración de 2.00m, relleno conformado por bloques sueltos de roca de forma angulosa, con tamaño máximo que varia de 40 hasta 60, con una matriz, de limos arenosos con gravas aisladas; este suelo en su conjunto presenta vacíos y se encuentra suelto, los bloques de roca de gran tamaño no permitieron profundizar la excavación. Nota: Se infiere que el nivel freatco se encuentre a una profundidad de 2.50m en este sector. Sector de la calicata C14 (+2.10msnm): Superficialmente presenta una capa de 0.30m de espesor de tierra de cultivo. Luego continúa un estrato de 0.20m de espesor de relleno limpio conformado por arena limosa, de color beige amarillento, de compacidad firme. Continua un losa de concreto simple de 0.10m de espesor. Continua un estrato de 0.50m de espesor de relleno conformado por bloques sueltos de roca, de forma angulosa de tamaño máximo 20", con matriz de arena limosa y gravas, 27
contienen restos aislados de bloques de ladrillo. Luego continua un estrato de 0.60m de espesor de relleno limpio conformado por gravas de forma sub redondeadas, de tamaño máximo 2", con arena y cantos aislados de tamaño máximo 6"; dicho suelo en su conjunto, se encuentra en un estado de compacidad suelto. Subyace por debajo de este suelo hasta la profundidad de exploración de 2.50m, gravas mal gradadas con arcilla (GP-GC), saturado, de compacidad suelta, las gravas son de forma sub redondeadas, de tamaño máximo 2" y tamaño promedio de 1" a 11/2", contiene también cantos aislados de tamaño máximo 7" a 8". Nota: A una profundidad de 2.00m se encontró el nivel freático. ZONA DE ESTACIONAMIENTO Sector de la calicata C10 (+2.46msnm): Superficialmente presenta una capa de 0.25m de espesor de relleno limpio, conformado por arena limosa, de color verde claro a plomizo, de compacidad media, con un 20% de gravillas y restos aislados de plásticos, vidrios. Luego continúa una losa de concreto de 0.15m de espesor. Continua un estrato de 0.55m de espesor de relleno ligeramente contaminado, conformado por una matriz limo arenoso, con gravas en un 10% y restos aislados de fragmentos de ladrillo, cascotes de concreto, pitas, etc; dicho suelo en su conjunto se encuentra en un estado de compacidad de medio a firme. Continua un estrato de 0.35m de espesor de relleno limpio conformado por limos arenosos, poco húmedo, con un 40% de gravas de tamaño promedio 1" a 2" y tamaño máximo 3" y con presencia de manera aislada de bloques de forma sub redondeada, de tamaño máximo 10". Dicho suelo en su conjunto se encuentra en un estado de compacidad media. Luego continua un lente de 0.20m de espesor de arena fina, de color marrón, poco húmedo, de compacidad media a firme, con un 30% de gravas, de forma sub redondeada, de tamaño promedio 1" a 2". Continua un estrato de 1.70m de espesor de relleno poco contaminado, conformado por una matriz de arena arcillosa, de color marrón oscuro, húmedo, ligeramente plástico, de compacidad firme, con gravas, en un 25% a 30%, de forma sub redondeada de tamaño máximo 11/2" a 2", cantos aislados de tamaño máximo 10" y restos aislados de fragmentos de ladrillo. Subyace por debajo de este suelo hasta la profundidad de exploración de 3.00m, suelo natural conformados por gravas mal gradadas ( GP) de forma sub redondeada de tamaño máximo 2", con arena y en un 10% cantos de tamaño máximo 6" a 7"; dicho suelo en su 28
conjunto se encuentra saturado y en un estado de compacidad suelta a media. Nota: A una profundidad de 2.70m se encontró el nivel freático. Sector de la calicata C11 (+2.48msnm): Superficialmente presenta una capa de 0.10m de espesor de relleno de confitillo. Luego continua un estrato de 0.20m de espesor de relleno ligeramente contaminado, conformado por matriz limo arenoso, con gravas en un 10% y con restos de fragmentos de ladrillo, cascotes de concreto, pitas, etc.; dicho suelo en su conjunto se encuentra en un estado de compacidad de media a firme. Continua un estrato de 0.50m de espesor de relleno conformado por un 30% de bloques de concreto, fragmentos de ladrillo, cal y plásticos aislados, con gravas limos y arenas, de estado de compacidad suelto a media. Subyace por debajo de este suelo hasta la profundidad de exploración de 1.50m, relleno conformado por gravas de tamaño promedio 1" a 2", con arena y cantos en un 5% de tamaño máximo 6"; dicho suelo en su conjunto se encuentra en un estado de compacidad suelta a media. Nota: No se encontró presencia de nivel freático hasta la profundidad de exploración. Sector de la calicata C12 (+2.37msnm): Superficialmente presenta una capa de 0.50m de espesor de relleno limpio, conformado por arena limosa, de color verde claro a plomizo, de compacidad media, con un 20% de gravillas y restos aislados de plásticos, vidrios. Luego continua un estrato de 0.40m de espesor de relleno limpio, conformado por arcillas arenosas con gravas, cantos y bloques aislados de tamaño máximo 12", de compacidad media. Subyace por debajo de este suelo hasta la profundidad de exploración de 1.50m, relleno limpio, conformado por gravas de tamaño promedio 1" a 2", con matriz arenosa, húmedo, con restos aislados de fragmentos de ladrillos, de estado de compacidad suelto a media. Nota: No se encontró presencia de nivel freático hasta la profundidad de exploración. 6.- Basado en los trabajos de campo y perfiles estratigráficos, se recomienda cimentar sobre la grava mal gradada con arena (GP) ó la grava mal gradada con arcilla (GP-GC), de compacidad suelta a media, a la profundidad mínima Df = 2.10m, con respecto a la cota 29
actual de la superficie del terreno de la calicata C-14, cuya cota es de +2.10 msnm (corresponde a la menor cota del terreno en el sector conformado por las calicatas C7, C8, C9, C13,y C-14), para una capacidad neta admisible qneta(adm)=0.58 kg/cm2, cimentando siempre por debajo de los bloques de roca sueltas ó rellenos arenosos con grava y cantos, pudiendo cimentar a menor profundidad, haciendo uso de falsas zapatas, las cuales debe ir cimentadas a la profundidad mínima mencionada. Nota: En la calicata C-14, se encontró el nivel freático a una profundidad de 2.00m, es decir a una cota +0.1m sobre el nivel del mar, cabe indicar que este nivel freático es fluctuante, de acuerdo a la subida de la marea a lo largo del año. Se ha tomado en cuenta la presencia de nivel freático, en el cálculo de la capacidad portante, considerando un estado saturado del suelo, por encima del nivel de cimentación. En caso de usar losa de cimentación para la estructura de un nivel independiente a la estructura del segundo piso, se recomienda: reemplazar el relleno superficial conformado por tierra de cultivo, rellenos de arenas limosas, arena arcillosa ó limos arenosos, con gravas, cantos y de manera aislada fragmentos de ladrillo, papeles, plásticos etc. de compacidad suelta, en un espesor de 0.60m, medida a partir de la menor cota actual de la superficie del terreno que corresponde a la calicata C-14 cuya cota es de +2.10 msnm, con material seleccionado granular tipo afirmado, sobre el cual se apoyara la viga collarín de la losa de cimentación a una profundidad mínima de 0.40m. El material granular seleccionado tipo afirmado deberá ser compactado en capas de 0.20m, al 100% de la máxima densidad seca del proctor modificado. Se deben realizar los respectivos controles de compactación debidamente supervisados. ZONA DE ESTACIONAMIENTO Para la zona de estacionamiento, se recomienda cortar y eliminar el material superficial contaminado, en un espesor de 0.30mts, luego escarificar el suelo a nivel de subrasante, y mejorarlo con un 20% material seleccionado, en un espesor de 0.20mts, compactando al 100% de la máxima densidad seca del proctor modificado, retirando previamente todo material orgánico y material mayor a 3. Encima de la subrasante, colocar material de afirmado en un espesor 0.30m, compactado en capas de 0.15m, al 100% de la máxima densidad seca del proctor modificado, encima de este afirmado se podrá colocar la carpeta de rodadura. 7.- Dada las características estructurales así como la naturaleza del terreno de fundación 30
y a las magnitudes posibles de las cargas transmitidas, se recomienda utilizar una cimentación superficial tal como zapatas aisladas conectadas con vigas de cimentación para las estructuras de dos niveles y para las estructuras de un nivel cimentos corridos armados ó plateas de cimentación.. 8.- En base al resultado de análisis químico, se concluye que los estratos de suelo que forman parte del contorno donde irá desplantada la cimentación no contiene concentraciones moderadas de sales totales, sulfatos, y cloruros, que podrían atacar al concreto y la armadura de la cimentación. 9.- Se concluye que el agua del nivel freático que forma parte del contorno donde irá desplantada la cimentación conformada por zapatas aisladas y cimientos corridos, contiene concentraciones moderadas de sulfatos, que podrían atacar al concreto, por lo que se recomienda tomar las siguientes medidas: Para contrarrestar el ataque severo de las sales sulfatos al concreto de la cimentación, se recomienda usar cemento TIPO II de moderada resistencia a los sulfatos. Para lograr concreto de permeabilidad baja y contrarrestar la acción de las sales solubles de sulfatos en el suelo, se debe usar una relación máxima de agua cemento de: a/c = 0.45. Si bien es cierto que le contenido de cloruros, está por debajo de los valores que pueden ocasionar problemas al acero del concreto de la cimentación, se recomienda asegurar el concreto de recubrimiento, en contacto con el acero, que no este carbonatado ni contaminado de sales, por lo cual se recomienda darle un recubrimiento adicional del refuerzo a lo recomendado por las normas de concreto armado E-060. El recubrimiento debe mantenerse en todas las superficies, de ser posible incrementarlo en los bordes y esquinas. De ser posible se recomienda proteger las barras de acero con resinas epóxicas. Como alternativa se recomienda el empleo de aditivos densificadores de mezcla, como la microsilica que reduce sustancialmente la permeabilidad del concreto al ion cloruro. El pintado de las superficies del concreto de la cimentación con emulsión asfáltica también es una medida preventiva. 31
NOTA: Las conclusiones y recomendaciones establecidas en el presente informe técnico son solo aplicables para el área estudiada. De ninguna manera se puede aplicar a otros sectores u otros fines. Lima Junio del 2006. 9.0 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Norma E-050, Suelos y Cimentaciones. Norma E-030, Diseño Sismoresistente Braja M. Das/ Principios de Ingeniería de Cimentaciones. 4 Edicción 1999 Rico Castillo / La Ingeniería de Suelos, Vol 1 y 2. 1 edicion 1998 Peck/Hanson/ Thornburn: Ingeniería de Cimentaciones M.J. Tomlinson / Cimentaciones: Diseño y Construcción. Quinta Edición 1996 Roy Whitlow / Fundamentos de Mecánica de Suelos. 1 edición 2000 Manuel Delgado Vargas / Ingeniería de Cimentaciones/ 2da edición 1999 Peter L. Berry / Mecánica de Suelos/ 1998 Juarez Badillo - Rico Rodriguez : Mecánica de Suelos, Tomos I,II. 32
Karl Terzaghi / Ralph B. Peck : Mecánica de suelos en la ingeniería Práctica. Segunda Edición 1973 Ing. Carlos Crespo : Mecánica de suelos y Cimentaciones T. William Lambe / Robert V. Whitman. Primera Edición 1972. Roberto Michelena / Mecánica de Suelos Aplicada. Primera Edición 1991 Reglamento Nacional de Construcciones - CAPECO. Quinta. Edición 1987. RNC Normas de Diseño Sismo Resistente. Alva Hurtado J.E., Meneses J. y Guzmán V. (1984), "Distribución de Máximas Intensidades Sísmicas Observadas en el Perú", V Congreso Nacional de Ingeniería Civil, Tacna, Perú. Cimentaciones de Concreto Armado en Edificaciones - ACI American Concrete Institute. Segunda Edición 1998. Geotecnia para Ingenieros, Principios Básicos. Alberto J. Martinez Vargas / CONCYTEC 1990.kF 33
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