mecánica de suelos ptar

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS PARALA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE

LA LOCALIDAD DE ZACOALCO DE TORRES, MUNICIPIO DE ZACOALCO DE TORRES,

ESTADO DE JALISCO.

ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS

PARA EL PROYECTO DE:

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALESEN LA LOCALIDAD DE ZACOALCO DE TORRES, MUNICIPIO DE

ZACOALCO DE TORRES, JALISCO.



ESTADO DE JALISCO.

NOVIEMBRE DE 2014Contenido.

1.- Introducción.

2.- Objetivo del estudio.

3.-Antecedentes y generalidades.

4.-Aspectos Geológicos y estratigrafía.

4.1 Geología

5. Exploración y características estratigráficas del subsuelo

5.1 Pozo a cielo abierto5.2 Perfiles estratigráficos.

6. Propiedades mecánicas

6.2 Estimación de los parámetros de resistencia del suelo

7. Análisis de capacidad de carga del suelo.

8.- Conclusiones

9.- Recomendaciones

Anexo

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ESTADO DE JALISCO.

1.- Introducción.

El H. Ayuntamiento municipal de Zacoalco de Torres, Jalisco., a través de la Dirección de Obras Publicas, lleva a cabo la elaboración de un proyecto ejecutivo para una planta de tratamiento de aguas residuales ubicada en la localidad de Zacoalco de Torres, la cual tendrá una capacidad de 64.6 lps, motivo por el cual se encomendó a obras públicas municipales la responsabilidad de llevar a cabo un estudio de mecánica de suelos encaminado a obtener la información necesaria para la cimentación de la misma.

2.- Objetivo del estudio

El objetivo del estudio es determinar la capacidad de carga del terreno de cimentación e identificar la estratigrafía del subsuelo donde se apoyará la planta de tratamiento.

3.- Antecedentes y Generalidades.

El municipio de Zacoalco está situado en el sureste del estado, en las coordenadas 20°01"30"" a 20°21"05"" de latitud norte y 103°30"30"" a 103°41"25"" de longitud oeste a una altura de 1,500 metros sobre el nivel del mar.

Limita al norte con Acatlán de Juárez, Villa Corona y Jocotepec, al poniente con Atemajac de Brizuela y Villa Corona, al oriente con Jocotepec y al sur con Techaluta, Atoyac y Teocuitatlán de Corona.

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MACRO-LOCALIZACION DE LA OBRA DENOMINADA “PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN LA LOCALIDAD DE “ZACOALCO DE TORRES” MUNICIPIO DE ZACOALCO DE TORRES ESTADO DE JALISCO.

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ESTADO DE JALISCO.

MACRO-LOCALIZACION DE LA OBRA DENOMINADA “PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN LA LOCALIDAD DE “ZACOALCO DE TORRES” MUNICIPIO DE ZACOALDO DE TORRES ESTADO DE JALISCO.

Clima.

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ESTADO DE JALISCO.

El clima está definido en función de las condiciones atmosféricas, determinadas por la temperatura, la humedad, la presión y los vientos. Durante el verano y gran parte del año Jalisco sufre la influencia de las masas de aire provenientes del anticiclón del Atlántico (Anticiclón de las Bermudas) que son las responsables del régimen térmico y de una proporción relativa de las precipitaciones, estas masas de aire se manifiestan como vientos del E y del SE. También dejan sentir una marcada influencia los vientos los vientos ciclónicos del Pacífico los cuales penetran en Jalisco como vientos del SW y son los causantes de la mayoría de las precipitaciones de verano en el Estado. Durante el invierno influyen en el Jalisco las masas de aire provenientes de las altas presiones de la zona templada y polar provocando las bajas temperaturas y las lluvias frontales. Así mismo se manifiestan excepcionalmente las masas de aire del NW provenientes de las depresiones del N del Pacífico, causantes de lluvias frontales y bajas temperaturas. La corriente de altura del Jet Stream tiene que ver con el comportamiento de estas masas de aire frío del N. A continuación se presentan tablas con las normales climatológicas en el año 2013, proporcionadas por Comisión Nacional del Agua, a través de la página web del Servicio Meteorológico Nacional.

Mes Temperatura media.

Temperatura Máxima.

Temperatura mínima.

Precipitación

Normal estándar.

Normal estándar.

Normal estándar

Normal estándar

Enero 16.9 24.1 9.7 46.0

Febrero 18.8 28.2 9.4 0.1

Marzo 19.2 28.0 10.8 2.2

Abril 22.1 32.4 11.9 0.1

Mayo 22.9 31.0 14.9 18.4

Junio 24.6 31.6 17.7 114.4

Julio 22.4 28.2 16.7 223.6

Agosto 22.7 28.8 16.6 153.9

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Septiembre 22.1 27.3 16.9 304.8

Octubre 21.8 28.3 15.2 60.2

Noviembre 19.1 25.4 12.9 60.0

Diciembre 17.0 24.5 9.4 79.0

Anual 20.8 28.2 13.5 1062.8

Temperaturas en °CPrecipitación en mm

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Datos Climáticos Zacoalco de TorresClima Semiseco con primavera seca, y semicálidos sin

estación invernal definida.Temperatura media anual: 22.7°CPrecipitación media anual: 578.7mm*** http://www.jalisco.gob.mx/es/jalisco/municipios/zacoalco-de-torres

Hidrología.

No cuenta con ríos. Sus arroyos principales son El Guayabo, Los Laureles y Santa Clara. Cuenta con las lagunas de Zacoalco y San Marcos, así como los manantiales de Cacaluta; y la presa del Rincón. Estos recursos pertenecen a la cuenca Centro- Pacifico, subcuenca lagunas San Marcos y Zacoalco.

Datos hidrológicos del cuerpo receptor de las aguas residualesEfluente de agua tratada: Arroyos intermitente afluente de la laguna de ChapalaRegión hidrológica: Lerma – Santiago (99.10%)

Cuenca perteneciente: L. Chapala (99.10%)

Subcuenca: L. de San Marcos (79.30%)

Clasificación del cuerpo receptor Tipo B

***http://capturaportal.jalisco.gob.mx

Descripción de la región hidrológica:

Región Lerma - Santiago

La región de estudio se encuentra situada en la parte central de país, y forma parte de la región hidrológica conocida como Lerma - Santiago. La región está delimitada por el parteaguas natural del sistema hidrológico conformado por el río Lerma -Lago Chapala- y río Santiago, desde sus orígenes en la Laguna de Almoloya hasta su desembocadura al Océano Pacífico, incluyendo las cuencas

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cerradas de Pátzcuaro, Cuitzeo y Sayula - San Marcos. Así su extensión superficial es de 134,581 km2, que representan el 7 % del territorio nacional.

De acuerdo a la regionalización para el manejo del agua de la Comisión Nacional del Agua (CNA), la región colinda con otras cinco subregiones: al oriente con Valle de México, al nor-oriente con Golfo Norte, al norte con Nazas Aguanaval, al nor-poniente con Pacífico Norte, al sur con Pacífico Centro y al poniente con el Océano Pacífico.

Con respecto al estado de Jalisco, la región hidrológica Lerma - Chapala - Santiago abarca la mayor parte del estado y es la región más importante del mismo, no solo por representar el 50 % de la superficie estatal, sino por incluir un 70 % de población y prácticamente la mayor parte de la industria. La principal corriente de esta región es el Río Grande Santiago que se origina en el Lago de Chapala y desemboca en el Océano Pacífico.

Las cuencas de este estudio, incluyen las siguientes:

Cuenca Río Lerma - Chapala. Esta cuenca se encuentra en el lado este del Lago de Chapala teniendo como límite al Río Lerma en toda su parte sur; drena una superficie de 2,044.55 km2.

Cuenca Lago de Chapala. Drena una superficie aproximada de 5,127.43 km2 este importante vaso natural que en realidad hace las veces de regulador natural del sistema Lerma - Santiago, tiene gran importancia para la región, esta cuenca es una de las más importantes del país: El lago de Chapala es el más grande del país, y de manera continua, en el se vierten aguas residuales domésticas municipales, agrícolas e industriales. Las sustancias orgánicas e inorgánicas de todas estas aguas sufren una transformación natural, en primer lugar por la enorme capacidad de dilución del vaso, y además, por distintos factores físico - químicos y biológicos que se efectúan en el área.

Cuenca Río Santiago - Guadalajara. Drena una superficie aproximada de 9,641 km2. La importancia de esta cuenca estriba en que esta se puede considerar el inicio del recorrido del Río Grande Santiago; además ocupa toda la parte central del estado.

Cuenca Río Verde Grande. Drena 11,801.42 km2 del estado y se origina en el estado de Zacatecas.

***http://www.fao.org/wairdocs/lead/x6372s/x6372s03.htm

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INEGI. Conjunto de Datos Geográficos de la Carta Hidrológica de Aguas Superficiales, 1:250,000.CEA Jalisco. Sistema Estatal de Información del Agua

Descripción de la cuenca hidrológica de la zona en estudio:Cuenca del lago de Chapala

Los municipios pertenecientes al estado de Jalisco son: Acatic, Arandas, Atotonilco, Ayotlán, Degollado, Jesús María, Juanacatlán, La Barca, Ocotlán, Poncitlán, Tepatitlán, Tototlán, Jamay, Zapotlán y Zapotlanejo.

Localizado al oriente del Estado de Jalisco y al noroeste del Estado de Michoacán, tiene una superficie máxima de 114,659 ha, de las cuales Jalisco ocupa el 86% y Michoacán el 14%.

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Tiene un almacenamiento máximo, a la cota 97.80 (equivalente a 1,423.80 msnm) de 7,897 millones de metros cúbicos (Mm3). A esa misma cota, sus dimensiones extremas son de: 79 km de este a oeste y 28 km de norte a sur.

El Lago de Chapala tiene una capacidad total de 7,897 Millones de metros cúbicos (Mm3).Tiene una superficie total de 114,659 hectáreas (ha), de las cuales Jalisco ocupa el 86% y Michoacán el 14%.Este lago, el más grande de la República Mexicana, es la principal fuente de abastecimiento de agua potable de la Zona Conurbada de Guadalajara, porque aporta el 60% del agua que llega a la ciudad.

Forma parte de la Cuenca Lerma-Chapala-Santiago, cuenca que inicia al suroeste de la Ciudad de Toluca, con el nacimiento del Río Lerma, continúa su recorrido por el Estado de México en su porción noroeste, continúa como línea divisoria entre los estados de Querétaro y Michoacán, a través del Estado de Guanajuato, posteriormente se localiza en los límites de Jalisco, Michoacán y Guanajuato, para desembocar en el Lago Chapala, a través de un recorrido de aproximadamente 734 km.

En la parte noroeste del Lago de Chapala, cerca de la población de Ocotlán, nace el Río Santiago, el que después de recorrer 460 km a través de los estados de Jalisco y Nayarit, desemboca en el Océano Pacífico, cerca de la población de San Blas, en el Estado de Nayarit.’2

2 CONAGUA. Gerencia Regional Lerma-Santiago-Pacífico. Levantamiento topobatimétrico del Lago de Chapala Estados de Jalisco y Michoacán. Informe final. (Diciembre de 2000)

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NEGI. Conjunto de Datos Geográficos de la Carta Hidrológica de Aguas Superficiales, 1:250,000.INEGI. Anuario Estadístico del Estado de Jalisco. 20005.CEA Jalisco. Sistema Estatal de Información del Agua

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HIDROGRAFÍA

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4.- Aspectos geológicos y estratigrafía.

4.1 Geología

En un panorama general, el tipo de roca que predomina en el estado, de acuerdo al porcentaje de la superficie estatal según el Anuario Estadístico de Jalisco 2010, de INEGI es el siguiente:

1. Ígnea extrusiva del Terciario (Cenozoico Inferior a Medio, 7 a 63 millones de años) – 36.73%

2. Ígnea extrusiva del Cuaternario (Cenozoico Superior, 3 millones de años) – 18.17%

3. Ígnea intrusiva del Cretácico (Mesozoico Superior, 135 millones de años) – 14.57%

4. Suelos del Cuaternario – 11.11%

Siendo que en Zacoalco de Torres, pertencen a los periodos de Plioceno-Cuaternario (48.07%), Cuaternario (31.01%) y Neógeno (5.41%).

Con una composición rocosa principalmente ígnea extrusiva: basalto (42.08%) y brecha volcánica básica (5.99%) Sedimentaria: limolita-arenisca (5.41%) Suelo: aluvial (31.01%)

5.- Exploración y características estratigráficas del subsuelo.

5.1 Pozo a cielo abierto

El estudio se basa en la exploración de campo consistente en el reconocimiento del sitio, así como de la excavación de un pozo a cielo abierto con una profundidad 2.80 metros a partir del nivel del terreno natural. De los estratos identificados se tomaron muestras alteradas e inalteradas las cuales se protegieron adecuadamente para evitar la pérdida de humedad y posteriormente fueron transportadas al laboratorio central para llevar a cabo los ensayes correspondientes para determinar sus propiedades índice así como sus características físicas y mecánicas.5.2. Perfiles estratigráficos

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En la figura siguiente se muestra en forma de tabla los estratos del sondeo realizado; cabe mencionar que de acuerdo a lo observado en campo, se puede considerar que todo el las características del suelo prevalecen de forma similar en toda la superficie del terreno en estudio.

Del sondeo realizado, se tomaron muestras alteradas e inalteradas, y posteriormente fueron llevadas al laboratorio central para realizarles los siguientes ensayes:

Clasificación visual y al tacto (ASTM-D2486) Tipo de suelo con respecto al sistema unificado de clasificación de suelos,

SUCS Contenido de agua natural, (w%), (ASTM-D2486) Limites de plasticidad de Atterberg, (L.L., L.P.), (ASTM-D4318) Lavado para obtención de porcentajes de arena y de finos, (granulometría

simplificada) Ensaye triaxial no consolidado no drenado (ASTM-D3455)

Una vez terminada la etapa de trabajo en el laboratorio de acuerdo a los procedimientos antes mencionados, puede definirse el siguiente perfil.

Superficialmente se encuentra una capa vegetal con espesor promedio de 0.15 m, enseguida se define un horizonte de Limo arcilloso de alta plasticidad (MH), de consistencia media hasta la profundidad de 1.30 m. enseguida subyace un estrato formado por boleos empacados en una matriz de arena limosa color gris hasta la profundidad explorada.

PCA-1

Capa Espesor Descripcion Prof. (m) Perfil

A 0.00 - 0.20 Capa vegetal 0.00

0.20 - 1.45

1.45

1.30-2.80

2.80

P.E. Profundidad explorada.

CBoleos medianos a chicos derio mezclados con arenalimosa (Fch).

B Limo arenoso café claro de altacompresibilidad (MH).

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Fig. 4.1. Sondeo número uno

POZO No.ESPESOR

(MTS)L.L. I.P. C.L. W (%) G (%) A (%) F (%) SUCS

1 0.00-0.20 --- --- --- --- --- --- --- ---

1 0.20-1.45 54.6 17.5 3.8 16.9 0.0 27.0 73.0 MH

1 1.45-2.80 20.4 N.P N.P 8.5 76.0 9.0 15.0 GM

Tabla 1. Propiedades índice.

6.- Propiedades mecánicas.

6.1. Determinación de los parámetros de resistencia al esfuerzo cortante del material de desplante

La estimación los parámetros de resistencia del terreno de desplante, se llevó a cabo a partir de un ensaye de compresión simple, dando como resultado estimando una cohesión aparente del suelo de 3.0 ton/m2, valor con el cual se estimara la capacidad de carga del suelo.

7.- Análisis de capacidad de carga del suelo.Tomando en consideración la estratigrafía que presenta el subsuelo donde se apoyara la planta de tratamiento y de acuerdo con las características propias del proyecto, se lleva a cabo la estimación de la capacidad de carga admisible de la planta de tratamiento considerando una losa de cimentación de sección circular de 10.0 metros de diámetro desplantada superficialmente (ver recomendaciones).

A partir de las propiedades físicas y mecánicas definidas en los puntos anteriores del presente informe, se realiza el análisis para determinar la capacidad de carga del terreno de desplante en el cual se consideran los siguientes parámetros:

Terreno de desplante:

m promedio = 1.58 ton/m3

= despreciablec = 3.0 ton/m2

Factor de seguridad (Fs) = 3Profundidad de desplante (Df) = superficialDiámetro de la cimentación (D) = 10.0 m

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Asimismo, tomando en consideración que se trata de una cimentación superficial, se hace uso de la teoría de Terzaghi con el criterio de falla de tipo general de acuerdo a la siguiente ecuación:

Q últ = 1.3cNc + DfNq + 0.6RN

c = Cohesión aparente del sueloDf = Valor de sobrecarga que se considera actuante al nivel de desplante Df = Profundidad de desplante = Peso volumétrico del materialR= Radio de la losa cimentaciónNc, Nq, N = Factores de capacidad de carga, dependen de

Con las consideraciones anteriores, los factores N’c, N’q y N’ son los siguientes:

N’c = 5.7N’q = 1.0N’ = 0

Aplicando los datos anteriores a la ecuación anterior, tenemos una capacidad de carga admisible del suelo de 7.41 ton/m2. Cabe mencionar que de acuerdo a las características que presenta el estrato y considerando que se apoya superficialmente, el tamaño de la cimentación no afectaría la capacidad de carga del suelo.

De acuerdo a la exploración realizada, se observa que el suelo que prevalece en el sito subyacente a la capa vegetal está formado por un limo arcilloso de alta compresibilidad color café (MH) con presencia de raíces con espesor promedio de 0.20 m, enseguida se presenta un estrato de limo café de alta compresibilidad hasta la profundidad de 1.40 m. de consistencia media y contenido de humedad bajo; por último se aprecian boleos de rio con diámetros de 3 a 4 plg, mezclados con arena limosa color gris.

8. Conclusiones.

a. De acuerdo a la exploración realizada, se observa que el suelo que prevalece en el sito subyacente a la capa vegetal está formado por un limo arcilloso de alta compresibilidad color café (MH) con presencia de raíces con espesor promedio de

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0.20 m, enseguida se presenta un estrato de limo café de alta compresibilidad hasta la profundidad de 1.40 m. de consistencia media y por último se aprecian boleos de rio con diámetros de 3 a 4 plg, mezclados con arena limosa color gris.

b. De acuerdo a las características de la estructura que forma la planta de tratamiento, se propone una cimentación de tipo superficial formada por una losa de cimentación de sección circular de 10 m, de diámetro.

c. La capacidad de carga recomendada es de de 7.40 ton/m2.

9. Recomendaciones.

a. Para el desplante de la losa de cimentación, se tendrá que hacer un cajeo para mejorar 50 cm superficiales con la intención de mejorar la superficie de desplante de la cimentación.

b. Previo al tendido y compactado de material de banco, se deberá recompactar la superficie descubierta hasta alcanzar el 90 % de su PVSM medido en el ensaye ASSHTO estándar.

c. Sobre la superficie descubierta debidamente terminada, se procederá a colocar material de banco de preferencia material areno limoso el cual se compactara hasta alcanzar el 90 % de su PVSM medido en el ensaye ASSHTO estándar.

d. En todos los casos el cuerpo de terraplén, se compactara al 90% de su PVSM o se bandeara según sea el caso; la capa de subrasante se compactara al 100% de su PVSM con respecto a la prueba ASSHTO Estándar.

e. En todos los casos, cuando no se indique otra cosa, el terreno natural después de haberse efectuado el despalme correspondiente, el piso descubierto deberá compactarse al 90% de su PVSM en una profundidad mínima de 0.20 metros; o bandearse, según sea el caso.

f. Material que por sus características, solo puede utilizarse en la formación del cuerpo de terraplén, mismo que deberá compactarse al 90% de su PVSM o bandearse según sea el caso.

g. En cortes formados en este material, la cama de corte se deberá compactar al 95% de su PVSM, en una profundidad minima de 0.20m y se deberá proyectar capa sub-rasante de 0.30m de espesor compactándola al 100% con material procedente del banco mas cercano.

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h. En este tramo se deberá proyectar en cortes y terraplenes bajos, capa de sub-rasante de 0.30m; en caso de ser necesarios se deberán abrir cajas de profundidad suficiente para alojar las capas citadas; ambas capas se proyectaran con préstamo del banco mas cercano.

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