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ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACIÓN:
Edificio Multifamiliar Arica
Solicitante: EDIFICACIONES INMOBILIARIAS S A C Ubicación
:
Distrito Prov y Dpto
: :
Calle Arica N° 760 Urbanización Maranga 1ra Etapa San Miguel Lima Agosto 2018
DECLARACION JURADA DE HABILIDAD (Ley Nº 29566)
Yo, Jorge Luis Lulimachi Castañeda Castañeda identificado con DNI N° 08622297, de profesión INGENIERO CIVIL, con colegiatura CIP N° 048730 en pleno ejercicio de mis Derechos Ciudadanos y de conformidad con lo Dispuesto en la Ley Nº 29566, Ley que modifica diversas disposiciones con el objeto de mejorar el clima de inversión y facilitar el cumplimiento de obligaciones tributarias.
DECLARO BAJO JURAMENTO: que me encuentro hábil en el Colegio de Ingenieros del Perú. Realizo la presente Declaración Jurada manifestando que la información proporcionada es verdadera y autorizo la verificación de lo declarado. En caso de falsedad declaro haber incurrido en el delito Contra la Fe Pública, falsificación de Documentos (Artículo 427º del Código Penal, en concordancia con el Articulo IV Inciso 1.7), “Principio de Presunción de Veracidad” del Título Preliminar de la Ley de Procedimientos Administrativo General, Ley Nº 27444. Asimismo, manifestar que, he elaborado el Estudio de Mecánica de Suelos con Fines de Cimentación del Proyecto: Edificio Multifamiliar “Arica Arica”, ”, ubicado en la Calle Arica N° 760 – Urb. Maranga 1ra. Etapa, en el Distrito de San Miguel – – Provincia y Departamento de Lima. En señal de conformidad firmo el presente documento. Lima, 01 de Agosto del 2018
__________________ __________________ ING. Jorge Luis Lulimachi Castañeda CIP. 048730
[email protected]
CONTENIDO 1.0
Pág. 3
GENERALIDA GENERALIDADES DES
1.1 Objetivo del Estudio. 1.2 Normatividad. 1.3 Ubicación y Acceso a la Zona de Estudio. 1.4 Características del Proyecto. 1.5 Geología General y Local. 1.6 Fenómenos de Geodinámica Externa e Interna. 1.7 Zonificación Sísmica y Parámetros. . 2.0
EXPLORACION DE CAMPO
11
2.1 Técnicas de Investigación. 2.2 Programa de Investigación. 3.0
OBRAS MENORES O COMPLEMENTAR COMPLEMENTARIAS IAS
14
3.1 Cerco Perimétrico. 4.0
ENSAYOS DE LABORATORIO
15
4.1 Granulometría. 4.2 Límites de Atterberg (LL, LP, IP). 4.3 Clasificación de Suelos. 4.4 Contenido de Humedad. 4.5 Contenido de Sales. 4.6 Peso Volumétrico del Suelo. 4.7 Ensayos de determinación de parámetros geomecánicos geomecánicos del suelo. 4.8 Ensayos especiales. 5.0
CARACTERIZACION GEOTECNICA DE LA CIMENTACION
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5.1 Perfiles Estratigráficos. 5.2 Nivel de Cimentación.
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6.0
ANÁLISIS DE CIMENTACIÓN
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6.1 Capacidad Admisible de Carga. 6.2 Calculo de Asentamientos Totales. 6.3 Análisis de Colapsabilidad, Licu Licuefacción efacción de Suelo y Expansividad. 6.4 Parámetros de Empuje del S Suelo uelo para Obras de Contención. 6.5 Recomendaciones ppara ara el Diseño ddee Muros de Co Contención. ntención. 7.0
RELLENOS CONTROLADO CONTROLADOS S DE INGENIERIA
38
8.0
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONE RECOMENDACIONES S
40
9.0
RESUMEN DE CONDICIONES DE CIMENTACION Y PARAMETROS SISMICOS 44
10.0
PAVIMENTACION DEL SEGUNDO SOTANO – ACCESO ACCESO – RAMPA
45
BIBLIOGRAFIA ANEXOS Panel Fotográfico Certificados de Laboratorio Registros de Excavaciones Figuras y Tablas Plano de Ubicación de las Calicatas y Perfiles Estratigráficos
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INFORME TÉCNICO ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACIÓN
Edificio Multifamiliar: “Arica” Calle Arica Nº 760, Urb. Maranga 1ra. Etapa – San San Miguel – Lima Lima 1.0
GENERALIDADES 1.1
OBJETIVO DEL ESTUDIO El presente informe técnico tiene como objetivo verificar el comportamiento del suelo de cimentación frente a los esfuerzos transmitidos por la estructura proyectada, consiste en la construcción de un edificio multifamiliar de hasta ocho (05) pisos, con azotea y un (01) sótano. Para tal efecto, se ha desarrollado un unaa investigación geotécnica en la cual se com complementan plementan trabajos de campo y ensayos de laboratorio, necesarios para definir la estratigrafía, características físicas y mecánicas de los suelos predominantes, sus propiedades de resistencia y estimación de asentamientos.
1.2
NORMATIVIDAD El estudio de mecánica de suelos con fines de cimentación se ha efectuado en concordancia con la Norma Técnica E.030 “Diseño Sismo resistente”; Norma Técnica E -050 “Suelos y Cimentaciones” y Norma Técnica E-060 “Concreto Armado” del Reglamento Nacional de
Edificaciones. Asimismo para el caso de perfiles estratigráficos de suelos homogéneos y representativos, hacemos uso de la N.T.P. 339.150 “Descripción e Identificación de Suelos
(Procedimiento Visual-Manual)” (ASTM D 2488-75).
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1.3
UBICACIÓN Y ACCESO A LA ZONA DE ESTUDIO El área en estudio se ubica en la Calle Arica Nº 760, Urb. Maranga 1ra. Etapa, en el Distrito de San Miguel, Provincia y Departamento de Lima. El terreno es de forma rectangular apróx. paralelogramo de frontis de 20.20 m., de lados de 45.00 m. y 45.00 y de fondo 20.00 m., que encierra un área de 900.00 m² m² y en la actualidad se encuentra una construcción construcción de material noble de un (01) piso.
ZONA EN ESTUDIO
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Vista aérea de localización del terreno a nivel de distrito.
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ZONA EN ESTUDIO
Calle Arica
F Fuente: google earth
Vista aérea de localización del terreno en estudio
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TERRENO DE ESTUDIO
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Vista aérea de ubicación del terreno en estudio
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1.4
CARACTERÍSTICAS DEL PROYECTO El proyecto contempla la construcción de una edificación de hasta ocho (05) niveles con azotea y un (01) sótano:
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Se considera dos (02) alternativas para el sistema estructural de la edificación: 1.- Estructura Principal Pórticos y Placas de Concreto Armado: tipo de cimentación, zapatas aisladas y zapatas corridas. Todos los elementos estructurales son de concreto armado. 2.- Obras Menores o Complementarias Muros Portantes de Albañilería: tipo de cimentación superficial, cimientos corridos de concreto ciclópeo.
1.5
GEOLOGÍA GENERAL Y LOCAL La ciudad de Lima se encuentra dentro de los límites de influencia del cono deyectivo Cuaternario del Río Rímac, margen izquierda. Este cono está constituido por material aluvial de estructura lentiforme, donde se superponen depósitos de cantos rodados, arena, arcilla y limo, en forma heterogénea. Estos sedimentos aluviales han sido depositados durante la última etapa del Pleistoceno sobre el zócalo rocoso más antiguo, compuesto por rocas mesozoicas. Debido a movimientos tectónicos basculares, el cauce del río ha evolucionado virando de SO a NO, desde fines del Terciario Superior y comienzos del Pleistoceno, en que el río tenía un gran poder de erosión, dejando en este lapso terrazas aluviales que caracterizan la geomorfología del área final del cono deyectivo. La mayor parte de la ciudad está localizada sobre una superficie plana. La mayor parte del área de estudio se encuentra emplazada sobre depósitos aluviales antiguos que se formaron por deposición errática y variada de los sedimentos arrastrados por el río Rímac. La deposición es horizontal a subhorizontal y producto de procesos de arrastre intensos es que se presentan lentes de gravas-arenosas con bloques redondeados hasta tamaños máximos de 0.10 m. y producto de procesos de decrecientes es que se han formado suelos finos (arenas,
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limos y arcillas) intercalados en lentes horizontales sin una composición definida y con presencia errática de lentes de grava-arenosa. grava-arenosa. Según la Cronoestratigrafía, la geología de la zona en estudio pertenece a la Era del Cenozoico, Sistema Cuaternario, Serie del Pleistoceno. Según la Lito estratigrafía, con respecto a las Unidades Estratigráficas, la zona está conformado por depósitos aluviales pleistocenos ( Qp-al), Eratema: Cenozoica, Sistema: Cuaternario. Ver Figura N°1, Mapa Geológico de la Zo Zona na en Estudio, en anexos.
1.6
FENÓMENOS DE GEODINÁMICA EXTERNA E INTERNA 1.6.1 Fenómeno de Geodinám Geodinámica ica Externa e Interna La geodinámica externa, es el conjunto de fenómenos geológicos de carácter dinámico, tales como erupciones volcánicas, inundaciones, huaycos, avalanchas, tsunamis, activación de fallas geológicas. La geodinámica externa de la zona en estudio no presenta mayor peligro, en cuanto a la geodinámica interna se deberá tener en cuenta el ambiente sismo tectónico, por ubicarse el área en una zona altamente sísmica.
1.7 ZONIFICACIÓN SÍSMICA Y PARÁMETROS Según los mapas de zonificación sísmica y mapa de máximas intensidades sísmicas del Perú y de acuerdo a las Normas Sismo-Resistentes del Reglamento Nacional de Edificaciones, Norma E.030 “Diseño Sismorresistente”, el Distrito de San Miguel
se encuentra
comprendido en la Zona 4, correspondiéndole una sismicidad alta y una intensidad de IX a X en la escala Mercalli Modificada. En la Figura N°2, se presenta el Mapa de Zonificación Sísmica considerado por la norma Técnica E-030 “Diseño Sismorresistente” del Reglamento Nacional de Edificaciones. En la
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Figura N°3, se presenta el Mapa de Distribución de Máximas Intensidades Sísmicas observadas en el Perú realizado por el Dr. Alva (1984), el cual se basó en Mapas de Isosistas de Sismos Peruanos y datos de intensidades puntuales de sismos históricos recientes. Para el análisis sismo resistente, se recomienda considerar un perfil de suelo tipo S1, debido a las características de los suelos predominantes, gravas arenosas densas, cuyos parámetros sísmicos a usarse son los siguientes:
Factor de Zona,
Z = 0.45
Factor de ampliación de ondas sísmicas
S = 1.00
Período de vibración predominante
Tp = 0.4 seg.
Ver anexos: Figuras y Tablas
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2.0
EXPLORACIÓN DE CAMPO 2.1 TECNICAS DE INVESTIGACIÓN 2.1
Calicatas La exploración del subsuelo se realizó mediante cuatro (04) excavaciones a cielo abierto o calicatas, ubicadas estratégicamente de tal manera de cubrir el área estudiada. La profundidad explorada en las calicatas fue de hasta 5.50 m. m. aprox. Este sistema de exploración nos permite evaluar directamente las diferentes características del subsuelo en su estado natural. De acuerdo a los requerimientos de la Norma E- 050 “Suelos y cimentaciones”, se programó la investigación del subsuelo mediante 03 exploraciones que fueron ubicadas estratégicamente de tal manera de cubrir el área estudiada. En el cuadro siguiente se detalla las exploraciones efectuadas.
CUADRO N°1: EXPLORACIONES EXPLORACIÓN EXPLORACIÓ N
TIPO
Prof. (m.)
C-1 C-2 C-3 C-4
A cielo abierto A cielo abierto A cielo abierto A cielo abierto
5.50 5.50 5.50 5.50
Prof. Nivel Freático (m.) -----
2.2 PROGRAMA DE INVESTIGACIÓN Se extrajeron muestras inalteradas y disturbadas representativas de los estratos típicos en cantidad suficiente para la realización de ensayos de laboratorios estándar, especiales y análisis químicos.
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Paralelamente al muestreo se efectuó el registro de cada una de las exploraciones, anotándose las características de los suelos tales como co mo espesor, color, humedad, compacidad, etc.
2.2.1 PROGRAMA DE INVESTIGACIO INVESTIGACION N MINIMO PARA CIMENTACIONES 1° Descripción del proyecto: Edificación de 05 pisos y 01 sótano
06
niveles.
2° Área construida para el primer nivel: 2.1 Área total del terreno
:
900.00 m² apróx.
3º RNE-Norma E.05 E.0500 Suelos y C Cimentaciones. imentaciones. 4º Clase de Estructura: (Ver Tabla N° 1), Nº de niveles 4 a 8
C (Pórticos y/o Muros de Concreto Armado) o A (Muros Portantes de Albañilería). Tomamos el caso más desfavorable, Clase A. 5º Número de puntos de inves investigación tigación (calicatas): 1 cada 225 m² de área a ocupar. ocupar. 6º Número de calicatas: (Ver Tab Tabla la N°2) 6.1 Edificio Multifamiliar: (900.00/225) = 4.0
04 calicatas.
7º Referencias geológicas de la zona de estudio y referencias de estudios realizados en la zona: Tipo de suelo: Suelos granulares gruesos y/o suelos gravosos a la profundidad excavada. 8º Profundidad m mínima ínima de las calicatas “p”: h = 2.35 m. (01 sótano) según proyecto. Df = 1.00 m. (referencias de capacidad portante en suelos granulares gruesos o gravosos). B = 1.20 m. (ídem. concepto anterior). z = 1.80 m. (de 1.5B). p= h + Df + z = 5.15 m. …… consideraremos 5.50 m. de profundidad.
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TABLA N° 1: TIPO DE EDIFICACION
Fuente: Norma E-050 Suelos y Cimentaciones
TABLA N° 2: NUMERO DE PUNTOS DE INVESTIGACIÓN
Fuente: Norma E-050 Suelos y Cimentaciones.
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3.0
OBRAS MENORES O COMPLEMENTARIAS 3.1
CERCO PERIMÉTRICO El El cerco cerco perimétrico es aquel que se utiliza para delimitar territorio creando una barrera de acceso. A continuación mencionaremos algunas alternativas de cerco perimétrico: a) Cerco Perimétrico en base a columnas de concreto armado (prefabricados) y mallas de alambre. b) Cerco Perimétrico en base a columnas prefabricadas de concreto armado y apoyadas sobre cimientos corridos de concreto ciclópeo. c) Cerco Perimétrico en base a mur muros os de albañilería y arriostradas con columnas columnas y vigas de concreto armado, apoyadas en cimientos corridos de concreto ciclópeo. cicl ópeo. El sistema estructural considerado es: Cerco Perimétrico de Albañilería, con Columnas y Vigas de Confinamiento por paños y Cerco Perimétrico de Elementos Prefabricados de Concreto Armado: tipo de cimentación superficial, cimientos corridos de concreto ciclópeo (muros de albañilería) y ensanchamiento de base de las columnas.
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4.0
ENSAYOS DE LABORATORIO 4.1
Granulometría. Se denomina clasificación granulométrica o granulometría, a la medición y graduación que se lleva a cabo de los granos de una formación sedimentaria, de los materiales sedimentarios, así como de los suelos, con fines de análisis, tanto de su origen como de sus propiedades mecánicas, y el cálculo de la abundancia de los correspondientes a cada uno de los tamaños previstos por una escala granulométrica. granulométrica. La información de la granulometría del suelo es utilizado para la clasificación del mismo.
4.2
Límites de Atterberg (LL, LP, IP). Los límites de Atterberg, límites de plasticidad o límites de consistencia, se utilizan para caracterizar el comportamiento de los suelos finos, aunque su comportamiento varía a lo largo del tiempo. El nombre de estos es debido al científico sueco Albert Mauritz Atterberg (1846-1916). La información de los límites de Atterberg del suelo es utilizado para la clasificación del mismo.
4.3
Clasificación de Suelos. El Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS) deriva de un sistema desarrollado por A. Casagrande la cual nos permite clasificar al suelo y conocer sus características generales. Este sistema nos da una clara distinción entre tres grandes grupos de suelos:
a) Suelos de grano grueso (G y S), gravas y arenas o sus mezclas. b) Suelos de grano fino (M y C), limos li mos y arcillas o sus mezclas. c) Suelos Orgánicos (O, Pt), suelos orgánicos y turbas.
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La Clasificación AASHTO el cual tomo como modelos al sistema desarrollado por Casagrande, considera 7 grupos básicos de suelos, numerados desde el A-1 hasta el A-7, el cual es utilizado mayormente para estudios de carretera, también nos ayuda a poder clasificar el tipo de suelo.
4.4
Contenido De Humedad. Este ensayo tiene por finalidad, determinar el contenido de humedad de una muestra de suelo. El contenido de humedad de una masa de suelo, está formado por la suma de sus aguas libre, capilar e higroscópica. Esta característica física le da propiedades geomecánicas al suelo en la determinación de su resistencia mecánica.
CLASIFICACIÓN DE SUELOS El suelo representativo ensayado, se ha clasificado de acuerdo al Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS) y se presentan en el cuadro siguiente:
CUADRO N°2: CLASIFICACIÓN DE SUELOS CALICATA
C-1
C-2
C-3
C-4
Muestra
M-1
M-1
M-1
M-1
1.50 – 5.50
2.40 – 5.50
3.10- 5.50
0.10- 2.80
3”
3”
3”
Nº 4
Pasa Malla N°004 Pasa Malla N°200
36.65 4.68
36.63 4.79
34.91 4.53
100.00 15.30
Contenido de Humedad
6.56
7.33
8.20
7.78
Límite Líquido (%)
17.48
16.44
17.48
18.25
Límite Plástico (%)
--
--
--
16.87
Índice Plástico (%) CLASIFICACIÓN SUCS
N.P.
N.P.
N.P.
1.38
GP
GP
GP
SM
PROF.(m) Tamaño Máximo (plg.)
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Denominación
Grava mal graduada con arena
Grava mal graduada con arena
Grava mal graduada con arena
Arena limosa
Ver Anexos: Certificados de Laboratorio. Se extrajeron muestras disturbadas representativas de los estratos típicos en cantidad suficiente para la realización de ensayos de laboratorios estándar, especiales y análisis químicos. Se realizó la descripción visual-manual en campo (NTP 339.150) de los suelos observados, para luego ser corroborado en el laboratorio. Se debe precisar por lo anterior descrito que, la cantidad de muestras de suelos no necesariamente se exige por la cantidad de calicatas efectuadas.
4.5
CONTENIDO DE SALES La agresión que ocasiona el suelo a la cimentación de la estructura, está en función de la presencia de elementos químicos que actúan sobre el concreto y el acero de refuerzo, causándole efectos nocivos, esta acción química ocurre en presencia del agua que pueda llegar a la cimentación. Los elementos químicos a evaluar son los sulfatos por su acción química sobre el concreto del cimiento y los cloruros por causar pérdida de resistencia por lixiviación.
Sulfatos en suelos: El ataque de sulfatos no solo produce degradación por expansión y figuración; sino también, una reducción en la resistencia mecánica debido a la pérdida de cohesión en la pasta de cemento, con pérdida de adherencia entre la pasta y las partículas del agregado. El deterioro comienza en las aristas y esquinas agudas, siguiendo una figuración que astilla al concreto.
Cloruros en suelos: El deterioro más común en una estructura de hormigón armado no es debido a un ataque químico al hormigón mismo, sino al otro componente que lo conforma, con forma, el acero de la armadura.
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Los cloruros pueden penetrar en el hormigón hasta la armadura. Los elementos químicos a evaluar son los sulfatos por su acción química sobre el concreto del cimiento y los cloruros por causar pérdida de resistencia resistencia por lixiviación. Los resultados obtenidos en una muestra representativa del suelo, se presentan en el cuadro siguiente:
CUADRO N °31 CONTENIDO DE SALES VALORES OBTENIDOS Calicata
C-2 (GP)
Muestra Prof.(m)
M-1
5.50
Cloruros
Sulfatos
(ppm)
(%)
(ppm)
185.2
0.018520
142.40
Agresión
(%) 0.014240 Insignificante
De acuerdo a estos resultados y a las tablas que anteceden y a las Tablas N°1 y N°2, del Anexo Figuras y Tablas, se establece que de los valores obtenidos, para el caso de los cloruros se encuentran en el nivel de ataque insignificante (p.p.m. < 2,000 ppm o 0.2%), igualmente en el caso de los sulfatos el grado de ataque es insignificante (p.p.m (p.p.m.. < 1,000 ppm); por lo que se recomienda utilizar mínimamente cemento Portland Tipo I en la preparación del concreto para todo elemento elemento enterrado.
4.6
PESO VOLUMETRIC VOLUMETRICO O DEL SUELO El peso volumétrico del suelo es definido como la masa por unidad de volumen. El peso volumétrico del suelo varía de acuerdo al contenido de agua que tenga el suelo, que son: húmedo (no saturado), saturado y seco y esencialmente por el tipo de suelo. El peso volumétrico húmedo es definido como el peso de la masa de suelo en estado no ,
saturado por unidad de volumen, donde los vacíos del suelo contienen tanto agua como aire, que será:
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Para el caso de los suelos granulares de fundación, característica del presente estudio, esto es, GP, gravas con matriz arenosa, la determinación del peso volumétrico para el cálculo de la capacidad portante, se realiza teniendo presente el peso volumétrico de la matriz arenosa.
4.7
ENSAYOS DE DETERMINACION DE PARAMETROS GEOMECANICO DEL SUELO Los estudios de mecánica de mecánica de suelos con fines de cimentación y en general cualquier estudio de mecánica de suelos, deben contemplar realizar todos los ensayos básicos y especiales, que nos sirvan para caracterizar el tipo de suelo y sus propiedades geomecánicas, sobre el cual se va a erigir una infraestructura . Las propiedades geomecánicas de los suelos, quedan establecidos por parámetros que son determinados mayormente en ensayos de laboratorio y eventualmente ensayos en campo directamente en los suelos. Para el presente proyecto se ha efectuado el trabajo de exploración de campo y el muestreo de los suelos, para que la determinación de dichos parámetros geomecánicos sean determinados en laboratorio.
4.8
ENSAYOS ESPECIAL ESPECIALES ES 4.8.1 CORTE DIRECTO La finalidad de los ensayos de corte, es determinar la resistencia de una muestra de suelo, sometida a fatigas y/o deformaciones que simulen las que existen o existirán en terreno producto de la aplicación de una carga. El ensayo induce la falla a través de un plano determinado.
4.8.2 COLAPSABILIDAD Suelos que al ser humedecidos sufren un asentamiento o colapso relativamente rápido, que pone en peligro a las estructuras cimentadas sobre ellos.
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Se efectuará el estudio correspondiente para destacar o verificar la existencia de suelos colapsables, cuando estos puedan afectar a la estructura.
4.8.3 LICUEFACCION DEL SUELO Fenómeno causado por la vibración de los sismos en los suelos granulares saturados y que produce el incremento de la presión del agua dentro del suelo con la consecuente reducción de la tensión efectiva. La licuación reduce la capacidad de carga y rigidez del suelo. Dependiendo del estado del suelo granular saturado al ocurrir la licuación se produce el hundimiento y colapso colapso de las estructuras cimentadas sobre sobre dichos suelos.
4.8.4 EXPANSIVIDAD Suelos que al ser humedecidos sufren una expansión que pone en peligro a las estructuras cimentadas sobre ellos. Se efectuará el estudio correspondiente para destacar o verificar la existencia de suelos expansivos, cuando estos puedan afectar a la estructura.
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5.0
CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA DE LA CIMENTACIÓN 5.1
PERFILES ESTRATIGRÁFI ESTRATIGRÁFICOS COS La estratigrafía se definió mediante la interpretación de los registros estratigráficos de las exploraciones efectuadas y se estableció la siguiente conformación del subsuelo: Superficialmente un piso de concreto de 10 cm. de espesor, luego un suelo arcilla inorgánica de alta plasticidad, en diferentes estratos según la profundidad explorada, luego presenta una arena limosa y en el estrato inferior se encuentra el suelo de fundación grava mal graduada con arena.
CALICATA C-1: De 0.00 a 0.10 m.: Piso de concreto simple. De 0.10 a 0.80 m.: ML, Suelo natural limo arenoso, tipo de color beige amarillento, seco, no plástico, con raices delgadas aisladas, de consistencia firme. De 0.80 a 1.20 m. - SP: Suelo natural de arena mal graduada, con tamaño de partículas de grano fino, de color beige grisáceo, seco, no plástico, de compacidad densa. De 1.20 a 1.50 m. - SM: Suelo natural arena limosa, de color beige amarillento, seco, no plástico, con presencia de raíces aisladas delgadas y lentes de arenas finas intercalados de compacidad densa. De 1.50 a 5.50 m. - GP: Suelo natural de fundación, conformado por una grava mal graduada con arena, gravas subredondeadas de T.P. 1/2 a 3", cantos rodados de T.P. 4" a 8" en un 60%, con boloneria aisladas de T.P. T.P. de 8" a 13", con matriz arenosa de tamaño de partículas de grano fino a medio, de color gris a plomizo. No hay presencia de napa freática a la profundidad excavada. No hay presencia de napa freática hasta la profundidad excavada.
CALICATA C-2: De 0.00 a 0.20 m. - Piso: Piso de concreto simple. De 0.20 a 0.60 m. - Rem: Suelo removido de características arcillo arenosas, de color marrón claro, poco húmedo, ligeramente plástico, con presencia de trozos de madera, cascotes, fragmentos de ladrillos aislados, de consistencia firme. De 0.60 a 2.40 m. - SM: Suelo natural limo arenoso, tipo de color beige amarillento,
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seco, no plástico, con raices delgadas aisladas, de consistencia firme. De 2.40 a 5.50 m. - GP: Suelo natural de fundación, conformado por una grava mal graduada con arena, gravas subredondeadas de T.P. 1/2 a 3", cantos rodados de T.P. 4" a 8" en un 60%, con boloneria aisladas de T.P. de 8" a 13", con matriz arenosa de tamaño de partículas de grano fino a medio, de color gris a plomizo. No hay presencia de napa freática a la profundidad excavada.
CALICATA C-3: De 0.00 a 0.10 m.: Piso de concreto simple. De 0.20 a 0.70 m. - Rem: Suelo removido de características arcillo arenosas, de color marrón claro, poco húmedo, ligeramente plástico, con presencia de trozos de madera, cascotes, fragmentos de ladrillos aislados, de consistencia firme. De 0.70 a 1.70 m. - SC: Suelo natural de arena arcillosa, de color marrón claro, poco húmedo, ligeramente plástico, con presencia de gravillas aisladas, de consistencia ffirme. irme. De 1.70 a 2.20 m. - SP: Suelo natural de arena m mal al graduada, con tamaño de partículas de grano grano fino, de color beige grisáceo, grisáceo, seco, no plástico, de de compacidad densa. De 2.20 a 3.10 m. SM: Suelo natural limo arenoso, tipo de color beige amarillento, seco, no plástico, con raices delgadas aisladas, de consistencia firme. De 3.10 a 5.50 m. - GP: Suelo natural de fundación, conformado por una grava mal graduada con arena, gravas subredondeadas de T.P. 1/2 a 3", cantos rodados de T.P. 4" 4" a 8" en un 60%, con boloneria aisladas de T.P. ddee 8" a 13", con matriz arenosa de tamaño de partículas de grano fino a medio, de color gris a plomizo. No hay presencia de napa freática hasta la profundidad excavada.
CALICATA C-4: De 0.00 a 0.10 m.: Piso de concreto simple. simple. De 0.10 a 0.60 m. - Rem: Suelo removido de características arcillo arenosas, de color marrón claro, poco húmedo, ligeramente plástico, con presencia de trozos de madera, cascotes, fragmentos de ladrillos aislados, de consistencia firme. De 0.60 a 1.50 m. - SC: Suelo natural de arena arcillosa, de color marrón claro, poco húmedo, ligeramente plástico, con presencia de gravillas aisladas, de consistencia firme. De 1.50 a 1.90 m. - SP: Suelo natural de aren arenaa mal graduada, con tamaño de partículas de gr grano ano fino, de color beige grisáceo, seco, no plástico, de compacidad densa. De 1.90 a 2.80 m. SM: Suelo natural limo arenoso, tipo de color beige amarillento, seco, no plástico, con raices delgadas aisladas, de consistencia firm firme. e. De 2.80 a 5.5 5.500 m. - GP: Suelo natural de
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fundación, conformado por una grava mal graduada con arena, gravas subredondeadas de T.P. 1/2 a 3", cantos rodados de T.P. 4" a 8" en un 60%, con boloneria aisladas de T.P. de 8" a 13", con matriz arenosa de tam tamaño año de partículas de grano fino a medio, de color gris a plomizo. No hay presencia de napa napa freática a la profundidad excavada.
5.2
NIVEL DE CIMENTAC CIMENTACIÓN IÓN (Df) Para la alternativa del sistema estructural de la edificación con Pórticos y Placas de Concreto Armado: Las zapatas aisladas y/o conectadas, zapatas corridas corridas y los cimientos corridos, serán desplantadas a una profundidad mínima de 1.00 m., medidos de manera referencial a partir del piso del segundo sótano. sótano. Para los cálculos posteriores de la capacidad admisible se emplearan las profundidades de desplante (Df), de acuerdo a las alternativas propuestas. El nivel de cimentación o desplante Df en una edificación sin sótano, es la distancia vertical desde la superficie del terreno hasta el fondo de la cimentación. En edificaciones con sótano, es la distancia vertical entre el nivel del piso terminado del sótano y el fondo de la cimentación; estas definiciones se dan para zapatas y cimientos corridos, no debiendo ser menor a 0.80 m. Conocidos las características geotécnicas del o los estratos que conforman el suelo en estudio, se estima varias profundidades probables para los tipos de cimentación a proponer, toda vez que la resistencia del suelo o capacidad portante varía con la profundidad, específicamente analizando el mismo estrato resistente. Dadas las características de los suelo presentes en el emplazamiento de nuestro proyecto, tomando en cuenta el tipo de estructura y el número de pisos y sótano, las cimentaciones tendrán una profundidad mínima de 1.00 m., medidos de manera referencial a partir del piso del sótano.
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Para estructuras superficiales, que están al nivel de la vereda de acceso, la profundidad mínima de cimentación será de 0.80 m.
Figura 1. Nivel de cimentación en edificios con sótanos. Para el presente proyecto se tomará en cuenta, que el tipo de suelo representativo en todo lo alto del proyecto de los muros de sostenimiento, es del tipo arena limosa, SM, para lo cual se ha determinado en laboratorio su respectiva clasificación de suelos y los parámetros geomecánicos, que servirán para el diseño de dicho muro de sostenimiento o de contención. cont ención.
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6.0 ANÁLISIS DE CIMENTACIÓN 6.1 CAPACIDAD ADMISIBLE DE CARGA La capacidad portante se ha determinado considerando un factor de seguridad mínimo para la falla por corte, luego se ha verificado que los asentamientos producidos por esta presión no sean mayores que los admisibles. De los ensayos del peso volumétrico y corte directo del suelo representativo, se determinan los siguientes parámetros (ver en anexos los Certificados de Laboratorio): - Peso volumétrico seco, m (gr/cm3) = 1.89 (densidad seca) - Contenido de Humedad, (%)
= 4.40
3
- Peso volumétrico, m (gr/cm )
= 1.973 (peso específico o densidad natural) (calculado)
- Angulo de de fricción interna, Ø (º) = 33.9º - Cohesión, C (kg/cm²)
= 0.00
Se ha determinado la capacidad de carga admisible del terreno de cimentación, empleando la Teoría de Terzaghi pa para ra una falla general, de acuerdo a las siguientes relaciones:
qad =
qad =
1 F.S.. F.S 1 F.S.. F.S
( 1.3CN 0 .4 B 2 N ) c D 1 f N q
…...
Zapata Cuadrada
( CN D f N q 0 .5 B 2 N ) c 1
……
Zapatas Corridas
Dónde: q ad =
Capacidad portante admisible (Kg/cm2)
C
Cohesión (Kg/cm2)
=
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1
=
Peso específico del suelo sobre el nivel de cimentación
2
=
Peso específico del suelo debajo del nivel de cimentación
Df =
Profundidad de cimentación
B
= Ancho del cimiento
N c, Nq, N = Factores de capacidad de carga de Terzaghi, falla general. F.S.
= Factor de seguridad = 3
Reemplazando los datos correspondientes a las condiciones de cimentación se tiene:
ESTRATO REPRESENTATIVO A NIVEL DE CIMENTACION – GP GP TIPOS DE SUELOS
T ABLA ABLAS S REFEREN REFERENCIALES: CIALES:
ARCILLA: ARCI LLA:
Factores de C arga (*)
Ø Nc
Nq
NO SATURADA
0.1 - 0.3
LIMO
Capacidad de Carga(**): 38.64
ARENA: ARE NA:
26.09
DENSA
0.2 - 0.4
DE GRANO FINO
35.19
34
42.16
29.44
41.06
33.9
41.81
29.11
40.47
(*) Factores de Capacidad Carga de Vesic (1973)
0.2 - 0.3 0.3 - 0.35
DE GRANO GRUESO
33
-)
0.4 - 0.5
ARENOSA ARENOSA
N
m
SA SATURA TURADA
0.15 0.25
ROCA
0.1 - 0.4
LOESS
0.1 - 0.3
HIELO
0.38
CONCRETO
0.15
(**) Interpolación VALORES DE If (cm/m)
FORMA DE LA ZAPATA
UBICACIÓN RECTA REC TANGULA NGULAR:
L/B L/B=2 =2 L/B=5
L/B=10
CUADRADA CIRCULAR
TIPOS D E SUELOS
RIGIDA
CIM. FLEXIBLE CENTRO
ESQ.
MEDIO
--
153 15
77
13 0
1 20
2 21 10
1 05
18 3
1 70
2 54
1 27
22 5
2 10
ARCILLA
BLANDA
ARCILLA SU ELOS
1 12
56
95
82
1 00
84
85
88
MUY BLAND
450 - 900
DURA
700 - 2000
ARENOSA GRAC IAR ES
1500 - 6000
LOESS LIMOSA
500 - 2000
ARENA:: ARENA
SUELTA
1000 - 2500 5000 - 10000
DEN SA SUELTA
ARCILLA ESQUISTOSA ESQUISTOSA LIMOS
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3000 - 4250 1000 - 16000
ARENA
DENSA
30-300 200 - 400
MEDIA
GRAVA ARENOSA:
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Es (ton/m²)
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8000 - 20000 5000 - 14000 14000 - 140000 200 - 2000
26
Tabla 1: Factores de Capacidad de Carga según Vesic (Falla ( Falla General)
PARÁMETROS PA RÁMETROS GEOMECÁN GEOM ECÁNICOS ICOS DEL SUELO Símbolo
Descripción
Datos
Calicata = C-2
GP = Grava Mal Graduada con Arena
M-1
=
GP
Ø = Ang Angulo ulo de Fricci Fricción ón Interna (º)
=
33.9
m = Peso Volumétrico (kg/cm 3)
=
1.973
1 =
Peso especifico del del suelo estrato superior
2 =
Peso especifico del suelo estrato infer inferior ior
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Mues t ra =
N° “Arica” - Calle Arica
=
=
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1.973
1.973
27
CAPACIDAD DE CARGA - ZAPATA CUADRADA q ad
= 1 (1.3S cC N cc + S q D f N qq + S 0.4
B N )
2
F.S. Alternativa Alternativ a
Donde: 1º
q adm
= Capa Capacidad cidad Portante A dmisible (Kg/cm²)
C
= Cohesión (Kg/cm²)
1
-3 = Peso del suelo sobre el nivel de cimentación (x10 )
2
-3 = Peso del suelo debajo nivel de cimentación (x10 )
Df
= Profundidad de Cimentación (cm)
B
= Ancho del Cimiento Cimiento (cm)
L
= Longitud del Cimiento (cm)
2º
3º
=
0
0
0
=
0.0 0.001 019 97
0.0 0.001 0197 97
0.001 .00197 97
=
0.0 0.001 019 97
0.0 0.001 0197 97
0.001 .00197 97
=
100
120
140
=
150
150
150
=
150
150
150
Factores de Capacidad de Carga de Vesic:
Nc
=
41.81
41.81
41.81
Nq
=
29.11
29.11
29.11
N
=
40.47
40.47
40.47
Factores de Forma
Sc
=
1.00
1.00
1.00
Sq
=
1.00
1.00
1.00
S
=
1.00
1.00
1.00
=
3
3
3
3.51
3.89
4.28
35.11
38.94
42.77
F.S.
qad
=
Kg/cm² Ton/m²
CAPACIDAD DE CARGA - ZAPATA CORRIDA q ad
= 1 (S cC N cc + S q D f N qq + S 0.5
2
B N )
F.S. Alternativa Alternativ a
Donde:
q adm
= Capa Capacidad cidad Portante A dmisible (Kg/cm²)
C
= Cohesión (Kg/cm²)
1º
-3
1
=
2
-3 = Peso del suelo debajo nivel de cimentación (x10 )
Df
= Profundidad de Cimentación (cm)
B
= Ancho del Cimiento Cimiento (cm)
L
= Longitud del Cimiento (cm) Factores de Capacidad de Carga de Vesic:
Nc
3º
=
0
0
0
=
0.0 0.001 019 97
0.0 0.001 0197 97
0.001 .00197 97
=
0.0 0.001 019 97
0.0 0.001 0197 97
0.001 .00197 97
=
100
120
140
=
150
150
150
=
750
750
750
41.81
41.81
41.81
Peso del suelo sobre el nivel de cimentación (x10 )
2º
=
Nq
=
29.11
29.11
29.11
N
=
40.47
40.47
40.47
Factores de Forma
Sc
=
1.00
1.00
1.00
Sq
=
1.00
1.00
1.00
S
=
1.00
1.00
1.00
F.S.
=
3
3
3
qad
=
3.91
4.29
4.68
39.11
42.94
46.77
Kg/cm²
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Ton/m²
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6.2
CALCULO DE ASENTAMIENTOS TOTALES El análisis de asentamientos se efectuará efectuará por el método elástico según la re relación lación siguiente: 2
S = qB(1 - u ) I f E S
Donde: S
=
Asentamiento inmediato en cm.
u
=
Relación de Poisson
If
=
factor de forma (cm/m)
Es
=
Módulo de elasticidad (Ton/m2)
q
=
presión de trabajo (Ton/m2)
B
=
ancho de la cimentación (m)
El asentamiento diferencial admisible de acuerdo a la normatividad vigente será de L/500, límite seguro para edificaciones convencionales que no permiten grietas donde L es la longitud entre ejes de zapatas o cimientos. ci mientos. Considerando luces de 5 a 6 m., los asentamientos permisibles serán de 1.00 a 1.20 cm., para el caso de zapatas y cimientos corridos y los asentamientos máximos permisibles de 2.5 cm., ppara ara cualquier caso. Para el análisis de asentamientos se considera una presión vertical transmitida igual a la capacidad de carga admisible. Las propiedades elásticas del suelo de cimentación fueron adoptadas a partir de tablas de acuerdo al tipo de suelo donde irá desplantada la cimentación. A continuación se presentan los cálculos.
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CALCULO ASENTAMIENTOS - ZAPATA CUADRADA S
=
q B ( 1 - m ² ) If Es
Donde: Alternativa Alternativ a
S
=
1º
Asentamiento Inmediato (cm)
q (qad) =
Capac idad Port ant e Admis ible (Ton/ m ²) =
B
m If
2º
3º
35. 11
38. 94
42. 77
Ancho del Cimiento (m) =
1.50
1.50
1.50
0.30
0. 30
0. 30
82
82
82
8,000
8, 000
8, 000
0.49
0.54
0.60
Asentamiento Inmediato (100%) (100%)
0.49
0.54
0.60
Asentamiento Diferencial Diferencial (75%)
0.37
0.41
0.45
= =
Relación de Poissón =
=
Fac t or de Form a (cm / m) =
Es
=
Módulo de elasticidad (Ton/m2) =
S
=
cm
CALCULO ASENTAMIENTOS - ZAPATA ZAPATA CORR C ORRIDA IDA S
=
q B ( 1 - m ² ) If Es
Donde: Alternativa Alternativ a
S
=
1º
Asentamiento Inmediato (cm)
q (qad) =
Capac idad Port ant e Admis ible (Ton/ m ²) =
B
m If
2º
3º
39. 11
42. 94
46. 77
Ancho del Cimiento (m) =
1.50
1.50
1.50
0.30
0. 30
0. 30
170
170
170
8,000
8, 000
8, 000
1.13
1.25
1.36
Asentamiento Inmediato (100%) (100%)
1.13
1.25
1.36
Asentamiento Diferencial Diferencial (75%)
0.85
0.93
1.02
= =
Relación de Poissón =
=
Fac t or de Form a (cm / m) =
Es
=
Módulo de elasticidad (Ton/m2) =
S
=
cm
Luego, los asentamientos esperados para un nivel de carga similar a la capacidad de carga por corte para ci cimientos mientos corridos, están dentro del rango permisible y serán absorbidos por la cimentación.
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30
6.3
ANALISIS DE COLAPSABILIDAD, LICUEFACIÓN Y EXPANSIVIDAD DEL SUELO DE FUNDACION 6.3.1 SUELOS COLAPSABLE COLAPSABLES S Son suelos que cambian violentamente de volumen por la acción combinada o individual de las siguientes acciones: a) Al ser sometidos a un incremento de carga o b) Al humedecerse o saturarse. saturarse. Los tipos de suelos presentes en la zona activa de cimentación, para el presente estudio están clasificados como suelos gruesos, para nuestro caso el suelo representativo, grava mal graduada con arena, tipo GP, donde la característica de la fricción prevalece sobre la de cohesión. Los suelos granulares gruesos, como las gravas arenosas con limos y/o arcillas, no son proclives a presentar problemas de colapso, ya que las partículas granulares y ante la ocurrencia de flujos de aguas subterránea, disgrega las partículas granulares de las partículas finas, causando un efecto de disolución entre partículas, originando asentamientos excesivos y el consiguiente colapso de la estructura. Los suelos granulares gruesos, como la grava bien o mal graduada con arena, con un mínimo valor de cohesión, no son suelos susceptibles al colapso. De acuerdo al marco teórico esbozado líneas arriba, pasaremos a comprobar riesgo de colapso para nuestro suelo, en función de su límite de consistencia, límite líquido y densidad seca, de acuerdo al marco normativo, según la Norma E.050 “Suelos y Cimentaciones” del R.N.E.:
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Figura 2. Criterios del Potencial de Colapso Para nuestro proyecto y según los datos de laboratorio (ver Anexos Certificado de Laboratorio, análisis granulométrico por tamizado y ensayo de corte directo, calicata C-2, muestra M-1): Clasificación del suelo: GP -
Límite líquido
= 16.44%
-
Peso volumétrico seco
= 1.89 kg/cm3
Entrando al gráfico, con los valores correspondientes, el punto de intersección de ambos valores se ubica en la zona no colapsable, por lo tanto concluimos que
NUESTRO SUELO NO ES COLAPSABLE.
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6.3.2 LICUEFACION O LICUACIÓN DE SUELOS 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 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. Para que un suelo granular sea susceptible de licuar durante un sismo, debe presentar
simultáneamente simultáneamen te las características siguientes: 1) Debe estar constituido por arena fina, arena limosa, arena arcillosa, limo arenoso no plástico o grava empacada en una matriz constituida por alguno de los materiales anteriores. 2) Debe encontrarse sumergido. El tipo de suelo presente en la zona de estudio, esto es, una grava mal graduada con arena, tipo GP, se considera no licuable debido por no cumplir las dos características simultáneamente. De acuerdo al marco teórico esbozado líneas arriba, pasaremos a comprobar riesgo de licuación para nuestro suelo, en función del tamaño de partículas, límite líquido y contenido de humedad, de acuerdo al marco normativo, según la Norma E.050 “Suelos y Cimentaciones” del R.N.E.:
Para nuestro proyecto y según los datos de laboratorio (ver Anexos Certificado de Laboratorio, calicata C-2, muestra M-1): - % más finas a 0.005 m. (0.5 mm., apróx. Malla Nº40)= 23.75% ≤ 15% ... No Cumple - Límite líquido-LL = 16.44% ≤ 35% ……………………………………… Cumple - Contenido de Humedad = 7.33 % > 0.9 LL = 14.8% …….…………….. No Cumple - Presencia de napa freática ………………………………………………. No cumple Por lo tanto concluimos que NUESTRO SUELO NO ES LICUABLE.
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6.3.3 SUELOS EXPANSIVOS Son suelos cohesivos con bajo grado de saturación que aumentan de volumen al humedecerse o saturarse. Debido a que nuestr nuestroo suelo es granular, donde la
característica de la fricción
prevalece sobre llaa de cohesión, escaso porcentaje de arcilla y poca humedad natural natural,, plasticidad baja (LL ≤ 50). El potencial de colapso se determina básicamente para suelos finos, limos y arcillas, siendo estas últimas las que son más susceptibles de presentar dicha característica, en función de las partículas menores a 2m m, del índice de plasticidad (IP) y de la actividad (A) de la arcilla. () =
IP
%
