04 ing. manuel olcese francero

Ing. Manuel A. Olcese F. 1
Pontificia Universidad Católica del Perú Seminario de Promoción: Normatividad y Gestión para Edificaciones
Sostenibles Saludables
Laboratorio de Mecánica de Suelos E-050 SUELOS Y CIMENTACIONES 1
APLICACIAPLICACIÓÓN DE LA NORMAN DE LA NORMA
E.050E.050 SUELOS YSUELOS Y CIMENTACIONESCIMENTACIONES
ESTUDIOS DE MECESTUDIOS DE MECÁÁNICA DE SUELOSNICA DE SUELOS
Y LA CIMENTACIY LA CIMENTACIÓÓN DE EDIFICACIONESN DE EDIFICACIONES
LIMA, 25 DE JUNIO DEL 2010LIMA, 25 DE JUNIO DEL 2010
Manuel A. Olcese FranzeroManuel A. Olcese Franzero
Profesor Principal PUCPProfesor Principal PUCP
IngIng Civil CIP M ASCECivil CIP M ASCE
molcese@pucp.edu.pemolcese@pucp.edu.pe

Publicada el 9 de junio del 2006

GENERALIDADES
Objetivo de la Norma E-050
ARTARTÍÍCULO 1 OBJETIVOCULO 1 OBJETIVO
El objetivo de esta Norma es establecer los
requisitos para la ejecución de Estudios de
Mecánica de Suelos (EMS), con fines de
cimentación, de edificaciones y otras obras
indicadas en esta Norma. LosLos EMSEMS sese
ejecutarejecutaráán con la finalidad de asegurar lan con la finalidad de asegurar la
estabilidad y permanencia de las obras yestabilidad y permanencia de las obras y
para promover la utilizacipara promover la utilizacióón racional de losn racional de los
recursos.recursos.

Ámbito de aplicación de la Norma E-050
ARTARTÍÍCULO 2CULO 2 ÁÁMBITO DE APLICACIMBITO DE APLICACIÓÓNN
ElEl áámbito de aplicacimbito de aplicacióón de la presente Norman de la presente Norma
comprendecomprende todo el territorio nacionaltodo el territorio nacional..
Las exigencias de esta Norma se consideranLas exigencias de esta Norma se consideran
mmíínimasnimas..
La presente Norma no toma en cuenta los efectos
de los fenómenos de geodinámica externa y no se
aplica en los casos que haya presunción de la
existencia de ruinas arqueológicas; galerías u
oquedades subterráneas de origen natural o
artificial. En ambos casos deberán efectuarse
estudios específicamente orientados a confirmar y
solucionar dichos problemas.
ESTUDIOS DE MECÁNICA DE SUELOS
(EMS)

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

b) Edificaciones de uno a tres pisos, que
ocupen individual o conjuntamente más de 500 m2
en planta.
c) Edificaciones de cuatro o mas pisos deEdificaciones de cuatro o mas pisos de
altura, cualquiera que sea sualtura, cualquiera que sea su áárearea..
d) Estructuras industriales, fábricas,
talleres, o similares.
e) Edificaciones especiales cuya falla,
además del propio colapso, representen peligros
adicionales importantes, tales como: reactores
atómicos, grandes hornos, depósitos de materiales
inflamables, corrosivos o combustibles, paneles de
publicidad de grandes dimensiones y otros de
similar riesgo.
f) Cualquier edificación que requiera el
uso de pilotes, pilares o plateas de fundación.
g) Cualquier edificación adyacente a
taludes o suelos que puedan poner en peligro su
estabilidad.

Número "n" de puntos a investigar
El número de puntos de investigación se determina en
la Tabla N° 6 en función del tipo de edificación y del
área de la superficie a ocupar por éste.
Cuando se conozca el emplazamiento exacto de la
estructura, n se determinará en función del área en
planta de la misma; cuando no se conozca dicho
emplazamiento, n se determinará en función del área
total del terreno.

Profundidad "p" mínima de investigación
Se determina de la siguiente manera:
EDIFICIO SIN SOTANO
p = Df + z
EDIFICIO CON SÓTANO
p = h + Df + z
Df = Profundidad de cimentación.
z = 1.5 B; siendo B el ancho de la cimentación
prevista de mayor área.
h = Altura de los sótanos

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

Barrenos
Barreno manual con SPTEXPLORACION EN ARENAEXPLORACION EN ARENA
SPTSPT
CONO TIPO PECKCONO TIPO PECK
DPSHDPSH

Densidad de campo: cono de arena, balDensidad de campo: cono de arena, balóón o nuclearn o nuclear
NO PERMITIDO PARA DISENO PERMITIDO PARA DISEÑÑOO
Artículo 10.1

Pruebas de carga

En algunos casos especiales, luego de
investigado un depósito por medio del SPT, se
puede recurrir a pruebas de carga para obtener
por otro medio las características mecánicas
de los suelos; sin embargo este método sólo
se puede aplicar si se trata de un suelo
homogéneo, la norma indica :
“Las pruebas de carga deben ser precedidas
por un EMS y se recomienda su uso
únicamente cuando el suelo a ensayar es
tridimensionalmente homogéneo, comprende
la profundidad activa de la cimentación y es
semejante al ubicado bajo el plato de carga.”
Contenido del
Informe del
Estudio de Mecánica de Suelos

El informe del EMS comprenderá:
Memoria Descriptiva
Planos de Ubicación de las Obras y de
Distribución de los Puntos de Investigación.
Perfiles de Suelos
Resultados de los Ensayos “in situ” y de
Laboratorio
Memoria Descriptiva
 Resumen de las Condiciones de
Cimentación
 Información Previa
 Exploración de Campo
 Ensayos de Laboratorio
 Perfil del Suelo
 Nivel de la Napa Freática
 Análisis de la Cimentación
 Plano de ubicación
 Perfiles del suelo

Resumen de las Condiciones de Cimentación
En los casos en que es obligatorio efectuar un
EMS, de acuerdo a lo indicado en esta Sección,
el informe del EMS correspondiente deberá ser
firmado por un Profesional Responsable (PR)
((Ingeniero CivilIngeniero Civil registrado en el Colegio deregistrado en el Colegio de
Ingenieros del PerIngenieros del Perúú))..
En estos mismos casos deberá incluirse en los
planos de cimentación una trascripción literal
del “Resumen de las Condiciones de
Cimentación” del EMS (Ver Sección 2.4.1.a).
EJEMPLO DE RESUMEN DE LAS CONDICIONES DE CIMENTACIÓN
De acuerdo con la Norma Técnica de Edificaciones E-050 “Suelos y Cimentaciones”,
la siguiente información deberá transcribirse en los planos de cimentación. Esta
información no es limitativa, y deberá cumplirse con todo lo especificado en el
presente Estudio de Suelos y en el Reglamento Nacional de Construcciones.
Recomendaciones Adicionales: No debe cimentarse sobre turba, suelo orgánico, tierra vegetal,
desmonte, relleno sanitario o relleno artificial y estos materiales inadecuados deberán ser
removidos en su totalidad, antes de construir la edificación y ser reemplazados con materiales
adecuados debidamente compactados.
Agresividad del Suelo a la Cimentación: No detectada
Asentamiento Diferencial Máximo Aceptable: 0.80 cm
Factor de Seguridad por Corte (estático, dinámico): Mayor a 3 y 2,50
Presión Admisible:
alternativa 1 5.00 kg/cm².
alternativa 2 1.20 kg/cm²
Profundidad de Cimentación:
alternativa 1 1.50 m o hasta penetrar 0.20 m en la grava arenosa.
alternativa 2 platea sobre un relleno controlado de 0.45 m y con vigas perimetrales e
interiores de 0.70 m
Parámetros de Diseño de la Cimentación:
Estrato de apoyo de la cimentación: Grava arenosa medianamente densa
Tipo de Cimentación:
alternativa 1 zapatas aisladas o continuas, de concreto armado.
alternativa 2 platea de cimentación con vigas perimetrales e interiores de concreto armado.

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

Profundidad mProfundidad míínimanima
de cimentacide cimentacióón 0.80 mn 0.80 m
Taiwán 1999

La Punta – Camana 2001
Rellenos Artificiales
o
Rellenos no Controlados

Rellenos no Controlados (artificiales)Rellenos no Controlados (artificiales)
Nueva redacción
ArtArtíículo 19 Profundidad de cimentaciculo 19 Profundidad de cimentacióónn
No debe cimentarse sobre turba, suelo
orgánico, tierra vegetal, relleno de desmonte o
rellenos sanitario o industrial, ni rellenos No
Controlados. Estos materiales inadecuadosEstos materiales inadecuados
deberdeberáán ser removidos en su totalidad, antesn ser removidos en su totalidad, antes
de construir la edificacide construir la edificacióón y ser reemplazadosn y ser reemplazados
con materiales que cumplan con lo indicado encon materiales que cumplan con lo indicado en
la Artla Artíículo 21 (21.1)culo 21 (21.1)

Rellenos Controlados o de Ingeniería
21.1 Rellenos Controlados o de Ingenier21.1 Rellenos Controlados o de Ingenierííaa
Los Rellenos Controlados son aquellos que se
construyen con Material Seleccionado, tendrán las
mismas condiciones de apoyo que las cimentaciones
superficiales. Los métodos empleados en su
conformación, compactación y control, dependen
principalmente de las propiedades físicas del material.
Los métodos empleados en su conformación,
compactación y control, dependen principalmente de
las propiedades físicas del material.
Rellenos Controlados o de Ingeniería
21.2 Rellenos no Controlados21.2 Rellenos no Controlados
Los rellenos no controlados son aquellos que
no cumplen con el Artículo 21.1. LasLas
cimentaciones superficiales no se podrcimentaciones superficiales no se podráánn
construir sobre estos rellenos no controlados,construir sobre estos rellenos no controlados,
los cuales deberlos cuales deberáán ser reemplazados en sun ser reemplazados en su
totalidad por materiales seleccionadostotalidad por materiales seleccionados
debidamente compactados, como se indica en
el Artículo 21 (21.1), antes de iniciar la
construcción de la cimentación.

El Material Seleccionado con el que se debe
construir el Relleno ControladoRelleno Controlado deberá ser
compactado de la siguiente manera:
a)Si tiene más de 12% de finos, deberá compactarse a
una densidad mayor o igual del 90%mayor o igual del 90% de la máxima
densidad seca del método de ensayo Proctor
Modificado, NTP 339.141 (ASTM D 1557), en todo su
espesor.
b)Si tiene igual o menos de 12% de finos, deberá
compactarse a una densidad no menor del 95%no menor del 95% de la
máxima densidad seca del método de ensayo
Proctor Modificado, NTP 339.141 (ASTM D 1557), en
todo su espesor.
En todos los casos deberán realizarse
controles de compactación en todas las capas
compactadas, a razón necesariamente, de un
control por cada 250 m2 con un mínimo de tres
controles por capa.
En áreas pequeñas (igual o menores a 25 m2)
se aceptará un ensayo como mínimo. En
cualquier caso, el espesor máximo a controlar
será de 0,30 m de espesor.

Cuando se requiera verificar la compactación
de un Relleno Controlado ya construido, este
trabajo deberá realizarse mediante cualquiera
de los siguientes métodos:
a)Un ensayo de Penetración Estándar NTP
339.133 (ASTM D 1586) por cada metro de
espesor de Relleno Controlado. El resultado
de este ensayo debe ser mayor a N 60= 25,
golpes por cada 0,30m de penetración.
b)Un ensayo con Cono de Arena, NTP 339.143
(ASTM D1556) ó por medio de métodos
nucleares, NTP 339.144 (ASTM D2922), por
cada 0,50 m de espesor. Los resultados
deberán ser: mayores a 90% de la máxima
densidad seca del ensayo Proctor
Modificado, si tiene más de 12% de finos; o
mayores al 95% de la máxima densidad
seca del ensayo Proctor Modificado si tiene
igual o menos de 12% de finos.

Costa Verde zona de Magdalena
Av. BrasilAv. Independencia
1944
Costa Verde
zona de
Magdalena
1944
2005

Falla zona de
Magdalena
1944
Costa Verde zona
de Magdalena
1944
2005

Casa sobre relleno Barrio Obrero Rimac
Casa sobre relleno Barrio Obrero Rimac

Villa Libertad – Surco (2002)
Mexico 1985
Turquia 1999
Villa LibertadVilla Libertad –– SurcoSurco
(2002)(2002)

Colegio Los Querubines (2002)
Surquillo

Surquillo
Surquillo

Residencial Recavarren 2003

ANALISIS DE LAS CONDICIONES DE
CIMENTACION QUE PUEDEN
PRESENTARSE

ARTÍCULO 15.- CAPACIDAD DE CARGA
La capacidad de carga es la presión última o de
falla por corte del suelo y se determina
utilizando las fórmulas aceptadas por la mecánica
de suelos.
En suelos cohesivos (arcilla, arcilla limosa y limo-
arcillosa), se emplearse emplearáá unun áángulo de friccingulo de friccióónn
internainterna (()) igual a cero.igual a cero.
En suelos friccionantes (gravas, arenas y gravas-
arenosas), se emplearse emplearáá una cohesiuna cohesióónn
(c)(c) igual a cero.igual a cero.
ARRTÍCULO 16.- FACTOR DE SEGURIDAD
FRENTE A UNA FALLA POR CORTE
Los factores de seguridad mínimos que deberán
tener las cimentaciones son los siguientes:
Para cargas estáticas: 3.0
Para solicitación máxima de sismo o viento (la
que sea más desfavorable): 2.5

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

Asentamiento en arcillas
Arcilla pre consolidada (´0 +  > ´P)







 


 ´
´
0
´
0
´
0
´
loglog
1 vP
vv
C
v
P
R CC
e
h
h





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

Compresibilidad de la arena
Asentamiento calculado vs real
  F
c
fN
qB
S
1´
67.16 4.1
60
75.0

 
 
 
 
64.0´´/
25.0´´/
´´/25.1
1
1´´/ 2
1´´/
1´´/












F
F
BLc
BLc
F
fBLsi
BL
BL
fBLsi
S
S
f

Presiones en el suelo
Cargas excéntricas
Falla de la Torre en el mar

Falla de la Torre en el mar
Áreas consideradas

Zapata efectiva
Zapata con carga inclinada y momento

SUELO COHESIVO
(presión admisible controlada por corte)
 
FNFa fff
B
N
q 75.0
4.1
60
´
096.0
Ncis
FS
q ccca
1

SUELO GRANULAR
(presión admisible controlada por asentamiento)
RESUMEN
PROBLEMAS ESPECIALES DE
CIMENTACION

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

La relación entre los colapsables y no
colapsables y los parámetros antes indicados
se muestra en la gráfica siguiente:
1.60
Cuando el PR encuentre evidencias de la
existencia de suelos colapsables deberá
sustentar su evaluación mediante los
resultados del ensayo de ensayo de
Colapsabilidad Potencial según NTP 339.163
(ASTM D 5333).
Las muestras utilizadas para la evaluación de
colapsabilidad deberán ser obtenidas de pozos
a cielo abierto, en condición inalterada,
preferentemente del tipo Mib.

El potencial de colapso (CP) se define
mediante la siguiente expresión:
e =Cambio en la relación de vacíos debido al
colapso
bajo humedecimiento
e0 = Relación de vacíos inicial
Hc = Cambio de altura de la muestra
H0 = Altura inicial de la muestra
 
00
%100
1
(%)
H
H
CPox
e
e
CP c




El PR establecerá la severidad del problema de
colapsabilidad mediante los siguientes criterios:
Colapso muy severo>20
Colapso severo10 a 20
Colapso5 a 10
Colapso moderado1 a 5
No colapsa0 a 1
Severidad del problemaCP (%)
Si CP % > 5 no apoyar la cimentación sobre ese suelo

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

La relación entre la Expansión Potencial (Ep) y los
parámetros antes indicados se muestra en la gráfica
siguiente:
 
m
IP
AActividad
2%

Tabla 6.3.2
CLASIFICACIÓN DE
SUELOS EXPANSIVOS
< 17< 20< 10Bajo
12 – 2712 – 3410 – 20Medio
18 – 3723 – 4520 – 30Alto
> 37> 32> 30Muy alto
%%%%
Porcentaje de
partículas
menores que
dos micras
Índice de
plasticidad
Expansión en
consolidómetro,
bajo presión
vertical de 0,07
kg/cm2
Potencial de
expansión
Si el Potencial de expansión  bajo ( 10 en cosolidometro)
no apoyar la cimentación sobre ese suelo

Talara
Licuación

En suelos granulares finos ubicados bajo la Napa
Freática y algunos suelos cohesivos, las
solicitaciones sísmicas pueden originar el
fenómeno denominado licuacilicuacióón, el cual consisten, el cual consiste
en la pen la péérdida momentrdida momentáánea de la resistencia alnea de la resistencia al
corte del suelocorte 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.
Chimbote 1970

Camana 2001
Licuación en el Perú

Fenómeno de licuación
Sra. Ester Atuncar
Calle Alfonso Ugarte N° 195 Tambo de Mora
Las lagunas de Puerto Viejo Km 70.8 (15/8/2007)

Problemas geotecnicos desde
Lima hasta Ica
Sismo del 15/8/2007
Tambo de Mora (15/8/2007)Tambo de Mora (15/8/2007)

Tambo de Mora
(Mw = 8 ; a/g = 0.30)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35
Profundidad(m)
CRR 1982
CSReq 1982
CSReq 1997
CRR 1997
CSReq 2000
CSReq 2004
CRR 2004

21.5 cm21.5 cm
Asentamiento en la Av. Defensores del Morro
calculado según C.Y. Lee (2007)
Protección de excavaciones
Calzaduras

Las excavaciones verticales de más de 2,00 m
de profundidad requeridas para alcanzar los
niveles de los sótanos y sus cimentaciones, no
deben permanecer sin sostenimiento, salvo
que el estudio realizado por el PR determine
que no es necesario efectuar obras de
sostenimiento.
La necesidad de construir obras de
sostenimiento, su diseño y construcción son
responsabilidad del contratista de la obra.
El informe del EMS deberá incluir los parámetros de
suelos requeridos para el diseño de las obras de
sostenimiento de las edificaciones, muros perimetrales,
pistas y terrenos vecinos, considerando que estos puedan
ser desestabilizados como consecuencia directa de las
excavaciones que se ejecuten para la construcción de los
sótanos directa de las excavaciones que se ejecuten para
la construcciones de los sótanos.
0.45tan Coeficiente de fricción bajo la cimentación.
4.04KpsCoeficiente Pasivo Dinámico
0.77KosCoeficiente en Reposo Dinámico
0.56KasCoeficiente Activo Dinámico
0.57RFactor de Reducción del Empuje Pasivo para /=0
4.75KpCoeficiente Pasivo Estático
0.58KoCoeficiente en Reposo Estático
0.37KaCoeficiente Activo Estático
25°Ángulo de fricción
1.94 ton/m3
Peso unitario
ValorSímbol
o
Nombre

CALZADURA CONVENCIONAL
Carga
Empuje
Fricción
Varillas corrugadas
¿?
Tan  =
0.55 % #200 <5%0.55 % #200 <5%
0.45 5% <% #200 <12%0.45 5% <% #200 <12%
0.35 % #200 > 12%0.35 % #200 > 12%

Av. Basadre San Isidro

Cimentaciones en taludes

“En mecánica de suelos la exactitud de los
resultados calculados nunca exede al de una
estimación cruda, y la función principal de la
teoría consiste en el enseñar de que y como
observar en el campo.”
Karl Terzaghi, 1936
Velemos por que se cumplan las normas.Velemos por que se cumplan las normas.
De nosotros depende que esto no ocurra nuevamenteDe nosotros depende que esto no ocurra nuevamente

Muchas gracias
Manuel A. Olcese FranzeroManuel A. Olcese Franzero
Profesor Principal PUCPProfesor Principal PUCP
Ing. Civil CIP M ASCEIng. Civil CIP M ASCE
molcese@pucp.edu.pemolcese@pucp.edu.pe

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