Modificaciones Trabajo E050.docx

i

9-8-2018

NORMA NTE E.050 SUELOS Y CIMENTACIONES Cimentación De Maquinas

ii

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO FACULATAD DE INGENIERÍA: ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA, INFORMATICA Y MECÁNICA ESCUELA PROFESIONAL: INGENIERIA MECANICA

TEMA: COMPARACIÒN DE LA NORMA NTE E.050 CON LA NORMA NEC. CURSO: CIMENTACION DE MAQUINAS DOCENTE: ING. SALAS MARIN MARCO INTEGRANTES: FLOREZ MINAURO RAY MANUEL HUAMAN ORCON SORAIDA SALAS MAMANI NEFI ARON POZO CANA JHON BRIAN QUISPE PUMA JIRET ELIUT QUISPE CALLAPIÑA MARIO CESAR

CUSCO-PERU 2018 – I

134467 133934 133940 133937 133939 134469

i COMPARACIÒN DE NORMA DE LA NORMA NTE E.050 CON LA NEC

Un Trabajo Presentado Para El Curso De Cimentación de máquinas, De La Universidad Nacional San Antonio Abad Del Cusco

Ingeniería Mecánica. Mayo 2018.

ii

CONTENIDO SUELOS Y CIMENTACIONES ..................................................................................... 1 A.

Capacidad De Carga ............................................................................................... 1 A.1. Factor De Seguridad Frente A Una Falla Por Corte ........................................... 1 A.2. Presión Admisible ............................................................................................... 1

B.

Cimentaciones Superficiales ................................................................................... 2

C.

Cimentaciones Profundas........................................................................................ 3

D.

Cimentación Por Pilotes.......................................................................................... 3

i.

Capacidad de carga del grupo de pilotes................................................................. 3

E.

Cimentación Por Pilares .......................................................................................... 4

F.

Cajones De Cimentación......................................................................................... 4

CONDICIONES IMPORTANTES EN LA CIMENTACION ..................................... 5 LOCALIZACION DEL TERRENO ............................................................................... 6 ESTUDIOS DE SUELOS ................................................................................................. 6 OBJETIVO DEL ESTUDIO ............................................................................................ 7 A.

Propiedades De Suelos ............................................................................................ 7

PROCEDIMIENTOS Y ENSAYOS ............................................................................... 7 EFECTO DEL SISMO Y VIENTO ................................................................................ 8

1 SUELOS Y CIMENTACIONES Para la elaboración de las conclusiones del EMS (Estudio Mecánica de Suelos) se consideran conclusiones para utilizar cargas como son: 

Para el cálculo del factor de seguridad de cimentaciones.



Para el

cálculo del asentamiento de cimentaciones apoyadas sobre suelos

granulares. 

Para el cálculo de asentamientos en suelos cohesivos.



Para el cálculo de asentamientos se considera todas las cargas que se emplearan aparte de toda la estructura y de los suelos.

A. 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. A.1. Factor De Seguridad Frente A Una Falla Por Corte  Para cargas estáticas: 3,0  Para solicitación máxima de sismo o viento (la que sea más desfavorable): 2,5. A.2. Presión Admisible Existen una serie de factores para esta presión admisible:  Profundidad de cimentación.  Dimensión de los elementos de la cimentación.  Características físico – mecánicas de los suelos ubicados dentro de la zona activa de la cimentación.

2  Asentamiento tolerable de la estructura. B. Cimentaciones Superficiales Son aquellas en las cuales la relación Profundidad / ancho (Df/B) es menor o igual a cinco (5), siendo Df la profundidad de la cimentación y B el ancho o diámetro de la misma. Son cimentaciones superficiales las zapatas aisladas, conectadas y combinadas; las cimentaciones continuas (cimientos corridos) y las plateas de cimentación. La profundidad de cimentación quedará definida por el PR y estará condicionada a cambios de volumen por humedecimiento-secado, hielo- deshielo o condiciones particulares de uso de la estructura, no debiendo ser menor de 0,80 m en el caso de zapatas y cimientos corridos. Las plateas de cimentación deben ser losas rígidas de concreto armado, con acero en dos direcciones y deberán llevar una viga perimetral de concreto armado cimentado a una profundidad mínima de 0,40 m, medida desde la superficie del terreno o desde el piso terminado, la que sea menor. El espesor de la losa y el peralte de la viga perimetral serán determinados por el Profesional Responsable de las estructuras, para garantizar la rigidez de la cimentación. En el caso de cimientos ubicados en terrenos próximos a taludes o sobre taludes o en terreno inclinado, la ecuación de capacidad de carga debe ser calculada teniendo en cuenta la inclinación de la superficie y la inclinación de la base de la cimentación, si la hubiera.

3 C. Cimentaciones Profundas Son cimentaciones profundas: los pilotes y micro pilotes, los pilotes para densificación, los pilares y los cajones de cimentación. La cimentación profunda será usada cuando las cimentaciones superficiales generen una capacidad de carga que no permita obtener los factores de seguridad. D. Cimentación Por Pilotes Los pilotes se dividen en dos categorías principales, dependiendo de sus longitudes y del mecanismo de transferencia de carga al suelo, como se indica en los siguientes a continuación:  Si los registros de la perforación establecen la presencia de roca a una profundidad razonable, los pilotes se extienden hasta la superficie de la roca. En este caso la capacidad última de los pilotes depende por completo de la capacidad de carga del material subyacente.  Si en vez de roca se encuentra un estrato de suelo bastante compacto y resistente a una profundidad razonable, los pilotes se prolongan unos cuantos metros dentro del estrato duro. En este caso, la carga última del pilote se expresa como:

i.

Capacidad de carga del grupo de pilotes

En el caso de un grupo de pilotes de fricción en arcilla, deberá analizarse el efecto de grupo.

4 En el caso de pilotes de punta apoyados sobre un estrato resistente de poco espesor, debajo del cual se tiene un suelo menos resistente, debe analizarse la capacidad de carga por punzonamiento de dicho suelo. ii.

Espaciamiento de pilotes Tabla 1. Espaciamiento Mínimo Entre Pilotes Según E.050.

TABLA 9 ESPACIAMIENTO MÍNIMO ENTRE PILOTES LONGITUD (m)

ESPACIAMIENTO ENTRE EJES

L < 10

3b

10 < L < 25

4b

L < 25

5b

Donde b = diámetro o mayor dimensión del pilote. Para el caso de pilotes por fricción, este espaciamiento no podrá ser menor de 1,20 m E. Cimentación Por Pilares Los pilares son elementos estructurales de concreto vaciados “in situ” con diámetro mayor a 1,00 m, con o sin refuerzo de acero y con o sin fondo ampliado. F. Cajones De Cimentación Los cajones de cimentación son elementos estructurales de concreto armado que se construyen sobre el terreno y se introducen en el terreno por su propio peso al ser excavado el suelo ubicado en su interior. El PR deberá indicar el valor la fricción lateral del suelo para determinar el peso requerido por el cajón para su instalación.

5 CONDICIONES IMPORTANTES EN LA CIMENTACION El ámbito de aplicación es muy amplia para la cimentación tanto en edificaciones que presten servicios de educación, salud y publico donde estén involucrados varias vidas de personas deberá ser obligatorio el uso del EMS que debe ser firmado por un profesional responsable PR. No existe obligatoriedad en lugares donde ya se tiene datos conocidos ya que hubo un profesional a cargo el cual debe hacerse responsable sin necesidad de terceros. Descripción resumida de todos y cada uno de los tópicos principales del informe 

Tipo de cimentación.



Estrato de apoyo de la cimentación.



Parámetros de diseño para la cimentación (Profundidad de la Cimentación, Presión Admisible, Factor de Seguridad por Corte y Asentamiento Diferencial o Total).



Agresividad del suelo a la cimentación..



Recomendaciones adicionales.

En cimentaciones sobre relleno son depósitos artificiales que se diferencian por su naturaleza por las condiciones bajo que son colocados Materiales seleccionados por su naturaleza: Todo tipo de suelo compáctable, con partículas no mayores de 7,5(3”), con30% o menos de material retenido en la malla ¾”y sin elementos distintos de los suelos naturales. Materiales de acuerdo a su condición: Aquellos que se construyen con material seleccionado para preparas un relleno controlados Espesor máximo por capa 0,30 m

6 LOCALIZACION DEL TERRENO En la localización del terreno siguen aspectos muy similares ambas normas, con algunas adiciones en la peruana que son las siguientes: NORMA TECNICA PERUANA

NORMA TECNICA ECUATORIANA

-Nos dice que hay que conocer el terreno de forma completa el plano de ubicación y accesos. -Hacer el plano topográfico con curva nivel. -Si plano del terreno es menor al 5% es suficiente un levantamiento planimétrico.

-Cuando el terreno es totalmente nuevo se recurre e métodos de inspección como cartografiado e inspección completa del sitio. -La inspección visual es muy importante para determinar si pasan tuberías subterráneas por el terreno.

ESTUDIOS DE SUELOS En estudio de suelos las dos Normas son más parecidas, pero como siempre difieren solo en algunos aspectos que veremos a continuación. NORMA TECNICA PERUANA

NORMA TECNICA ECUATORIANA

-Están basados en el metrado de cargas estimado para la estructura y que cumplen los requisitos para el Programa de Investigación -Entidades no autorizarán la ejecución de las obras, si el proyecto no cuenta con un EMS, para el área y tipo de obra específico. -El PR recibirá del Solicitante los datos disponibles del terreno sobre (restos arqueológicos, cultivo, explotación minera, relleno sanitario, etc)

-La Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-11, señala la obligatoriedad de realizar el estudio geotécnico para absolutamente todas las edificaciones y estructuras que se construyan en el territorio ecuatoriano. -Para una construcción completa de equipos se dirige un sondeo a los elementos más significativos. -Las cimentaciones de los elementos menos significativos se tomará la característica del suelo más cercano.

7 OBJETIVO DEL ESTUDIO Los objetivos son los mismos en cada norma. A. Propiedades De Suelos -las propiedades de los suelos se clasifican de igual manera al igual que las propiedades mecánicas dependen del material como: 

compresibilidad



permeabilidad



densidad



resistencia al corte



contenido de humedad



peso específico o gravedad especifica PROCEDIMIENTOS Y ENSAYOS

Los métodos de exploración y ensayos necesarios para determinar las características del suelo para el diseño de una cimentación se describen brevemente en cada norma a continuación: NORMA TECNICA PERUANA

-Pozos o Calicatas y Trincheras -Perforaciones Manuales y Mecánicas -Contenido de Humedad -Análisis Granulométrico -Límite de Contracción -Descripción Visual-Manual -Compresión no Confinada -Compresión Triaxial no Consolidado no Drenado -Contenido de Cloruros Solubles en Suelos y Agua Subterránea -Consolidación Unidimensional

NORMA TECNICA ECUATORIANA

-Métodos Geofísicos -Pozo a cielo abierto -Las pruebas de suelo en sitio -Las pruebas de carga -Densidad in situ -Contenido de humedad -Compresión Triaxial

8 EFECTO DEL SISMO Y VIENTO  La noma NTE E.050 (Suelos y Cimentaciones) aplica y se apoya en la norma E.030 (Diseño Sismorresistente) que nos da como mínimo las siguientes consideraciones a tomar en la memoria de Descriptiva. i. El Factor de Suelo (S) ii. El Período que define la plataforma del espectro para cada tipo de suelo (Tp(S)).  En el análisis de las condiciones de cimentación, nos hace mención a que tipos de cargas debemos considerar para el cálculo del asentamiento de cimentaciones, apoyadas sobre suelos granulares, se debe considerar la máxima carga vertical que actúe (Carga Muerta más Carga Viva más Sismo) utilizada para el diseño de las columnas del nivel más bajo de la edificación. Del mismo modo también nos indica el factor de seguridad frente a una falla por corte, siendo los mínimos valores los siguientes: i.Para cargas estáticas: 3,0 ii.Para solicitación máxima de sismo o viento (la que sea más desfavorable): 2,5 En la parte de la licuación de suelos, En general en lo que es 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

9 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. Debiendo presentar simultáneamente a características siguientes: i.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. ii.Debe encontrarse sumergido. Justificándose estos casos mediante el Análisis del Potencial de Licuación, que consiste que en caso de suelos arenosos que presentan las características indicadas, se deberá realizar el análisis del potencial de licuación utilizando el método propuesto por Seed e Idriss. Este método que fue desarrollado en base a observaciones in-situ del comportamiento de depósitos de arenas durante sismos pasados. El procedimiento involucra el uso de la resistencia a la penetración estándar N (Número de golpes del ensayo SPT). El valor de N obtenido en el campo deberá corregirse por: energía, diámetro de la perforación, longitud de las barras para calcular a partir de ese valor el potencial de licuación de las arenas. La aceleración máxima requerida para el análisis del potencial de licuación será estimada por el PR, la cual será congruente con los valores empleados en el diseño estructural correspondiente, para lo cual el PR efectuara las coordinaciones pertinentes con los responsables del diseño sismo resistente de la obra.

10 Este método permite calcular, el esfuerzo cortante inducido por el sismo en el lugar y a partir de la resistencia a la penetración estándar normalizada (N1)60, el esfuerzo cortante límite para la ocurrencia del fenómeno de licuación. También es posible determinar el factor de seguridad frente a la ocurrencia de la licuación y la aceleración máxima de un sismo que la causaría. Este método permite calcular, el esfuerzo cortante inducido por el sismo en el lugar y a partir de la resistencia a la penetración estándar normalizada (N1)60, el esfuerzo cortante límite para la ocurrencia del fenómeno de licuación. También es posible determinar el factor de seguridad frente a la ocurrencia de la licuación y la aceleración máxima de un sismo que la causaría. En el apartado de sostenimiento de excavaciones, nos hace referencia de que de producirse un sismo con una magnitud mayor o igual a 3,5 grados de la Escala Richter, el Contratista a cargo de las excavaciones, deberá proceder de inmediato, bajo su responsabilidad y tomando las precauciones del caso, a sostener cualquier corte de más de 2,00 m de profundidad, salvo que un estudio realizado por un especialista determine que no es necesario. En conclusión haciendo una comparación con la norma ecuatoriana construcción (NEC 11), en donde no se tiene una normativa específica para aplicar lo que es cargas dinámicas (viento y sismo), en estructuras y cimentaciones para equipo y maquinaria, ellos simplemente hacen una similitud con la NEC- 11, y calculan un factor de sismo para multiplicarse con el peso y así obtienen el cortante basal.

11 Como segunda observación vendría a ser que en la E 050, no se considera mucho los que son las cargas de viento, y esta norma solo le aplica un factor de seguridad para superar cualquier inconveniente con este tipo de carga dinámica. La NEC-11, esta norma se apoya en los reportes del ACI y en la Norma ASCE 7-2010, donde en el caso de edificaciones y estructuras estas las consideran a la carga de viento como un factor importante ya que al tratarse de fuerzas horizontales el viento influye en la estrutura, y en ciertos casos se puede definir las dimensiones de la cimentación y la configuración de esta. Para finalizar las normas ecuatorianas, hacen similitud de normas para el caso de cimentaciones de máquinas. 

Para el cálculo de factores de seguridad de cimentación se utiliza como cargas aplicadas a la cimentación, las cargas de servicio que se utilizan para el diseño estructural de las columnas del nivel más bajo de edificación.



En las cargas a utilizar también se encuentra la carga de cimentación entonces el cálculo de la cimentación apoyada sobre suelos granulares. Se deberá considerar la máxima carga vertical que actúe (carga muerta más carga viva más sismo). Es importante decir que se utiliza para el diseño de las columnas del nivel más bajo de la edificación.



Es importante mencionar que en el análisis de condición de cimentación se considera la carga más que el 50% de la carga viva. Sin considerar la reducción que permitirá la norma técnica de edificación E.050.



El tema de asentamiento tolerable de acuerdo al estudio de mecánica de suelos indica que el asentamiento tolerable no debe ocasionar una distorsión angular mayor que la

12 indica en la tabla. En los suelos de asentamiento diferencial se puede estimar como el 75% del asentamiento total.

Figura 1 Asentamiento Diferencial.



Tabla 2 Distorsión Angular.

Los mas resaltante de la norma E.050 son los valores minimos que se debera tener en las cimentaciones. Tabla 3. Valores Mínimos

Carga estática

3.00

Para sismos y 2.50 vientos



La cimentacion superficial en taludes, para el caso ubicados en terrenos proximos a taludes o sobre taludes o en un terremno inclinado, la ecuacion de capacidad e carga debe ser calculada tenindo encuenta la superfiacie y la inclinacion de la base de la cimentacion, si la ubiera. Adicionalmente debe verificarse la estabilidad del talud, considerando la presencia de la estructura. Para es un punto muy importante en la cimentacion de estructura y maquina.

13 

La cimentacion profunda, son alquelas cimetacio9nes tales como suelos expancivos y suelos colapsantes o suelos sujetos a la errocion el cual debe cumplir que:



Un punto importante sobre las excavaciones de mas 2.00 m de la profundidad requerida para alcansar los niveles de zotanos y sus cimentaciones, no bede permanecer sin sostenimiento, salvo el estudio realizado por el PR determine que no es necerario efectuar las obra de sostenimiento. Figura 2 PROFUNDIDAD DE CIMENTACION



La aguas subterraneas son mas agresivas que el suelo al sestado seco, esta norma considera el ataque externo pór suelos y aguas subterraneas y no toma otro tipo de agresion, este punto debe tener muy encuenta, en los lugares de la napa freatica en la zona actica de cimentacion donde exita ataque quimico al concreto de

14 ciemntacion y superestrcutura, es necesario el analisis de ensayos quimicos del agua o del suelo en contacto con ellas con el objetivo de contrarestar o descartar tal evento. Generalmente los ataque quimicos son: 1. Ataque acido. 2. Ataque por sulfatos. 3. Ataque por cloruros 

Para concluir expresamos que la norma E.050 es muy conservativa en algunos puntos como tipos de carga para cimentacion, ya mencionado anteriormente. Los puntos debiles son casos que no toma encuenta el efecto de los factores externos que debilital la estructura como por ejemplo presencia de liquidos acidentales que a lo largo de la vida util existe una alta posibilidad.



Los suelos poseen una capacidad de carga al pasar este limite el suelo empieza a fallar por corte, esto también influye en la cimentación debido a que ejercerá una determinada carga a partir la máquina que soporta la cual es la que genera el tipo de carga.



Debido a que las maquinas a ser cimentadas son de distintas características, es posible que la cimentación tenga cargas excéntricas, este efecto también actuara en el suelo, es por ello que se tendrá que encontrar un área efectiva.



En cuanto a cargas inclinadas, es muy escaso en la cimentación de máquinas, ya que un efecto como este será muy destructivo en inseguro para trabajar; es posible tener una cimentación sin inclinación con la tecnología de medición actual.

15 

Las cimentación para maquinas tendrán en casos puntuales, la construcción por medio de pilotes, este en casos estar en suelos de mayor profundidad a la usual.



Todas estas cargas mencionadas anteriormente son analizadas por la norma E.050 y consecuente a eso se especifica que las cargas seran puestas a prueba bajo las especificacion de la norma ASTM D 43, esto para la aplicacion de pilotes.



En el caso de que la construccion se lleve añadiendo pilares, el analisis sera realizado con los mismos paramtros de el caso de pilotes.



La parte mas importante para nuestro caso de cimentacion de maquinas es la de cajones de cimentacion, estos se veran en contacto directo con el suelo y sus efectos como friccion, excavacion propia de la cimentacion, la relacion entre profundidad y ancho del cajon. El cajon se analizara como una zapata o un pilares.



En el anexo de el domcumento se especifica las carateristicas de las cargas como: carga admisible, carga de servicio, carga de trabajo, carga muerta, carga viva; estas dos ultimas se especifican en la norma NTE E .020.



En conclusión, la norma E.050, habla mas acerca de cimentacion para edificaciones, de una forma mas puntual y profundizada , en cambio la norma ecuatorian (NEC), especifica la cimentacion para maquinas en especifico, caracterizando el tipo de maquina y sus efectos diferentes en la cimentacion, tambien añade las cargas externas, que la norma peruana (E.050), no lo realiza. Esto podria ser perjudicial en ambientes donde el estado de tiempo es muy cambiante.

16 CONCLUSIONES  Es importante tener conocimiento del uso de todas estas normas, ya que ante un diseño previo de cimentacion las normas se convierten en una herramienta impresinble, ya que nos facilidad algunos datos y recomendaciones de las cargas que debemos considerar en el diseño de cimentaciones.  Tambien se rescata de este trabajo que cuando no hay alguna especificacion o norma referente a un diseño, o cualquier otro relacionado, se debera ajustarse a otra norma vecina o similar, que este especializado en el tema que nos interesa.