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1 PROYECTO FINAL

1

ACTIVIDAD COMPLEMENTARIA DOS

DISEÑO DE UNA CIMENTACION SUPERFICIAL

PROYECTO FINAL

UNIDADES TRES Y CUATRO

ARISTIZABAL GONZALEZ FRANCY ELENA 7301104

CALDERON SILVA HECTOR FERNANDO 7300435

CONTRERAS BEDOYA CARINA MAYERLY 7300805

NIÑO SANTOS JAIRO ESTEBAN 7301436

SEMESTRE VI

UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA

FAEDIS – PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL

FUNDACIONES

BOGOTA

2014

FUNDACIONES | UMNG

2 PROYECTO FINAL

2

ACTIVIDAD COMPLEMENTARIA UNO

PLAN EXPLORATORIO

UNIDADES UNO Y DOS

ARISTIZABAL GONZALEZ FRANCY ELENA 7301104

CALDERON SILVA HECTOR FERNANDO 7300435 A

CONTRERAS BEDOYA CARINA MAYERLY 7300805

NIÑO SANTOS JAIRO ESTEBAN 7301436

Trabajo para:

Implementar las teorías de capacidad portante, a través del desarrollo

del diseño de una cimentación para un caso práctico con el

procesamiento de un estudio de suelos.

ING. SANDRA ELODIA OSPINA LOZANO

Docente en el Área de Fundaciones

UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA

FAEDIS – PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL

FUNDACIONES

SEMETRE VI

BOGOTA

2014

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3 PROYECTO FINAL

3

TALLER 2

Diseño de una cimentación superficial

Objetivo

Implementar las teorías de capacidad portante, a través del desarrollo

del diseño de una cimentación para un caso práctico con el

procesamiento de un estudio de suelos.

Indicaciones

En el documento "indicaciones" encontrarán los parámetros que se

requieren para presentar su trabajo, que puede desarrollar en grupos y

de acuerdo con todas las recomendaciones dadas en el documento

"Aclaraciones" en la pestaña presentación.

La información a procesar está consignada en un archivo en Excel con

los perfiles estratigráficos, así:

S1, S2, y consolidación. (Dar click en cada uno para descargar los 3

archivos).

INDICACIONES

Ustedes van a encontrar la información que se logró de un trabajo de

exploración y de laboratorio.

Deberán diseñar la cimentación para la misma estructura para la cual

planificaron la exploración en la misma área y van a suponer que el

edificio se va a soportar sobre 12 columnas, a cada una de ellas llegará

una carga neta de 112 ton.

No hay planos estructurales. Esta distribución de columnas genera

zapatas centradas, medianeras y esquineras.

El diseño de la cimentación debe ir acompañado del soporte de todos

los procesos de síntesis, suposiciones y análisis que hagan para definir el

perfil estratigráfico representativo utilizado para su diseño.

El documento de entrega deberá contener al menos lo presentado en

la tabla de contenido presentada a continuación.

Está sombreado en azul la información que les suministro y en amarillo lo

que ustedes deben realizar y entregar. Si algún ítem requiere de

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4 PROYECTO FINAL

4

cálculos deben entregar las memorias de cálculo para verificar sus

recomendaciones.

Los ítems que están en verde, se entregarán en el taller 3 (podrían irlos

adelantando)

TABLA DE CONTENIDO

1. GENERALIDADES

1.1. INTRODUCCIÓN

2. PLAN EXPLORATORIO

2.1. LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO

2.2. EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO 2.3. ENSAYOS DE LABORATORIO E INTERPRETACIÓN DE

RESULTADOS 3. ANALISIS DE RESULTADOS

3.1. ESTRATIGRAFÍA

3.2. NIVEL FREÁTICO 3.3. CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA 4. CLASIFICACIÓN SÍSMICA DEL SUELO

5. CAPACIDAD PORTANTE

6. ASENTAMIENTOS

7. ALCANCE O LIMITACIONES 8. RECOMENDACIONES DE EXCAVACIÓN 9. COMENTARIOS Y RECOMENDACIONES

ANEXOS

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5 PROYECTO FINAL

5

PROYECTO FINAL

1. GENERALIDADES

1.1 INTRODUCCIÓN

Las cimentaciones superficiales para tener un buen comportamiento se

caracteriza por:

1. La cimentación debe ser segura contra la falla por corte general

del suelo que la soporta.

2. La cimentación no debe experimentar un desplazamiento

excesivo.

2. PLAN EXPLORATORIO

En el plan exploratorio planteamos el diseño de una cimentación de

una estructura, para un edificio de 6 pisos, con un área aproximada de

650 m2, de uso residencial con dos sótanos. Realizamos 4 sondeos con

unas profundidades de 6 y 22 Metros, rigiéndonos en la NSR-10 Tabla H3

1-1, donde se clasifico el proyecto en la Categoría Media.

Las muestras fueron extraídas con el equipo SPT, siendo enviadas al

laboratorio, de acuerdo con los resultados se procede a la segunda

parte de este trabajo.

2.1 LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO

El proyecto se encuentra ubicado en la ciudad de Bogotá D.C.,

Cundinamarca en la Carrera 50 106 – 72 Barrio Pasadena.

2.2 EXPLORACIÓN DEL SUBSUELO

Se realizaron ensayos de compresión inconfinada en muestras de suelos,

análisis granulométricos y limites de consistencia. Donde se encontró

material como Arcilla de baja compresibilidad con rastros de arena,

café clara con vetas de oxidación, humedad media.

2.3 ENSAYOS DE LABORATORIO E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

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6 PROYECTO FINAL

6

3. ANALISIS DE RESULTADOS

3.1 ESTRATIGRAFÍA

De acuerdo con las características del proyecto y el perfil estratigráfico

se analizaron dos alternativas de fundación para el edificio, una

combinada placa-pilotes y otra únicamente con columnas y zapatas,

que repartirá uniformemente las cargas al suelo de apoyo.

Las dos alternativas son validas técnicamente y se presentan para que

se analicen económica y constructivamente y se escoja la que resulte

más conveniente para el proyecto.

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7 PROYECTO FINAL

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8 PROYECTO FINAL

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9 PROYECTO FINAL

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10 PROYECTO FINAL

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3.2 NIVEL FREÁTICO

Al realizar los sondeos pudimos observar que el nivel freático de nuestro

sitio de trabajo está a una profundidad de 0.20 m por debajo del

terreno natural, lo cual nos hace tener un especial cuidado en el

momento de la excavación.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Mediante la realización del proyecto nos dimos cuenta que el

edificio es de categoría media que pertenece al lacustre 200 el

cual es un suelo muy blando.

La conformación del suelo está dado por arcillas limosas muy

blandas además es un suelo de muy baja a media capacidad

portante y muy compresible.

Teniendo en cuenta que es un suelo muy compresible se debe

prever que suelen presentar resistencias bajas y asentamientos a

corto plazo.

3.3 CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA

Encontramos un suelo arcilloso algo arenoso, de color café clara y con

una humedad media.

F200= por ciento que pasa la malla No. 200, expresado como un

numero entero.

LL= Limite liquido

PI= Índice de plasticidad

C= Arcilla

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11 PROYECTO FINAL

11

FORMULA:

PI = LL – LP

Índice de Plasticidad =Limite liquido – Limite Plástico

Sistemas de Clasificación de Suelos

SISTEMA AASHTO

SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICAION DE SUELOS

4. CLASIFICACIÓN SÍSMICA DEL SUELO

ZONAS DE AMENAZA SISMICA Y MOVIMIENTOS SISMICOS DE DISEÑO

Movimientos sísmicos de diseño

Los movimientos sísmicos de diseño se definen en función de la

aceleración pico efectiva, representada por el parámetro Aa y de

la velocidad pico efectiva representada por Av, para una probabilidad

del10% de ser excedidos en un lapso de cincuenta años. Los

coeficientes Aa y Av se determinan según la región donde se ubica el

terreno de estudio, según los valores definidos en la norma NSR-10

tenemos:

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12 PROYECTO FINAL

12

Los valores de Aa y Av se obtiene de la siguiente tabla, en función de

numero de la región y.

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13 PROYECTO FINAL

13

Coeficientes de Diseño.

El terreno proyectado se encuentra ubicado en la zona Lacustre 200,

según el mapa de Microzonificación Sísmica de Bogotá, para el diseño

de los efectos locales se utilizaran los coeficientes de diseño definido

por el Decreto 523 del 16 de diciembre de 2010 en la tabla 3, donde :

Nomenclatura:

Aa = Coeficiente de aceleración horizontal pico efectiva par.

Av = Coeficiente de velocidad horizontal pico efectiva para

diseño.

Fa = Coeficiente de amplificación que afecta la aceleración en

la zona de periodos cortos, debida a los efectos de sitio,

adimensional.

Fv = Coeficiente de amplificación que afecta la aceleración en

la zona de periodos intermedios, debida a los efectos de sitio,

adimensional.

Tc = Periodo de vibración, correspondiente a la transición

entre la zona de aceleración constante del espectro de diseño,

para periodos cortos, y la parte descendiente del mismo.

Tl = Periodo de vibración, correspondiente al inicio de la zona de

desplazamiento aproximadamente constante del espectro de

diseño, para periodos largos.

Coeficientes de Importancia.

Partiendo que el proyecto a diseñar pertenece al grupo de uso

I(estructuras de ocupación norma), se obtiene que el coeficiente

de importancia de nuestro edificio es 1,0, según la tabla.

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14 PROYECTO FINAL

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Tabla A,2,5-1 Valores del coeficiente de

importancia, I

Grupo de Uso Coeficiente de Importancia, I

IV 1,50

III 1,25

II 1,10

I 1,00

Espectro de Diseño.

Para el caso de nuestro proyecto se trabaja el espectro de

aceleraciones frecuentemente utilizado.

En la siguiente figura se tiene la forma del espectro elástico de

aceleraciones (Sa) expresada como fracción de la gravedad, para

un coeficiente de 5% del amortiguamiento crítico, que se debe utilizar

en el diseño y se define por medio de la ecuación y limitaciones

dadas a continuación:

5. CAPACIDAD PORTANTE

De acuerdo al Capitulo H.4 CIMENTACIONES de la NSR-10

H.4.1 — GENERALIDADES

Toda edificación debe soportarse sobre el terreno en forma adecuada

para sus fines de diseño, construcción y funcionamiento. En ningún caso

puede apoyarse sobe la capa vegetal, rellenos sueltos, materiales

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15 PROYECTO FINAL

15

degradables o inestables, susceptibles de erosión, socavación, licuación

o arrastre por aguas subterráneas. La cimentación se debe colocar

sobre materiales que presenten propiedades mecánicas adecuadas en

términos de resistencia y rigidez, o sobre rellenos artificiales, que no

incluyan materiales degradables, debidamente compactados.

En el diseño de toda cimentación se deben considerar tanto los estados

límite de falla, del suelo de soporte y de los elementos estructurales de la

cimentación, como los estados límites de servicio. Los edificios se deben

diseñar empotrados en su base para que los esfuerzos se transmitan en

forma adecuada a la cimentación En los cálculos se tendrá en cuenta

la interacción entre los diferentes elementos de la cimentación de la

estructura y de las edificaciones vecinas, como analizar si hay

superposición de bulbos de carga, los efectos de los sótanos, las

excentricidades de los centros de gravedad y de cargas que en

conjunto se ocasionan.

Los parámetros de diseño deben justificarse plenamente, con base en

resultados provenientes de ensayos de campo y laboratorio.

H.4.7.1 — CAPACIDAD PORTANTE DE CIMIENTOS SUPERFICIALES Y

CAPACIDAD PORTANTE DE PUNTA DE CIMENTACIONES PROFUNDAS

Para estos casos se aconsejan los siguientes valores:

Tabla H.4.7-1

Factores de Seguridad Indirectos FSICP Mínimo

Condición

FSICP

Mínimo

s

Diseño

Carga Muerta + Carga Viva Normal 3,0

Carga Muerta + Carga Viva Máximal 2,5

Carga Muerta + Carga Viva Normal + Sismo de Diseño Seudo

estático 1,5

En todo caso se deberá demostrar que los valores de FSB directos

equivalentes no son inferiores a los de la Tabla H.2.4-1

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16 PROYECTO FINAL

16

MEMORIAS DE CÁLCULO – CAPACIDAD DE SOPORTE Y ASENTAMIENTOS

EDIFICIO PASADENA CARRERA 50 No. 106 78

ALTERNATIVA COLUMNAS Y ZAPATAS

Esta alternativa contempla un sistema de fundación conformado por

una placa que repartirá uniformemente las cargas al suelo de apoyo.

La placa será de tipo macizo con vigas descolgadas

1. CALCULO DE LA CAPACIDAD DE SOPORTE

Los resultados obtenidos en los análisis de esta memoria, son aplicables

para suelo natural, con los ensayos d resistencia realizada en campo y

en el laboratorio, a las profundidades a las que quedara apoyada la

placa, se tiene un valor promedio de:

Cu = 5.0 Ton/m^2

Tenemos:

C: Resistencia al corte no drenada

Nc: Factor de capacidad de carga= 5.7 Para cimentaciones

superficiales

FS: Factor de seguridad = 3.0

qadm: Capacidad de soporte neta del terreno

Obtenemos:

qadm = 1.0 Kg/cm^2 = 10.0 Ton/m^2

2. CALCULO DE ASENTAMIENTOS PLACA

Para establecer el peso máximo del edificio transmitido al suelo de

cimentación, se calcularon los asentamientos por consolidación y tal

como se demostrara más adelante, la capacidad de soporte no

gobierna la cimentación, ya que la resistencia al corte del suelo natural

podría permitir esfuerzos transmitidos al suelo de apoyo superiores a 7.0

T/m^2

Carga aplicada: 7.0 Ton/m^2

Perfil estratigráfico

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17 PROYECTO FINAL

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Profundidad (m)

H(m) y

(ton/m^3) Cr/(1+e0)

0,0 - 3,0 3 1,5 0

3,0 - 10,0 7 0,4 0,036

H(m) altura de la capa

y (ton/m^3) Peso unitario del suelo en la capa

Cr/(1+e0) Coeficiente de compresibilidad de la capa

P(cm) : Asentamiento por capa

(Ton/m^2) : Esfuerzo vertical efectivo inicial en la mitad de la

carga.

(Ton/m^2): Incremento en el esfuerzo vertical debido a la

sobrecarga.

Por lo tanto los esfuerzos verticales, incrementos de esfuerzos y

asentamientos en cada capa evaluados baja la placa son:

Profundidad p

(m) (Ton/m^2) (Ton/m^2) (cm)

3,0 – 10,0 5,9 5,29 6,94

Asentamiento total = 6,94 cm

3. CALCULO DE LA CAPACIDAD DE SOPORTE CON FSBM

Con los ensayos de campo realizados en el terreno y con los resultados

de los ensayos de laboratorio, a las profundidades a las que quedaran

apoyadas las zapatas se tiene un valor promedio de:

CU= 5.0 Ton/m^2

Por lo tanto,

Cu / FSBM = 3.3 Ton/m^2

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18 PROYECTO FINAL

18

Tenemos;

qadm = C * Nc /FS

C= Resistencia al corte no drenada

Nc: Factor de capacidad de carga = 5.37 Para cimentaciones

superficiales.

qadm= Capacidad de soporte neta del terreno

Obtenemos;

qadm= 1.90 Kg/cm^2 = 19.0 Ton/m^2

Se efectuó una revisión de la capacidad de soporte dl suelo donde se

apoyara la placa utilizando el factor de seguridad básico mínimo

directo que para la condición de carga viva mas carga muerta es de

1.5, según la Tabla H.2.4-1 de la Norma NSR-10. Este factor de seguridad

se utilizo para calcular el valor reducido de la resistencia al corte no

drenado del estrato de apoyo, que corresponde a un suelo cohesivo. Si

se castiga o se reduce la resistencia al corte, básicamente se está

disminuyendo el valor encontrado en el diseño en función de los

ensayos de campo y por lo tanto la cohesión no drenada para este

análisis resulta en un valor de 3.3 T/m^2. Al calcular la capacidad de

soporte con esta reducción en la resistencia del estrato de apoyo

resulta en un valor de 19.0T/m^2, valor superior a la capacidad

admisible calculada con un factor de seguridad a la falla de 3, por lo

tanto, se confirma la capacidad de soporte del estudio de suelos.

6. ASENTAMIENTOS

7. ALCANCE O LIMITACIONES

8. RECOMENDACIONES DE EXCAVACIÓN

9. COMENTARIOS Y RECOMENDACIONES

ANEXOS

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19 PROYECTO FINAL

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BIBLIOGRAFIA

PRINCIPIOS DE INGENIERIA DE CIMENTACIONES Braja. M Das.

Quinta Edición. Editorial THOMSON

Material de Estudio UMNG