Estudio Suelos Puente Ok

ESTUDIO GEOTÉCNICO DE SUELOS - E.I.R.L.

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LABORATORIO DE ENSAYOS DE SUELOS, PAVIMENTO, Y ANÁLISIS QUÍMICOS

ESTUDIO DE SUELO CON FINES SOLICITA : MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE COLONIA PROYECTO :“CONSTRUCCIÓN DE PUENTE VEHICULAR DE LA COMUNIDAD DE QUISQUE”

UBICACIÓN: LOCALIDAD : QUISQUE DISTRITO

: COLONIA

PROVINCIA : YAUYOS DEPARTAMENTO : LIMA Ing. Cuevas Cel:956 931175 Email: danie _   l _ [email protected]

Informe Técnico de Estudio De Suelos

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CONTENIDO 1.

ALCANCES DEL ESTUDIO

2.

UBICACIÓN

3.

GEOLOGÍA

4.

HIDROLÓGICA E HIDRÁULICA EN EL ÁREA DE EMPLAZAMIENTO

5.

INFORMACIÓN PREVIA

6.

5.1

DE LA OBRA A CIMENTAR

5.2

DATOS GENERALES DE LA ZONA

5.3

DE LOS TERRENOS COLINDANTES

5.4

NUMERO DE PUNTOS A INVESTIGAR

TRABAJOS EFECTUADOS 6.1

EXPLORACIÓN DE CAMPO

6.2

ENSAYOS DE LABORATORIO Y CAMPO

6.3

DE LOS SONDEOS Y EXPLORACIONES

7.

PERFIL DEL SUELO

8.

NIVEL FREÁTICO

9.

ANÁLISIS DE LA CAPACIDAD DE CARGA 9.1

ANÁLISIS POR ASENTAMIENTO

9.2

DIMENSION DE LOS ELEMENTOS DE CIMENTACION

9.3

ANALISIS POR ASENTAMIENTO

9.4

CAPACIDAD DE CARGA POR ASENTAMIENTO

9.5

ANALISIS POR METODO DE CORTE

9.6

TIPO Y PROFUNDIDAD DE CIMENTACION

9.7

CALCULO DE LA CAPACIDAD PORTANTE ADMISIBLE

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LABORATORIO DE ENSAYOS DE SUELOS, PAVIMENTO, Y ANÁLISIS QUÍMICOS 10.

EFECTOS SÍSMICOS 10.1

PELIGRO SÍSMICO

10.2

CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS

10.3

SUELOS COLAPSABLES

10.4

CARGA SISMICA

11.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES DEL ESTUDIO

12.

FOTOGRAFÍAS

13.

ANEXOS

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1.

ALCANCES DEL ESTUDIO El objeto del presente Informe es mostrar los trabajos realizados, así como los resultados y conclusiones obtenidos en el estudio de suelos, ejecutado conforme a las normas vigentes de reglamento nacional de puente versión 4.0 aprobado por el Ministerio de de Transportes Transportes y Comunicaciones, de la especificaciones de la American Association of State Highway and Transportación Offcials (AASHTO) siendo al Diseño y Construcción de Puentes, con la finalidad de determinar la información requerida para el diseño de la cimentación del proyecto: CONSTRUCCIÓN DE PUENTE PUENTE VEHICULAR VEHICULAR DE LA COMUNIDAD DE QUISQUÉ.

2.

UBICACIÓN La zona materia del presente estudio de suelos, se encuentra ubicado en la zona denominada Quisque, Jurisdicción de distrito de Colonia, provincia de Yauyos, del departamento de Lima.

3.

GEOLOGÍA Regionalmente en el área de estudio se observa una secuencia cretácica muy plegada y fallada con sobre escurrimientos, donde predomina la formación Jumasha, compuesta de calizas micríticas grises, en capas delgadas a medianas, de mas de 400 m. de potencia total, alternando con calizas ondulares y capas margosas y bituminosas mayormente de color negro, en la región destacan también las cuarcitas de la formación Oyon-Chimú y otras unidades calcáreas del cretácico inferior, así como los intrusivos Neógenos de Yauricocha. GEOLOGÍA LOCAL La Geología de la zona de estudio esta constituida principalmente por depósitos cuaternarios. Los depósitos cuaternarios existentes en la zona y sus alrededores son los aluviales y fluvio-aluviales, así tenemos: En el área circundante al emplazamiento de la sima, se observa un valle en U, con pendientes empinadas en ambos flancos, producto de la erosión durante el periodo glaciar; igualmente en el fondo del valle se aprecia la superficie de erosión glaciar sobre las mismas rocas, en forma superpuesta se produjo la erosión fluvial, formando un pequeño cañón cárstico- lo que se puede observar como una terraza de erosión reciente- este cause, quedo seco al instalarse la circulación cárstica de las aguas. DEPÓSITOS FLUVIO ALUVIALES: Están distribuidos a lo largo del cauce del

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río Cañete. Los depósitos están formados por la sedimentación del río del mismo nombre, los mismos que se caracterizan por ser materiales de naturaleza Gravo arenosa y arcillosa. Sobre estos suelos se localiza la zona en estudio; estudio; cuyos componentes son materiales de mayores dimensiones que las arenas (gravas y boleos), provenientes de los cerros circundantes y de las partes altas de las quebradas.

4.

HIDROLÓGICA E HIDRÁULICA DEL ÁREA DE EMPLAZAMIENTO Se presenta la estimación tanto del caudal de diseño del Rió Cañete en el sector Quisque, así como los niveles de erosión y socavación del cauce, en la sección de interés. Esta actividad permitirá definir las características de cimentación del puente.

4.1

Geodinámica El cauce del río Cañete en el sector “Quisque”, presenta un cauce definido; limitado en sus riberas por terrazas los cuales se encuentran cubiertas de abundante bolones de piedra, arcillas, gravas, arenas y material pedregoso de grandes dimensiones. Tiene un régimen estacional de descargas, lo cual se presenta especialmente en épocas de avenidas, con procesos de socavación de su lecho. Motivando esto la profundización del mismo.

4.2

Hidrológica El estudio de Hidrológica esta orientado a estimar el caudal de diseño del cauce del río en el sector “Quisque”, con el propósito de proyectar el futuro puente.

4.2.1 Estimación del caudal de Diseño El aporte hídrico de la cuenca del río en el sector “Quisque”, y para fines de diseño del presente proyecto, ha sido estimada teniendo en cuenta las formulaciones establecidas por el método de Gumbel. Cons Consec ecue uent ntem emen ente te con con la la mem memor oria ia de de calc calcul uloo d e l c a u d a l d e diseño, se ha elegido para los fines del presente proyecto un caudal de diseño a un periodo de retorno de cien años de 631.64 m3/seg, y para un periodo de retorno de quinientos años de 766.45 Ing. Cuevas Cel:956 931175 Email: danie _   l _ [email protected]

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m3/seg.

4.2.2 Estimación de la Socavación y erosión del cauce La socavación que se produce en un cauce determinado no puede ser calculada con exactitud, solo estimada, pues son muchos los factores que intervienen en la ocurrencia de este fenómeno. El calculo de la socavación y erosión general se basan en el método de Lischtvan  –  Levediev, que se fundamenta en el Equilibrio entre la velocidad media en la corriente y la velocidad media del flujo que se requiere para erosionar un material de diámetro y densidad conocidos. Considerando que el material del lecho del río es heterogéneo y poco cohesivo, los cálculos de la socavación general del cauce arrojan una profundidad profundidad de socavación potencial de 3.20 m. en la zona de emplazamiento de los estribos. (Ver memoria de Cálculo de la socavación). Al haberse obtenido la erosión local en los estribos equivalente a 3.20m. la cota de fundación Df, se proyecta a 3.80m.

5. INFORMACIÓN PREVIA 5.1 DE LA OBRA A CIMENTAR El proyecto materia del presente estudio, estudio, se encuentra destinada para Uso Público, lo cuál según la Norma E.030 es categorizado como “edificación esencial” cuya función no debería interrumpirse inmediatamente después de que ocurra un sismo; el coeficiente de uso e importancia (U) para la presente edificación es igual a 1.5. La Clasificación, para los fines de la determinación del programa Mínimo de exploración del EMS, de la Norma E-050, de acuerdo a la tabla Nº 2.1.2, es tipificada como: TIPO DE

DISTANCIA MAYOR ENTRE

ESTRUCTURA

APOYOS

Estructura especial

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Mayor a 10 m.

Nº DE PISOS

TIPO DE EDIFICACIÓN

-

A

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Los tipos de edificación A, B y C, designan la importancia relativa de la Estructura desde el punto de vista de la investigación de suelos necesaria para cada tipo, siendo el A más exigente que el B y este que el C. El sistema estructural a emplear es en base a Elementos de Concreto armado o concreto ciclópeo, siendo la sobrecarga típica para este tipo de estructuras las especificadas para sobrecargas vehiculares HL-93

Tabla de características Generales TIPO

LRFD

ESPECIFICACIONES ESPECIFICACIONES DE CARGAS – AASHTO HS20, HS25 Peso W P X P P a q Camión rango P. Corte P.Momento (m) (TN) (TN) TN m K /m 33.13 3.695 4.30 4.30 – 9.00 970

El HL-93 es el camión de diseño de puentes, utilizado en el presente estudio.

5.2

DATOS GENERALES DE LA ZONA Para la realización del estudio de suelos de la zona, las condiciones topográficas, evidencian efectos de Geodinámico externa, provenientes del río en el sector “Quisque”, por lo cual es visible una segregación de los materiales finos principalmente, esto es causado por los efectos fluvio aluviales mencionados, este material se halla con densidades medias a mas, de acuerdo a la evaluación realizada (la evaluación de los suelos se han hecho a través de pozos de sondeo y ensayos de Penetración Ligera), el material subyacente esta compuesto por un material normalmente consolidado.

5.3

DE LOS TERRENOS COLINDANTES Se comprueba que las características del suelo son supuestamente iguales a las de los terrenos colindantes ya construidos (puente de estribos de concreto y superestructuras de acero o concreto), asimismo, no existen

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infraestructuras cercanas que presenten anomalías como grietas o desplomes originados por el terreno de cimentación. De lo cual puede deducirse que el suelo es un material aceptable como terreno de fundación. En cuanto a las fallas geológicas, estas de acuerdo al mapa geológico se encuentran ubicadas en forma relativamente cercanas a la zona de estudio. En general toda esta zona es susceptible de sufrir cambios geológicos importantes, debido al proceso dinámico de interacción de las placas Sudamericana y Nazca, ya que existen en las zonas y terrenos colindantes. Grandes irregularidades como afloramientos rocosos, fallas geológicas, estratos erráticos, etc. Lo cuál debe tenerse en cuenta en el cálculo de la estructura.

5.4

NUMERO “N” DE PUNTOS A INVESTIGAR

La cantidad y profundidad de los sondajes de acuerdo a las Normas del Reglamento de Puentes es según a la magnitud y complejidad del proyecto. La profundidad de las exploraciones y sondajes se ha definido considerando un predimensionamiento de la cimentación y las condiciones locales del subsuelo. En el caso nuestro, al tratarse de la fundación de un puente de 25.00 metros de Luz, se realizo la cantidad de 02 pozos pozos de sondeo, dentro de de la zona de cimentación de cada uno de los estribos y 02 ensayos de penetración Ligera  –  DPL.

5.5

TIPO DE MUESTRAS EXTRAÍDAS Para el presente estudio, se ha tomado en cada sondaje una muestra tipo Mab por estrato, hasta el plano de apoyo de la cimentación prevista Df, y a partir de esta se ha procedido a tomar una muestra tipo Mib, cada metro, hasta alcanzar la profundidad p. Alternativamente se ha procedido a realizar dos ensayo “in sit u”, en cada calicata realizada.

5.6

AGRESIVIDAD DEL SUELO Para el análisis de agresividad del suelo y la selección del tipo de ataque se ha basado en los rangos que da el ACI y las Normas Peruanas, para los distintos tipos de daños que se puedan apreciar en el concreto. En la zona de estudio, los rangos de ataques por agresividad de suelos se

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catalogan como “Despreciables”, o en todo caso se encuentra a una exposición definida como “nor mal mal” ya que la cantidad desulfatos y cloruros en el presente suelo esta por debajo de los 1000 PPM.

6. TRABAJOS EFECTUADOS Los trabajos relacionados al estudio, consistieron en la determinación de las características geotécnicas de los materiales, así como de la capacidad portante en la zona donde se proyecta la construcción de los estribos.

6.1 EXPLORACIÓN DE CAMPO El reconocimiento del área de investigación consistió en observar la topografía y el perímetro del área a edificar. Seguidamente se determinó la ubicación de la perforación a realizar. Efectuándose las calicatas a una profundidad de 1.5 veces el ancho aproximado de la cimentación, contando a partir del fondo de la base. 6.2

ENSAYOS DE LABORATORIO Y CAMPO Se realizaron los trabajos de campo, conforme a las normas vigentes. En el laboratorio se seleccionaron las muestras típicas, se verifico la clasificación visual de las muestras muestras y se procedió procedió a ejecutar con ellas los ensayos (de campo y de laboratorio) que a continuación se mencionan: Recolección de muestras ASTM 420 Contenido de Humedad ASTM 2216 Análisis granulométrico

ASTM D 422

Peso especifico

ASTM D 854

Clasificación Unificada de Suelos Suelos (SUCS) ASTM D 2487 2487 y D 2488 Limite Líquido

ASTM D 4318

Limite Plástico

ASTM D 4318

Densidad Relativa

ASTM D 4253 ASTM D 4254

Ensayo de Penetración Standar

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ASTM D 1586

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6.3

DE LOS SONDEOS Y EXPLORACIONES Las calicatas se efectuaron en número de dos, uno en cada margen del río, cerca al lugar donde se proyecta la ubicación de los estribos. • 01 DPL en la margen Izquierda mirando aguas a guas abajo. • 01 DPL en la margen derecha mirando mir ando aguas abajo Con el análisis de la información recopilada tanto en el campo como en laboratorio, se procedió a la determinación de la capacidad portante del terreno. Cabe mencionar que cada estructura corresponde a una unidad de diseño con características de resistencia del subsuelo y alternativas de cimentación particulares. De los sondeos y los resultados del SPL correlacionados con el de Penetración Standar, podemos resumir las siguientes características:

7. PERFIL DEL SUELO Luego de obtenido los ensayos de laboratorio, se contrastaron estos con las características de los suelos observados en el campo, habiéndose hecho las compatibilizaciones en los casos necesarios. Con estos resultados se procedió a elaborar el respectivo perfil estratigráfico. El sistema de clasificación de suelos para este tipo de estudios es del método SUCS, (Sistema Unificado de Clasificación de Suelos, determinando de acuerdo con los diámetros comprendidos entre 3 plg a la malla N° 4 como como gravas, los Diámetros comprendidos comprendidos entre las mallas N° 4 y N° 200 como arenas y los diámetros menores a la malla N° N° 200 denominadas como limos y arcillas), por lo que, generalizando se obtuvo para el suelo ubicado inmediatamente debajo de la cimentación, la siguiente clasificación: La zona en estudio está conformada por un primer primer estrato superficial compuesto por arenas y arcillas, en estado semicompacto y abundante presencia de gravas y bolones de piedra grande de 4”a 30” en promedio, de aristas semi redondeadas, hasta una profundidad promedio de 0.20 m. Abundante presencia de raíces y materia orgánica. Subyaciendo al suelo anterior se presentan suelos Areno Gravo arcillosos, con abundante presencia de partículas finas de mediana plasticidad, se encuentran en estado de mediana a alta densidad según se profundice, abundante abundante presencia de trozos de piedras grandes grandes de aristas boleadas de coloración coloración blanquizca. Esta zona presenta una estratigrafía casi uniforme, siendo el predominio de arenas con contenido de arcilla y bolones de piedras el factor común, constituyendo un conglomerado compacto. Este segundo estrato es de origen fluvial formados por la depositacion y Ing. Cuevas Cel:956 931175 Email: danie _   l _ [email protected]

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transporte de de suelos provenientes de las partes altas, en tal sentido se tratan de depósitos cuaternarios aluviales. El estado de estos suelos va de de medio a alta densidad (0  –  2.5 m.), aumentando su compacidad hasta niveles de alta densidad a partir de los 3.00 m.

8.

NIVEL DE LA NAPA FREÁTICA El nivel de la Napa Freática varia de acuerdo a las épocas de avenidas, debido a lo cual en el proceso de cálculo, se ha considerado la presencia “superficial” del nivel freático, siendo este determinante en el cálculo de la capacidad de soporte del suelo, originando una modificación de las características físico mecánicas de los suelos, como consecuencia de los cambios en el contenido de humedad del suelo de fundación.

9.

ANÁLISIS DE CAPACIDAD DE CARGA La presión Admisible se efectuará tomando en cuenta los siguientes factores: a) Profundidad de cimentación b) Dimensión de los elementos de cimentación c) Características físico mecánicas del suelo ubicado dentro de la zona activa de cimentación. d) Ubicación del nivel freático. e) Probable modificación de las características físico mecánicas de los suelos, como consecuencia consecuencia de los cambios en el contenido de humedad. f) Asentamiento tolerable de la estructura. Asimismo, de acuerdo a la misma Norma, la presión Admisible será la menor de la que se obtenga mediante: • La aplicación de las ecuaciones de capacidad de carga por corte afectada por el factor de seguridad correspondiente. • La presión que cause el asentamiento admisible. Debido a lo cuál se realizaran ambos análisis mencionados, considerando cimientos continuos continuos con su carga respectiva.

9.1

PROFUNDIDAD DE CIMENTACIÓN La cota de cimentación de los estribos estará determinada al conjugar la información proporcionada por los parámetros geotécnicos así como los proporcionados por las restricciones de hidrología o hidráulicas. Considerando las condiciones físicas y mecánicas de los suelos encontrados y la cota de desplante estimada en el proyecto, se determina

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que la profundidad mínima de desplante corresponderá a una cimentación Superficial, se debe tener en cuenta que en lo posible se cimentara en los materiales resistentes.

9.2

DIMENSIÓN DE LOS ELEMENTOS DE CIMENTACIÓN La estructura principal deberá repartir las cargas verticales evitando las cargas concentradas. Para nuestro caso el tipo de cimentación esta establecida a una base rectangular proyectada por un estribo de gravedad. Las dimensiones tentativas para el caso mas desfavorable de cimentación corresponden a 6.20 m. de base x longitud (ancho del puente, de acuerdo al numero de vías), y una cota de fundación de 3.80 metros.

9.3

ANÁLISIS POR ASENTAMIENTO En el presente caso al tratarse de un suelo granular y cohesivo (suelo mixto), en el presente informe se ha realizado el análisis de la presión admisible del suelo por asentamiento y luego la verificación de este resultado por corte.

Figura Nº1: Asentamientos de zapatas deducidos de la penetración estándar N para suelos granulares y arenas (Terzaghi y Peck,) P eck,)

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9.3.1

a) b) c) d)

Métodos de cálculo de asentamientos En la actualidad existen numerosos métodos de cálculo que pueden agruparse en la forma siguiente: Los derivados de la teoría de la consolidación unidimensional de Terzaghi, como el de de Skempton-Bjerrum Skempton-Bjerrum o de la teoría tridimensional tridimensional de Biot. Los basados en la aplicación de trayectorias de tensiones a muestras representativas, como el de Lambe (1964), el de Ladd y Foote (1974). etc. Los que asimilan el terreno a un medio clástico, eventualmente no lineal o anisótropo, utilizando las numerosas soluciones ya existentes. Los que parten de ecuaciones constitutivas aproximadas del terreno (leyes tensión-deformación) aplicándolas a modelos matemáticos o de elementos finitos (por ejemplo el modelo de Cambridge). En el suelo a nivel de fundación al tratarse de suelos granulares se presentaran asentamientos instantáneos relativamente hablando. Los asentamientos a largo plazo pueden presentarse siempre en cuando bajo el bulbo de presiones se ubiquen capas compresibles de arcillas puras, lo cual no ha sido detectado en la presente evaluación, al tratarse el suelo en estudio de potentes capas de arenas gravo arcillosas. En este sentido se ha procedido a calcular el asentamiento inicial instantáneo bajo carga uniforme, y presión más critica, utilizando la teoría elástica y empleando la ecuación de Schieicher (1926) ofrecida por Terzaghi (1945), sobre un espacio de boussinesq (método elástico).

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Obteniéndose un valor de asentamiento inferior al máximo permisible, para el tipo de estructura que se va a proyectar. En este sentido la Norma E.050 exige que se indique el valor del asentamiento diferencial admisible, admisible, lo cual se expondrá en el siguiente acápite. Asimismo en el caso de considerar para el presente análisis suelos arcillosos, podemos podemos señalar que los suelos cohesivos encontrados en la zona son Preconsolidados. Esto se puede verificar empleando el procedimiento propuesto por Skempton que permite determinar si una arcilla es normalmente consolidada o es reconsolidada. La ecuación es una función de la presión de tapada, la cohesión del suelo y el índice de plasticidad. Para arenas arcillosas normalmente consolidadas se debe verificar la Siguiente ecuación: C/ σº = 0.11 + 0.0037 IP Ing. Cuevas Cel:956 931175 Email: danie _   l _ [email protected]

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De acuerdo con los resultados obtenidos en función a la correlación de los ensayos de laboratorio y los de penetración dinámica, tenemos los siguientes datos. C/ σº = 0.19 0.11 + 0.0037 IP = 0.18 C/ σº > 0.11 + 0.0037 0.0037 IP

Por lo que, se trata de un suelo preconsolidado y en consecuencia no se debe emplear valores de asentamientos mayores que los Admisibles para el tipo de estructura propuesta. En este sentido la Norma E050 exige que se indique el valor del asentamiento diferencial admisible.

ASENTAMIENTO ADMISIBLE Una vez calculados los asentamientos, debe comprobarse si su magnitud absoluta o diferencial es inferior a unos valores límites prefijados. Estos valores límites, esta en función del tipo de edificación y su estructura así como la naturaleza del terreno y el tipo de movimiento, debiendo precisarse si el daño afecta al aspecto arquitectónico, funcional o estructural. De acuerdo a los asentamiento Admisibles que señala la Norma E.050. Asimismo el valor indicado es compatible con los cuadros Nº 1, Nº2, Nº 3, y 4; de los autores Bjerrum (1963), Sowers (1962) y Meyerhof (1977).

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Sowers (1962) Limite peligroso para estructuras isostaticas y muros de contencion Limite de seguridad para estructuras isostáticas y muros Limite peligroso para estructuras reticuladas de acero u hormigón y respecto al giro de estructuras rígidas elevadas. Limite de seguridad para estructuras reticuladas y 1/400-1/250 respecto al giro de estructuras rígidas. Limite peligroso para tabiques de estructuras reticuladas. Limite de seguridad para tabiques de estructuras reticuladas Límite peligroso para la flexión 1/2.000 – 1/1.000 cóncava (-) de m

Ing. Cuevas Cel:956 931175 Email: danie _   l _ [email protected]

Distorsión angular β=δs/L Bjerrum Normas (1963) Polacas

Meyerhof  (1977) 1/100

1/100-1/200 1/150

1/300 1/600

1/200-1/300

1/250

1/300

1/300-1/500

1/500 1/1.000 1/2.000 1/1.500

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ASENTAMIENTO TOLERABLE TOLERABLE - NORMA E.050 DE SUELOS SUELOS Y CIMENTACIONES DIST DISTOR ORSI SI N ANGU ANGULA LAR R DESCRIPCI N

θ=δs/L.

1/50

Limite en el que se debe esperar daño estructural en edificios Convencionales.

1/250 Limite en que la perdida de verticalidad de edificios altos y rígidos puede ser visible. Limite en el que se debe esperar dificultades con puentes grúas 1/300 Limite en que se debe esperar las primeras grietas en paredes Limite seguro para edificios en los que no se permiten grietas 1/300 Limite para cimentaciones rígidas circulares o para anillos de cimentación de estructuras rígidas, altas y esbeltas. 1/500 Limite para edificios rígidos de concreto cimentados sobre un solado de 1/500 espesor aproximado de 1.20 m. Limite donde se espera dificultades en maquinarias sensibles a asentamientos. 1/650 1/750

MOVIMIENTOS ADMISIBLES EN FUNCIÓN DE LA DISTORSIÓN ANGULAR PARA PUENTES PUENTES (MOULTON (MOULTON 1,985) 0.005

Para puentes de luces simplemente apoyados

0.004

Para puentes de Luces continuas

Estos limites no son aplicables a estructuras de marco rígido o aporticadas, las cuales deben diseñarse para un asentamiento diferencial basados en los resultados de análisis especiales. Ing. Cuevas Cel:956 931175 Email: danie _   l _ [email protected]

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El asentamiento diferencial tolerable para el presente cálculo fue analizado para estribos continuos (caso mas critico), habiéndose obtenido obtenido un valor igual a 2.5 cm. de acuerdo a los asentamiento tolerables señalados por Moulton, en el que que ndica un valor de distorsión angular equivalente a 0.002, como limite seguro para un claro de 25.00 metros, de acuerdo a los datos proporcionados de la futura estructura.

9.4 CAPACIDAD DE CARGA POR ASENTAMIENTO Se realizaron los cálculos considerando una cota cota de fundación mínima de Df  = 3.80 cm. de acuerdo a las limitaciones que imponían los cálculos hidráulicos, así  como un espesor importante del estrato de suelo bajo la zona de cimentación activa. Teniendo en cuenta la presencia superficial del Nivel Freático, el cual se presenta en forma estacional, y considerando un asentamiento permisible de 5.00 cm. La estructura a cimentar, es un estribo que finalmente vendrá a soportar la superestructura de un puente, a los cuáles los consideraremos apoyadas sobre estribos lineales, para el presente análisis. En este sentido, la superestructura considerada, (puente de luz = 25 metros), la sobrecarga HL93 mas el peso propio del estribo ejercen en el terreno de fundación, aproximadamente una carga de 145 Tn. por ml. de estribo, (Esta carga de diseño para el presente estudio se ha basado en las normas de la American Association of State Highway and Transportation Officials  –  1) entonces para no AASTHO- para puentes carrozables carrozables de concreto, Ver fig. 1) exceder el valor de “qa” se necesita un estribo cargado de lado mayor a: B = 6.20 m. reemplazando estos datos en la ecuación siguiente se obtiene:

qa = (0.0864 N – 0.108) (B + 0.30) 2 *f E* f NF NF * f δ * f Df  B

qadm = 3.05

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Kg/cm2

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Asimismo verificamos esta Presión Admisible por Asentamiento, empleando los mismos datos, y reemplazando estos datos en la ecuación dadas por (Meyerhof, 1965)

9.5.-ANÁLISIS POR MÉTODO CORTE Existen varia teoría que se han desarrollado para dereminar La capacidad admisible por corte, como se VESIC, HANSEN , MEYEROF , TEREZAGHI , etc, para el presente estudio estudio se toma la desarrollada por el Dr. k TERZAGHI que han dado muy buenos resultados y presenta distintas ecuaciones ecuaciones para los diversos tipos de cimentación . Partiendo de la citada hipótesis de terzaghi, tomaremos sus ecuaciones e cuaciones y corregido por MEYEROF, tomando en cuenta los factores de forma, de prefundida etc. y calcular la capacidad de carga critica (Q`d ) para los sueles del presente estudio Donde: B= ancho de la faja cargada considerado, tipo de de fundación por ser un suelo limo arenoso B = 6.20 m. C= cohesión del suelo C= 0.10 Nc , Nq , Ny , se llaman coeficiente de capacidad de carga que son nuecero sin dimensión que depende solo del valor de Ф La profundidad profundidad de colocación de la cimentación cimentación corrida, que según el R.N.E exige no debe ser menor a 0.8 mts. y tomando una COTA DE FUNDACIÓN en este caso especial de cimentación de zapatas a Df = 3.0 mt mt , otros parámetro que faltan como el ángulo de fricción interna , importante para para la determinación de la capacidad admisible de suelos. 9.4.1 DETERMINACIÓN DE “N” Y “Ф”

Esto parámetros son las que determina finalmente en la formula de hipótesis de Terzaghi-Peck de los resultados a determinar con la tabla y los parámetros con que debe trabajarse.

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9.4.2 DENSIDAD RELATIVA Este parámetro se obtiene teniendo tres datos importantes como: la densidad natural seca (y d (in situ )) . Densidad suelta seca (y d (mínimo)) y densidad en su estado mas compacto (y d (max)) los resultados de estos ensayos se muestran en el (ANEXO 01). 01). Obteniéndose con ello la densidad relativa o compacidad relativa para materiales granulares o sueltas s ueltas que se muestra en el siguiente si guiente cuadro. DENSIDAD O COMPACIDAD RELATIVA (TABLA: III) Altura (calicata ) ESTRIBO DERECHO H =1.20 -3.0 m C-1 ESTRIBO IZQUIERDO H =1.10 - 3.0 m ( c-2) Promedio Dr

Y d (max.) Y d (in situ) 1.84 gr/cc. 1.56 gr/cc

Y d (minimo) 1.31gr/cc.

Dr. (%) 45.55

1.85 gr/cc. 1.55 gr/cc.

1.30 gr/cc.

46.50 46.00

De acuerdo a los ensayos de laboratorio que se realizo la densidad o compacidad relativa del suelo en estudio, arrojo un densidad Dr= 46 % en promedio en la base de cimentación que se quiere proyectar las estructuras de cimentación en caso especifico del presente estudio en la base de ZAPATA a una profundidad profundidad de 3.0 mt. Proyectada y de acuerdo con los resultados de los ensayos de laboratorio, este resultado se encuentra encuentra en el rango de 35 - 65 65 de la tabla III que esta en la denominación medianamente medianamente densa y que que le corresponde al Nº de golpes entre entre 10- 30 para “N” , que se utilizara para hallar EL ANGULO DE FRICCIÓN INTERNA “Ф” y para el presente estudio , tomaremos el valor con mucho criter io y experiencia el valor conveniente del rango como N (cor) = 20 ( numero de golpes).

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(tabla : III) DE RELACIÓN ENTRE LOS VALORES N (CORREGIDOS) COMPACIDAD RELATIVA RELATIVA (Cr %) DE LAS ARENAS ARENAS (Terzaghi - Peck ) NUMERO DE GOLPES

COMPACIDAD RELATIVA APROXIMADA , CR (%)

DE PENETRACIÓN ESTANDAR N (corregido ) 0-4 4 - 10 10 - 30 30 - 35 MAYOR DE 50

Y LA

DENOMINACIÓN MUY SUELTA SUELTA MEDIANAMENTE DENSA DENSA O COMPACTA MUY DENSA

0 - 15 15 -35 35 - 65 65 - 85 85 - 100

Determinando Determinando el valor de “N” N (corregido) 20 (Nº de golpes)

Como N = 30 entonces existirá la falta por corte corte directo donde no tendrá que corregirse el Angulo Ф pero por seguridad se corregirá. Después de aplicar la formula de HATANAKA Y UCHIDA . Determinan el valor de “ф” la correlación más reciente para suelos granulares es la realizada por hatanaka y uchida (1996) aplicando la formula tenemos: Ф =Ѵ (20N cor) + 20 = 40 Ф = arc tag (2/3 tang Ф ) = 30º En este caso tomaremos un corrección del ángulo resultante que seria igual a 30º con este ángulo corregido y finalmente con los siguientes parámetros obtenidos que se muestra a continuación entraremos a la formula de k. terzagui corregido por meyerf para el calculo de la capacidad portante del suelo objeto del presente estudio también carga de hundimiento . ANGULO CORREGIDO Ѳ=30º

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9.6.- Tipo y profundidad de cimentación De acuerdo a los trabajadores de campo. Ensayos de laboratorio, descripción de los perfiles estratigráficos, características del proyecto y al análisis efectuado; se concluyen que la cimentaciones será : ESTRIBOS DERECHO . Por medio de zapatas aisladas desplantadas a la profundidad mínima de 3.0 m , en material de grava arenosa.

ESTRIBOS IZQUIERDO . Por medio de zapatas aisladas desplantadas a la profundidad mínima de 3.0 m , en material de de grava arenosa 9.7.-Calculo de la capacidad portantes admisible Con resultados obtenidos, en el ensayo de penetración ligera (DPL) (ф = 30º y c = 0.0.10 kg/cm2 ) en la condición mas desfavorable y aplicando la teoría de terzaghi y corroborado por meyerhoff para cimentaciones superficiales se tiene : Qad =

(

d1

Df N*q + 0.5B

d2

N*

+Nc C)

qad

: capacidad portantes admisible (kg/cm2 )

B

: ancho de cimentación (m)

= 6.20

Ф

: Angulo de fricción interna

= 30º

C

: cohesión (kg/cm2)

= 0.10

Df

: profundidad del desplante (m)

= 3.00

d1

: Densidad seca por encima del nivel De cimentación (gr/cm3)

= 1.50

d2

: Densidad seca por debajo del nivel De cimentación (gr/cm3)

= 1.84

: factores de capacidad de carga

= 27.85, 16.44 , 12.60

Nc, Nq ,Ny

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Para un falla intermedia FS

: factor de seguridad

Estribo derecho

B : ancho de cimentación (m) Luego se tiene

=3

= 6.20

qad = 3.42 kg / cm 2

Estribo derecho B: ancho de cimentación (m) Luego se tiene:

= 6.20

qad = 3.44 kg / cm 2

10. EFECTOS SÍSMICOS Las características de los sismos que pueden presentarse en un lugar determinado, depende de factores cuya influencia es variable para cada evento; en algunos casos las condiciones locales del sitio influyen de manera determinante, mientras que en otros resultan de menor importancia. Como resultado, dado la naturaleza tan compleja de la generación y propagación de los sismos, que involucran factores, tales como la localización del epicentro, propagación de las ondas, distancias recorridas, geología, etc. la incidencia de un sismo sobre un lugar determinado será diferente para cada evento. Sin embargo existe una tendencia general condicionada por los factores locales, que es preciso aclarar y fundamentar y se debe principalmente a la topografía topografía del manto inferior, y a las características del suelo.

10.1

PELIGRO SISMICO Es necesario tener en cuenta los diversos efectos sísmicos, como por ejemplo el efecto de borde que que se produce en los contactos de los rellenos de los valles con la roca madre de los cerros, fuertes contrastes en la velocidad de las ondas transversales entre el suelo cerca de la superficie y

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la roca subyacente, que constituye lo 30  –  60 metros superiores, pueden hacer que el movimiento del suelo aumente en una gama estrecha de frecuencias. La composición espectral de amplitud máxima y la duración del temblor, pueden aumentar notablemente cuando el contraste de velocidad llega hasta un factor de 2 y el grosor de la columna del suelo tiene hasta 10  –  30 m. Los científicos e ingenieros están trabajando todavía, para resolver las cuestiones técnicas relacionadas principalmente con el hecho de si la respuesta lineal del terreno ocurre a niveles elevados de temblores de tierra y/o deformación por deslizamiento.

10.2

CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS En consecuencia para las Normas de Diseño Sismo Sis mo resistente, se recomienda considerar al suelo con un factor Z = 0.4 g (aceleración máxima del terreno con una probabilidad de 10% de ser excedida en 50 años), un factor de suelo igual a 1.2 1.2 y con un un período predominante predominante de Ts = 0.6.

10.2

POTENCIAL DE LICUACIÓN DE SUELOS El fenómeno de licuación de suelos es un problema que en las condiciones actuales es poco probable la posibilidad de ocurrencia de este fenómeno, debido a las características inherentes del presente suelo.

10.3

SUELOS COLAPSABLES COLAPSABLES Y EXPANSIVOS Los suelos de baja densidad, estado húmedo y de naturaleza granular preferentemente, poseen un potencial de colapso que debe siempre evaluarse y considerarse. De los estudios de mecánica de suelos recopilados en esta zona, se obtiene que el potencial de colapso se encuentra en el orden de 0.1%, considerándose a estos suelos con un grado de colapso equivalente a Bajo. Ver Tabla 10.1. En cuanto al potencial de expansión, presentan un potencial que fluctúa en Bajo a Medio, ya que el presente suelo presenta un Índice Plástico que varia en valores de 12% y 19%. Ver Tabla 10.2.

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Tabla 10.1 - Grado de Colapso Indice de Colapso

Grado de Colapso

0

Ninguno

0.1  – 2.0

Leve Moderado Moderadamente Severo

2.1 - 6.0 6.1 - 10.00

Tabla 10.2 - Potencial de Expansión

10.4

Indice de Plasticidad

Potencial de Hinchamiento

0 – 15

Bajo

10 – 35

Medio

20 - 55

Alto

35 o mas

Muy Alto

CARGA SÍSMICA. EQ Es una fuerza horizontal que puede actuar en ambas direcciones de la estructura, siendo su punto de aplicación el centro de gravedad del elemento. En el caso de Puentes simplemente apoyados, y categoría A, es necesario cumplir con los requerimientos mínimos de longitud de soporte (Ls) para el diseño de los apoyos y conexiones.

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VIGA

Ls

Cajuela de Estribo

APOYO

MOVIL

CCS

Longitud mínima de soporte: Ls (cm.)

A,B C,D

Ls = 20.3 + 0.167 L + 0.67 H Ls = 30.5 + 0.250 L + 100 H

L = Longitud en metros de la superestructura H = Altura del pilar o columnas (cero para puentes de un solo tramo) Si el análisis sísmico da desplazamientos mayores, estos deben ser tomados con Los mínimos. Para puentes continuos, se debe considerar la influencia sísmica, tanto para a la superestructura como la subestructura, especificándose que que se debe realizar un análisis sísmico espectral multimodal y detallar adecuadamente los elementos del concreto de tal manera de que tengan la ductilidad suficiente para disipar energía durante sismos severos.

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11. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES  De la Geología Geología y Geodinámico Geodinámico externa Según las características geológicas del área en el cual se ha definido la ubicación del eje del proyecto: CONSTRUCCIÓN DE PUENTE VEHICULAR DE QUISQUE, se concluye y recomienda lo siguiente: si guiente: •

En el área en el cual se ha definido la ubicación del futuro Puente, se presenta una potente secuela de suelos, definido por una intercalación de arenas, arcillas y conglomerados rocosos, abundante cantidad de bolones de piedra de tamaño grande, estos se encuentran en la secuencia del perfil estratigráfico, en forma intercalada, otorgando mayor resistencia a estos suelos.

•

Se recomienda no contemplar en el diseño, los apoyos intermedios (pilares), Los del río. En el caso de de Puentes simplemente apoyados, apoyados, y categoría A, es necesario cumplir con los requerimientos mínimos de longitud de soporte (Ls) para el diseño de los apoyos y conexiones.

 De la Geotecnia •

El estrato donde van estar apoyados las estructura de la cimentación del proyecto, está formado por los siguientes tipos de suelos: Un primer estrato superficial compuesto por arenas y arcillas, en estado semicompacto y abundante presencia de gravas y bolones de piedra grande de 4”a 25” en promedio, de aristas semi angulosas. Presencia de raíces y materia orgánica. Subyaciendo al suelo anterior se presentan suelos Areno Gravo arcillosos, con abundante presencia de partículas finas de mediana plasticidad, se encuentran en estado de mediana a alta densidad según se profundice, abundante presencia de trozos de piedras grandes de aristas semi semi angulosas de coloración blanquizca. Esta zona presenta una estratigrafía casi uniforme, siendo el predominio de arenas con contenido de arcilla y bolones de piedras el factor común, constituyendo un conglomerado compacto. Este segundo estrato es de origen fluvio aluvial formado por la depositacion y transporte de suelos provenientes de las partes más más altas, en tal sentido se tratan de depósitos cuaternarios aluviales. El estado de estos suelos va de de medio a alta densidad (0  –  2.5 m.), aumentando su compacidad hasta niveles de alta densidad a partir de los 3.00 m.

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El nivel de la Napa Freática es estacional, en época de avenidas se encuentra en la superficie, siendo la presencia del nivel freático, predominante, en la capacidad de soporte del suelo. •

En la zona de estudio, los rangos de ataques por agresividad de suelos se catalogan como “Despreciable”, o en todo caso se encuentra a una exposición definida como “nor ma mal” ya que la cantidad de sulfatos y cloruros en el presente suelo esta por debajo de los 1000 PPM. Sin embargo siempre es necesario recomendar un cuidadoso proceso constructivo, con la finalidad de prever un eventual ataque químico a la cimentación, ya que el agua es vehiculo de agentes que podrían dañar al concreto, siendo recomendable el empleo de cemento Tipo II.

•

La profundidad de Cimentación, se encuentra determinada por las características mecánicas del perfil del suelo y las restricciones hidráulicas, por lo cual se recomienda cimentar a partir de los 3.00 m. de profundidad a partir del actual del terreno en la zona de ubicación de los estribos, como mínimo, con lo cuál se estaría dando un confinamiento al estribo, asegurando su estabilidad contra los procesos morfológicos del río (erosión y socavación).

•

Definida la cota de fundación mínima 3.0 m a este nivel se ha evaluado la capacidad capacidad portante portante o admisible del suelo suelo en estudio, encontrándose que este valor se encuentra definido para el diseño estructural del estribo derecho

qadm= 3.42 Kg/cm 2, y estribo izquierdo qadm= 3.44 Kg/cm 2

superestructura, la sobrecarga HL93 (tren de cargas y sobrecarga equivalente) mas el peso propio del estribo (La carga de diseño para el presente estudio se ha basado en las normas de la American Association of  State Highway and Transportation Officials  – AASTHOAASTHO- para puentes carrozables de concreto) el valor de esta carga puede ser reajustado en función de la determinación exacta de la luz del puente dimensiones y demás cargas actuantes, por el Ingeniero estructural. Cabe mencionar que el valor de la capacidad admisible del suelo, se encuentra controlado controlado por asentamiento, este valor puede mejorar mejorar según el tipo de cimentación o estructura (Estribos tipo Celda, Cajón, etc. los cuales reducen el peso de la estructura) a emplear, mejorándose este valor a mayores profundidades y cotas de fundación. Ing. Cuevas Cel:956 931175 Email: danie _   l _ [email protected]

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•

De los estudios realizados en la zona, se determina que es un suelo susceptible de amplificación bajo condiciones de solicitación dinámica. Para las Normas de Diseño Sismoresistente, se debe considerar al suelo con un factor Z = 0.4 g (aceleración máxima del terreno con una probabilidad de 10% de ser excedida en 50 años), un factor de suelo igual a 1.2 y con un período predominante de Ts = 0.6. En el caso de Puentes simplemente apoyados, y categoría A, es necesario cumplir con los requerimientos mínimos de longitud de soporte (Ls) para el diseño de los apoyos y conexiones.

•

Se debe procurar no alterar los taludes que se encuentran en su correspondiente ángulo de reposo. Durante el proceso constructivo se sugiere la presencia del especialista que pudiera verificar las características de los materiales in situ.

•

Teniendo en cuenta las características particulares de la zona, toda extrapolación de los datos recopilados y cambio de área de proyecto, será consultado por el especialista en Geotecnia.

 De la Hidrológica Hidrológica e Hidráulica •

Los estudios de Hidrología, Hidráulica y procesos morfológicos del río, sin

embargo han sido realizados en forma somera, con la finalidad de obtener los datos necesarios para el calculo de la presión admisible del suelo. • Tener presente que la ubicación del puente en un río representa una modificación artificial del equilibrio natural del río. Los estribos cuando son ubicados en el cauce mismo causan alteraciones locales del flujo y estrechamiento del ancho del río; en este sentido los procesos morfológicos en ríos son aspectos de primer orden a ser considerados en el diseño, ya que la mayoría de fallas en puentes son debidas a la socavación de sus cimentaciones durante avenidas. La gran cantidad de puentes caídos durante el último fenómeno del Niño (1998) evidencia esta realidad.

•

El desarrollo y evolución de los procesos morfológicos depende de muchos

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factores: descarga liquida, transporte de sedimentos, pendiente del río, características geométricas de la sección, geología local, modificaciones artificiales en diversos tramos, etc. Por lo que se debe tener sumo cuidado en no alterar estos factores, cuidando y conservando el ancho natural del canal sin estrechar su cauce, de manera tal que la posición del estribo no estorbe y no produzca mayores alteraciones al flujo natural del caudal, caso contrario Podrían originarse el colapso del puente, lo cual se originaria no Precisamente por un mal comportamiento del terreno. • El caudal de diseño del Río en estudio es de aproximadamente 766.45 • Considerando que el material del lecho del canal es homogéneo y cohesivo, los cálculos de la socavación general del cauce arrojan una profundidad de socavación potencial con respecto al cauce, del orden de 2.50 m. en el área de emplazamiento de los estribos. •

La construcción del puente, no debe considerar ningún apoyo intermedio debido la inestabilidad de lo materiales del cauce por procesos de de erosión del río.

•

Se recomienda así mismo la adecuada construcción y ubicación de las aletas de protección, con la finalidad de controlar la socavación y erosión de los lados, así mismo dar una mayor estabilidad a los estribos.

•

Finalmente, no olvidemos reflexionar sobre las fallas en las estructuras, los cuáles no solo dependen del mal comportamiento del suelo, o los eventos hidrológicos, sino también de procesos constructivos inadecuados, mano de obra no calificada, falta de un adecuado control control de las Obras y materiales.

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Resumen De Las Condiciones De Cimentación De acuerdo con la Norma 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 Edificaciones.

TIPO DE CIMENTACIÓN: CIMIENTOS EN BASE A ESTRIBOS RECTANGULARES, ESTOS PUEDEN SER COMPUESTO POR CONCRETO ARMADO O CICLOPEO DE ACUERDO AL  DISEÑO Y CONCEPCIÓN CONCEPCIÓN ESTRUCTURAL.  ESTRATO DE APOYO DE LA CIMENTACIÓN:  ARENA ARCILLOSA, MEDIANA A ALTA COMPACIDAD, CON ABUNDANTE  CONTENIDO DE DE TROZOS DE PIEDRAS DE ARISTAS SEMI SEMI REDONDEADAS, REDONDEADAS, CONFORMANDO UN CONGLOMERADO COMPACTO .  PROFUNDIDAD DE CIMENTACIÓN: 3.00 m. (mínimo a partir del lecho lecho del rio)  ANCHO DE LA CIMENTACIÓN: 6 . 2 0 m. (esto de acuerdo a la carga y Luz del puente )  PRESION ADMISIBLE DEL SUELO ESTRIBO DERECHO: 3.42 Kg/cm 2  PRESION ADMISIBLE DEL SUELO ESTRIBO IZQUIERDO: 3.44 Kg/cm 2  AGRESIVIDAD DEL SUELO A LA CIMENTACIÓN:  NO DETECTADA

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 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 ESTRUCTURA Y SER  REEMPLAZADOS  REEMPLAZADOS CON MATERIALES ADECUADOS DEBIDAMENTE  COMPACTADOS. SE DEBE EXCAVAR HASTA ALCANZAR DIRECTAMENTE EL SUELO  NORMALMENTE CONSOLIDADO PARA EL APOYO DEL ESTRIBO, PARA DE  ESTA MANERA MINIMIZAR LOS EFECTOS DE DENSIFICACIÓN Y   ASENTAMIENTO DE SUELOS POST-CONSTRUCCIÓN. POST-CONSTRUCCIÓN.

Ica, Diciembre del 2009

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Foto 1

 ZONA

DE ESTUDIO:

PUNTO DE UBICACIÓN

DE LA

 ESTRUCTURA Se aprecia el punto de ubicación de los estribos, que finalmente vendrán a soportar el peso del puente. Ambas riberas están compuestas por  conglomerados, conglomerados, y abundantes trozos de piedra de diferentes tamaños. Ing. Cuevas Cel:956 931175 Email: danie _   l _ [email protected]

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Fotografia Nº 2

CALICATA C-1 Se aprecia aprecia el perfil estratigráfico del del suelo, compuesto por  suelos granulares compuesto por arenas, gravas, Arcillas y trozos de Piedras de Aristas semi redondeadas, redondeadas, conformando un conglomerado compacto.

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Fotos Nº 4.

ENSAYO DE PENETRACIÓN LIGERA. Ensayo DPL en la margen Izquierda Izquierda del río.

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Fotografia Nº 5.

CAUDAL EN EPOCA DE ESTIAJE.

El volumen máximo de descarga del flujo se estima en 564.00 m3/seg aproximadamente.

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Fotografía Nº 6

CALICATA Nº 2. Margen Derecha del Rio.

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Fotografía Nº 7.

Geologia de la zona. Predomina la formación Jumasha, compuesta de calizas micríticas grises, en capas delgadas a medianas, media nas, de mas de 400 m. de potencia total, alternando con calizas y capas margosas mayormente de coloración grisácea.

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