04 ing. manuel olcese francero

APLICACIÓN DE LA NORMA
E.050 SUELOS Y CIMENTACIONES
ESTUDIOS DE MECÁNICA DE SUELOS
Y LA CIMENTACIÓN DE EDIFICACIONES

LIMA, 25 DE JUNIO DEL 2010

Manuel A. Olcese Franzero
Profesor Principal PUCP
Ing Civil CIP M ASCE
molcese@pucp.edu.pe

Pontificia Universidad Católica del Perú Seminario de Promoción: Normatividad y Gestión para Edificaciones
Sostenibles Saludables
Laboratorio de Mecánica de Suelos E-050 SUELOS Y CIMENTACIONES 1


Ing. Manuel A. Olcese F. 1

Publicada el 9 de junio del 2006




GENERALIDADES


Objetivo de la Norma E-050

ARTÍCULO 1 OBJETIVO
El objetivo de esta Norma es establecer los
requisitos para la ejecución de Estudios de
Mecánica de Suelos (EMS), con fines de
cimentación, de edificaciones y otras obras
indicadas en esta Norma. Los EMS se
ejecutarán con la finalidad de asegurar la
estabilidad y permanencia de las obras y
para promover la utilización racional de los
recursos.



Ámbito de aplicación de la Norma E-050
ARTÍCULO 2 ÁMBITO DE APLICACIÓN
El ámbito de aplicación de la presente Norma
aplicació
comprende todo el territorio nacional.
nacional.
Las exigencias de esta Norma se consideran
mínimas.
nimas.
La presente Norma no toma en cuenta los efectos
de los fenómenos de geodinámica externa y no se
aplica en los casos que haya presunción de la
existencia de ruinas arqueológicas; galerías u
oquedades subterráneas de origen natural o
artificial. En ambos casos deberán efectuarse
estudios específicamente orientados a confirmar y
solucionar dichos problemas.


ESTUDIOS DE MECÁNICA DE SUELOS
(EMS)



OBLIGATORIEDAD DE LOS ESTUDIOS
(EMS)


3.1 Casos donde existe obligatoriedad
Es obligatorio efectuar el EMS en los siguientes casos:
a)Edificaciones que presten servicios de educación, servicios a la salud o
servicios públicos y en general locales que alojen gran cantidad de personas,
equipos costosos o peligrosos, tal es el caso de:
- colegios,
- universidades,
- hospitales y clínicas,
- estadios,
- cárceles,
- auditorios,
- templos
- salas de espectáculos,
- museos,
- centrales telefónicas,
- estaciones de radio y televisión,
- estaciones de bomberos,
- centrales de generación de electricidad,
- sub-estaciones eléctricas,
- silos,
- tanques de agua y reservorios,
- archivos y registros públicos.




b) Edificaciones de uno a tres pisos, que
ocupen individual o conjuntamente más de 500 m2
en planta.

c) Edificaciones de cuatro o mas pisos de
altura, cualquiera que sea su área.

d) Estructuras industriales, fábricas,
talleres, o similares.



e) Edificaciones especiales cuya falla,
además del propio colapso, representen peligros
adicionales importantes, tales como: reactores
atómicos, grandes hornos, depósitos de materiales
inflamables, corrosivos o combustibles, paneles de
publicidad de grandes dimensiones y otros de
similar riesgo.
f) Cualquier edificación que requiera el
uso de pilotes, pilares o plateas de fundación.
g) Cualquier edificación adyacente a
taludes o suelos que puedan poner en peligro su
estabilidad.



Número "n" de puntos a investigar
El número de puntos de investigación se determina en
la Tabla N° 6 en función del tipo de edificación y del
área de la superficie a ocupar por éste.

Cuando se conozca el emplazamiento exacto de la
estructura, n se determinará en función del área en
planta de la misma; cuando no se conozca dicho
emplazamiento, n se determinará en función del área
total del terreno.


Profundidad "p" mínima de investigación

Se determina de la siguiente manera:

EDIFICIO SIN SOTANO
p = Df + z

EDIFICIO CON SÓTANO
p = h + Df + z

Df = Profundidad de cimentación.
z = 1.5 B; siendo B el ancho de la cimentación
prevista de mayor área.
h = Altura de los sótanos





Pozos o calicatas y trincheras
Las calicatas y trincheras serán realizadas según
la NTP 339.162 (ASTM D 420). El PR deberá tomar
las precauciones necesarias a fin de evitar
accidentes.



Barrenos


EXPLORACION ENBarreno manual con SPT
ARENA
SPT
CONO TIPO PECK
DPSH



Densidad de campo: cono de arena, balón o nuclear
NO PERMITIDO PARA DISEÑO

Artículo 10.1




Pruebas de carga




En algunos casos especiales, luego de
investigado un depósito por medio del SPT, se
puede recurrir a pruebas de carga para obtener
por otro medio las características mecánicas
de los suelos; sin embargo este método sólo
se puede aplicar si se trata de un suelo
homogéneo, la norma indica :

“Las pruebas de carga deben ser precedidas
por un EMS y se recomienda su uso
únicamente cuando el suelo a ensayar es
tridimensionalmente homogéneo, comprende
la profundidad activa de la cimentación y es
semejante al ubicado bajo el plato de carga.”


Contenido del
Informe del
Estudio de Mecánica de Suelos



El informe del EMS comprenderá:

Memoria Descriptiva
Planos de Ubicación de las Obras y de
Distribución de los Puntos de Investigación.
Perfiles de Suelos
Resultados de los Ensayos “in situ” y de
Laboratorio


Memoria Descriptiva
 Resumen de las Condiciones de
Cimentación
 Información Previa
 Exploración de Campo
 Ensayos de Laboratorio
 Perfil del Suelo
 Nivel de la Napa Freática
 Análisis de la Cimentación
 Plano de ubicación
 Perfiles del suelo


Resumen de las Condiciones de Cimentación

En los casos en que es obligatorio efectuar un
EMS, de acuerdo a lo indicado en esta Sección,
el informe del EMS correspondiente deberá ser
firmado por un Profesional Responsable (PR)
(Ingeniero Civil registrado en el Colegio de
Ingenieros del Perú).

En estos mismos casos deberá incluirse en los
planos de cimentación una trascripción literal
del “Resumen de las Condiciones de
Cimentación” del EMS (Ver Sección 2.4.1.a).

EJEMPLO DE RESUMEN DE LAS CONDICIONES DE CIMENTACIÓN
De acuerdo con la Norma Técnica de Edificaciones E-050 “Suelos y Cimentaciones”,
la siguiente información deberá transcribirse en los planos de cimentación. Esta
información no es limitativa, y deberá cumplirse con todo lo especificado en el
presente Estudio de Suelos y en el Reglamento Nacional de Construcciones.

Tipo de Cimentación:
alternativa 1 zapatas aisladas o continuas, de concreto armado.
alternativa 2 platea de cimentación con vigas perimetrales e interiores de concreto armado.
Estrato de apoyo de la cimentación: Grava arenosa medianamente densa
Parámetros de Diseño de la Cimentación:
Profundidad de Cimentación:
alternativa 1 1.50 m o hasta penetrar 0.20 m en la grava arenosa.
alternativa 2 platea sobre un relleno controlado de 0.45 m y con vigas perimetrales e
interiores de 0.70 m
Presión Admisible:
alternativa 1 5.00 kg/cm².
alternativa 2 1.20 kg/cm²
Factor de Seguridad por Corte (estático, dinámico): Mayor a 3 y 2,50
Asentamiento Diferencial Máximo Aceptable: 0.80 cm
Agresividad del Suelo a la Cimentación: No detectada
Recomendaciones Adicionales: No debe cimentarse sobre turba, suelo orgánico, tierra vegetal,
desmonte, relleno sanitario o relleno artificial y estos materiales inadecuados deberán ser
removidos en su totalidad, antes de construir la edificación y ser reemplazados con materiales
adecuados debidamente compactados.


Análisis de la Cimentación
En esta sección se incluirá una memoria de cálculo que contendrá
como mínimo:

• Tipo de cimentación y otras soluciones si las hubiera.
• Profundidad de cimentación (Df ).
• Determinación de la carga de rotura al corte y factor de seguridad
(FS).
• Estimación de los asentamientos que sufriría la estructura con la
carga aplicada (diferenciales y/o totales).
• Presión admisible del terreno.
• Indicación de las precauciones especiales que deberá tomar el
diseñador o el constructor de la obra, como consecuencia de las
características particulares del terreno investigado (efecto de la
Napa Freática, contenido de sales agresivas al concreto, etc.)
• Parámetros para el diseño de muros de contención y/o calzadura.
• Otros parámetros que se requieran para el diseño o construcción
de las estructuras y cuyo valor dependa directamente del suelo.

Profundidad de cimentación



Profundidad mínima
mí
de cimentación 0.80 m
cimentació


Taiwán 1999



La Punta – Camana 2001


Rellenos Artificiales
o
Rellenos no Controlados



Rellenos no Controlados (artificiales)


Nueva redacción

Artículo 19 Profundidad de cimentación

No debe cimentarse sobre turba, suelo
orgánico, tierra vegetal, relleno de desmonte o
rellenos sanitario o industrial, ni rellenos No
Controlados. Estos materiales inadecuados
deberán ser removidos en su totalidad, antes
de construir la edificación y ser reemplazados
con materiales que cumplan con lo indicado en
la Artículo 21 (21.1)



Rellenos Controlados o de Ingeniería

21.1 Rellenos Controlados o de Ingeniería
Los Rellenos Controlados son aquellos que se
construyen con Material Seleccionado, tendrán las
mismas condiciones de apoyo que las cimentaciones
superficiales. Los métodos empleados en su
conformación, compactación y control, dependen
principalmente de las propiedades físicas del material.

Los métodos empleados en su conformación,
compactación y control, dependen principalmente de
las propiedades físicas del material.


Rellenos Controlados o de Ingeniería

21.2 Rellenos no Controlados
Los rellenos no controlados son aquellos que
no cumplen con el Artículo 21.1. Las
cimentaciones superficiales no se podrán
construir sobre estos rellenos no controlados,
los cuales deberán ser reemplazados en su
totalidad por materiales seleccionados
debidamente compactados, como se indica en
el Artículo 21 (21.1), antes de iniciar la
construcción de la cimentación.



El Material Seleccionado con el que se debe
construir el Relleno Controlado deberá ser
compactado de la siguiente manera:
a)Si tiene más de 12% de finos, deberá compactarse a
una densidad mayor o igual del 90% de la máxima
densidad seca del método de ensayo Proctor
Modificado, NTP 339.141 (ASTM D 1557), en todo su
espesor.

b)Si tiene igual o menos de 12% de finos, deberá
compactarse a una densidad no menor del 95% de la
máxima densidad seca del método de ensayo
Proctor Modificado, NTP 339.141 (ASTM D 1557), en
todo su espesor.


En todos los casos deberán realizarse
controles de compactación en todas las capas
compactadas, a razón necesariamente, de un
control por cada 250 m2 con un mínimo de tres
controles por capa.

En áreas pequeñas (igual o menores a 25 m2)
se aceptará un ensayo como mínimo. En
cualquier caso, el espesor máximo a controlar
será de 0,30 m de espesor.



Cuando se requiera verificar la compactación
de un Relleno Controlado ya construido, este
trabajo deberá realizarse mediante cualquiera
de los siguientes métodos:

a)Un ensayo de Penetración Estándar NTP
339.133 (ASTM D 1586) por cada metro de
espesor de Relleno Controlado. El resultado
de este ensayo debe ser mayor a N 60= 25,
golpes por cada 0,30m de penetración.


b)Un ensayo con Cono de Arena, NTP 339.143
(ASTM D1556) ó por medio de métodos
nucleares, NTP 339.144 (ASTM D2922), por
cada 0,50 m de espesor. Los resultados
deberán ser: mayores a 90% de la máxima
densidad seca del ensayo Proctor
Modificado, si tiene más de 12% de finos; o
mayores al 95% de la máxima densidad
seca del ensayo Proctor Modificado si tiene
igual o menos de 12% de finos.



Av. Independencia Av. Brasil
Costa Verde zona de Magdalena

1944


Costa Verde
zona de 1944
Magdalena

2005



1944
Falla zona de
Magdalena


Costa Verde zona 1944
de Magdalena

2005



Casa sobre relleno Barrio Obrero Rimac


Casa sobre relleno Barrio Obrero Rimac



Villa Libertad – Surco (2002)


Mexico 1985

Villa Libertad – Surco
(2002)

Turquia 1999



Colegio Los Querubines (2002)


Surquillo



Surquillo


Surquillo



Residencial Recavarren 2003




ANALISIS DE LAS CONDICIONES DE
CIMENTACION QUE PUEDEN
PRESENTARSE




ARTÍCULO 15.- CAPACIDAD DE CARGA
La capacidad de carga es la presión última o de
falla por corte del suelo y se determina
utilizando las fórmulas aceptadas por la mecánica
de suelos.
En suelos cohesivos (arcilla, arcilla limosa y limo-
arcillosa), se empleará un ángulo de fricción
interna () igual a cero.
En suelos friccionantes (gravas, arenas y gravas-
arenosas), se empleará una cohesión
(c) igual a cero.


ARRTÍCULO 16.- FACTOR DE SEGURIDAD
FRENTE A UNA FALLA POR CORTE

Los factores de seguridad mínimos que deberán
tener las cimentaciones son los siguientes:

Para cargas estáticas: 3.0

Para solicitación máxima de sismo o viento (la
que sea más desfavorable): 2.5



Cimentación sobre arcillas y limos
En el caso de los suelos finos (arcillas y limos),
generalmente el diseño de la cimentación resulta
controlado por corte (con ´ = 0).
Por esto, el procedimiento usual consiste en:
1ro. Dimensionar primero la cimentación por corte.
2do. Verificar el asentamiento.


Villa - Chorrillos



Asentamiento en arcillas


Arcilla pre consolidada (´0 +  > ´P)

h   ´P  v 0    ´v
´

h   C R log ´  C C log 
1  e0   v0  vP
´ 
 


Cimentación sobre arenas y gravas

En el caso de los suelos granulares (arenas y gravas),
generalmente el diseño de la cimentación resulta
controlado por asentamientos (con c = 0).
Por esto, el procedimiento usual consiste en:
1ro. Dimensionar primero la cimentación por
asentamiento.
2do. Verificar el factor de seguridad por corte.


Asentamientos Cono dinámico vs S P T



Compresibilidad de la arena


Asentamiento calculado vs real

B´ 0.75 q 1
S c  16.67
N 60 1.4 fF
S c  L´/ B´ 1 
fF 
S c L´/ B´ 1

1
si L´/ B´ 1 f F 
 1.25 L´/ B´  
2

 L´/ B´   0.25 
 

si L´/ B´  f F  0.64



Presiones en el suelo
Cargas excéntricas


Falla de la Torre en el mar



Falla de la Torre en el mar


Áreas consideradas



Zapata efectiva


Zapata con carga inclinada y momento



RESUMEN
SUELO COHESIVO
(presión admisible controlada por corte)
1
qa  sc i c c N c
FS
SUELO GRANULAR
(presión admisible controlada por asentamiento)

qa  0.096
N 60 1.4 f  f NF f F
0.75
B´

PROBLEMAS ESPECIALES DE
CIMENTACION



Suelos colapsables


En los lugares donde se conozca o sea evidente
la ocurrencia de hundimientos debido a la
existencia de suelos colapsables, el PR deberá
incluir en su EMS un análisis basado en la
determinación de la plasticidad del suelo NTP
339.129 (ASTM D4318), del ensayo para
determinar el peso volumétrico NTP 339.139 (BS
1377), y del ensayo de humedad NTP 339.127
(ASTM D2216), con la finalidad de evaluar el
potencial de colapso del suelo en función del
Límite Liquido (LL) y del peso volumétrico seco
(d).



La relación entre los colapsables y no
colapsables y los parámetros antes indicados
se muestra en la gráfica siguiente:

1.60


Cuando el PR encuentre evidencias de la
existencia de suelos colapsables deberá
sustentar su evaluación mediante los
resultados del ensayo de ensayo de
Colapsabilidad Potencial según NTP 339.163
(ASTM D 5333).

Las muestras utilizadas para la evaluación de
colapsabilidad deberán ser obtenidas de pozos
a cielo abierto, en condición inalterada,
preferentemente del tipo Mib.



El potencial de colapso (CP) se define
mediante la siguiente expresión:

e H c
CP (%)  x100 o CP %  
1  e0 H0

e = Cambio en la relación de vacíos debido al
colapso
bajo humedecimiento
e0 = Relación de vacíos inicial
Hc = Cambio de altura de la muestra
H0 = Altura inicial de la muestra


El PR establecerá la severidad del problema de
colapsabilidad mediante los siguientes criterios:

CP (%) Severidad del problema

0a1 No colapsa

1a5 Colapso moderado

5 a 10 Colapso

10 a 20 Colapso severo

>20 Colapso muy severo

Si CP % > 5 no apoyar la cimentación sobre ese suelo


Suelos expansivos


En las zonas en las que se encuentren suelos
cohesivos con bajo grado de saturación y
plasticidad alta (LL  50), el PR deberá incluir
en su EMS un análisis basado en la
determinación de la plasticidad del suelo NTP
339.129 (ASTM D4318) y ensayos de
granulometría por sedimentación NTP 339.128
(ASTM D 422) con la finalidad de evaluar el
potencial de expansión del suelo cohesivo en
función del porcentaje de partículas menores a
2 m, del índice de plasticidad (IP) y de la
actividad (A) de la arcilla.



La relación entre la Expansión Potencial (Ep) y los
parámetros antes indicados se muestra en la gráfica
siguiente:

Actividad  A 
IP
% 2  m


Tabla 6.3.2
CLASIFICACIÓN DE
SUELOS EXPANSIVOS

Expansión en
Porcentaje de
consolidómetro,
Potencial de Índice de partículas
bajo presión
expansión plasticidad menores que
vertical de 0,07
dos micras
kg/cm2
% % % %
Muy alto > 30 > 32 > 37

Alto 20 – 30 23 – 45 18 – 37
Medio 10 – 20 12 – 34 12 – 27
Bajo < 10 < 20 < 17

Si el Potencial de expansión  bajo ( 10 en cosolidometro)
no apoyar la cimentación sobre ese suelo



Talara


Licuación



En suelos granulares finos ubicados bajo la Napa
Freática y algunos suelos cohesivos, las
solicitaciones sísmicas pueden originar el
fenómeno denominado licuación, el cual consiste
en la pérdida momentánea de la resistencia al
corte del suelo, como consecuencia de la presión
suelo
de poros que se genera en el agua contenida en
sus vacíos originada por la vibración que
produce el sismo.

Esta pérdida de resistencia al corte genera la
ocurrencia de grandes asentamientos en las
obras sobreyacentes.


Chimbote 1970



Camana 2001


Licuación en el Perú



Fenómeno de licuación

Sra. Ester Atuncar
Calle Alfonso Ugarte N° 195 Tambo de Mora

Las lagunas de Puerto Viejo Km 70.8 (15/8/2007)



Problemas geotecnicos desde
Lima hasta Ica
Sismo del 15/8/2007


Tambo de Mora (15/8/2007)



Tambo de Mora (15/8/2007)


Tambo de Mora Tambo de Mora (15/8/2007)
(Mw = 8 ; a/g = 0.30)

0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35
0

1

2

3

4

5
CRR 1982

6 CSReq 1982
Profundidad (m)

CSReq 1997
7
CRR 1997
8 CSReq 2000
CSReq 2004
9
CRR 2004
10

11

12

13

14

15

16



Asentamiento en la Av. Defensores del Morro
calculado según C.Y. Lee (2007)

21.5 cm


Protección de excavaciones
Calzaduras



Las excavaciones verticales de más de 2,00 m
de profundidad requeridas para alcanzar los
niveles de los sótanos y sus cimentaciones, no
deben permanecer sin sostenimiento, salvo
que el estudio realizado por el PR determine
que no es necesario efectuar obras de
sostenimiento.

La necesidad de construir obras de
sostenimiento, su diseño y construcción son
responsabilidad del contratista de la obra.


El informe del EMS deberá incluir los parámetros de
suelos requeridos para el diseño de las obras de
sostenimiento de las edificaciones, muros perimetrales,
pistas y terrenos vecinos, considerando que estos puedan
ser desestabilizados como consecuencia directa de las
excavaciones que se ejecuten para la construcción de los
sótanos directa de las excavaciones que se ejecuten para
la construcciones de los sótanos.
Nombre Símbol Valor
o
Peso unitario  1.94 ton/m3

Ángulo de fricción  25°
Coeficiente Activo Estático Ka 0.37
Coeficiente en Reposo Estático Ko 0.58
Coeficiente Pasivo Estático Kp 4.75
Factor de Reducción del Empuje Pasivo para /=0 R 0.57
Coeficiente Activo Dinámico Kas 0.56
Coeficiente en Reposo Dinámico Kos 0.77
Coeficiente Pasivo Dinámico Kps 4.04
Coeficiente de fricción bajo la cimentación. tan  0.45




CALZADURA CONVENCIONAL

Carga

Varillas corrugadas

Empuje

Tan  =
0.55 % #200 <5%
¿? 0.45 5% <% #200 <12%
0.35 % #200 > 12%

Fricción



Av. Basadre San Isidro



Cimentaciones en taludes




“En mecánica de suelos la exactitud de los
resultados calculados nunca exede al de una
estimación cruda, y la función principal de la
teoría consiste en el enseñar de que y como
observar en el campo.”

Karl Terzaghi, 1936


Velemos por que se cumplan las normas.
De nosotros depende que esto no ocurra nuevamente



Muchas gracias

Manuel A. Olcese Franzero
Profesor Principal PUCP
Ing. Civil CIP M ASCE
molcese@pucp.edu.pe



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