ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS

CONJUNTO HABITACIONAL

Municipio de Perote, Ver.

Informe preparado para:

DEL ESTADO DE VERACRUZ

Marzo de 2012

Contenido.

1.- Introducción.

2.- Objetivos del estudio.

3.- Características de la zona en estudio

3.1. Ubicación

3.2. Hidrografía

3.3. Clima

3.4. Topografía

3.5 Geología

4.- Programa de exploración

4.1. Procedimiento de exploración

4.2. Ensayes de laboratorio

4.3. Estratigrafía.

5.- Análisis de Capacidad de carga.

5.1. Estimación de los parámetros de resistencia de suelo

5.2. Capacidad de carga

5.2.1 Análisis de capacidad de carga.

6.- Conclusiones y recomendaciones.

7.- Anexo

* Memoria fotográfica

1.- Introducción.

La realización de un estudio de mecánica de suelos, motivo por el cual se solicito

a este despacho de ingeniería a llevar a cabo un estudio que ayude a definir el

diseño geotécnico de la cimentación.

Para tal efecto, es necesario llevar a cabo un proyecto ejecutivo en cuyos

alcances contempla la descripción de los trabajos de campo así como de los

ensayes de laboratorio que se llevaran a cabo para definir la estratigrafía obtenida

en exploración de campo como también la capacidad de carga del terreno en

estudio, con el fin de definir la cimentación adecuada que se utilizara en la

construcción del conjunto habitacional Pinahuizapan en el municipio de Perote

Veracruz.

2. - Objetivos del Estudio

a. Llevar a cabo la exploración y muestreo del subsuelo en los sitios

previamente ubicados.

b. Determinar a partir de los ensayes de laboratorio la estratigrafía del

sitio en estudio.

c. Determinar la capacidad de carga admisible del terreno así como la

profundidad de desplante.

d. Dar recomendaciones pertinentes para el tipo de cimentación a

utilizar.

3.- Características de la zona en estudio

3.1. Ubicación

Se encuentra ubicado en las coordenadas 19° 34” latitud norte y 97° 15” longitud oeste, a una altura de 2,400 metros sobre el nivel del mar. Limita al norte con Altotonga, Villa Aldama, Jalacingo, Las Vigas de Ramírez; al este con Acajete y Tlalnelhuayocan; al sureste con Xico; al sur con Ayahualulco, al oeste con el Estado de Puebla.

Su distancia aproximada al oeste de la capital del Estado por carretera es de 50 Km.

Figura 3.1.Ubicación del municipio de Perote, Ver.

Figura 3.1.1.Ubicación del municipio de Perote, Ver.

Figura 3.1.2.Ubicación de la zona en estudio, (ubicación de PCA´S.).

Tabla 3.1.3Cuadro de construcción de la zona en estudio.

ZONA EN ESTUDIO

PCA-1

PCA-2

NORTE

A

D

C

B

Figura 3.1.4 Ubicación de pozos a cielo abierto.

3.2. Hidrografía

Su hidrografía es muy importante puesto que en el Cofre de Perote se forman

tres vertientes, las de los ríos Huitzilapan y Nautla, debido a los numerosos

arroyos; existen arroyos de corto caudal, como son el Cocozatla, Tinimil,

Aninilla, Obispo y el Venero de Pinaguztepec; en otros destacan el Tilapa,

Tecajete, Carnestolenda, Tonaco y Negra.

3.3. Clima

Su clima es frío-seco-regular con una temperatura promedio de 12° C; su precipitación pluvial media anual es de 493.6 mm.

3.4 Topografía

La zona en estudio se encuentra localizada en una planicie.

3.5 Geología

El estado ha quedado comprendido dentro de siete provincias geológicas, que

son: Llanura Costera del Golfo Norte, Sierra Madre Oriental, Eje Neo volcánico,

Sierra Madre del Sur, Cordillera Centroamericana y Sierras de Chiapas y

Guatemala; cada una de ellas con características litológicas, estructurales y

geomorfológicas propias y definidas.

Provincia Sierra Madre Oriental

Comprende parte de la zona occidental del estado. Está constituida por una

cadena montañosa plegada. La forman potentes espesores de rocas

sedimentarias, tanto marinas como continentales.

Estratigrafía

Las rocas más antiguas de la provincia, dentro de Veracruz, están representadas

por lutitas y areniscas del Pérmico. También hay rocas representativas del

Triásico, Jurásico Inferior, Cretácico Inferior, Cretácico Superior y del Mesozoico.

Figura 3.5. Mapa de Geología del estado de Veracruz

4.- Programa de exploración.

4.1. Procedimiento de exploración.

En lo que se refiere a los trabajos de campo, se llevo a cabo la exploración del

sitio en estudio mediante la exploración de 2 (dos) pozos a cielo abierto

denominados (PCA-1 y PCA-2), los cuales se ubicaron dentro del área donde se

construirán las viviendas.

En la siguiente tabla, se muestra la descripción de donde se llevaron a cabo los

sondeos, así como la profundidad de exploración, nivel de aguas freáticas y

coordenadas geográficas de cada sondeo, (medidas mediante GPS marca

Garmin).

Pozo a cielo abierto

Profundidad (m) Coordenadas tomadas con GPS

PCA - 01 1.70 N 19° 33´ 51.33” W 97° 15´ 1.54”

PCA - 02 1.80 N 19° 33´ 50.35” W 97° 15´ 0.59”

Tabla 4.1. Localización y profundidades de pozos a cielo abierto

La excavación de los pozos a cielo abierto se hicieron por medios manuales, hasta

alcanzar profundidades de 1.70 y 1.80 m respectivamente; en lo que se refiere a la

toma de muestras, se llevo a cabo con el labrado de muestras inalteradas así

como de muestras alteradas para su posterior análisis en el laboratorio con el fin

de determinar sus propiedades físicas y mecánicas.

4.2. Ensayes de laboratorio

De acuerdo a las características de los materiales obtenidos durante el proceso de exploración, se llevaron a cabo los siguientes ensayes de acuerdo a la normatividad de la ASTM:

Clasificación visual y al tacto (ASTM-D2488)

Tipo de suelo con respecto al sistema unificado de clasificación de suelos,

SUCS

Pesos volumétricos Suelto y Compacto

Peso volumétrico máximo

Contenido de agua natural (ASTM-D2216)

Limites de plasticidad de Atterberg (ASTM-D4318)

Composición granulométrica (ASTM-D422)

4.2.1 Contenido de agua natural

La determinación del contenido de agua se llevo a cabo de acuerdo a lo indicado en la norma (ASTM-D2216).

PROYECTO: CONJUNTO HABITACIONAL SONDEO: PEROTEUBICACION: LOCALIDAD LA FLORIDA, MUNICIPIO DE SOTEAPAN, VER. FECHA

PESO CAPSULA + PESO CAPSULA + PESO PESO PESO DE CONTENIDO

MUESTRA CAPSULA SUELO HUMEDO SUELO SECO AGUA CAPSULA SUELO DE AGUANo. No. (g) (g) (g) (g) SECO (g) %

CAPA A 24 313.65 304.15 9.50 113.65 190.50 4.99

CAPA B 100 330.43 307.93 22.50 130.43 177.50 12.68

CAPA B 21M 302.00 275.20 26.80 102.00 173.20 15.47

CAPA A 99 315.78 284.18 31.60 115.78 168.40 18.76

CAPA B 80T 332.00 307.80 24.20 132.00 175.80 13.77

1

2

PCA

DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO NATURAL DE AGUA

MARZO DE 2012

Tabla 4.2.1 Contenido natural de agua.

4.2.2. Limites de plasticidad

La determinación de los límites de plasticidad se llevo a cabo de acuerdo a la normativa (ASTM-D4318) el cual consiste en caracterizar el comportamiento o el estado de consistencia de suelos finos arcillosos que pasan la malla No. 40. El cual se muestran en la carta de plasticidad mostrada en la tabla 4.2.2

CARTA DE PLASTICIDAD CONJUNTO HABITACIONAL

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

45.00

50.00

55.00

60.00

0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00

INDI

CE P

LAST

ICO

(%

)

LIMITE LIQUIDO (%)

PINAHUIZAP

CL

OH ó MH

OL ó MLML

CH

LINEA "B"

Tabla4.2.2. Carta de plasticidad de ensayes realizados a muestras obtenidas,

en pozos a cielo abierto.

4.2.3. Composición granulométrica

La determinación de la composición granulométrica de las muestras obtenidas, se lleva a cabo de acuerdo a lo indicado en la norma (ASTM-D422), la cual consiste en determinar los tamaños de partículas que conforman la muestra considerando los tamices que se muestran en la tabla 1.

PROYECTO: CONJUNTO HABITACIONAL PINAHUIZAPAN FECHA: MARZO DE 2012UBICACION: LOCALIDAD PEROTE, MUNICIPIO DE PEROTE, VER.

PROFUNDIDAD G S F(M) (%) (%) (%)

A 0.00 A 0.25 M-1 33 49 18

B 0.25 A 1.70 M-2 13 50 37

A 0.00 A 0.40 M-3 3 65 32

B 0.40 A 1.80 M-4 59 39 2PORCENTAJE DE GRAVAS (G) PORCENTAJE DE ARENAS (S) PORCENTAJE DE FINOS (F)

PCA CAPA MUESTRAS

1

2

Tabla 4.2.3. Granulometría simplificada en muestras obtenidas de los pozos a cielo abierto.

4.3. Estratigrafía

Con la información derivada del trabajo de campo y de los ensayes de laboratorio,

se llevo a cabo la clasificación del subsuelo de acuerdo al Sistema Unificado de

Clasificación de Suelos (SUCS), teniendo como resultado la siguiente estratigrafía.

(Ver Figuras 4.3.1. y 4.3.2.).

En la zona donde se llevo a cabo el pozo a cielo abierto uno (PCA-1), de manera

superficial se encuentra una capa de arena limosa de baja plasticidad (SM) de

color café con presencia de gravas, tiene un espesor de 0.25 metros y un

contenido de humedad (w) de 4.99 %. Enseguida se encuentra un estrato

formado por una arena limosa de baja plasticidad (SM), de color café con escasas

presencia de, tiene un espesor de 1.45 metros con contenido de humedad (w) de

12.68 % de compacidad relativa media.

En lo que se refiere al pozo a cielo abierto dos (PCA-2), superficialmente se

encuentra un estrato formado por una arena limosa de baja plasticidad (SM) de

color café oscuro con presencia de gravas, con un espesor de 0.70 metros y un

contenido de humedad (w) de 11.92 %. Enseguida se encuentra un estrato

formado por una arena limosa de baja plasticidad (SM) de color café claro con un

espesor de 1.10 metros, tiene un contenido de humedad (w) de 10.99 % y una

compacidad relativa media.

PROYECTO: CONJUNTO HABITACIONAL PINAHUIZAPAN SONDEO: PCA-1 FECHA: MARZO DE 2011UNICACION:MUNICIPIOPIO DE PEROTE, EN EL ESTADO DE VERACRUZ. UBICACIÓN: NAF: NO SE ENCONTRO

PROFUNDIDAD ω G S F L.L L.P I.P (γ)humedo (γ)seco

(M) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) Kg/m3 Kg/m3

0.00M-1 4.99 33 49 18 21.4 18.39 3.01

0.250.25

M-2 12.68 13 49 38 24.1 20.73 3.33 1485 1288

1.70

Peso Vol . Seco Suelto(PVSS) Peso volumétrico natura l humedo. (γ)

Peso Vol . Seco Suelto(PVSC) Peso volumétrico natura l seco.(γ)

(Ss) Peso Vol. Seco Maximo.(PVSM)

CAPA MUESTRA

A

B

N: 19° 33´ 44.11" W: 97° 15´11.16"

Sistema unificado de clasificación de suelos (SUCS)

PERFIL DESCRIPCIONSs

Índice plástico (I.P)

Dens idad de sól idos (Ss )

S.U.C.S

SMArena l imosa de baja plas ticidad de

color café claro con presencia de gravas T.M.N. 1"

SMArena l imosa de baja plas ticidad de color café semiobscuro con presencia

escaza de gravas T.M.N. 1"

Porcenta je de arena(S) Límite Plastico(L.P)

SIMBOLOGIAContenido de agua (w) Porcenta je de fi nos (F)

Porcenta je de grava (G) Límite Liquido (L.L)

Figura 4.3.1. Pozo a Cielo Abierto Uno.

PROYECTO: CONJUNTO HABITACIONAL PINAHUIZAPAN SONDEO: PCA-2 FECHA: MARZO DE 2011UNICACION:MUNICIPIOPIO DE PEROTE, EN EL ESTADO DE VERACRUZ. UBICACIÓN: NAF: NO SE ENCONTRO

PROFUNDIDAD ω G S F L.L L.P I.P (γ)humedo (γ)seco

(M) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) Kg/m3 Kg/m3

0.00M-7 11.92 3 65 32 24.7 18.69 6

0.700.70

M-8 10.99 59 38 3 20.52 20 0.52 1466 1276

1.80

Peso Vol . Seco Suelto(PVSS) Peso volumétrico natura l humedo. (γ)

Peso Vol . Seco Suelto(PVSC) Peso volumétrico natura l seco.(γ)

(Ss) Peso Vol. Seco Maximo.(PVSM)

CAPA MUESTRA Ss S.U.C.S PERFIL

N: 19° 33´ 43.39" W: 97° 15´10.44"

DESCRIPCION

A SMArena l imosa de baja plas ticidad de color café obscuro con presencia de

gravas T.M.N. 3/4"

B GP

Grava mal graduada con presencia de arenas de grano medio a fi no y l imos

de baja plasticidad de color café claro con tonal idad gris .

SIMBOLOGIAContenido de agua (w) Porcenta je de fi nos (F) Índice plástico (I.P)

Porcenta je de grava (G) Límite Liquido (L.L) Sistema unificado de clasificación de suelos (SUCS)

Porcenta je de arena(S) Límite Plastico(L.P) Dens idad de sól idos (Ss )

Figura 4.3.2. Pozo a Cielo Abierto Dos.

5.- Análisis de Capacidad de carga.

5.1. Estimación de los parámetros de resistencia del suelo

Debido a las características de los materiales identificados en la zona de estudio,

no es posible llevar a cabo ensayes que midan directamente los parámetros de

resistencia del material, como es el caso de ensayes de compresión simple o

ensayes triaxiales, por lo que considerando que el subsuelo está formado por

suelos granulares se procede a determinar en este caso particular el ángulo de

fricción interna del material a partir de la compacidad relativa.

Los ensayes de compacidad relativa se practicaron relacionando los pesos

volumétricos naturales, pesos volumétricos secos sueltos y volumétricos secos

máximos manteniendo la humedad natural sobre muestras alteradas.

Para obtener la compacidad relativa se ha hecho uso de la siguiente ecuación:

Cr=( γ nat−γ mínγmáx−γ mín )( γ máxγ nat )Donde:

Cr = Compacidad relativad nat = Peso volumétrico seco en estado naturald min = Peso volumétrico seco mínimod max = Peso volumétrico seco máximo

De los ensayes de campo y de laboratorio se han obtenido los siguientes pesos

volumétricos con los cuales se calculó la Compacidad Relativa.

CAPA PROF.PESOS VOLUMETRICOS SECOS (kg(/m3) COMPASIDAD

RELATIVA(%)MAXIMO MINIMO NATURAL

A 0.00-0.70 1634 1091 1288 46

B 0.70-1.80 1600 1091 1276 46

Tabla 5.1. Compacidad relativa del terreno de desplante

Con la compacidad obtenida para el suelo donde se desplantara la loza de

cimentación se puede ver en la tabla 5.1.2, que la arena limosa presenta una

compacidad relativa media.

Compacidad relativa (%) Compacidad relativa

0 - 15 Muy suelta

16 - 35 Suelta

36 - 65 Media

66 - 85 Densa

86 - 100 Muy denso

Tabla 5.1.2. Estados de compacidad relativa en arenas y gravas.

A continuación se presenta la gráfica de correlación para obtener el ángulo de

fricción interna en función de la compacidad relativa (ø) (Ref. Juárez Badillo y Rico

R.A.), y la ecuación propuesta por Meyerhof para suelos granulares que contienen

más del 5% de finos.

mediana compacta muy compacta

sueltamuy suelta

COMPACIDAD RELATIVAN número de

golpes pa

ra 30 cm

de penetra

ción

(prueba de penetració

n estándar)

Ángulo de fricción interna Ø

(1) Relación de arenas de grano anguloso o redondeado de mediano a grueso

(2) Relación para arenas finas y para arenas limosas

mediana compacta muy compacta

sueltamuy suelta

COMPACIDAD RELATIVAN número de

golpes pa

ra 30 cm

de pene

tració

n(prueba de penetració

n estándar)

Ángulo de fricción interna Ø

(1) Relación de arenas de grano anguloso o redondeado de mediano a grueso

(2) Relación para arenas finas y para arenas limosas

Cr = 82%

De la grafica anterior, se obtiene para una compacidad relativa de 46%, un ángulo

de fricción interna =32°.

Cr=46 %

De acuerdo con los resultados obtenidos en el párrafo anterior, tenemos los

siguientes parámetros de resistencia del terreno de desplante:

Tabla 5.1.3 Compacidad relativa del terreno de desplante

5.2. Capacidad de carga

La capacidad de carga del suelo se hará considerando una losa, como elemento

de cimentación transmitiendo la carga al suelo. De acuerdo al criterio de Terzaghi

para suelos cohesivos–friccionantes o friccionantes, se tendrá el uso de la

siguiente expresión:

q c= (cNc +γDfN

q+12γBNγ)

Donde:

qc = Capacidad de carga ultima ton/m2

c = Cohesión del suelo en ton/m2

γ = Peso volumétrico del suelo en ton/m3

B = Ancho de la zapata cuadrada, o dimensión menor de la zapata rectangular, en metros

Nq, Nc, Nγ = Coeficientes de capacidad de carga en la aplicación de la teoría de Terzaghi en función del ángulo de fricción interna.

Df = Profundidad de desplante de la cimentación en metros.

SITIO ESTRATOANG. FRICCION

PESO VOL NAT. kg/m³

SONDEO 1 0.00-0.70 32° 1288

5.2.1. Análisis de capacidad de carga

Para definir la capacidad de carga admisible del terreno de cimentación, se

considera el caso de una cimentación a base de una losa desplantada en la

superficie. En este sentido, el análisis se realizó considerando una losa de 5.0

metros de ancho; con base en estas características, y a partir de las propiedades

físicas y mecánicas definidas en los puntos anteriores del presente informe, se

realizó el análisis para determinar la capacidad de carga del terreno de desplante

haciendo uso de la teoría del Dr. Terzaghi, con el criterio de falla local para el caso

de suelos friccionantes:

(q )adm=γD f N q+0.5 γ BN γ

f . s .Donde; Df es el valor de sobrecarga que se considera actuante al nivel de desplante y que depende de la profundidad de desplante (Df) y del peso volumétrico del material, ; Nq, N son factores de capacidad de carga y dependen del ángulo de fricción interna () del suelo.

Con las consideraciones anteriores, los factores N’c, N’q y N’ son los siguientes:

Con = 32°:Nc = 44Nq = 30N = 22

Aplicando los datos anteriores a la ecuación mencionada en el párrafo anterior,

tenemos una capacidad de carga admisible del suelo de 23.6 ton/m2, este valor es

muy alto considerando las descargas que se tendrán de acuerdo al tipo de

vivienda, por lo que se recomienda utilizar para fines de cálculo una capacidad de

carga admisible de 15 ton/m2.

TIPO DE CIMENTACIÓN

ROPUESTA

PARÁMETROS MECÁNICOS

OBTENIDOS DE PRUEBAS DE:

FACTOR DE SEGURIDAD (FS)

PROFUNDIDAD DE DESPLANTE (Df)

(m

CAPACIDAD DE CARGA

( ton/m2)

Losa de cimentación

Compacidad Relativa

3 0.00 15

Tabla 5.2.1.1 datos a considerar en análisis de capacidad de carga.

6.- Conclusiones y recomendaciones.

1) De manera general, la estratigrafía del lugar está formada por

estratos de arena limosa de baja plasticidad de compacidad

media a firme con un espesor que varía de 0.20 a 0.30 metros,

enseguida se encuentran estratos de arena limosa de baja

plasticidad con presencia de gravas de tamaño máximo nominal

de ¾ plg hasta la profundidad máxima explorada.

2) Debido a las características geotécnicas del lugar y de los

depósitos encontrados, se plantea la alternativa de utilizar una

losa de cimentación como elemento de cimentación desplante de

las viviendas.

3) Para llevar a cabo el desplante de la cimentación, se recomienda

retirar la capa vegetal que se encuentra superficialmente y se

compactara la plataforma al 90% de su PVSM medido en el

ensaye AASHTO estándar.

4) La capacidad de carga admisible que se recomienda se utilice

para llevar a cabo los cálculos de las viviendas es de 15 Ton/m2.

Sin más por el momento, me reitero a su disposición para

cualquier aclaración.