ESTUDIO DE SUELOS

AREAS DE CIRCULACION PARA LA ESTACION DE SERVICIOS GASOCENTRO CHILCA – CAÑETE”

INDICE 1. 1.00

INTRO NTROD DUCCI UCCIÓ ÓN Y GEN GENERA ERALIDA IDADES

2. 2.00

1.1. .1.

Objetiv tivo de del Estud tudio

1.2. 1.2.

Ubic Ubicac ació ión n y Des Descr crip ipci ción ón del del área área en en estu estudi dio o

1.3.

Sismicidad

INVESTI STIGACIONES DE DE CA CAMPO 2.1

3. 3.00

Calicatas tas de Exploración

ENSAYOS DE LABORATORIO ORIO 3.1

Análisis Granulométr métriico

3.2

Límites tes de Consis sisten tencia cia

3.3

Humedad Natural

3.4

Corte Di Directo

4. 4.00

PERF PERFIL IL ESTR ESTRAT ATIG IGRA RAFI FICO CO DEL DEL SUBS SUBSUE UELO LO

5. 5.00

CAPACIDA IDAD AD ADMISI ISIBLE BLE DE DEL SUE SUEL LO

6.000 6.0

ESTI ESTIMA MACI CIÓN ÓN DE ASEN ASENTA TAMI MIEN ENTO TOS S

7. 7.00 00

DISE ISENO DE PAVIME IMENTO NTO

8.000 8.0

CONC CONCLU LUSI SION ONES ES Y REC RECOM OMEN ENDA DACI CION ONES ES

ANEXOS REGISTROS ESTRATIGRAFICOS ENSAYOS DE LABORATORIO PLANO DE UBICACIÓN DE CALICATAS.

ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACIÓN Y PAVIMENTACIÓN DEL PROYECTO: “CONSTRUCCIÓN DE TANQUES Y PAVIMENTACIÓN DE AREAS DE CIRCULACIÓN PARA LA ESTACION DE SERVICIOS ASIA”

ESTUDIO GEOTÉCNICO CON FINES DE CIMENTACIÓN E/S ASIA

1.0 INTROD INTRODUCCI UCCIÓN ÓN Y GENERA GENERALID LIDAD ADES ES Para el estudio estudio geotécnico con fines de cimentación cimentación se ejecutaron trabajos de campo en la zona necesarios para el desarrollo del estudio, estos fueron mediante calicatas de exploración a cielo abierto, Ensayo de SPT y descripción del material encontrado, a partir del cual se determinarán las características Físico - Mecánicas del suelo dentro de la profundidad activa de cimentación, y a partir de ellos los parámetros de resistencia del subsuelo para el diseño de la cimentación.

1.1

OBJETIVO DEL ESTUDIO

El presente estudio tiene por objetivo principal determinar el perfil estratigráfico, parámetros de resistencia del subsuelo subsuelo y consecuentemente consecuentemente la capacidad portante portante del suelo de apoyo a diferentes profundidades para las estructuras a proyectar. El estudio de Mecánica de Suelos contempló la ejecución de 03 calicatas y 01 ensayo in situ de SPT para la exploración y determinación del perfil estratigráfico con obtención de muestras para el análisis de laboratorio respectivo y así conocer las características geotécnicas del suelo. También será calculada la capacidad portante última y admisible del suelo de cimentación consid considera erand ndo o los tipos tipos de ciment cimentaci ación ón plante plantead ados os en la edifi edificac cació ión n para para un factor factor de seguridad de 3. 1.22 1.

UBIC UBICA ACIÓN CIÓN Y DES DESCR CRIP IPCI CION ON DEL DEL ARE AREA A EN EN EST ESTUD UDIO IO

La zona en estudio se encuentra, ubicada en la Carretera Panamericana Sur Km 97.5 – distrito de Asia, provincia de Cañete del departamento de Lima. 1.3 1.3

GEOL GEOLOG OGÍA ÍA Y GE GEOM OMOR ORF FOLOG OLOGÍA ÍA REGIO EGIONA NAL L

La localidad de Chilca, donde se encuentra el Area en estudio, se ubica en la costa sur del Perú, en la Provincia de Cañete, Departamento de Lima, se ubica al occidente de la costa Sur  del Perú, a orillas del Oceáno Pacífico, rodeada por depósitos aluviales, eólicos y fluviales. Los materiales predominantes en los alrededores del Area en Estudio son los Depósitos Aluviales (Qr-al), constituidos por materiales arenosos de matriz limo-arenosa, Depósitos Eólicos (Qr-e), constituidos por arenas eólicas de grano fino a medio, que ocurren como mantos mantos delgad delgados os de arenas, arenas, y Formación Formación Chilca Chilca (Ki-chi), (Ki-chi), Formacion Formacion Quilmana Quilmana (Kis-q), (Kis-q), Formación Pamplona (Ki-pa) y Subvolcánnico de Andesita (T-mdl).

PLANO GEOLOGICO DEL CUADRANGULO DE MALA

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   A    U    E    T   O    N    I    S    R    E    D    E    A    A    U    E    T   O    N    I    S    R    E    D    A    E

LEYENDA ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACIÓN Y PAVIMENTACIÓN DEL PROYECTO: “CONSTRUCCIÓN DE TANQUES Y PAVIMENTACIÓN DE AREAS DE CIRCULACIÓN PARA LA ESTACION DE SERVICIOS ASIA”

Geología y Geomorfología Local del Área en Estudio Unidad Geomorfológica En la localidad de Chilca los sedimentos predominantes son mantos de Depósitos Aluviales (Q-al), constituidos por materiales arenosos de matriz limo-arenosa, siendo común observar  la ocurrencia de capas lentiformes de arenas consolidadas con limos.  Asimismo, existen arenas eólicas de grano fino a medio, que ocurren como mantos delgados de arenas, dunas gigantes o como barjanes en movimiento con dirección S-N provenientes de Depósitos Eluviales (Q-e) del Cuaternario. Finalmemte, en zonas colindantes a loas quebradas y ríos se encuentran los Depósitos de la Formación Chilca (Ki-chi), Formacion Quilmana (Kis-q), Formación Pamplona (Ki-pa) y Subvolcánnico de Andesita (T-mdl) •

Grupo Morro Solar: (Ki-ms) Se halla conformado por rocas de las formaciones Salto de Fraile, Herradura y Marcavilca, que en conjunto constituyen una gruesa secuencia clástica de areniscas, lutitas y ocasionales horizontes volcánicos. En el campo se distinguen por su color  blanco grisáceo a pardo claro; frecuentemente la secuencia se halla afectada por  diques, sills y pequeños stocks. Por sus características litológicas se considera que los sedimentos de esta unidad fueron depositados en un ambiente de transgresiones y

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regresiones marinas continuas. La edad del grupo se asigna al Cretáceo inferior y su espesor se estima en 800 m.  Afloramientos de este grupo ocurren en el extremo norte del área de estudio, muy cerca del litoral marino, donde conforma un relieve de pequeñas lomadas. •

Depósitos Aluviales: (Qr-a) Consisten de acumulaciones fluviales de materiales sueltos o poco consolidados de naturaleza heterogénea y hetrométrica, que ha sido transportados grandes distancias por las corrientes. Están conformados por cantos y gravas redondeadas, envueltos en una matriz arenolimosa, que se depositaron durante el Holoceno. Es la unidad sedimentaria de mayor  distribución en el área de estudio, donde conforma la extensa planicie que se extiende en la margen derecha del río Cañete, hasta aproximadamente la localidad de Cerro  Azul.

•

Depósitos Aluviales (Qr-al) Consisten de acumulaciones fluviales de materiales sueltos o poco consolidados de naturaleza heterogénea y heterométrica, conformados por bloques, cantos y gravas sub-redondeadas, envueltos por una matriz areno-limosa, que se depositaron durante el Holoceno. Se presentan como fajas alargadas y estrechas a lo largo de la quebrada Topará, donde conforma los diferentes niveles de terrazas.

•

Depósitos Eólicos: (Qr-e) Son acumulaciones de arenas depositadas por el viento en las planicies que conforman la penillanura costera; en el área en estudio, ocurren como mantos de arena de unos pocos metros de espesor o como pequeñas dunas aisladas. Las arenas son de grano medio a grueso y de color gris oscuro por su contenido de minerales ferromagnesianos o arenas finas cuarzosas de color más claro y de mayor movilidad. En la variante, esta unidad se desarrolla como un manto arenoso de considerable espesor en la planicie que se extiende al norte de Cerro Azul (ver foto 3 de la galería fotográfica volumen V de anexos), y como pequeñas dunas aisladas que presentan una característica ornamentación de ripple marks (ondulaciones), en las cercanías de Ihuanco al pie de Cerro Grande. En el área de estudio se presentan principalmente como mantos de arena, que cubren grandes extensiones de terreno con un grosor de varios metros. En algunos sectores localizados, estos depósitos ocurren constituyendo médanos alineados, que presentan una ornamentación de ripple marks (pequeñas ondulaciones). Cerca de los afloramientos rocosos estas acumulaciones contienen una alta proporción de micas biotíticas. La edad de los depósitos corresponde al Cuaternario reciente.

•

Formación Quilmaná (Kis-q)

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Esta unidad esta compuesta por volcánicos sedimentarios de tipo andesítico, el mismo que presenta colores gris verdosos y textura porfirítica. Tiene un direccionamiento noroeste, en contacto con el Batolito de la Costa; por intemperismo adquieren tonalidades pardo rojizas a amarillentas. Esta unidad presenta seudo estratificaciones, visibles en algunos sectores del área de estudio, formando colinas de pendiente moderada a abrupta, de rocas fracturadas y con escasa cobertura eólica.  A esta unidad estratigráfica se le asigna una edad del cretáceo inferior a superior; su grosor se estima en 1 000 metros. Afloramientos conspicuos ocurren en los sectores más occidentales de las estribaciones andinas. •

Grupo Quilmaná: (Kms-q) Está constituido por una gruesa secuencia volcánico sedimentaria en la base, con predominio de rocas volcánicas de color gris verdoso en su sección superior, las cuales presentan por intemperismo tonalidades pardo rojizos a amarillentos. La secuencia presenta seudo estratificación y en ocasiones interestratificación de lentes calcáreos. En superficie se encuentran bastante fracturadas y moderadamente alteradas. El relieve del Grupo Quilmaná es accidentado y sus taludes son estables (foto 3 anexo 6.2.2.1). Las colinas bajas que aparecen en este grupo presentan cierta cobertura eólica. El grupo sobreyace en aparente concordancia sobre las capas de la formación Chilca y se le considera depositado en el Cretáceo medio a superior. Su grosor se estima en 1 000 m.  Afloramientos de este grupo ocurren en forma más o menos continua a lo largo del borde occidental de las estribaciones andinas, siendo cortado por el trazo del gasoducto en numerosos lugares, entre los que destacan las colinas orientales de la pampa del Ñoco y Nuevo Imperial, los cerros Pocoto y Media Luna al sur de Quilmaná, etc.

•

Formación Pamplona (Ki-pa) Esta unidad fosilífera se halla formada por una alternancia rítmica de lutitas y calizas, en capas delgadas. En la base predominan las lutitas en tanto que hacia el tope aparecen con mayor espesor las calizas. Las rocas se muestran bastante fracturadas y alteradas presentando sus afloramientos terrenos con relieve irregular. Se considera que el depósito de la formación ocurrió en el Cretáceo inferior, sobreyace en forma concordante y transicional a la formación Marcavilca del Grupo Morro Solar. Su espesor total es estimado en 1 000 m. En la franja en estudio esta formación tiene exposición limitada, aflorando principalmente frente al balneario de Punta Hermosa y en algunos sectores localizados de los cerros que bordean por el lado Este la carretera Panamericana, desde Chilca hasta la quebrada Corral Grande.

•

Formación Chilca: (Ki-ch) Consiste predominantemente de derrames lávicos andesíticos, con intercalaciones de brechas piroclásticas, que en conjunto presentan tonalidades gris verdosas y marrón violáceos; asimismo contiene intercalaciones irregulares de calizas grises a negras en capas de uno a tres m de espesor. Al interior del área de estudio afloran en forma de

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colinas de poca elevación, generalmente cubiertas por materiales cuaternarios de origen eólico. Aunque se encuentran bastante fracturadas y moderadamente alteradas son resistentes y muy duras. Sobreyace a las capas calcáreas de la formación  Atocongo y su edad se asigna al Cretáceo inferior. Su grosor aproximado es de 900 m. En la zona, las rocas de la formación Chilca se presentan en una faja paralela al litoral, en forma casi continua desde el valle de Lurín hasta el valle de Mala; afloramientos conspicuos se hallan en las canteras de Corral Grande y Chilca de la quebrada Jaboncillo, en el extremo norte de la franja evaluada, donde se halla cubiertas en gran parte por material eólico; en algunas colinas que bordean la pampa Calicanto y la mina cuprífera Raúl; así como en el c erro Loma de Vincho al norte de la mina Condestable.

Geodinámica del Área en Estudio En el terreno en estudio no se han detectado ningún tipo de fenómenos de geodinámica interna o externa que puedan afectar las obras proyectadas, salvo un evento probable es la ocurrencia de filtraciones superficiales y sub-superficiales producidas por lluvias persistentes sobre dicho terreno, para lo cual se recomienda proyectar obras de drenaje superficial y obras de subdrenaje en zonas bajas o con depresión de la superficie del terreno principalmente en las áreas libres interiores de la edificación proyectada. 1.4

SISMICIDAD

De acuerdo al nuevo mapa de zonificación sísmica del Perú según la nueva Norma Sismo Resistente (NTE E-030) y del Mapa de Distribución de Máximas Intensidades Sísmicas observadas en el Perú (J. Alva Hurtado, 1984) el cual está basado en isosístas de sismos ocurridos en el Perú y datos de intensidades puntuales de sismos históricos y sismos recientes; se concluye que el área en estudio se encuentra dentro de la zona de sismicidad media ( Zona 3 ), existiendo la posibilidad de que ocurran sismos de intensidades tan considerables como X en la escala Mercalli Modificada. “Zonificación Sísmica del Perú” y “Mapa de distribución de Máximas Intensidades Sísmicas”. De acuerdo a la nueva Norma Técnica NTE E-30 y el predominio del suelo bajo la cimentación, se recomienda utilizar en los diseños Sismo - Resistentes los siguientes parámetros: Suelo S3 Factor de Zona : Z=0.40 Factor de amplificación del suelo : S=1.40 Período que define la plataforma del espectro: Tp=0.90

ZONA 3

Z =0.40

ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACIÓN Y PAVIMENTACIÓN DEL PROYECTO: ZONA 2 Z =0.30 “CONSTRUCCIÓN DE TANQUES Y PAVIMENTACIÓN DE AREAS DE CIRCULACIÓN PARA LA ESTACION DE ZONA 1 Z =0.15 SERVICIOS ASIA”

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MAPA DE INTENSIDADES SÍSMICAS

2.0

INVESTIGACIONES DE CAMPO ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACIÓN Y PAVIMENTACIÓN DEL PROYECTO: “CONSTRUCCIÓN DE TANQUES Y PAVIMENTACIÓN DE AREAS DE CIRCULACIÓN PARA LA ESTACION DE SERVICIOS ASIA”

Con la finalidad de definir el perfil estratigráfico del área de estudio se realizaron 03 calicatas a cielo abierto y 01 ensayo SPT para el estudio de evaluación del subsuelo de cimentación y análisis de la capacidad portante cuyas profundidades máximas alcanzaron hasta 5.00 metros de profundidad. Se extrajeron muestras representativas alteradas de los estratos más representativos de las calicatas, las cuales fueron debidamente identificadas y enviadas al laboratorio de Mecánica de Suelos para la elaboración de ensayos standard y ensayos especiales los que se indican más adelante. En resumen se indica que los trabajos de campo fueron los siguientes: 

Ejecución de 03 Calicatas a cielo abierto de una profundidad máxima de 3.00 m. para el estudio de capacidad portante.



Ejecución de 01 ensayo In situ SPT de una profundidad máxima de 5.00 m. para el estudio de capacidad portante.



Extracción de Muestras Alteradas representativas de la Estratigrafía.



Determinación del perfil estratigráfico.

En los anexos se presentan los resultados de trabajos de Campo y Laboratorio realizados. 2.1

CALICATAS DE EXPLORACION

Con el objetivo de obtener las características físicas y Mecánicas del subsuelo hasta la profundidad activa de la cimentación, se realizaron 03 Calicatas (C-1), (C-2) y (C-3) para así determinar las condiciones del suelo de cimentación y la capacidad portante del terreno, las cuales fueron excavadas hasta una profundidad máxima de 3.00m. No se detectó presencia del nivel freático en las excavaciones realizadas. 2.2

ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR SPT (STANDAR PENETRATION TEST)

Los trabajos de campo de la investigación geotécnica consistieron primero en el reconocimiento del área de influencia relacionada al Proyecto, procediendo a ubicar los puntos de exploración. Los ensayos SPT (Standard Penetration Test – Norma ASTM D 1586) se ejecutaron en la zona de estructuras importantes del proyecto. Este ensayo se realiza con la finalidad de hincar un muestreador de tubo partido con el fin de obtener una muestra, representativa del suelo y una medida de la resistencia de dicho suelo, a la penetración del muestreador. El procedimiento en resumen consiste en registrar el número de golpes-requeridos para efectuar cada 0.15 m (6") de penetración o de la fracción correspondiente. Se considera que los primeros 0.15 m (6") son para una penetración de asentamiento. La suma del número de golpes requeridos para el segundo y tercer avance de 0.15 m (6 ") de penetración, se llama «resistencia a la penetración normal" o valor "N". Se realizó (01) ensayo de penetración estándar (SPT), en la estructura importante. ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACIÓN Y PAVIMENTACIÓN DEL PROYECTO: “CONSTRUCCIÓN DE TANQUES Y PAVIMENTACIÓN DE AREAS DE CIRCULACIÓN PARA LA ESTACION DE SERVICIOS ASIA”

Parámetros de Resistencia mediante Ensayo de Penetración Estándar SPT Se obtuvo la resistencia cortante de suelos mediante el ensayo de penetración estándar SPT (Norma ASTM D1586-84) el cual nos da referencia de los valores usados para el cálculo de la capacidad admisible. Se realizo el ensayo SPT-01 en la zona proyectada de estructuras para obtener la compacidad de suelos y correlacionar con los parámetros de resistencia obtenida de los ensayos especiales de corte directo. Las pruebas de Penetración Estándar proporcionan varias correlaciones útiles como el de consistencia de Suelos finos arcillosos es estimada con el Numero N de penetración estándar, como la tabla 2.1 y en suelos gruesos se muestra la Tabla 2.2. TABLA 2.1 Según Terzaghi y Peck 1948 Número Penetración Estándar, N

Consistencia

Resistencia a Compresión no Confinada, qu (Kg/cm2)

0a2 2a4 4a8 8 a 15 15 a 30 >30

Muy Blanda Blanda Medio Firme Firme Muy Firme Dura

0 a 0.25 0.25 a 0.50 0.50 a 1.00 1.00 a 2.00 2.00 a 4.00 >4.00

TABLA 2.2 Según Terzaghi y Peck 1948 Número Penetración Compacidad Relativa Estándar, N 0a4 4 a 10 10 a 30 30 a 50 >50

Muy suelta Suelta Media Compacta Muy compacta

N: Numero de penetración estándar obtenida de campo En cada ensayo SPT ejecutado se determina la resistencia cortante a cada profundidad explorada, tomando en consideración la correlación Tabla 2.1 y 2.2 (Terzaghi y Peck 1948) y la expresión (a) dada por Stroud 1974.  A continuación se muestra el análisis realizado por cada ensayo SPT. Ensayo SPT-01 Se realizó ensayo penetración estándar SPT-01 para auscultación profunda definiendo la compacidad del suelo a medida que se profundiza obteniendo la resistencia a la ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACIÓN Y PAVIMENTACIÓN DEL PROYECTO: “CONSTRUCCIÓN DE TANQUES Y PAVIMENTACIÓN DE AREAS DE CIRCULACIÓN PARA LA ESTACION DE SERVICIOS ASIA”

compresión simple (qu) en materiales finos, mediante la correlación del valor N (Numero de Penetración Estándar). El suelo encontrado muestra mediana compacidad y resistencia a 2.00m de profundidad de compacidad relativa compacta, incrementando el valor a 4.00m de profundidad encontrándose en estado compacto. ( Ver registros de sondajes SPT-01 A péndice A). Se muestra el cuadro Nº4.3 de cálculos con el ensayo SPT-11. RESISTENCIA A LA COMPRESION SIMPLE OBTENIDO MEDIANTE ENSAYO SPT-02 CUADRO Nº2.3

3.0

PROFUNDIDA D (m)

NUMERO DE PENETRACION ESTANDAR (N)

CLASIFICACION SUCS/ TIPO DE ROCA

COMPACIDAD RELATIVA

1.00

3

ML

MUY SUELTA

2.00

30

ML

MEDIA

3.00

26

SM

MEDIA

4.00

40

SM

COMPACTA

5.00

66

SM

COMPACTA

ENSAYOS DE LABORATORIO

En los trabajos de exploración del suelo se tomaron muestras del estrato representativo de cada calicata, para su posterior análisis en el laboratorio de Mecánica de suelos. Con las muestras obtenidas se realizaron los siguientes ensayos de acuerdo a las Normas Standards de la American Society for Testing and Materials. ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACIÓN Y PAVIMENTACIÓN DEL PROYECTO: “CONSTRUCCIÓN DE TANQUES Y PAVIMENTACIÓN DE AREAS DE CIRCULACIÓN PARA LA ESTACION DE SERVICIOS ASIA”



Análisis Granulométrico Norma ASTM D 422



Contenido de Humedad Natural en Laboratorio Norma ASTM D 2216



Clasificación de Suelos Norma ASTM D 2487



Ensayos de Límites de Consistencia Norma ASTM D 4318



Ensayo de Corte Directo ASTM D 3080

Los resultados de los ensayos de Laboratorio se muestran en los anexos. 3.1

ANALISIS GRANULOMETRICO.

Se obtuvo 01 muestra representativa de cada calicata ejecutada, ubicadas de la siguiente manera: Calicata C - 1 (02 Muestra) Calicata C - 2 (02 Muestra) Calicata C - 3 (02 Muestra) Siendo realizados los análisis granulométricos de cada muestra en el Laboratorio según la norma ASTM D-422, se obtuvieron los siguientes resultados: 3.2

LIMITES DE CONSISTENCIA

De igual forma se analizaron las muestras en el laboratorio determinando que las muestras presenta Límite Líquido mas no propiedades de plasticidad. Las siguientes tablas muestran los valores de los límites de consistencia obtenidos de las muestras de las calicatas ejecutadas. 3.3

HUMEDAD NATURAL

Realizadas las calicatas y evaluado el perfil estratigráfico que mostraba cada una de ellas, se tomaron muestras representativas de cada calicata para obtener su contenido de humedad natural con la que podemos definir si el suelo se encuentra en estado seco, húmedo ó saturado y así evaluar los parámetros en su condición más desfavorable (caso saturado ) si así el suelo se presentara. Las tablas siguientes muestran los resúmenes de los valores de las humedades naturales obtenidas. 4.0

PERFIL ESTRATIGRAFICO DEL SUBSUELO

El material encontrado en general de las excavaciones consistió de limo de baja plasticidad de clasificación SUCS ML seguido por arena fina limosa de clasificación SUCS SP, SP-SM este tipo de material se encontró hasta la profundidad de 5m con el ensayo SPT. En las excavaciones se presenta material arenoso a partir de 1.00m hasta la profundidad de 5.00m de profundidad de color plomizo, sin plasticidad y estado medio denso de clasificación SUCS SP-SM y SM, ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACIÓN Y PAVIMENTACIÓN DEL PROYECTO: “CONSTRUCCIÓN DE TANQUES Y PAVIMENTACIÓN DE AREAS DE CIRCULACIÓN PARA LA ESTACION DE SERVICIOS ASIA”

Del material encontrado en las excavaciones se hallan los parámetros de resistencia mediante ensayos especiales en el material encontrado. Ver Registros Estratigráficos.

5.00

CAPACIDAD ADMISIBLE DEL SUELO

Según la teoría de Terzaghí y Peck ( 1967 ),y con los parámetros de Vesic ( 1971 ), considerando que la falla que podría producirse sería del tipo falla local o de punzonamiento debido a la condición del suelo, se tiene lo siguiente. UTILIZANDO LA FORMULA GENERAL SIGUIENTE : qult = 0.5

2

* B * N *S +

qadm = qult / F.S.

1

* Df  * Nq + C * Nc* Sc

(a) (b)

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Considerando falla local o punzonamiento se reducen los parámetros de resistencia, pues los suelos de apoyo se encuentran en estado semidenso. C’ = 2/3 C

(c)

’ = arc tang ( 2/3 tang

)

(d)

Según los parámetros geotécnicos ingenieriles de los suelos representativos de la estratigrafía del subsuelo de cimentación que fueron obtenidos mediante ensayos especiles y que fueron correlacionados con las teorias de Terzagui y Meyerhof se obtuvo los siguientes valores: φ = 22.6º c = 0.0 Kg/cm2 γ 1 = 1.40 ton/m 3 γ 2 = 1.57 ton/m 3 Es = 140.63 Kg/cm 2 µ = 0,30

El factor de seguridad contra falla por capacidad de carga debe ser del orden de 3, encontrándose el valor de la capacidad portante Admisible ó de diseño siguiente: Qadm = 1/3 qult

Utilizando la fórmula general qult = 0.5

2

* B * N *S +

1

* Df  * Nq + C * Nc* Sc

Qadm = 1/3 qult

CUADRO Nº 5.1 RESULTADOS DE VALORES DE CAPACIDAD ADMISIBLE DEL SUB SUELO DE CIMENTACION platea (6.64 X 11.10M) NIVEL DE DESPLANTE Df (m)

CAPACIDAD ADMISIBLE DEL SUBSUELO DE CIMENTACION (Kg/cm2)

(B=6.64,L=11.10)

4.00

1.34

(B=6.64,L=11.10)

5.00

1.58

(B=6.64,L=11.10)

6.00

1.82

DIMENSIONES (m)

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CUADRO Nº5.2 RESULTADOS DE VALORES DE CAPACIDAD ADMISIBLE DEL SUB SUELO DE CIMENTACION Platea circular (DIAMETRO 4.00m) NIVEL DE DESPLANTE Df (m)

CAPACIDAD ADMISIBLE DEL SUBSUELO DE CIMENTACION (Kg/cm2)

(D=4.00m)

1.20

0.72

(D=4.00m)

1.50

0.80

(D=4.00m)

2.00

0.93

(D=4.00m)

2.50

1.07

(D=4.00m)

3.00

1.21

DIMENSIONES (m)

CUADRO Nº5.3 RESULTADOS DE VALORES DE CAPACIDAD ADMISIBLE DEL SUB SUELO DE CIMENTACION ZAPATAS CUADRADAS (1.00 X 1.20M)

NIVEL DE DESPLANTE Df (m)

CAPACIDAD ADMISIBLE DEL SUBSUELO DE CIMENTACION (Kg/cm2)

(B=1.20,L=1.20)

1.50

0.49

(B=1.20,L=1.20)

2.00

0.70

DIMENSIONES (m)

CUADRO Nº5.4 RESULTADOS DE VALORES DE CAPACIDAD ADMISIBLE DEL SUB SUELO DE CIMENTACION ZAPATAS CUADRADAS (1.20 X 1.20M)

NIVEL DE DESPLANTE Df (m)

CAPACIDAD ADMISIBLE DEL SUBSUELO DE CIMENTACION (Kg/cm2)

(B=1.20,L=1.20)

2.00

0.66

(B=1.20,L=1.20)

2.50

0.80

(B=1.20,L=1.20)

3.00

0.94

DIMENSIONES (m)

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De acuerdo a los resultados obtenidos Q adm (Capacidad Admisible) en el suelo a diferentes niveles de desplante Df, se aprecia que la resistencia al esfuerzo cortante es media a compacta, también deberá considerarse la profundidad de desplante y la forma de cimentación a utilizar según la carga de la estructura transmitida al terreno.

6.00

ESTIMACIÓN DEL ASENTAMIENTO

Los asentamientos que se presentan en los suelos de granulometría fina ocasionan asentamientos diferenciales inmediatos como es el caso del suelo de arena fina encontrado en el area de estudio. El asentamiento se ha calculado según Teorías de Meyerhof en 1965 y se muestran en la siguiente tabla de resultados en el que la distorsión angular es menor a 1/500. CUADRO Nº 6.1 ESTIMACION DE ASENTAMIENTOS (Platea 6.64 x 11.10m) NIVEL DE DESPLANTE Df (m)

CAPACIDAD ADMISIBLE DEL SUBSUELO DE CIMENTACION

Asentamiento (cm)

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(Kg/cm2) 4.00

1.34

0.785 – 1.571

5.00

1.58

0.926 – 1.853

6.00

1.82

1.066 – 2.134

CUADRO Nº 6.2 ESTIMACION DE ASENTAMIENTOS (Platea circular d=4.00 m)

NIVEL DE DESPLANTE Df (m)

CAPACIDAD ADMISIBLE DEL SUBSUELO DE CIMENTACION (Kg/cm2)

Asentamiento (cm)

1.20

0.72

0.785 – 1.571

1.50

0.80

0.926 – 1.853

2.00

0.93

1.066 – 2.134

2.50

1.07

1.066 – 2.134

3.00

1.21

1.066 – 2.134

CUADRO Nº 6.3 ESTIMACION DE ASENTAMIENTOS (Zapatas 1.00 x 1.20 m)

NIVEL DE DESPLANTE Df (m)

CAPACIDAD ADMISIBLE DEL SUBSUELO DE CIMENTACION (Kg/cm2)

Distorsión angular  1/

1.50

0.49

2928

2.00

0.70

2050

CUADRO Nº6.4 ESTIMACION DE ASENTAMIENTOS (zapatas 1.20 x 1.20 m) ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACIÓN Y PAVIMENTACIÓN DEL PROYECTO: “CONSTRUCCIÓN DE TANQUES Y PAVIMENTACIÓN DE AREAS DE CIRCULACIÓN PARA LA ESTACION DE SERVICIOS ASIA”

7.00

NIVEL DE DESPLANTE Df (m)

CAPACIDAD ADMISIBLE DEL SUBSUELO DE CIMENTACION (Kg/cm2)

Distorsión angular  1/

2.00

0.66

1915

2.50

0.80

1580

3.00

0.94

1345

DISEÑO DE PAVIMENTO 7.1

Diseño de Pavimento Flexible Patio de Maniobras.

La metodología AASHTO es un método importante y riguroso para carreteras, será utilizado por tener una gran versatilidad siendo bien aceptada a nivel mundial, ya que se basa en valiosa información experimental, el que determina un Número Estructural (SN) requerido por  el pavimento a fin de soportar el volumen de tránsito satisfactoriamente durante el periodo de vida proyectado. Dentro de las consideraciones del método están: El Comportamiento del Pavimento, El Tráfico, Suelo Subrasante, Materiales de Construcción, El Clima, Drenaje, Confiabilidad, Costo y ciclo de vida, Diseño de bermas. Las variables que se utilizan en el diseño son en algunos casos mediciones “insitu” y en otros, datos empíricos que se utilizan para la elaboración de los espesores de los pavimentos.

 ∆ PSI   ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACIÓN DEL PROYECTO: − 1.5  4Y.2PAVIMENTACIÓN  + − + + log10 (W 18 ) =  Z   xS DE+TANQUES 9.36 x log ( 1 ) 0 . 20 2 . 32 ) − 8.07 SN   x log “CONSTRUCCIÓN Y PAVIMENTACIÓN DE AREAS DE CIRCULACIÓN PARA LA ESTACION 10 10 ( M  DE 1094 SERVICIOS ASIA” 0.4 + ( SN  + 1) 5.19 log10 

 R

o

R

W 18

= Número previsto de aplicaciones de carga por eje simple equivalente a 18kip.

7.1.1  Análisis de tráfico

El análisis de tráfico se realizo con el estimado de flujo vehicular que circulara por la vía de proyecto, para determinar la cantidad de eje equivalentes para el diseño del pavimento. EAL= 1 x 10^6 7.1.2

Parámetros de Diseño

Los parámetros requeridos en el diseño de la estructura del pavimento encontramos la que están función al tráfico proyectado, características físico mecánicas del material de subrasante, calidad de los materiales que interviene en la capa del pavimento. (Ver Item 5.1). Los parámetros para el diseño de Pavimentos son los siguientes: ZR

= Desviación Estándar Normal, Para un 95% de confianza.

So

= Error Estándar combinado de la predicción del Tráfico y de la predicción del comportamiento de la estructura, So=0.40.

∆PSI

= Diferencia entre el índice de servicialidad inicial de diseño po y el índice de servicialidad terminal de diseño pf , ∆PSI=4.5-2=2.5

MR

= Módulo Resilente (psi), según el tramo en estudio.

SN

= Número estructural indicativo del espesor total de pavimento requerido: SN= a1 x D1 + a2 x D2 x m2 + a3 x D3 x m3 + a4 x D4 x m4 + a5 x D5 x m5

Donde: ai

= Coeficiente de capa i

Di

= Espesor de capa i (pulgadas)

mi

= Coeficiente de drenaje de la capa

Coeficiente Capa:

Los coeficientes capa de acuerdo a la metodología AASHTO se muestran en la Tabla Nº 7.1 TABLA Nº 7.1 COEFICIENTES DE CAPA. PECSA

Patio de maniobras

DESCRIPCION

ai

 ASFALTO

0.44

BASE

0.14

SUB BASE

0.12

ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACIÓN Y PAVIMENTACIÓN DEL PROYECTO: “CONSTRUCCIÓN DE TANQUES Y PAVIMENTACIÓN DE AREAS DE CIRCULACIÓN PARA LA ESTACION DE SERVICIOS ASIA”

Los coeficientes Capa para asfalto es 0.44 considerando que el Modulo resilente de asfalto es de 4.5 * 10^5psi, el coeficiente de capa para base es de 0.14 considerando material de CBR igual o mayor a 100%, y el coeficiente de capa para la sub base es 0.14 considerando el mejoramiento de subrasante y obteniendo un CBR mínimo de 40%. Coeficiente Drenaje:

TABLA Nº7.2 COEFICIENTES DE DRENAJE. PECSA

DESCRIPCIÓN

Mi

Patio de maniobras

BASE

1.20

SUB BASE

0.90

Según la tabla de valores de coeficientes de drenaje de la GUIA AASHTO. 7.1.3

Calculo del Numero Estructural Requerido - SN ( REQUERIDO  )

Fuente: GRAFICO DEL SOFTWARE ASSHTO - Luis Vásquez Varela. – Manizales 2004

7.1.4 Cálculo del Número Estructural Adoptado SN - SN (ADOPTADO) Según la guía AASHTO, para el cálculo del Número estructural Adoptado SN (  ADOPTADO  ), se requiere los coeficientes de capa (ai) tomados para este diseño de la tabla 7.1, los coeficientes de drenaje (mi) de la tabla7.2 y tabulando con diferentes valores de espesor de ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACIÓN Y PAVIMENTACIÓN DEL PROYECTO: “CONSTRUCCIÓN DE TANQUES Y PAVIMENTACIÓN DE AREAS DE CIRCULACIÓN PARA LA ESTACION DE SERVICIOS ASIA”

capas constituyentes de pavimentos se calcula el SN adoptado que debería ser mayor al SN requerido igual a 2.93 del ítem 7.1.3. TABLA Nº7.3 CALCULO DE NÚMERO ESTRUCTURAL - SN REQUERIDO  DISENO FINAL CON SN ADOPTADO > SN REQUERIDO 

Material

asfalto

base

subbase

0.44

0.14

0.12

2

8.5

6

1.2

0.9

1.428

0.648

Coeficiente de capa (ai) Espesor d: (pulg) coeficiente de drenaje (mi) Numero Estructural de capa: SN

0.88

SN: Numero estructural adoptado

2.956

Base: Material seleccionado con CBR igual o mayor a 100%. Sub Base: Material seleccionado con CBR mínimo de 40%. ESPESORES DE PAVIMENTO pulg. ESPESOR DE MEZCLA ASFALTICA: ESPESOR DE BASE: ESPESOR DE SUB BASE:

7.1.5

cm

2 8.5

22

6

15

Calculo de Espesores del pavimento.

De acuerdo a las características mecánicas y de los periodos de diseño propuestos, se procedió al cálculo de los espesores de la estructura del pavimento del patio de Maniobras del grifo PECSA en el Km 97.5 de la panamericana Sur. Los resultados de los cálculos se muestran en las tablas Nº7.4 TABLA Nº 7.4 CALCULO DE ESPESORES PATIO DE MANIOBRAS - PECSA PARÁMETROS CBR Diseño de Subrasante (al 95%MDS)

PERIODO DE DISEÑO T=10 Años 7.5%

Modulo Resilente Subrasante, Mr

11250psi

Nivel de Confiabilidad, R

95.00%

Desviación Estándar Total, So

0.40

ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACIÓN Y PAVIMENTACIÓN DEL PROYECTO: “CONSTRUCCIÓN DE TANQUES Y PAVIMENTACIÓN DE AREAS DE CIRCULACIÓN PARA LA ESTACION DE SERVICIOS ASIA”

Índice de Serviciabilidad Inicial Pi

4.50

Índice de Serviciabilidad Final Pt

2.00

Perdida Serviciabilidad,

2.50

PSI

Ejes Equivalentes Acumulados, EAL

1.0E+06

Número Estructural, SN requerido

2.93

Espesor Base

22cm

Espesor SUB BASE

15cm

Espesor Asfalto

2PULG

SN adoptado > SN requerido

OK

Número Estructural, SN adoptado

2.953

7.1.6 Conclusiones del diseño de pavimento FLEXIBLE – PATIO DE MANIOBRAS TABLA Nº7.5 CALCULO DE ESPESORES – PATIO DE MANIOBRAS.

Espesor Asfalto

2 pulg.

Espesor de Base

22cm.

Espesor de Sub base

15cm.

7.2

Diseño de Pavimento Rígido del Patio de Maniobras.

En esta parte del estudio se diseñara para obtener una pavimentación de concreto incluyendo (JCP) plain jointed, (JRCP) jointed reinforced, y (CRCP) continuosly reinforced. El diseño AASHTO esta basada en pruebas de la AAHSTO Road de estructuración de pavimento algorítmico. El diseño esta basado en el modulo efectivo de reacción de subrasante, K, también depende de los siguientes parámetros. 6.2.1

ANÁLISIS DE TRÁFICO

ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACIÓN Y PAVIMENTACIÓN DEL PROYECTO: “CONSTRUCCIÓN DE TANQUES Y PAVIMENTACIÓN DE AREAS DE CIRCULACIÓN PARA LA ESTACION DE SERVICIOS ASIA”

El análisis de Tráfico elaborado especialmente para este proyecto fue el que proporciono los datos a utilizar en el diseño de Pavimento. Los resultados de los trabajos realizados para el calculo del EAL ,W 18 Número previsto de aplicaciones de carga por eje simple equivalente a 18kip es:

EAL= 1.0 x 10^6 6.2.2

PARÁMETROS DE DISEÑO



K Tipo de sub base evaluando el modulo efectivo de K, básico para la evaluación de costos efectivos como parte del diseño de pavimento.



Es Espesor de sub base que deberá ser identificado después de analizar la capacidad de subrasante.



LS Perdida de soporte, es evaluado con el modulo de capacidad de soporte basado en la potencial erosión de la sub base del material.



Pr Profundidad del estrato rígido sobre la cual se conformara el pavimento a diseñar.

Este es un método riguroso para carreteras importante, será utilizado por tener una gran versatilidad.

∆ PSI   4.5 − 1.5  + 1.624 × 107 1+ ( D + 1) 8.46 g10 

10

18

 R

o

.

10

.

.

.

ZR

=

Desviación Estándar Normal, Para un 95% de confianza.

So

=

Error Estándar combinado de la predicción del Tráfico y de la predicción del Comportamiento de la estructura igual a 0.30

∆PSI

=

Diferencia entre el índice de servicialidad inicial de diseño y el índice de servicialidad terminal de diseño pf, ∆PSI=4.5-2=2.5

F’c

=

Resistencia a la compresión del concreto,

EC

=

Módulo elástico del concreto (psi), Si Fc=280 Kg/cm2, Ec= 3.60 x 106 psi

S´C

=

Módulo ruptura del concreto (psi),

J

=

Coeficiente de transmisión de cargas, J = 2.7

Cd

=

Coeficiente de drenaje, Cd = 1.30

Mr

=

Modulo resilente = 14166 psi

f’c = 280 Kg/cm2

S´C = 473.63 psi

ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACIÓN Y PAVIMENTACIÓN DEL PROYECTO: “CONSTRUCCIÓN DE TANQUES Y PAVIMENTACIÓN DE AREAS DE CIRCULACIÓN PARA LA ESTACION DE SERVICIOS ASIA”

TABLA Nº 7.6 PARAMETROS DE DISENO – METODO AASHTO

Nivel de Confiabilidad, R

6.2.3

95.00%

Desviación Estándar Total, So

0.30

Indice de Serviciabilidad Inicial Pi

4.50

Indice de Serviciabilidad Final Pt

2.00

Perdida Serviciabilidad,

2.50

PSI

Ejes Equivalentes Acumulados, EAL

1.0X 10 6

Modulo Elástico del Concreto E C

3.60E+06

Modulo Ruptura del Concreto S´ C

473.63 psi

Coeficiente de Transmisión de cargas J

2.7

Coeficiente de drenaje Cd

1.30

Cálculo de Parámetros para el Diseño de Pavimento Rígido.

De acuerdo a la Metodología AASHTO, de diseño de Pavimento Rígido, se toma en cuenta espesor de sub base de prueba 8 pulgadas igual a 0.20m teniendo en cuenta que la capacidad de soporte de suelo de la sub base es mínimo 40 % (95%MDS), considerando que el suelo de fundación para diseño es el más crítico de naturaleza fina de clasificación SUCS GM, se tiene las siguientes tablas de cálculos para la estimación del coeficiente de balasto. Con los datos encontrados se evaluará la “Estimación de la Composición del Modulo de reacción de Sub rasante” K corregido (coeficiente de balasto) según la metodología AASHTO con los monogramas de diseño siguientes: (Ver tabla Nº 7.7). TABLA Nº 7.7 PARAMETROS DE DISENO – JR. SANCHO RIVERA Mr (psi)

K (pci) Coeficiente de balasto

11250

38

ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACIÓN Y PAVIMENTACIÓN DEL PROYECTO: “CONSTRUCCIÓN DE TANQUES Y PAVIMENTACIÓN DE AREAS DE CIRCULACIÓN PARA LA ESTACION DE SERVICIOS ASIA”

6.2.4

Cálculo de Espesor de pavimento Rígido.

Fuente: GRAFICO DEL SOFTWARE ASSHTO - Luis Vásquez Varela. – Manizales 2004

TABLA Nº 7.8 ESPESORES DE PAVIMENTO RIGIDO – PATIO DE MANIOBRAS PECSA

ZONA : ESTACION DE SERVICIO ASIA TIPO DE SUPERFICIE DE RODADURA

Pavimento rígido

ESPESOR ADOPTADO (m) (m) PAVIMENTO

0.175

CONDICIONES DE LA BASE

BASE

0.20

El material de base es de cantera de CBR mínimo de 40%.

ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACIÓN Y PAVIMENTACIÓN DEL PROYECTO: “CONSTRUCCIÓN DE TANQUES Y PAVIMENTACIÓN DE AREAS DE CIRCULACIÓN PARA LA ESTACION DE SERVICIOS ASIA”

8.00

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Las principales conclusiones y recomendaciones alcanzadas en este Estudio Geotécnico con fines de Cimentación, son las siguientes: En base a los resultados de las exploraciones realizadas, mediante calicatas ó pozos de inspección con obtención de muestras y ensayos de laboratorio estándar para determinar las propiedades y características físicas, mecánicas, además de los parámetros de resistencia de los suelos de apoyo se puede mencionar lo siguiente: 

El subsuelo explorado presenta relleno variable de 0.40 a 0.50m de profundidad seguido de un perfil homogéneo representado por tipo de suelo de granulometría fina de limo de baja plasticidad suelta a semi densa hasta la profundidad de 1.50m continuando se encuentra suelo fino de arena limpia con limo hasta 5.00m de profundidad, las calicatas y ejecución del ensayo in situ SPT fue ejecutado cerca a la zonas de proyecto de tanques , el suelo de apoyo es de clasificación SUCS SP-SM y SP



Los parámetros de resistencia del sub suelo de cimentación son los siguientes fricción de φ = 22.6º y la cohesión c = 0.0 Kg/cm 2. por la presencia de material del tipo arena fina, el tipo de falla es del tipo local y/o punzonamiento.



Los resultados obtenidos Q adm (Capacidad Admisible) en el suelo a diferentes niveles de desplante Df, se aprecia en las tablas resumen de capacidad portante del suelo en el item 5.00. Se tomo en cuenta el plano de cimentaciones e información proporcionado por los proyectistas.

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

La capacidad admisible es de 0.66 Kg-cm2 utlizando zapatas a la profundidad de 2.00m



La capacidad admisible es de 1.34 Kg-cm2 utilizando platea de lados de 6.64m por  11.10m a la profundidad de 4.00m de profundidad.



La capacidad admisible es de 1.07 Kg-cm2 utilizando platea circular de lados de 4.00m por 4.00m a la profundidad de 2.5m de profundidad.



Es de suma importancia recomendar cimentar sobre un suelo firme y limpio de todo material orgánico y desperdicio el cual podría ocasionar fallas por asentamientos.



Los asentamientos presentados en este tipo de suelo son diferenciales e inmediatos.



los cálculos se muestran en el Item 6.00 de asentamientos. Se deberá tener en cuenta que lo máximo permisible para el tipo de estructura que se está estudiando es un valor  de asentamiento inferior a 2,5cm.



El pavimento flexible para el patio de maniobras de PECSA en el Km 97.5 de la panamericana sur esta conformado por asfalto de 2 pulgadas sobre 22cm de base y 15 cm de sub base debido a que el suelo de subrasante es crítico de CBR igual a 7.5%.



El pavimento de concreto o rígido esta conformado por 22cm de concreto sobre 15cm de base como mínimo de 40% de CBR.



Los asentamientos presentados en este tipo de suelo son diferenciales e inmediatos.



los cálculos se muestran en el Ítem 6.00 de asentamientos. Se deberá tener en cuenta que lo máximo permisible para el tipo de estructura que se está estudiando es un valor  de asentamiento inferior a 2,5cm.



La agresión química está dada por alta concentración de sales solublres totales presentes en el suelo de 2162ppm y los sulfatos están en el límite tolerable con 331ppm presente en el suelo, debido a este análisis en la construcción deberá usar el cemento tipo V por tener  severa agresividad química.



Todas las conclusiones y recomendaciones, así como los criterios aplicados para el terreno en estudio no podrán ser aplicadas para soluciones geotécnicas en otros sectores por más cercanos ó similares que estuvieran, dado a que su comportamiento será completamente diferente al considerado en este Estudio.

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Ilustración 1

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Ilustración 2

Ilustración 3 ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACIÓN Y PAVIMENTACIÓN DEL PROYECTO: “CONSTRUCCIÓN DE TANQUES Y PAVIMENTACIÓN DE AREAS DE CIRCULACIÓN PARA LA ESTACION DE SERVICIOS ASIA”

Ilustración 4

Ilustración 5

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Ilustración 6

Ilustración 7

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Ilustración 8

Ilustración 9

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