Este documento discute el diseño de cimentaciones considerando las propiedades del suelo. Algunos puntos clave incluyen la importancia de considerar factores como la capacidad portante, consolidación, expansión y contenido de sales del suelo, así como los efectos de desastres naturales. También se discuten temas como el uso de zapatas conectadas, modelos tridimensionales y el cumplimiento de normas de diseño estructural.

1. INFLUENCIA DE LAS
PROPIEDADES DEL SUELO,
EN EL DISEÑO DE
CIMENTACIONES
Ing. William Rodríguez Serquén
EL PROCESO
CONSTRUCTIVO
Se debe considerar el
aspecto constructivo en el
diseño de cimentaciones.
Hay problemas éticos,
legales y de calidad
profesional del diseñador,
cuando ocurre un accidente
o falla en la obra. Por ello,
es necesario conocer la
responsabilidad del
diseñador y del constructor,
o del diseñador estructural
respecto a los demás
profesionales (sanitarios,
mecánico-eléctricos).
Construcción por tramos de cimentación de Hotel “Camgo”
1

2. Se diseña cúpula y
arco contínuos,
y la construcción
es por tramos.
Concha Acústica de Lambayeque
Construcción de Concha Acústica de Lambayeque
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3. Es peligroso
excavar sin
soportes. A veces
la edificación
vecina es de
ladrillo o adobe, y
su nivel de
cimentación es
más alto que la
nueva cimentación.
Si falla la
edificación vecina,
¿la responsabilidad
es del constructor,
del diseñador o del
que hizo el estudio
de suelos?
Falla debido a excavación de 4 m de
profundidad, para construcción de
Iglesia del Movimiento Misionero Mundial
LA NAPA FREATICA
La presencia de manto acuoso
en una edificación con sótano,
obliga a colocar obras de
drenaje.
Construcción del Poder Judicial de Lambayeque
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4. DRENAJE
Hay que colocar tubos
de drenaje debajo de la
cimentación,
impermeabilizantes en
el concreto de platea y
muros de contención,
water-stop en la unión
platea-muro, pintura y
tarrajeo con
impermeabilizantes, y
cementos hidráulicos.
Hay que reformular la
colocación de las
Instalaciones eléctricas.
Sede Central de las Fiscalías del Distrito Judicial de Lambayeque
Cimentación de la Sede central de las fiscalías del Distrito judicial
de Lambayeque.
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5. CAPACIDAD PORTANTE
Paras determinar la
capacidad portante,
comúnmente se utiliza la
teoría de Terzaghi, que
requiere del Ensayo de
corte directo.
También se usa el equipo
de Penetración Estándar
(SPT).
Equipo de corte directo del Laboratorio de suelos de la UNPRG
Hincado con equipo de SPT en el Malecón Tarapacá en Iquitos.
Al fondo el rio Amazonas.
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6. EL ESFUERZO NETO
El estudio de suelos,
determina la
capacidad portante a
la profundidad Df. A
esa profundidad, el
suelo soporta cargas
producidas por el
peso propio del
relleno (γ*Df), y la
sobrecarga de piso
(Sc. piso, suele
usarse 500 kg/m2).
qneto = qadmisible − γ * D f − Sobrec. _ de _ piso
EL ASENTAMIENTO
DEL SUELO
Varias estructuras han
tenido problemas de
agrietamientos, debido al
daño producido por el
hundimiento de la
cimentación, cuando ésta ha
sido construida sobre un
suelo blando y compresible.
Falla en edificación de Talara
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7. Cuando colocamos apoyos
fijos o empotramientos de
los pórticos, estamos
asumiendo que estos no se
van a desplazar, ni hundir.
Estas hipótesis no son
válidas si es que el suelo y
las zapatas se hunden. Se
produce fallas en toda la
edificación, que se
manifiesta por
agrietamientos en muchos
ambientes de la misma.
Desprendimiento de cerámico de losa aligerada
por asentamiento de obra pública en Lambayeque
Los asentamientos
máximos permitidos,
limitan los esfuerzos
actuantes sobre el suelo.
Con El Método de
Schmertmann se determina
la Curva de Campo, a partir
de la Curva de
Consolidación del
laboratorio.
Asentamiento del pilar del puente
Cascajal, durante el fenómeno de
“El Niño”.
7

8. ENSAYO DE CONSOLIDACION
Hay que realizar el
ensayo de consolidación,
de donde se determina
el Indice de compresión
de la Curva de campo
compresiblidad (Cc),
y la relación de
vacíos inicial (e).
Consolidómetro del Laboratorio de suelos de la UNPRG
HISTORIA DEL
ASENTAMIENTO
8

9. POTENCIA ACTIVA
Se considera como potencia
activa (H), el espesor de
suelo por debajo de nivel de
solera que al ser comprimido
por las presiones que el
cimiento transmite, éstas
generan deformaciones o
desplazamientos apreciables
desde el punto de vista
práctico en la base de los
cimientos. Se toma como
potencia activa aquella
profundidad donde se
cumple que el esfuerzo
vertical vale σ = 0.1 q. Para
zapatas cuadradas, esta
potencia activa vale H =1.5B a
2B, siendo B el ancho de
zapata.
LIMITACIONES DE
ASENTAMIENTOS
Sowers (1962) es el más
estricto, y si existe
probabilidad de asentamiento
no uniforme, recomienda los
asentamientos máximos:
9

10. COMPRESIBILIDAD DEL SUELO
Carlos Crespo:
M. J. Tomlinson:
Falla del puente Motupe por
asentamiento de pilar durante
Fenómenp de “El Niño”
10

11. LA EXPANSIBILIDAD
DEL SUELO
Hay que realizar el
ensayo de Expansión
libre
y el ensayo de Presión
de expansión,
para determinar
La fuerza expansiva.
Equipo de expansión libre del Laboratorio de suelos de la UNPRG
LA EXPANSIBILIDAD
DEL SUELO
Los investigadores Holtz
y Gibbs en su libro
“Propiedades de
ingeniería de las arcillas
expansivas”, clasifica el
Potencial de expansión
según el valor del
Indice plástico (IP)
Fallas en Hospital de Chachapoyas
1985.
11

12. Holtz y Gibbs:
Fallas en Hospital de Chachapoyas
1985.
Kassiff, Liben y
Wiseman,
han encontrado la
relación
entre el IP y el
probable
levantamiento de
arcillas
Compactadas.
Fallas en interior del Hospital de Chachapoyas
1985.
12

13. Hospital de Chachapoyas
LA EXPANSIBILIDAD
DEL SUELO
En la ciudad de
Iquitos,
en el suelo
subyacente al
Malecón Tarapacá
que colinda con el
río Amazonas,
la fuerza expansiva
hacia arriba,
determinada en
laboratorio es de
5.00 kg/cm2.
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14. CONTENIDO DE
SALES
Según la tabla 19A-A-4 del
California Building Code
(Código de edificaciones de
California):
AGENTES AGRESIVOS
Estos comprenden el
contenido de sales
totales, cloruros y
Sulfatos.
Considerar lo siguiente:
Sales totales =
Sulfatos
+ Cloruros
+ otras sales
Muro en el puerto de Pimentel, Lambayeque.
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15. CONSIDERAR LOS DESASTRES NATURALES
Estos fenómenos son los
terremotos, lluvias
extraordinarias, huracanes,
erupciones volcánicas, y sus
respectivos efectos secundarios
tal como tsunamis, licuación de
suelos, asentamientos
diferenciales, inundaciones, etc.,
son eventos naturales de
inevitable ocurrencia.
Los principales peligros que
amenazan a la zona nor-oeste del
Perú, están relacionados con la
presencia del Fenómeno del Niño,
presentándose fuertes
precipitaciones pluviales que Efecto del fenómeno de “El Niño”,
originan severas inundaciones. en Mocce, Lambayeque.
MOCCE
15

16. MAPA GEOTECNICO DE LAMBAYEQUE – ZONA DE MOCCE
16

17. PELIGRO ALTO
PELIGRO MUY ALTO
PELIGRO MUY ALTO
PELIGRO ALTO
MAPA DE PELIGROS DE LAMBAYEQUE- ZONA NORTE
CONSIDERAR EL SISMO
El Perú está ubicado en el cinturón circumpacífico, donde
existe la mayor actividad sísmica del mundo (80%) .
17

18. LA LICUACION
Un suelo arenoso
totalmente saturado se
licua, cuando la
resistencia al esfuerzo
cortante entre sus
partículas disminuye a
tal grado que la mezcla
agua-suelo se comporta
como un semilíquido o
líquido.
Licuación en Niigata, Japón. Tomada del libro
“Desastres Naturales”, del Ing. Julio Kuroiwa
18

19. ZAPATAS CONECTADAS
Se colocan vigas de
conexión para evitar los
desplazamientos
horizontales, soportar los
momentos de las
columnas (especialmente
por sismo), disminuir el
efecto de los
asentamientos
diferenciales y, para
soportar los momentos
debido a la excentricidad
de la carga de la columna
y la reacción del suelo que
se produce en las zapatas
de borde.
Acero en zapata conectada
La colocación de
vigas de atado es
obligatorio en
estructuras
construidas en
zonas sísmicas,
según el Eurocódigo
8: Proyecto de
estructuras
sismorresistentes.
Además deben
colocarse en ambas
direcciones
formando una
retícula.
Cimentación de edificación con vigas de
Conexión.
19

20. MODELO
TRIDIMENSIONAL
El modelo estructural
tridimensional, es de alta
hiperestaticidad. Se muestra
el diagrama de esfuerzos
máximos, en un plano
horizontal que pasa por el
lecho superior de la viga de
conexión, donde se observa
la zona de esfuerzos
máximos, cerca y la derecha
de la columna izquierda en la
zapata excéntrica; a la altura
correspondiente al lecho Esfuerzos en zapata conectada
superior de la viga de
conexión, considerando una
distribución uniforme de
reacción del suelo.
MODELO
TRIDIMENSIONAL
Distribución de esfuerzos
máximos, que se
producen en un plano
vertical, que pasa por los
ejes de las columnas;
donde se observan los
esfuerzos en toda la
profundidad de las
zapatas, considerando
una distribución uniforme
de reacción del suelo Esfuerzos en zapata conectada
20

21. EL DISEÑO
Un modelo estructural
simple, de zapatas
conectadas, se muestra en el
esquema siguiente, donde P1
y P2 son las cargas
actuantes, R1 y R2, son las
reacciones del suelo, s1 es el
ancho de columna, L es la
separación entre cargas, y x
es la distancia al punto de
momento máximo.
El diagrama de Momentos
determina la colocación
de concreto y acero.
LOS REGLAMENTOS
-Building Code
Requirements for Structural
Concrete, que publica el
American Concrete Institute
(ACI), especialmente la
Norma ACI318. Americano.
-California Building Code.
(Código de California)
-Eurocódigo 2. España
-British standar, BS8110 97.
Inglaterra.
-Chinese 2002.
-Indian IS 456-2000
-Italian DM 14-2-92
-Reglamento Nacional de
Edificaciones. Peruano.
21

22. REGLAMENTOS
22

23. EDIFICACION MODELO PARA DISEÑO DE CIMENTACIONES
DISEÑOS
q neto = 0.85 kg/cm2
N L B1x T1 B2 x T2 Sección As
pisos (m) (m2) (m2) bxh superior
( cm2)
1 3 0.51x1.07 1.02x1.02 25x30 2∅1/2”
4 0.69x1.44 1.35x1.35 25x30 2∅1/2”
5 0.86x1.82 1.69x1.69 25x35 4∅1/2”
6 1.03x2.19 2.02x2.02 30x50 5∅1/2”
2 3 0.73x1.57 1.43x1.43 25x35 2∅1/2”
4 0.97x2.12 1.90x1.90 25x40 3∅5/8”
5 1.21x2.67 2.36x2.36 25x50 5∅5/8”
6 1.40x3.22 2.83x2.83 30x55 6∅3/4”
3 3 0.89x1.98 1.73x1.73 25x40 4∅1/2”
4 1.19x2.67 2.30x2.30 25x50 5∅5/8”
5 1.49x3.37 2.87x2.87 30x60 6∅3/4”
6 1.78x4.07 3.44x3.44 30x65 6∅1”
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24. q neto = 1.25 kg/cm2
N L B1x T1 B2x T2 Sección As
pisos (m) (m2) (m2) bxh superio
(cm2) r
1 3 0.42x0.87 0.84x0.84 25x30 2∅1/2”
4 0.57x1.17 1.12x1.12 25x30 2∅1/2”
5 0.71x1.47 1.40x1.40 25x35 3∅1/2”
6 0.85x1.78 1.68x1.68 30x45 4∅1/2”
2 3 0.60x1.26 1.18x1.18 25x30 2∅1/2”
4 0.80x1.71 1.57x1.57 25x35 4∅1/2”
5 1.00x2.15 1.96x1.96 25x50 4∅5/8”
6 1.20x2.59 2.35x2.35 30x55 5∅3/4”
3 3 0.73x1.58 1.44x1.44 25x40 3∅1/2”
4 0.98x2.14 1.91x1.91 25x50 4∅5/8”
5 1.22x2.70 2.39x2.39 25x55 5∅3/4”
6 1.47x3.26 2.86x2.86 30x65 5∅1”
4 3 0.85x1.87 1.65x1.65 25x45 4∅1/2”
4 1.13x2.53 2.20x2.20 25x50 6∅5/8”
5 1.41x3.18 2.74x2.74 30x60 4∅1”
6 1.70x3.84 3.28x3.28 30x75 6∅1”
q neto = 2.00 kg/cm2
N L B1x T1 B2 x T2 Sección As
pisos (m) (m2) (m2) bxh superior
(cm2)
1 3 0.34x0.67 0 .67x0.67 25x25 2∅1/2”
4 0.45x0.91 0.89x0.89 25x30 2∅1/2”
5 0.56x1.15 1.11x1.11 25x30 2∅1/2”
6 0.67x1.38 1.33x1.33 30x35 4∅1/2”
2 3 0.47x0.98 0.94x0.94 25x25 2∅1/2”
4 0.63x1.32 1.25x1.25 25x30 4∅1/2”
5 0.79x1.66 1.56x1.56 25x40 4∅5/8”
6 0.95x2.01 1.87x1.87 30x55 5∅5/8”
3 3 0.58x1.22 1.15x1.15 25x30 3∅1/2”
4 0.77x1.65 1.52x1.52 25x40 4∅5/8”
5 0.97x2.00 1.90x1.90 25x55 5∅5/8”
6 1.16x2.50 2.28x2.28 30x65 6∅3/4”
4 3 0.67x1.43 1.32x1.32 25x35 4∅1/2”
4 0.89x1.93 1.75x1.75 25x45 5∅5/8”
5 1.12x2.44 2.19x2.19 30x60 6∅3/4”
6 1.34x2.94 2.62x2.62 30x70 5∅1”
5 3 0.75x1.62 1.47x1.47 25x40 3∅5/8”
4 1.00x2.19 1.95x1.95 25x55 4∅3/4”
5 1.25x2.76 2.43x2.43 30x60 5∅1”
6 1.50x3.33 2.92x2.92 30x80 6∅1”
24

25. DAÑOS DEBIDO A EXCAVACIONES
Son muy
comunes los
agrietamientos
de las casas
vecinas, cuando
se hace una
excavación, que
son de ladrillo,
adobe o muy
antiguas.
En suelos cohesivos y
granulares, la altura crítica
Hc, de una excavación
W
vertical, o sea la
profundidad del talud hasta
la cual se sostiene por sí X
solo, sin necesidad de 0
soporte lateral vale:
H E T Superf. teórica de fa
Superf. de falla
2c 1 + senφ
Hc = F
γ 1 − senφ 0
0
N phi
c = cohesión, FUERZAS EN EL MURO
∅ = ángulo de
fricción interna
γ = peso específico
de masa del suelo.
Hay que dividir Hc entre un factor de seguridad
25

26. M.J. Tomlinson en su libro
“Cimentaciones. Diseño y
Construcción”, recomienda:
“proporcionar algún tipo de
soporte, no importando las
condiciones del suelo, siempre
que la zanja tenga la
profundidad suficiente para que
su colapso pueda ocasionar
muerte o daños a los
trabajadores. Esto significa
soporte para las zanjas de más Dos obreros murieron por derrumbe de
de 1.2 m” excavación de zanja de desagüe,
el 26 de Setiembre del
2006, en Cayalti. El suelo era arenoso
y la excavación era de 3m de profundidad.
Tomado del diario “La Industria” de Chiclayo.
LA INSPECCIÓN DE LOS PROYECTOS DISEÑADOS
Es importante
inspeccionar la
construcción de los
proyectos diseñados, aún
cuando no estemos
contratados para ello,
para detectar posibles
fallas en la colocación de
armaduras, mejorar el
proyecto, subsanar
alguna omisión en el
diseño o en la
construcción, o para
rectificar algún error de
diseño. Platea de cimentación de Iglesia del Movimi
Misionero Mundial. Lambayeque.
26

27. Todo proyecto es perfectible
y el diseñador tiene
autoridad, para detener una
construcción, o cambiar las
secciones y armaduras de
los elementos estructurales,
hasta antes del vaciado del
concreto de la estructura. La
función del diseñador
estructural y de
cimentaciones, no termina
con la entrega de planos.
Aceros en cimentación de Iglesia del Movimiento
Misionero Mundial.
27