estudio suelos puente ok

ESTUDIO GEOTCNICO DE SUELOS - E.I.R.L. ANDRS AVELINO CCERES K-16 PARCONA - ICARUC: 10215104112

LABORATORIO DE ENSAYOS DE SUELOS, PAVIMENTO, Y ANLISIS QUMICOS

ESTUDIO DE SUELO CON FINES DE CIMENTACINSOLICITA : MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE COLONIAPROYECTO :CONSTRUCCIN DE PUENTE VEHICULAR DE LA COMUNIDAD DE QUISQUE

UBICACIN: LOCALIDAD : QUISQUE DISTRITO : COLONIA

PROVINCIA : YAUYOS DEPARTAMENTO : LIMAIng. CuevasEmail: [email protected]

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Informe Tcnico de Estudio De Suelos



CONTENIDO1. 2. 3. 4. 5. ALCANCES DEL ESTUDIO UBICACIN GEOLOGA HIDROLGICA E HIDRULICA EN EL REA DE EMPLAZAMIENTO INFORMACIN PREVIA 5.1 5.2 5.3 5.4 6. DE LA OBRA A CIMENTAR DATOS GENERALES DE LA ZONA DE LOS TERRENOS COLINDANTES NUMERO DE PUNTOS A INVESTIGAR

TRABAJOS EFECTUADOS 6.1 6.2 6.3 EXPLORACIN DE CAMPO ENSAYOS DE LABORATORIO Y CAMPO DE LOS SONDEOS Y EXPLORACIONES

7. 8. 9.

PERFIL DEL SUELO NIVEL FRETICO ANLISIS DE LA CAPACIDAD DE CARGA 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 ANLISIS POR ASENTAMIENTO DIMENSION DE LOS ELEMENTOS DE CIMENTACION ANALISIS POR ASENTAMIENTO CAPACIDAD DE CARGA POR ASENTAMIENTO ANALISIS POR METODO DE CORTE TIPO Y PROFUNDIDAD DE CIMENTACION CALCULO DE LA CAPACIDAD PORTANTE ADMISIBLE

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LABORATORIO DE ENSAYOS DE SUELOS, PAVIMENTO, Y ANLISIS QUMICOS10. EFECTOS SSMICOS 10.1 10.2 10.3 10.4 11. 12. 13. PELIGRO SSMICO CARACTERSTICAS DINMICAS SUELOS COLAPSABLES CARGA SISMICA

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES DEL ESTUDIO FOTOGRAFAS ANEXOS

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1.

ALCANCES DEL ESTUDIO El objeto del presente Informe es mostrar los trabajos realizados, as como los resultados y conclusiones obtenidos en el estudio de suelos, ejecutado conforme a las normas vigentes de reglamento nacional de puente versin 4.0 aprobado por el Ministerio de Transportes y Comunicaciones, de la especificaciones de la American Association of State Highway and Transportacin Offcials (AASHTO) siendo al Diseo y Construccin de Puentes, con la finalidad de determinar la informacin requerida para el diseo de la cimentacin del proyecto: CONSTRUCCIN DE PUENTE VEHICULAR DE LA COMUNIDAD DE QUISQU. UBICACIN La zona materia del presente estudio de suelos, se encuentra ubicado en la zona denominada Quisque, Jurisdiccin de distrito de Colonia, provincia de Yauyos, del departamento de Lima. GEOLOGA Regionalmente en el rea de estudio se observa una secuencia cretcica muy plegada y fallada con sobre escurrimientos, donde predomina la formacin Jumasha, compuesta de calizas micrticas 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 regin destacan tambin las cuarcitas de la formacin Oyon-Chim y otras unidades calcreas del cretcico inferior, as como los intrusivos Negenos de Yauricocha. GEOLOGA LOCAL La Geologa de la zona de estudio esta constituida principalmente por depsitos cuaternarios. Los depsitos cuaternarios existentes en la zona y sus alrededores son los aluviales y fluvio-aluviales, as tenemos: En el rea circundante al emplazamiento de la sima, se observa un valle en U, con pendientes empinadas en ambos flancos, producto de la erosin durante el periodo glaciar; igualmente en el fondo del valle se aprecia la superficie de erosin glaciar sobre las mismas rocas, en forma superpuesta se produjo la erosin fluvial, formando un pequeo can crstico- lo que se puede observar como una terraza de erosin reciente- este cause, quedo seco al instalarse la circulacin crstica de las aguas. DEPSITOS FLUVIO ALUVIALES: Estn distribuidos a lo largo del cauce del

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ro Caete. Los depsitos estn formados por la sedimentacin del ro 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; 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. HIDROLGICA E HIDRULICA DEL REA DE EMPLAZAMIENTO Se presenta la estimacin tanto del caudal de diseo del Ri Caete en el sector Quisque, as como los niveles de erosin y socavacin del cauce, en la seccin de inters. Esta actividad permitir definir las caractersticas de cimentacin del puente. 4.1 Geodinmica El cauce del ro Caete 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 rgimen estacional de descargas, lo cual se presenta especialmente en pocas de avenidas, con procesos de socavacin de su lecho. Motivando esto la profundizacin del mismo. 4.2 Hidrolgica El estudio de Hidrolgica esta orientado a estimar el caudal de diseo del cauce del ro en el sector Quisque, con el propsito de proyectar el futuro puente. 4.2.1 Estimacin del caudal de Diseo El aporte hdrico de la cuenca del ro en el sector Quisque, y para fines de diseo del presente proyecto, ha sido estimada teniendo en cuenta las formulaciones establecidas por el mtodo de Gumbel. Consecuentemente con la memoria de calculo d e l c a u d a l d e diseo, se ha elegido para los fines del presente proyecto un caudal de diseo a un periodo de retorno de cien aos de 631.64 m3/seg, y para un periodo de retorno de quinientos aos de 766.45Ing. Cuevas Cel:956 931175


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m3/seg. 4.2.2 Estimacin de la Socavacin y erosin del cauce La socavacin 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 fenmeno. El calculo de la socavacin y erosin general se basan en el mtodo 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 dimetro y densidad conocidos. Considerando que el material del lecho del ro es heterogneo y poco cohesivo, los clculos de la socavacin general del cauce arrojan una profundidad de socavacin potencial de 3.20 m. en la zona de emplazamiento de los estribos. (Ver memoria de Clculo de la socavacin). Al haberse obtenido la erosin local en los estribos equivalente a 3.20m. la cota de fundacin Df, se proyecta a 3.80m. 5. INFORMACIN PREVIA 5.1 DE LA OBRA A CIMENTAR El proyecto materia del presente estudio, se encuentra destinada para Uso Pblico, lo cul segn la Norma E.030 es categorizado como edificacin esencial cuya funcin no debera interrumpirse inmediatamente despus de que ocurra un sismo; el coeficiente de uso e importancia (U) para la presente edificacin es igual a 1.5. La Clasificacin, para los fines de la determinacin del programa Mnimo de exploracin del EMS, de la Norma E-050, de acuerdo a la tabla N 2.1.2, es tipificada como:

TIPO DE ESTRUCTURA

DISTANCIA MAYOR ENTRE APOYOS

N DE PISOS

TIPO DE EDIFICACIN

Estructura especial Mayor a 10 m.Ing. Cuevas Cel:956 931175

-

A


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Los tipos de edificacin A, B y C, designan la importancia relativa de la Estructura desde el punto de vista de la investigacin de suelos necesaria para cada tipo, siendo el A ms exigente que el B y este que el C. El sistema estructural a emplear es en base a Elementos de Concreto armado o concreto ciclpeo, siendo la sobrecarga tpica para este tipo de estructuras las especificadas para sobrecargas vehiculares HL-93 Tabla de caractersticas GeneralesTIPO ESPECIFICACIONES DE CARGAS AASHTO HS20, HS25 Peso W P a X q P P Camin rango P. Corte P.Momento (m) (TN) (TN) (TN) (m) (Kg/m) 33.13 3.695 4.30 4.30 9.00 970

LRFD

El HL-93 es el camin de diseo de puentes, utilizado en el presente estudio. 5.2 DATOS GENERALES DE LA ZONA Para la realizacin del estudio de suelos de la zona, las condiciones topogrficas, evidencian efectos de Geodinmico externa, provenientes del ro en el sector Quisque, por lo cual es visible una segregacin 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 evaluacin realizada (la evaluacin de los suelos se han hecho a travs de pozos de sondeo y ensayos de Penetracin Ligera), el material subyacente esta compuesto por un material normalmente consolidado. 5.3 DE LOS TERRENOS COLINDANTES Se comprueba que las caractersticas 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 existenIng. CuevasEmail: [email protected]

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infraestructuras cercanas que presenten anomalas como grietas o desplomes originados por el terreno de cimentacin. De lo cual puede deducirse que el suelo es un material aceptable como terreno de fundacin. En cuanto a las fallas geolgicas, estas de acuerdo al mapa geolgico se encuentran ubicadas en forma relativamente cercanas a la zona de estudio. En general toda esta zona es susceptible de sufrir cambios geolgicos importantes, debido al proceso dinmico de interaccin de las placas Sudamericana y Nazca, ya que existen en las zonas y terrenos colindantes. Grandes irregularidades como afloramientos rocosos, fallas geolgicas, estratos errticos, etc. Lo cul debe tenerse en cuenta en el clculo de la estructura. NUMERO N DE PUNTOS A INVESTIGAR La cantidad y profundidad de los sondajes de acuerdo a las Normas del Reglamento de Puentes es segn a la magnitud y complejidad del proyecto. La profundidad de las exploraciones y sondajes se ha definido considerando un predimensionamiento de la cimentacin y las condiciones locales del subsuelo. En el caso nuestro, al tratarse de la fundacin de un puente de 25.00 metros de Luz, se realizo la cantidad de 02 pozos de sondeo, dentro de la zona de cimentacin de cada uno de los estribos y 02 ensayos de penetracin Ligera DPL. 5.5 TIPO DE MUESTRAS EXTRADAS Para el presente estudio, se ha tomado en cada sondaje una muestra tipo Mab por estrato, hasta el plano de apoyo de la cimentacin 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 situ, en cada calicata realizada. 5.6 AGRESIVIDAD DEL SUELO Para el anlisis de agresividad del suelo y la seleccin del tipo de ataque se ha basado en los rangos que da el ACI y las Normas Peruanas, para los distintos tipos de daos que se puedan apreciar en el concreto. En la zona de estudio, los rangos de ataques por agresividad de suelos seIng. CuevasEmail: [email protected]

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catalogan como Despreciables, o en todo caso se encuentra a una exposicin definida como normal ya que la cantidad desulfatos y cloruros en el presente suelo esta por debajo de los 1000 PPM.

6. TRABAJOS EFECTUADOSLos trabajos relacionados al estudio, consistieron en la determinacin de las caractersticas geotcnicas de los materiales, as como de la capacidad portante en la zona donde se proyecta la construccin de los estribos. 6.1 EXPLORACIN DE CAMPO El reconocimiento del rea de investigacin consisti en observar la topografa y el permetro del rea a edificar. Seguidamente se determin la ubicacin de la perforacin a realizar. Efectundose las calicatas a una profundidad de 1.5 veces el ancho aproximado de la cimentacin, contando a partir del fondo de la base. ENSAYOS DE LABORATORIO Y CAMPO Se realizaron los trabajos de campo, conforme a las normas vigentes. En el laboratorio se seleccionaron las muestras tpicas, se verifico la clasificacin visual de las muestras y se procedi a ejecutar con ellas los ensayos (de campo y de laboratorio) que a continuacin se mencionan: Recoleccin de muestras ASTM 420 Contenido de Humedad ASTM 2216 Anlisis granulomtrico Peso especifico ASTM D 422 ASTM D 854

6.2

Clasificacin Unificada de Suelos (SUCS) ASTM D 2487 y D 2488 Limite Lquido Limite Plstico Densidad Relativa ASTM D 4318 ASTM D 4318 ASTM D 4253 ASTM D 4254 Ensayo de Penetracin Standar ASTM D 1586

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6.3

DE LOS SONDEOS Y EXPLORACIONES Las calicatas se efectuaron en nmero de dos, uno en cada margen del ro, cerca al lugar donde se proyecta la ubicacin de los estribos. 01 DPL en la margen Izquierda mirando aguas abajo. 01 DPL en la margen derecha mirando aguas abajo Con el anlisis de la informacin recopilada tanto en el campo como en laboratorio, se procedi a la determinacin de la capacidad portante del terreno. Cabe mencionar que cada estructura corresponde a una unidad de diseo con caractersticas de resistencia del subsuelo y alternativas de cimentacin particulares. De los sondeos y los resultados del SPL correlacionados con el de Penetracin Standar, podemos resumir las siguientes caractersticas:

7. PERFIL DEL SUELO Luego de obtenido los ensayos de laboratorio, se contrastaron estos con las caractersticas de los suelos observados en el campo, habindose hecho las compatibilizaciones en los casos necesarios. Con estos resultados se procedi a elaborar el respectivo perfil estratigrfico. El sistema de clasificacin de suelos para este tipo de estudios es del mtodo SUCS, (Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos, determinando de acuerdo con los dimetros comprendidos entre 3 plg a la malla N 4 como gravas, los Dimetros comprendidos entre las mallas N 4 y N 200 como arenas y los dimetros menores a la malla N 200 denominadas como limos y arcillas), por lo que, generalizando se obtuvo para el suelo ubicado inmediatamente debajo de la cimentacin, la siguiente clasificacin: La zona en estudio est conformada por un primer estrato superficial compuesto por arenas y arcillas, en estado semicompacto y abundante presencia de gravas y bolones de piedra grande de 4a 30 en promedio, de aristas semi redondeadas, hasta una profundidad promedio de 0.20 m. Abundante presencia de races y materia orgnica. Subyaciendo al suelo anterior se presentan suelos Areno Gravo arcillosos, con abundante presencia de partculas finas de mediana plasticidad, se encuentran en estado de mediana a alta densidad segn se profundice, abundante presencia de trozos de piedras grandes de aristas boleadas de coloracin blanquizca. Esta zona presenta una estratigrafa casi uniforme, siendo el predominio de arenas con contenido de arcilla y bolones de piedras el factor comn, constituyendo un conglomerado compacto. Este segundo estrato es de origen fluvial formados por la depositacion yIng. CuevasEmail: [email protected]

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transporte de de suelos provenientes de las partes altas, en tal sentido se tratan de depsitos cuaternarios aluviales. El estado de estos suelos va 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 FRETICA El nivel de la Napa Fretica varia de acuerdo a las pocas de avenidas, debido a lo cual en el proceso de clculo, se ha considerado la presencia superficial del nivel fretico, siendo este determinante en el clculo de la capacidad de soporte del suelo, originando una modificacin de las caractersticas fsico mecnicas de los suelos, como consecuencia de los cambios en el contenido de humedad del suelo de fundacin. ANLISIS DE CAPACIDAD DE CARGA La presin Admisible se efectuar tomando en cuenta los siguientes factores: a) Profundidad de cimentacin b) Dimensin de los elementos de cimentacin c) Caractersticas fsico mecnicas del suelo ubicado dentro de la zona activa de cimentacin. d) Ubicacin del nivel fretico. e) Probable modificacin de las caractersticas fsico mecnicas de los suelos, como consecuencia de los cambios en el contenido de humedad. f) Asentamiento tolerable de la estructura. Asimismo, de acuerdo a la misma Norma, la presin Admisible ser la menor de la que se obtenga mediante: La aplicacin de las ecuaciones de capacidad de carga por corte afectada por el factor de seguridad correspondiente. La presin que cause el asentamiento admisible. Debido a lo cul se realizaran ambos anlisis mencionados, considerando cimientos continuos con su carga respectiva. 9.1 PROFUNDIDAD DE CIMENTACIN La cota de cimentacin de los estribos estar determinada al conjugar la informacin proporcionada por los parmetros geotcnicos as como los proporcionados por las restricciones de hidrologa o hidrulicas. Considerando las condiciones fsicas y mecnicas de los suelos encontrados y la cota de desplante estimada en el proyecto, se determina

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que la profundidad mnima de desplante corresponder a una cimentacin Superficial, se debe tener en cuenta que en lo posible se cimentara en los materiales resistentes. 9.2 DIMENSIN DE LOS ELEMENTOS DE CIMENTACIN La estructura principal deber repartir las cargas verticales evitando las cargas concentradas. Para nuestro caso el tipo de cimentacin esta establecida a una base rectangular proyectada por un estribo de gravedad. Las dimensiones tentativas para el caso mas desfavorable de cimentacin corresponden a 6.20 m. de base x longitud (ancho del puente, de acuerdo al numero de vas), y una cota de fundacin de 3.80 metros. ANLISIS POR ASENTAMIENTO En el presente caso al tratarse de un suelo granular y cohesivo (suelo mixto), en el presente informe se ha realizado el anlisis de la presin admisible del suelo por asentamiento y luego la verificacin de este resultado por corte.

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Figura N1: Asentamientos de zapatas deducidos de la penetracin estndar N para suelos granulares y arenas (Terzaghi y Peck,)

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9.3.1

Mtodos de clculo de asentamientos En la actualidad existen numerosos mtodos de clculo que pueden agruparse en la forma siguiente: Los derivados de la teora de la consolidacin unidimensional de Terzaghi, como el de Skempton-Bjerrum o de la teora tridimensional de Biot. Los basados en la aplicacin 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 clstico, eventualmente no lineal o anistropo, utilizando las numerosas soluciones ya existentes. Los que parten de ecuaciones constitutivas aproximadas del terreno (leyes tensin-deformacin) aplicndolas a modelos matemticos o de elementos finitos (por ejemplo el modelo de Cambridge). En el suelo a nivel de fundacin al tratarse de suelos granulares se presentaran asentamientos instantneos 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 evaluacin, al tratarse el suelo en estudio de potentes capas de arenas gravo arcillosas. En este sentido se ha procedido a calcular el asentamiento inicial instantneo bajo carga uniforme, y presin ms critica, utilizando la teora elstica y empleando la ecuacin de Schieicher (1926) ofrecida por Terzaghi (1945), sobre un espacio de boussinesq (mtodo elstico).

a)

b)

c) d)

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Obtenindose un valor de asentamiento inferior al mximo 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, lo cual se expondr en el siguiente acpite. Asimismo en el caso de considerar para el presente anlisis suelos arcillosos, podemos sealar 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 ecuacin es una funcin de la presin de tapada, la cohesin del suelo y el ndice de plasticidad. Para arenas arcillosas normalmente consolidadas se debe verificar la Siguiente ecuacin: C/ = 0.11 + 0.0037 IPIng. CuevasEmail: [email protected]

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De acuerdo con los resultados obtenidos en funcin a la correlacin de los ensayos de laboratorio y los de penetracin dinmica, tenemos los siguientes datos. C/ = 0.190.11 + 0.0037 IP = 0.18

C/ > 0.11 + 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 lmites prefijados. Estos valores lmites, esta en funcin del tipo de edificacin y su estructura as como la naturaleza del terreno y el tipo de movimiento, debiendo precisarse si el dao afecta al aspecto arquitectnico, funcional o estructural. De acuerdo a los asentamiento Admisibles que seala la Norma E.050. Asimismo el valor indicado es compatible con los cuadros N 1, N2, N 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 isostticas y muros Limite peligroso para estructuras reticuladas de acero u hormign y respecto al giro de estructuras rgidas elevadas. Limite de seguridad para estructuras reticuladas y 1/400-1/250 respecto al giro de estructuras rgidas. Limite peligroso para tabiques de estructuras reticuladas. Limite de seguridad para tabiques de estructuras reticuladas Lmite peligroso para la flexin 1/2.000 1/1.000 cncava (-) de m u r o s d e c a r g a Limite de seguridad para la flexin cncava de muros de carga Lmite peligroso para la flexin convexa de muros de carga Limite de seguridad de muros de carga. Estructuras de paneles prefabricados Cel:956 931175

Distorsin angular =s/L Bjerrum Normas (1963) Polacas

Meyerhof (1977) 1/100

1/100-1/200

1/300 1/600 1/200-1/300

1/150 1/250

1/300

1/300-1/500

1/500 1/1.000 1/2.000 1/1.500 1/2.500

1/500-1/700

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ASENTAMIENTO TOLERABLE - NORMA E.050 DE SUELOS Y CIMENTACIONES DISTORSIN ANGULAR=s/L.

DESCRIPCIN Limite en el que se debe esperar dao estructural en edificios Convencionales.

1/50

1/250 Limite en que la perdida de verticalidad de edificios altos y rgidos puede ser visible. Limite en el que se debe esperar dificultades con puentes gras Limite en que se debe esperar las primeras grietas en paredes 1/300 Limite seguro para edificios en los que no se permiten grietas 1/300 Limite para cimentaciones rgidas circulares o para anillos de cimentacin de estructuras rgidas, altas y esbeltas. 1/500 Limite para edificios rgidos 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 FUNCIN DE LA DISTORSIN ANGULAR PARA PUENTES (MOULTON 1,985) 0.005 0.004 Para puentes de luces simplemente apoyados Para puentes de Luces continuas

Estos limites no son aplicables a estructuras de marco rgido o aporticadas, las cuales deben disearse para un asentamiento diferencial basados en los resultados de anlisis especiales.Ing. Cuevas Cel:956 931175


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El asentamiento diferencial tolerable para el presente clculo fue analizado para estribos continuos (caso mas critico), habindose obtenido un valor igual a 2.5 cm. de acuerdo a los asentamiento tolerables sealados por Moulton, en el que ndica un valor de distorsin 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 clculos considerando una cota de fundacin mnima de Df = 3.80 cm. de acuerdo a las limitaciones que imponan los clculos hidrulicos, as como un espesor importante del estrato de suelo bajo la zona de cimentacin activa. Teniendo en cuenta la presencia superficial del Nivel Fretico, 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 vendr a soportar la superestructura de un puente, a los cules los consideraremos apoyadas sobre estribos lineales, para el presente anlisis. 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 fundacin, aproximadamente una carga de 145 Tn. por ml. de estribo, (Esta carga de diseo para el presente estudio se ha basado en las normas de la American Association of State Highway and Transportation Officials AASTHO- para puentes carrozables de concreto, Ver fig. 1) entonces para no exceder el valor de qa se necesita un estribo cargado de lado mayor a: B = 6.20 m. reemplazando estos datos en la ecuacin siguiente se obtiene:

qa = (0.0864 N 0.108) (B + 0.30)2 *fE* fNF * f * f DfB

qadm = 3.05 Kg/cm2

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

9.5.-ANLISIS POR MTODO CORTE Existen varia teora que se han desarrollado para dereminar La capacidad admisible por corte, como se VESIC, HANSEN , MEYEROF , TEREZAGHI , etc, para el presente estudio se toma la desarrollada por el Dr. k TERZAGHI que han dado muy buenos resultados y presenta distintas ecuaciones para los diversos tipos de cimentacin . Partiendo de la citada hiptesis de terzaghi, tomaremos sus ecuaciones 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 fundacin por ser un suelo limo arenoso B = 6.20 m. C= cohesin del suelo C= 0.10 Nc , Nq , Ny , se llaman coeficiente de capacidad de carga que son nuecero sin dimensin que depende solo del valor de La profundidad de colocacin de la cimentacin corrida, que segn el R.N.E exige no debe ser menor a 0.8 mts. y tomando una COTA DE FUNDACIN en este caso especial de cimentacin de zapatas a Df = 3.0 mt , otros parmetro que faltan como el ngulo de friccin interna , importante para la determinacin de la capacidad admisible de suelos. 9.4.1 DETERMINACIN DE N Y Esto parmetros son las que determina finalmente en la formula de hiptesis de Terzaghi-Peck de los resultados a determinar con la tabla y los parmetros con que debe trabajarse.

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9.4.2 DENSIDAD RELATIVA Este parmetro se obtiene teniendo tres datos importantes como: la densidad natural seca (y d (in situ )) . Densidad suelta seca (y d (mnimo)) y densidad en su estado mas compacto (y d (max)) los resultados de estos ensayos se muestran en el (ANEXO 01). Obtenindose con ello la densidad relativa o compacidad relativa para materiales granulares o sueltas que se muestra en el siguiente 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 1.85 gr/cc. 1.55 gr/cc.

Y d (minimo) 1.31gr/cc. 1.30 gr/cc.

Dr. (%) 45.55 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 cimentacin que se quiere proyectar las estructuras de cimentacin en caso especifico del presente estudio en la base de ZAPATA a una profundidad de 3.0 mt. Proyectada y de acuerdo con los resultados de los ensayos de laboratorio, este resultado se encuentra en el rango de 35 - 65 de la tabla III que esta en la denominacin medianamente densa y que le corresponde al N de golpes entre 10- 30 para N , que se utilizara para hallar EL ANGULO DE FRICCIN INTERNA y para el presente estudio , tomaremos el valor con mucho criterio y experiencia el valor conveniente del rango como N (cor) = 20 ( numero de golpes).

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(tabla : III) DE RELACIN ENTRE LOS VALORES N (CORREGIDOS) COMPACIDAD RELATIVA (Cr %) DE LAS ARENAS (Terzaghi - Peck ) NUMERO DE GOLPES DE PENETRACIN ESTANDAR N (corregido ) 0-4 4 - 10 10 - 30 30 - 35 MAYOR DE 50 DENOMINACIN MUY SUELTA SUELTA MEDIANAMENTE DENSA DENSA COMPACTA MUY DENSA 0 - 15 15 -35 35 - 65 O 65 - 85 85 - 100

Y LA

COMPACIDAD RELATIVA APROXIMADA , CR (%)

Determinando el valor de N N (corregido) 20 (N de golpes) Como N = 30 entonces existir la falta por corte directo donde no tendr que corregirse el Angulo pero por seguridad se corregir. Despus de aplicar la formula de HATANAKA Y UCHIDA . Determinan el valor de la correlacin ms reciente para suelos granulares es la realizada por hatanaka y uchida (1996) aplicando la formula tenemos: = (20N cor) + 20 = 40 = arc tag (2/3 tang ) = 30 En este caso tomaremos un correccin del ngulo resultante que seria igual a 30 con este ngulo corregido y finalmente con los siguientes parmetros obtenidos que se muestra a continuacin entraremos a la formula de k. terzagui corregido por meyerf para el calculo de la capacidad portante del suelo objeto del presente estudio tambin carga de hundimiento . ANGULO CORREGIDO =30

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9.6.- Tipo y profundidad de cimentacin De acuerdo a los trabajadores de campo. Ensayos de laboratorio, descripcin de los perfiles estratigrficos, caractersticas del proyecto y al anlisis efectuado; se concluyen que la cimentaciones ser : ESTRIBOS DERECHO. Por medio de zapatas aisladas desplantadas a la profundidad mnima de 3.0 m , en material de grava arenosa. ESTRIBOS IZQUIERDO. Por medio de zapatas aisladas desplantadas a la profundidad mnima de 3.0 m , en material de grava arenosa 9.7.-Calculo de la capacidad portantes admisible Con resultados obtenidos, en el ensayo de penetracin ligera (DPL) ( = 30 y c = 0.0.10 kg/cm2 ) en la condicin mas desfavorable y aplicando la teora de terzaghi y corroborado por meyerhoff para cimentaciones superficiales se tiene : Qad = qad B C Df d1 d2 : ( d1 Df N*q + 0.5B d2 N* + Nc C) : capacidad portantes admisible (kg/cm2 ) ancho de cimentacin (m) = 6.20 = 30 = 0.10 = 3.00

: Angulo de friccin interna : : cohesin (kg/cm2) profundidad del desplante (m)

: Densidad seca por encima del nivel De cimentacin (gr/cm3) : Densidad seca por debajo del nivel De cimentacin (gr/cm3) : factores de capacidad de cargaCel:956 931175

= 1.50

= 1.84 = 27.85, 16.44 , 12.6023

Nc, Nq ,NyIng. Cuevas




Para un falla intermedia FS : factor de seguridad =3

Estribo derechoB : ancho de cimentacin (m) Luego se tiene qad = 3.42 kg / cm2 = 6.20

Estribo derechoB: ancho de cimentacin (m) Luego se tiene: qad = 3.44 kg / cm2 = 6.20

10. EFECTOS SSMICOS Las caractersticas 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 generacin y propagacin de los sismos, que involucran factores, tales como la localizacin del epicentro, propagacin de las ondas, distancias recorridas, geologa, etc. la incidencia de un sismo sobre un lugar determinado ser 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 topografa del manto inferior, y a las caractersticas del suelo. 10.1 PELIGRO SISMICO Es necesario tener en cuenta los diversos efectos ssmicos, como por ejemplo el efecto de borde 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 y24

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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 composicin espectral de amplitud mxima y la duracin 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 cientficos e ingenieros estn trabajando todava, para resolver las cuestiones tcnicas relacionadas principalmente con el hecho de si la respuesta lineal del terreno ocurre a niveles elevados de temblores de tierra y/o deformacin por deslizamiento. 10.2 CARACTERSTICAS DINMICAS En consecuencia para las Normas de Diseo Sismo resistente, se recomienda considerar al suelo con un factor Z = 0.4 g (aceleracin mxima del terreno con una probabilidad de 10% de ser excedida en 50 aos), un factor de suelo igual a 1.2 y con un perodo predominante de Ts = 0.6. POTENCIAL DE LICUACIN DE SUELOS El fenmeno de licuacin de suelos es un problema que en las condiciones actuales es poco probable la posibilidad de ocurrencia de este fenmeno, debido a las caractersticas inherentes del presente suelo. 10.3 SUELOS COLAPSABLES Y EXPANSIVOS Los suelos de baja densidad, estado hmedo y de naturaleza granular preferentemente, poseen un potencial de colapso que debe siempre evaluarse y considerarse. De los estudios de mecnica de suelos recopilados en esta zona, se obtiene que el potencial de colapso se encuentra en el orden de 0.1%, considerndose a estos suelos con un grado de colapso equivalente a Bajo. Ver Tabla 10.1. En cuanto al potencial de expansin, presentan un potencial que flucta en Bajo a Medio, ya que el presente suelo presenta un ndice Plstico que varia en valores de 12% y 19%. Ver Tabla 10.2.

10.2

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Tabla 10.1 - Grado de Colapso Indice de Colapso 0 0.1 2.0 2.1 - 6.0 6.1 - 10.00 Grado de Colapso Ninguno Leve Moderado Moderadamente Severo

Tabla 10.2 - Potencial de Expansin Indice de Plasticidad 0 15 10 35 20 - 55 35 o mas Potencial de Hinchamiento Bajo Medio Alto Muy Alto

10.4

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

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VIGA

Ls

Cajuela de Estribo

APOYO MOVIL

CCS

Longitud mnima 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 anlisis ssmico da desplazamientos mayores, estos deben ser tomados con Los mnimos. Para puentes continuos, se debe considerar la influencia ssmica, tanto para a la superestructura como la subestructura, especificndose que se debe realizar un anlisis ssmico espectral multimodal y detallar adecuadamente los elementos del concreto de tal manera de que tengan la ductilidad suficiente para disipar energa durante sismos severos.

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11. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESDe la Geologa y Geodinmico externaSegn las caractersticas geolgicas del rea en el cual se ha definido la ubicacin del eje del proyecto: CONSTRUCCIN DE PUENTE VEHICULAR DE QUISQUE, se concluye y recomienda lo siguiente: En el rea en el cual se ha definido la ubicacin del futuro Puente, se presenta una potente secuela de suelos, definido por una intercalacin de arenas, arcillas y conglomerados rocosos, abundante cantidad de bolones de piedra de tamao grande, estos se encuentran en la secuencia del perfil estratigrfico, en forma intercalada, otorgando mayor resistencia a estos suelos. Se recomienda no contemplar en el diseo, los apoyos intermedios (pilares), Los del ro. En el caso de Puentes simplemente apoyados, y categora A, es necesario cumplir con los requerimientos mnimos de longitud de soporte (Ls) para el diseo de los apoyos y conexiones.

De la GeotecniaEl estrato donde van estar apoyados las estructura de la cimentacin del proyecto, est 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 4a 25 en promedio, de aristas semi angulosas. Presencia de races y materia orgnica. Subyaciendo al suelo anterior se presentan suelos Areno Gravo arcillosos, con abundante presencia de partculas finas de mediana plasticidad, se encuentran en estado de mediana a alta densidad segn se profundice, abundante presencia de trozos de piedras grandes de aristas semi angulosas de coloracin blanquizca. Esta zona presenta una estratigrafa casi uniforme, siendo el predominio de arenas con contenido de arcilla y bolones de piedras el factor comn, constituyendo un conglomerado compacto. Este segundo estrato es de origen fluvio aluvial formado por la depositacion y transporte de suelos provenientes de las partes ms altas, en tal sentido se tratan de depsitos cuaternarios aluviales. El estado de estos suelos va 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 Fretica es estacional, en poca de avenidas se encuentra en la superficie, siendo la presencia del nivel fretico, 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 exposicin definida como normal 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 qumico a la cimentacin, ya que el agua es vehiculo de agentes que podran daar al concreto, siendo recomendable el empleo de cemento Tipo II. La profundidad de Cimentacin, se encuentra determinada por las caractersticas mecnicas del perfil del suelo y las restricciones hidrulicas,

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 ubicacin de los estribos, como mnimo, con lo cul se estara dando un confinamiento al estribo, asegurando su estabilidad contra los procesos morfolgicos del ro (erosin y socavacin). Definida la cota de fundacin mnima 3.0 m a este nivel se ha evaluado la capacidad portante o admisible del suelo en estudio, encontrndose que este valor se encuentra definido para el diseo estructural del estribo derecho q a d m = 3.42 Kg/cm2, y e s t r i b o i z q u i e r d o q a d m = 3.44 Kg/cm2 superestructura, la sobrecarga HL93 (tren de cargas y sobrecarga equivalente) mas el peso propio del estribo (La carga de diseo para el presente estudio se ha basado en las normas de la American Association of State Highway and Transportation Officials AASTHO- para puentes carrozables de concreto) el valor de esta carga puede ser reajustado en funcin de la determinacin exacta de la luz del puente dimensiones y dems cargas actuantes, por el Ingeniero estructural. Cabe mencionar que el valor de la capacidad admisible del suelo, se encuentra controlado por asentamiento, este valor puede mejorar segn el tipo de cimentacin o estructura (Estribos tipo Celda, Cajn, etc. los cuales reducen el peso de la estructura) a emplear, mejorndose este valor a mayores profundidades y cotas de fundacin.Ing. CuevasEmail: [email protected]

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De los estudios realizados en la zona, se determina que es un suelo susceptible de amplificacin bajo condiciones de solicitacin dinmica. Para las Normas de Diseo Sismoresistente, se debe considerar al suelo con un factor Z = 0.4 g (aceleracin mxima del terreno con una probabilidad de 10% de ser excedida en 50 aos), un factor de suelo igual a 1.2 y con un perodo predominante de Ts = 0.6. En el caso de Puentes simplemente apoyados, y categora A, es necesario cumplir con los requerimientos mnimos de longitud de soporte (Ls) para el diseo de los apoyos y conexiones.

Se debe procurar no alterar los taludes que se encuentran en su correspondiente ngulo de reposo. Durante el proceso constructivo se sugiere la presencia del especialista que pudiera verificar las caractersticas de los materiales in situ. Teniendo en cuenta las caractersticas particulares de la zona, toda extrapolacin de los datos recopilados y cambio de rea de proyecto, ser consultado por el especialista en Geotecnia.

De la Hidrolgica e HidrulicaLos estudios de Hidrologa, Hidrulica y procesos morfolgicos del ro, sin embargo han sido realizados en forma somera, con la finalidad de obtener los datos necesarios para el calculo de la presin admisible del suelo. Tener presente que la ubicacin del puente en un ro representa una modificacin artificial del equilibrio natural del ro. Los estribos cuando son ubicados en el cauce mismo causan alteraciones locales del flujo y estrechamiento del ancho del ro; en este sentido los procesos morfolgicos en ros son aspectos de primer orden a ser considerados en el diseo, ya que la mayora de fallas en puentes son debidas a la socavacin de sus cimentaciones durante avenidas. La gran cantidad de puentes cados durante el ltimo fenmeno del Nio (1998) evidencia esta realidad.

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El desarrollo y evolucin de los procesos morfolgicos depende de muchosCel:956 931175


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factores: descarga liquida, transporte de sedimentos, pendiente del ro, caractersticas geomtricas de la seccin, geologa 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 posicin del estribo no estorbe y no produzca mayores alteraciones al flujo natural del caudal, caso contrario Podran originarse el colapso del puente, lo cual se originaria no Precisamente por un mal comportamiento del terreno. El caudal de diseo del Ro en estudio es de aproximadamente 766.45 Considerando que el material del lecho del canal es homogneo y cohesivo, los clculos de la socavacin general del cauce arrojan una profundidad de socavacin potencial con respecto al cauce, del orden de 2.50 m. en el rea de emplazamiento de los estribos. La construccin del puente, no debe considerar ningn apoyo intermedio debido la inestabilidad de lo materiales del cauce por procesos de erosin del ro. Se recomienda as mismo la adecuada construccin y ubicacin de las aletas de proteccin, con la finalidad de controlar la socavacin y erosin de los lados, as mismo dar una mayor estabilidad a los estribos. Finalmente, no olvidemos reflexionar sobre las fallas en las estructuras, los cules no solo dependen del mal comportamiento del suelo, o los eventos hidrolgicos, sino tambin de procesos constructivos inadecuados, mano de obra no calificada, falta de un adecuado control de las Obras y materiales.

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Resumen De Las Condiciones De CimentacinDe acuerdo con la Norma E-050 Suelos y Cimentaciones, la siguiente informacin deber transcribirse en los planos de cimentacin. Esta informacin no es limitativa, y deber cumplirse con todo lo especificado en el presente Estudio de Suelos y en el Reglamento Nacional de Edificaciones.

TIPO DE CIMENTACIN: CIMIENTOS EN BASE A ESTRIBOS RECTANGULARES, ESTOS PUEDEN SER COMPUESTO POR CONCRETO ARMADO O CICLOPEO DE ACUERDO AL DISEO Y CONCEPCIN ESTRUCTURAL. ESTRATO DE APOYO DE LA CIMENTACIN: ARENA ARCILLOSA, MEDIANA A ALTA COMPACIDAD, CON ABUNDANTE CONTENIDO DE TROZOS DE PIEDRAS DE ARISTAS SEMI REDONDEADAS, CONFORMANDO UN CONGLOMERADO COMPACTO . PROFUNDIDAD DE CIMENTACIN: 3.00 m. (mnimo a partir del lecho del rio) ANCHO DE LA CIMENTACIN: 6 . 2 0 m. (esto de acuerdo a la carga y Luz del puente) PRESION ADMISIBLE DEL SUELO ESTRIBO DERECHO: 3.42 Kg/cm2 PRESION ADMISIBLE DEL SUELO ESTRIBO IZQUIERDO: 3.44 Kg/cm2 AGRESIVIDAD DEL SUELO A LA CIMENTACIN: NO DETECTADA

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RECOMENDACIONES ADICIONALES: NO DEBE CIMENTARSE SOBRE TURBA, SUELO ORGNICO, TIERRA VEGETAL, DESMONTE, RELLENO SANITARIO O RELLENO ARTIFICIAL Y ESTOS MATERIALES INADECUADOS DEBERN SER REMOVIDOS EN SU TOTALIDAD, ANTES DE CONSTRUIR LA ESTRUCTURA Y SER 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 DENSIFICACIN Y ASENTAMIENTO DE SUELOS POST-CONSTRUCCIN.

Ica, Diciembre del 2009

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Foto 1

ZONA

DE

ESTUDIO:

PUNTO

DE

UBICACIN

DE

LA

ESTRUCTURA Se aprecia el punto de ubicacin de los estribos, que finalmente vendrn a soportar el peso del puente. Ambas riberas estn compuestas por conglomerados, y abundantes trozos de piedra de diferentes tamaos.Ing. CuevasEmail: [email protected]

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Fotografia N 2

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

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Fotos N 4.

ENSAYO DE PENETRACIN LIGERA. Ensayo DPL en la margen Izquierda del ro.

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Fotografia N 5.

CAUDAL EN EPOCA DE ESTIAJE.

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

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Fotografa N 6

CALICATA N 2. Margen Derecha del Rio.

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Fotografa N 7.

Geologia de la zona. Predomina la formacin Jumasha, compuesta de calizas micrticas grises, en capas delgadas a medianas, de mas de 400 m. de potencia total, alternando con calizas y capas margosas mayormente de coloracin griscea.

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estudio suelos puente ok

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