clase 02 norma e 050
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La norma técnica de edificación E-050 de Suelo y Cimentaciones, aprobada mediante Resolución Ministerial 048-97 MTC/15VC e incorpora al Reglamento Nacional de Edificaciones.
1.-Reducir costos en las cimentaciones
2.-Establecer los contenidos mínimos y la metodología que debe seguirse para la ejecución de un EMS.
3.-Indicar que normas son aplicables para la ejecución de los procedimientos de investigación de campo y laboratorio
1.- REDUCIR COSTOS EN LAS CIMENTACIONES
A PARTIR DE ESTABLECER PROCEDIMIENTOS TÉCNICOS QUE PERMITAN EFECTUAR DISEÑOS DE
CIMENTACIÓN ECONÓMICOS.
RESUMEN DE CONDICIONES
DE CIMENTACIÓN
REFLEJA LOS RESULTADOS DE UN EMS
TRANSCRIBIR EN EL PLANO DE
CIMENTACIONES
EVITAR LAS INVOLUNTARIAS OMISIONES QUE
OCURRIAN EN OBRA
1.- Clara en contenido mínimo de un EMS.
2.-Exige al especialista presentar una memoria de calculo y justificación de parámetros físico mecánicos del suelo.
3.-Adecuación de los métodos de calculo para cimentaciones con cargas excéntricas o inclinadas.
La norma señala claramente como deben ser tomadas las muestras, como deben ser protegidas, con la finalidad de evitar que las muestras tomadas en el campo lleguen contaminadas al laboratorio.
Contenido
06 capítulos
Estudios
Análisis de Condiciones de cimentación
Generalidades
Cimentaciones superficiales
Cimentaciones profundas
Problemas especiales de cimentación
A QUE TIPO DE EDIFICACIÓN Y OTRAS OBRAS ES OBLIGATORIA LA APLICACIÓN DE ESTA NORMA
• Locales que alojen gran cantidad de personas (colegios, universidades, auditorios,
templos, salas de cine, clínicas, estadios, museos estaciones de bomberos, silos, tanques de agua, reservorios, archivos, registros públicos entre otros.
• Edificaciones ( viviendas, oficinas, consultorios de 01 a 03 pisos que ocupen individual o conjuntamente mas de 500 m2.
• Edificaciones ( viviendas, oficinas, consultorios de 04 a mas pisos cualquiera que sea su área.
• Estructuras industriales, fabricas, talleres o similares. • Edificaciones especiales cuya falla además de su propio colapso representen
peligros adicionales importantes. • Cualquier edificación que requiera el uso de pilotes o plateas de fundación. • Cualquier edificación adyacente a taludes o suelos que puedan poner en peligro su
estabilidad.
La norma señala que el profesional responsable que
debe firmar el EMS es un ingeniero civil registrado en el colegio de ingenieros del Perú
La entidad encargada de otorgar la ejecución de las obras es la responsable del
cumplimiento de dichas normas
la estimación efectuada, deberá basarse en no menos de (03) tres
puntos de investigación de profundidad P
Las entidades responsables de la
ejecución de las obras, no autorizaran el inicio s
estas no cuentan con el EMS
Tanto las entidades públicas como privadas que
incumplan este mandato se convierten en corresponsables de
los eventuales problemas que
ocasione su omisión
En este capitulo la norma clasifica la obra de acuerdo a:
su importancia.
Número de pisos .
Tipo de estructura.
Distancia entre apoyos.
Con el fin de establecer la exigencia de la investigación que se requiera.
TABLA n.° 1
TIPO DE EDIFICACIÓN
TIPO DE ESTRUCTURA
DISTANCI
A MAYOR
ENTRE
APOYOS*
(m)
N° DE PISOS
(Incluidos sótanos)
>=
3
4 a 8
9 a 12
> 12
APORTICADA DE ACERO
< 12 C C C B
PÓRTICOS Y/O MUROS DE
CONCRETO
< 10 C C B A
MUROS PORTANTES DE
ALBAÑILERIA < 12 B A - -
TANQUE ELEVADOS Y SIMILARES
< 9 m de altura > 9 m de altura
B A
BASE DE MAQUINAS Y
Y SIMILARES
Cualquiera A - - -
ESTRUCTURAS ESPECIALES
Cualquiera A A A A
OTRAS ESTRUCTURAS Cualquiera B A A A
* Cuando la distancia sobrepasa a la indicada, se clasificará en el tipo de edificación
inmediato superior.
* Ver articulo 11 (11.2).
Calicatas
TABLA N° 2.2.1
TECNICA
NORMA APLICABLE A
Pozos o Calicatas y Trincheras
ASTM D 420
Técnicas de Muestreo
A5TM D 420
Prueba de Carga
ASTM D 1194
Perforación Manual
ASTM D 1452
Ensayo de Penetración Estandar (SPT)
ASTM D 1586
Perforación Mecánica
ASTM D 2II3
Descripción Visual de Suelos
ASTM D 2487
Corte Mediante Veleta Normal
ASTM D 2573
Auscultación Semi-estática (CPT))
ASTM D 3441
Corle Mediante Veleta Miniatura
ASTM D 4648
Auscultación Dinámica con Cono Tipo Peck (AC Ver Sección 2.2.2 e
Auscultación Dinámica (DP) con
Cono Alemán
DIN 4094
Auscultación Dinámica con el Cono Tipo Peck (ACP)
Consiste en la introducción en forma continua de una punta cónica tipo Peck. El equipo que se empleará para introducir la punta cónica en el suelo es el mismo que el empleado en el Ensayo de Penetración Estándar ASTM D 1586, en el que se reemplaza la cuchara estándar por un cono de 6,35 cm (2.5 pulgadas) de diámetro y 60° de ángulo en la punta (FIGURA No 1). Este cono se hinca en forma continua en el terreno. El registro de la auscultación se efectúa contando el número de golpes para introducir la punta cónica cada 15 cm. El resultado se presenta en forma gráfica indicando el número de golpes por cada 30 cm de penetración. El cono tipo Peck debe calibrarse previamente con respecto al Ensayo de Penetración Estándar con la finalidad de obtener el parámetro a usar para obtener N:
N = b Cn N = número de golpes por 30 cm de penetración en el Ensayo de Penetración Estándar. Cn = número de golpes por 30 cm de penetración con el cono dinámico tipo Peck. b = coeficiente de correlación.
Las auscultaciones dinámicas son ensayos que requieren investigación
adicional de suelos para su interpretación y no sustituyen al Ensayo de
Penetración Estándar.
No deben ejecutarse ensayos con cono tipo Peck en el fondo de calicatas,
debido a la pérdida de confinamiento. Para determinar las condiciones de
cimentación en base a auscultaciones dinámicas, debe conocerse previamente
la estratigrafía del terreno obtenida en base a la ejecución de calicatas,
trincheras o perforaciones. El uso del cono de Peck se recomienda hasta 8
metros de profundidad. En ningún caso se debe superar los 10'metros.
Cono Tipo Peck (ACP)
CINCEL DE CRUZ
Cross Bit
CINCEL RECTO
Straight Bit
PERFORACION EN TIERRA
Soil Boring
SOSTENEDOR
DE BARRAS
Rod Holder
BARRA CON
UNION(ver tabla)
Drill Rod
with coopling
ALZADORLifler
AVANCE DE LA
PERFORACION
Advance of the
Bore hole
Cincel
Bit
Barra de
Perforar
Drill Rod
Forro (ver tabla)Casing
DEPOSITO DE
AGUA DE LAVADOWash Water Tank
MALACATE
Winch
Engine
Motor
Bomba
Pump
Manguera
Hose
Mango para rotación
parcial de la barra
Handle for rotation
of rods
Alzador
Lifler
Tripode de madera o
de tubosWooden or Pipe
Tripode
Polea para
el mecate
Rope pulley
Mecate de 1"
1" Rope
Martillo
Hammer
Driving
Guide
Guia de
hinca
Cabeza de
hinca
Drive
head
MARTILLO
Hammer
Cuchara
Spoon
MUESTREO
Sampling CUCHARA
Ø 2" - 4 1/2"Spoon
SPT
La norma indica claramente que las pruebas
de carga deben ser precedidas por un EMS,
y se recomienda su uso únicamente cuando
el suelo a ensayar es tridimensionalmente
uniforme, comprende la profundidad activa
de la cimentación y es semejante al ubicado
bajo el plato de carga.
4.Tipos de Muestras
TABLA N° 2.2.4
TIPO DE
MUESTRA
.
FORMAS DE
OBTENER Y
TRANSPORTAR
ESTADO
DE LA
MUESTRA
CARACTERISTICAS
Mib
Bloques
Inalterada
Deben mantenerse inalteradas las
propiedades físicas y mecánicas
del suelo en. su estado natural al
momento del muestreo. (Aplicable
solamente a suelos cohesivos,
rocas blandas o suelos granulares
suficientemente cementados para
permitir su obtención).
Mit
Tubos de pared
delgada
Mab
Con bolsas de
plástico
Alterada
Debe mantener inalterada la
granulometría del suelo en. su estado
natural al momento del
muestreo.
Maw
En lata sellada
Alterada
Debe mantener inalterado el
contenido de agua
TABLA N.° 2.2.5
ENSAYOS DE LABORATORIO
0
ENSAYO
NORMA APLICABLE
Análisis Granulométrico
ASTM D 422
Peso Específico de los sólidos
Peso Específico di los Sólidos
ASTM D 854
Ensayo de Compactación Proctor Modificado
ASTM D 1557
Compresión no Confinada
ASTM D 2166
Contenido de Humedad
ASTM D 2216- ASTM D 4643
Consolidación Unidimensional
ASTM D 2435
Clasificación Unificada de Sucios (SUCS)
ASTM D 2487
Descripción visual-manual
ASTM D 2488
Triaxial no Consolidado no Drenado
ASTM D 2850
TABLA Na 2.2.5
ENSAYOS DE LABORATORIO 0
Corte Directo
ASTM D 3080
Densidad Relativa *
ASTM D 4253- ASTM D 4254
Límite Líquido y Plástico
ASTM D 4318
Expansión o Asentamiento Potencial Unidimensional de
Suelos Cohesivos
ASTM D 4546
Triaxial Consolidado no Drenado
ASTM D 4767
Límite de Contracción
ASTM D 427
Colapsabilidad Potencial
ASTM D 5333
Contenido de Sulfates, Cloruros y sales solubles Totales en el
Suelo y el agua
BS1377- Parte 3
TABLA N.° 2.3.2
NUMERO DE PUNTOS A INVESTIGAR
Tipo de edificación Número de puntos a investigar
(n)
A
B
C
Urbanizaciones
1 cada 225 m2
1 Cada 450 m2
1 cada 800 m2
3 por cada Ha. de terreno
habilitado
c) Profundidad "p" mínima a alcanzar en cada punto
c-1) Cimentación Superficial.- se determina de la siguiente manera:
EDIFICIO SIN SÓTANO: P = Df + Z
EDIFICIO CON SÓTANO: P = h + Df + Z
Donde :
Df = En edificio sin sótano, es la distancia vertical de la superficie del terreno al fondo de la cimentación. En edificios con sótano, es la distancia vertical entre el nivel del piso terminado del sótano al fondo de la cimentación.
h = Distancia vertical entre el nivel del piso terminado del sótano y ia superficie del terreno natural.
Z = 1.5 B: siendo B el ancho de la cimentación prevista
de mayor área.
El informe del EMS comprenderá:
Memoria Descriptiva
Planos y Perfiles de Suelos
Resultados de los Ensayos "In situ" y de
Laboratorio
a. Resumen de condiciones de cimentación
b. Información previa
c. Exploración de campo.
d. Ensayos de laboratorio.
e. Perfil del Suelo.
f. Nivel de la capa freática.
g. Análisis de la cimentación
Descripción detallada de la información recibida de quién solicita el EMS y de la recolectada por el Profesional Responsable
c) Exploración de Campo
Descripción de los ensayos efectuados, con
referencia a las Normas empleadas en el campo.
d) Ensayos de Laboratorio
origen,
nombre v símbolo del grupo del suelo, según el sistema unificado de sueles (SUCS, ASTM D 2487).
plasticidad de los finos.
consistencia o densidad relativa.
Humedad.
color
tamaño máximo y angulosidad de las partículas.
olor, cementación y otros comentarios (raíces o cavidades, etc.), de acuerdo a la Norma ASTM D 2488.
d) Perfil del Suelo
Memoria de cálculo.
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.
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.
Se proporcionara la información suficiente para la
aplicación de las Normas de Diseño Sismo-Resistente
vigentes y como mínimo:
S = Factor Suelo
T, = Período Predominante de
Vibración del Suelo determinados
a partir de las características de
los suelos que conforman el perfil
estratigráfico.
Para una condición de suelo o estructura que lo
amerite, el Profesional Responsable, deberá
recomendar la medición "ín situ” del Período
Fundamental del Suelo, a partir del cual se
calculará su Período Predominante de Vibración.
Estos parámetros deben determinarse
en concordancia con la norma E-030
«Diseño Sismo resistente»». Conviene
aclarar que el parámetro llamado Ts en
esta norma E-050 , es denominado Tp en la norma E-030
En las cimentaciones que se apoyan en suelos granulares, es el asentamiento el que controla el diseño, razón por la cual la norma indica que para el calculo del asentamiento de cimentaciones apoyadas sobre suelos granulares, se debe considerar la máxima carga vertical que actué:
Carga muerta + Carga viva + Sismo
Sin los factores de amplificación utilizada para el diseño
de las columnas del nivel mas bajo del edificio.
PROBLEMAS ESPECIALES DE
CIMENTACIÓN
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/saturarse
Se evidencie la ocurrencia de hundimientos debido a la existencia de suelos colapsables.
PR deberá incluir en su EMS un análisis :
Determinación de la plasticidad del suelo
Ensayo para determinar el peso volumétrico
Ensayo de humedad
La relación entre los colapsables y no colapsables y los parámetros antes indicados se muestra en la figura siguiente:
Cuando el PR encuentre evidencias de la existencia de suelos colapsables deberá sustentar su evaluación mediante los resultados del ensayo NTP 339.163:2001.
Las muestras utilizadas para la evaluación de colapso deberán ser obtenidas de pozos a cielo abierto, en condición inalterada, preferentemente del tipo Mib.
El Índice de Colapso (IC) se define mediante la siguiente expresión:
Delta e = Cambio en la relación de vacíos debido al colapso bajo humedecimiento. e0 = Relación de vacíos inicial. Delta h = Cambio de altura de la muestra. h0 = Altura inicial de la muestra.
De manera complementaria, pueden utilizarse pruebas de carga en estado seco y humedecido NTP 339.153:2001. El objetivo de las mismas será realizar un análisis comparativo del comportamiento del suelo en su condición natural, con relación a su comportamiento en condición húmeda. En caso se verifique la colapsabilidad del suelo, el PR deberá formular las recomendaciones correspondientes a fin de prevenir su ocurrencia.
Las cimentaciones construidas sobre suelos que colapsan (Ic > 6) están sometidas a grandes fuerzas causadas por el hundimiento violento del suelo, el cual provoca asentamiento, agrietamiento y ruptura, de la cimentación y de la estructura.
Por lo tanto, no está permitido cimentar directamente sobre suelos colapsables. La cimentación y los pisos deberán apoyarse sobre suelos no colapsables. Los pisos no deberán apoyarse directamente sobre suelos colapsables.
Cuando se encuentren suelos que presentan colapso moderado y a juicio del PR, poco profundos, éstos serán retirados en su totalidad antes de iniciar las obras de construcción y serán reemplazados por Rellenos Controlados compactados adecuadamente de acuerdo al numeral 4.4.1. Rellenos controlados o de ingeniería de la presente Norma.
Son un tipo de arcillas que tienen la propiedad de incorporar moléculas de agua a su estructura. El cambio de contenido de humedad hace que estos materiales experimenten importantes cambios de volumen.
Este fenómeno depende principalmente del contenido mineralógico de las arcillas, siendo la motmorillonita el mineral con mayor potencial expansivo, especialmente cuando ésta se encuentra con compuesta con iones sódicos.
En las zonas en las que se encuentren suelos cohesivos con bajo grado de saturación y plasticidad alta (LL mayor 50)
PR deberá incluir en su EMS un análisis basado:
la plasticidad del suelo
Granulometría por sedimentación N
Finalidad de evaluar el potencial de expansión del suelo
cohesivo en función del porcentaje de partículas menores a 2u 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 figura siguiente:
Las técnicas de identificación de los suelos expansivos mas comúnmente usadas son : -Identificación visual, -Identificación mineralógica, -Métodos indirectos (Propiedades índices, cambio potencial de volumen, actividad) -Métodos directos (ensayos de laboratorios).
Los suelos que tienen arcillas expansivas tienen consistencia pegajosa al ser mojados y se caracterizan por que cuando son secados muestran grietas superficiales y una textura de “pop corn”.
En calzadas, aceras y calles de losas de concreto, observar si los empalmes están al mismo nivel.
Observar si la superficie está ondulada
Observar la presencia de grietas diagonales de las paredes exteriores.
Observar las grietas en las puertas y ventanas.
Observar el levantamiento del piso en el interior de las viviendas.
Estructuras existentes
Ensayos edométricos
Ensayos edométricos con succión controlada.
Expansión libre.
Expansión con carga controlada.
Ensayos de límites de Atterberg.
Ensayos de contracción lineal.
Ensayos de contenido coloidal.
0-15 Bajo
10-35 Medio
20-55 Alto
35 o más Muy alto
IP Categorización
LL Clasificación
0-20 No hay
hinchamiento
20-25 Bajo hinchamiento
35-50 Medio
50-70 Alto
70-90 Muy alto
>90 Extremo
Según el índice de Plasticidad
Límite de contracción
(%)
Contracción lineal
(%)
Grado de expansión
>12% >8 Crítica
10-12 5-8 Marginal
<10 % 0-5 No- crítica
Según el Limite Contracción
Autores Ecuaciones Descripción
1 Seed, Woodward y S: Porcentaje de expansión
Lundgren IP: Indice de plasticidad
2 Nayak y S: Porcentaje de expansión
Christensen (1971) IP: Indice de plasticidad
C:Contenido de arcilla
(% que pasa malla Nº200)
w: Contenido de humedad
3 Schneider y S: Porcentaje de expansión
Poor (1974) IP: Indice de plasticidad
w: Contenido de humedad
4 Weston (1980) S: Porcentaje de expansión
LL: Límite líquido
w: Contenido de humedad
44.2)(*00216.0 IPS =
38.6)/(**0229.0 45.1 += wcIPS
)19.1/9.0(10*66.0 -= wIPS
33.217.4 **000195.0 -= wLLS
Ensayos de expansión libre.
Ensayos de expansión controlada.
Métodos Directos
Las cimentaciones construidas sobre arcillas expansivas están sometidas a grandes fuerzas causadas por la expansión, las cuales provocan levantamiento, agrietamiento y ruptura de la cimentación y de la estructura.
Por lo tanto, no está permitido cimentar directamente sobre suelos expansivos.