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UNIVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL
SUELOS DE FUNDACIÓN DE LA CIUDAD DE PUNTA ARENAS, REGIÓN DE MAGALLANES Y ANTÁRTICA CHILENA
TESIS PARA OPTAR AL GRADO DE MAGÍSTER EN CIENCIAS DE LA INGENIERÍA, MENCIÓN INGENIERÍA GEOTÉCNIA
ANA DURLEY VÁSQUEZ DÍAZ
PROFESOR GUÍA:
CLAUDIO FONCEA NAVARRO
MIEMBROS DE LA COMISIÓN:
JACOBUS LE ROUX PEDRO ACEVEDO MOYANO
RICARDO MOFFAT COVARRUBIAS
SANTIAGO DE CHILE ABRIL 2012
RESUMEN DE LA TESIS PARA OPTAR AL GRADO DE MAGISTER EN CIENCIAS DE LA INGENIERIA, MENCIÓN INGENIERÍA GEOTÉCNICA POR: ANA DURLEY VÁSQUEZ DÍAZ FECHA: 31/04/2012 PROF. GUÍA: SR. CLAUDIO FONCEA NAVARRO
SUELOS DE FUNDACIÓN DE LA CIUDAD DE PUNTA ARENAS, REGIÓN DE MAGALLANES Y ANTÁRTICA CHILENA
Punta Arenas, ubicada a orillas del Estrecho de Magallanes, se encuentra sobre suelos depositados en ambientes glaciares y post-glaciares. La densificación urbana ha llevado a construir sobre suelos casi siempre saturados que, por su baja capacidad de soporte y alta compresibilidad, representan condiciones desfavorables para el diseño de fundaciones.
Durante la Ultima Máxima Glaciación se formó un gran lago que generó gran cantidad de sedimentos glaciolacustres. Por la acción cíclica de avance-retroceso del Lóbulo Magallánico se acumularon cordones de morrenas laterales así como un conjunto de tills de distinta composición. Posteriormente, una compleja red fluvial modeló y depositó sedimentos granulares al igual que materiales finos propios de plataformas de inundación.
Este trabajo presenta una propuesta preliminar de zonificación, con inclusión de propiedades geotécnicas propuestas para los distintos depósitos que comprenden tills y materiales glaciolacustres y de inundación observados en el área urbana y suburbana de la ciudad. Muestras inalteradas obtenidas en excavaciones y calicatas fueron ensayadas para determinar sus propiedades índice, así como de resistencia y compresibilidad. Se realizaron también ensayos de difracción de rayos x.
Para la zonificación se empleó la metodología de mapas compuestos, técnica que integra las características topográficas, sedimentarias y parámetros geotécnicos complementados con resultados de numerosos sondajes con determinaciones de SPT. Se estableció que los suelos de baja capacidad se localizan principalmente en las depresiones moldeadas durante la acción glaciar y en las zonas de inundación, rellenadas respectivamente por arcillas normalmente consolidadas y turbas.
ABSTRACT
SOIL OF FUNDATION IN THE PUNTA ARENAS CITY, MAGELLAN AND ANTARTIC CHILEAN REGION
The city of Punta Arenas located at Magallanes Strait coast is placed over soils that were deposited under glacial and post-glacial conditions. Urban development has pressed to construct on soils almost always saturated that due to their low bearing resistance, high compressibility and excessive variation offer unfavorable conditions for foundation design.
During the last maximum glaciation a big lake was formed which generated a great amount of glacial deposits under these conditions. Furthermore, the advance-retreat cyclic action of the magallanic lobule accumulated moraine lateral deposits and tills of different compositions. Lately, a complex fluvial net modeled and deposited granular sediments and fine materials typical of inundation platforms.
This study presents a proposition for a geotechnical zonation with ranges of properties for the different deposits which include tills, glacial-lacustrine and inundation materials observed in the urban and suburban areas of the city. Undisturbed samples obtained in excavations and pits were tested for index properties, shear resistance and compressibility. Additional tests were performed including X rays diffraction.
For the geotechnical zonation a composed technique was used which integrates topographic and sedimentary characteristics as well as geotechnical parameters complemented by a great number of borings with SPT determinations.
It was established that low quality soils are located in depressions molded by glacial action as well as in inundation areas which were filled by layers of normally consolidated clays and organic materials interstratified with granular deposits.
In memoriam JMG, Marzo 2003
AGRADECIMIENTOS
Esta tesis no hubiera sido posible sin el apoyo incondicional del profesor Claudio Foncea Navarro y las salidas a terreno auspiciadas por el programa de Magíster de Geotecnia del Departamento de Ingeniería Civil.
Durante todo el trayecto recorrido en la Universidad de Chile, el profesor Foncea fue un mentor intuitivo, ayudándome a redescubrir mis capacidades a través de su confianza. Su inspiración me dio la libertad de seguir un camino multidisciplinario, de manera de poder descifrar, en parte, uno de los suelos menos comprendidos en la fisiografía chilena, el “mazacote” como se le conoce coloquialmente. Agradezco infinitamente su invaluable ayuda.
En el ámbito geológico quiero agradecer muy especialmente al profesor, Jacobus Le Roux por la confianza, paciencia y transmisión desinteresada de sus conocimientos, al profesor Francisco Hervé por encaminarme en el mundo geológico y la profesora Katja Deckart por su simpatía y acogerme en sus cátedras.
Al profesor Ramón Verdugo por sus conceptos geotécnicos y darme el temple personal; a Mario y Omar del Laboratorio de Sólidos de la Universidad de Chile por su ayuda en los ensayos, haciendo siempre más amena la labor.
Al profesor Pedro Acevedo, por su interés geológico que junto con sus cátedras y correcciones enriquecieron este trabajo.
A Gonzalo Espinoza director regional de la DOH en la XII región por su apoyo e interés científico. A Héctor Szigethi, por tenerme confianza y permitirme acceder a información valiosa. A Issa Kort que en vida y gracias a su generosidad fue el primer impulsor de los terrenos a Punta Arenas, y a un sinfín de personas que ayudaron logísticamente en las labores de terreno.
A los poetas muertos, Daisy, Marce, Katty y la Pri, por su amistad duradera.
A mi familia por su comprensión y motivadora ayuda desde lejanas tierras.
A Enrique y su familia, que en el último año fueron verdaderos apoyos en tierras Patagonas.
A Nayra y Eric, Patagones que llegaron en el último momento.
i
INDICE DE CONTENIDOS
Índice de Figuras…………………………………………………………………...…………….iii
Índice de Tablas…………………………………………………………………………………viii
1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 1
1.1 Motivación ......................................................................................................................................... 1
1.2 Objetivos ............................................................................................................................................ 2
1.3 Metodología y Contenido por Capítulos ............................................................................................ 2
2. ANTECEDENTES GENERALES .............................................................................. 3
2.1 Historial Urbano ................................................................................................................................. 3
2.2 Sismicidad ......................................................................................................................................... 5
2.3 Actividad Volcánica ........................................................................................................................... 9
3. ASPECTOS GEOGRÁFICOS ................................................................................. 10
3.1 Clima ...............................................................................................................................................10
3.2 Precipitación ....................................................................................................................................10
3.3 Vientos .............................................................................................................................................11
3.4 Geomorfología .................................................................................................................................11
3.5 Red de Drenaje ...............................................................................................................................14
4. SEDIMENTOS GLACIALES .................................................................................... 17
4.1 Característica de un Glaciar ............................................................................................................17
4.2 Movimiento y Erosión Glacial ..........................................................................................................17
4.3 Geomorfología Glacial .....................................................................................................................18
4.4 Sedimentos Glaciales ......................................................................................................................20
4.4.1 Zona Supraglacial .................................................................................................................21
4.4.2 Zona Subglacial ....................................................................................................................21
4.4.4 Zona Proglacial .....................................................................................................................23
4.5 Estructuras en Sedimentos Glaciales .............................................................................................26
5. GEOLOGíA ............................................................................................................. 31
5.1 Marco Regional ...............................................................................................................................31
5.2 Historial Glacial en el Estrecho de Magallanes ...............................................................................33
5.3 Evidencia de Permafrost .................................................................................................................36
5.4 Sedimentos y Geoformas en el Área de Estudio ............................................................................39
6. CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA ..................................................................... 46
6.1 Descripción de los Lugares Visitados .............................................................................................46
6.1.1 P1 Cereco .............................................................................................................................48
ii
6.1.2 P2 Chilote .............................................................................................................................49
6.1.3 P3 Chiloé - Briceño ...............................................................................................................50
6.1.4 P4 Planta de Lana ................................................................................................................54
6.1.5 M5 Laboratorio Sólidos.........................................................................................................56
6.2 Ensayos de Laboratorio ..................................................................................................................58
6.2.1 Toma de Muestras ................................................................................................................58
6.2.2 Granulometría y Difracción de Rayos X ...............................................................................59
6.2.3 Límites de Atterberg .............................................................................................................61
6.2.4 Ensayos de Consolidación ...................................................................................................68
6.2.5 Triaxiales Consolidados no Drenados (CIU) ........................................................................79
6.3 Análisis y Discusión de los Resultados de los Ensayos de Laboratorio .........................................86
7. ZONIFICACIÓN ...................................................................................................... 89
7.1 Mapa Compuesto ............................................................................................................................90
7.2 Descripción de Áreas de Interés .....................................................................................................97
7.3 Análisis y Discusión de Resultados de la Zonificación .................................................................103
8. CONCLUSIONES ................................................................................................. 104
9. RECOMENDACIONES ......................................................................................... 105
10. ETAPAS SIGUIENTES A INVESTIGAR ............................................................ 106
11. GLOSARIO ........................................................................................................ 108
12. BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................. 112
ANEXOS ...................................................................................................................... 117
ANEXO A. Taxonomía del cultivo biológico realizado al suelo del muestreo de Laboratorio de
Sólidos .......................................................................................................................... 117
ANEXO B. Resultados de ensayos de difracción de rayos x .............................................. 118
ANEXO C. Curvas deformación vs tiempo y curvas variación de espesor vs raíz de tiempo . 120
ANEXO D. Tabla de cálculo para elaboración del mapa compuesto ................................... 135
iii
INDICE DE FIGURAS
Figura 2.1. Mapa de localización local y regional, de la zona de estudio..................................... 3
Figura 2.2. Esquema de la fisiografía original de Punta Arenas. Modificado de Ans. Inst. Pat., Vol VI, No. 1-2, 1975. .................................................................................................................. 4
Figura 2.3. Plano urbano de Punta Arenas entre 1868 y 1975. Modificado de Ans. Inst. Pat., Vol VI, No. 1-2, 1975. ........................................................................................................................ 5
Figura 2.4. Mapa esquemático del encuentro de placas Sudamericana, Antártica y Scotia. Las flechas negras indican velocidad absoluta (mm/año) de las respectivas placas. Las flechas grises indican velocidad relativa entre placas (mm/año). Adaros, (2003). ................................... 6
Figura 2.5. Ubicación de la Falla de Magallanes – Fagnano y el punto triple, en rojo. Tomado de Rev. Asoc. Geol. Argent. v.62 n.4 Buenos Aires oct./dic. 2007. .................................................. 6
Figura 2.6. Mapa simplificado de regiones sismotectonicas y sismos históricos. Perucca y Bastias, (2008). ........................................................................................................................... 7
Figura 2.7. Concentración de sismicidad en la zona sur entre 1997 y 1998. Estaciones sismológicas (cuadrados con los nombres), volcanes (triángulos) y epicentros de sismos (círculos). Adaros, (2003). .......................................................................................................... 8
Figura 3.1. Isoyetas en Chile (mm). Hubert (1979), citado por Fernández, (2000). ................... 11
Figura 3.2. Mapa geomorfológico de Punta Arenas, modificado de Uribe, (1982). .................... 13
Figura 3.3. Mapa de la red hidrográfica de Punta Arenas. AC Ingenieros Consultores; (2000c). ................................................................................................................................................. 15
Figura 4.1. Interpretación de eventos cíclicos para una zona de Islandia. Kjaer, (2003). .......... 19
Figura 4.2. Principales zonas glaciares, modificado de Andrews, (1975). ................................. 20
Figura 4.3. Tipos de till en un glaciar en función de su posición. Tomado de http://www.geohazards.info/Quaternary Geology Resources. ................................................... 21
Figura 4.4. Planicie de lavado o sandur proximal ...................................................................... 24
Figura. 4.5. Lagos proglaciales. A) y B) Campos de Hielo, Chile 2007. C) Desagüe de una lengua glacial en un lago proglacial (Canadian Rocky Mountain). D) Estructura típica varvada. Se definen los estratos de invierno de color oscuro y los de verano, de color claro, tomado de la web Tufts University Varve Project, Department of Geology, Lane Hall. ................................... 25
Figura. 4.6. Tipología de varvas. A) Varvas proximales. B) Varvas intermedias. C) Varvas deformadas, Torres del Paine, tomado de Solari, (2010). D) Varvas distales. A,B y D -tomado de la web Tufts University Varve Project, Department of Geology, Lane Hall. ............................... 26
Figura. 4.7. Fisuramiento en permafrost. A) Estado a 4 horas de congelamiento. B) Despues de 72 horas de congelamiento. International Short Course on Permafrost Engineering BGC, (2010). ................................................................................................................................................. 28
Figura. 4.8. Fisuramiento en permafrost a distintas presiones axiales durante un período de congelamiento similar. Tomado de International Short Course on Permafrost Engineering BGC, (2010). ...................................................................................................................................... 28
iv
Figura. 4.9 Críoestructura lenticular-laminada, con lentes de hielo 30-80 cm de longitud y 5-10 cm espesor, formado durante congelamiento subacuatico de sedimentos limo arcillosos glaciolacustres, Yukon, Canada. French, (2010). ..................................................................... 29
Figura. 4.10 Excavación realizada durante la contrucción de edificios, Punta Arenas (2009). .. 30
Figura 5.1. Geología regional. Sernageomin, (2003)................................................................. 32
Figura 5.2.Estados de deglaciación en el Estrecho de Magallanes y bahía Inútil. Bentley, (2005). ................................................................................................................................................. 34
Figura 5.3.Paleocosta en isla Dawson. McCulloch, (2005b). ..................................................... 34
Figura 5.4. A) B) y C) Esquemas de las variaciones de los Lóbulos glaciales y lagos proglaciales asociados, en la zona del Estrecho de Magallanes, seno Skyring y seno Otway. Modificado de Clapperton, (1992). ................................................................................................................... 35
Figura 5.5. Evidencias de lago proglaciar en las costas del Estrecho de Magallanes, Parque Chabunco al norte de Punta Arenas. A) Delta a la altura del Aeropuerto. B) Depósito de arcillas varvadas. .................................................................................................................................. 36
Figura 5.6. Relictos de un delta tipo Gilbert. A) Vista con escala de capas fuertemente inclinadas. B) Detalle de estratificación intercalada, areno-gravosa. ......................................... 36
Figura 5.7. Estructuras críogénicas y extensión del permafrost en la Patagonia, en rojo moldes de cuñas de hielo (ice wedge casts) en Río Gallegos. A) Gran glaciación cuaternaria, 1,2 Ma. B) Durante el UMG (18.000 – 20.000 a AP). Trombotto (2002). .................................................... 38
Figura 5.8. Estructura relicto de cuña (ice wedge casts) en Punta Arenas. ............................... 39
Figura 5.9. Geomorfología glacial de la zona del Estrecho de Magallanes. Multiples sistemas de morrenas indican avances de glaciares en el Estrecho de Magallanes y seno Otway. Las letras A, B, C y D son sitios correlacionados con las figuras 5.9 y 5.10. La línea verde en la punta arenosa indica una paleocosta del gran lago proglacial. Glasser et al., (2008). ........................ 41
Figura 5.10. Geoformas glaciales en extenso campo al noroeste de Punta Arenas. A) Laguna y sedimentos retrabajados por un complejo patrón de drenaje. B) Campo de drumlins, laguna Cabeza de Mar y canales tortuosos de drenaje. C) Topografía de hoyos glaciarios y kame, con lagunas de distinto tamaño, además rastros de lineamiento glacial, lo que evidencia un glaciar de base humeda (warm-based). Glasser,(2008). D) Eskers y planicies de lavado. Las fotografías son de autoría propia. ............................................................................................................... 42
Figura 5.11. Vista aérea oblicua del avance B y C del cinturón de morrenas al norte de Punta Arenas. (Ch) Canal de deshielo, (D) delta (DR) morfología drumlinizada, las flechas indican dirección del hielo de glaciaciones más antiguas. Tomado de Benn et al., (1998). ................... 43
Figura 5.12. A) Morrena de empuje cerca a Punta Arenas. B) Esquema de la estructura interna de A. Benn et al., (1998). ......................................................................................................... 43
Figura 5.13. Detalle de estructura foliada, sección de morrena en vía hacia Club Andino, oeste de Punta Arenas. ...................................................................................................................... 44
Figura 5.14. Parque Chabunco, al norte de Punta Arenas. A) Laminación continúa ondulada. B) Detalle de estructura de escape de fluidos. .............................................................................. 44
Figura 5.15. Zona sur y parte del cinturón de morrenas laterales, al fondo Punta Arenas. ....... 45
Figura 6.1 Localización aérea del muestreo. Imagen Google Earth .......................................... 47
Figura 6.2. Lugar de toma de muestra, aguas arriba del delta río Los Ciervos. Imagen Google Earth. ........................................................................................................................................ 48
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Figura 6.3. Lugar de muestreo P1 Cereco. A) Perfil estratigráfico. B) Till glaciotectonizado con trazas oxidadas. ........................................................................................................................ 49
Figura 6.4. Lugar de muestreo P2 Chilote. A) y B) Alternancia de capas arcillosas con restos vegetales y de arena gruesa. C) Perfil estratigráfico, presencia de una capa de turba. D) Localización general y delineación del antiguo cauce ............................................................... 50
Figura 6.5. Lugar de muestreo P3 Chiloé -Briceño. A) Localización general B) Nivel sello fundación C) Recolección de muestras D) Estriaciones en till subglacial E) Till de flujo subglacial, con presencia de gravas en estratos superiores, F) Laminaciones arenosas del estrato subyacente al E. ........................................................................................................... 52
Figura 6.6. Caracterización de la zona NE de excavación Chiloé - Briceño A) Falla subvertical B) Desprendimiento de bloques C) Planos de falla y falla normal D) y E) Foliaciones con selectivas oxidaciones a lo largo de fisuras F) Detalle de planos oxidados y lisos (slickensides). ............. 53
Figura 6.7. Lugar de muestreo P4 Planta de Lana. ................................................................... 54
Figura 6.8 Caracteristicas del muestreo P4 Planta de Lana. A) Perfil estratigráfico en calicata y colapso de lonja suelo B) Drenaje entre capas de agua ferrosa. C) Detalle de interlaminado de arena y presencia de raíces. ..................................................................................................... 55
Figura 6.9. Caracterización del muestreo M5 Laboratorio Sólidos. A) Sección transversal de probeta; laminas de arena con gravilla de 5 mm B) Restos de esférulas de carbón C) Arcilla varvada D) Sección de probeta para triaxial; leves ondulaciones longitudinales con restos de raíces y esférulas de carbón E) Gel entre fracturamiento F) Cultivo biológico de E; los puntos blancos son bacterias y las formas globulares radiadas son hongos. ....................................... 57
Figura 6.10. Recolección de muestras in-situ. A) Muestras Chiloé-Brieño en tubos 110 mm de B) Muestra de suelo sin confinar despues de 12 horas de recolectada, humedad media. C) Dispositivo empleado en casos de dificultad en recolección manual ......................................... 59
Figura 6.11 Granulometría por difracción laser para tamaños menores a 0.074 mm ................ 60
Figura 6.12 Carta de plasticidad para las muestras M5 (Laboratorío Sólidos). ......................... 62
Figura 6.13 Carta de plasticidad para Planta de Lana (2008) clasifica como una arcilla de mediana plastcidad. .................................................................................................................. 63
Figura 6.14 Carta de plasticidad. Muestras Chiloe-Briceño clasificando como arcilla de baja plasticidad y Cereco como arcilla de mediana plasticidad (2009). ............................................ 64
Figura 6.15 Actividad de las arcillas de tres muestras ensayadas, Planta de Lana, Cereco y Chiloé-Briceño. ......................................................................................................................... 65
Figura 6.16 Carta de estimación de la actividad de suelos arcillosos (Bell, 1993), tomado de Kempfert, (2006). ...................................................................................................................... 66
Figura 6.17 Levantamiento de losas de hormigón, Población El Ovejero, Punta Arenas. ......... 66
Figura 6.18 Carta de plasticidad comparativa entre muestras ensayadas en este estudio y datos de otras sitios encontrados en la literatura. .............................................................................. 67
Figura 6.19 Captura de imagen de video, donde el suelo removido por la retroexcavadora se comporta como un flujo viscoso. ............................................................................................... 67
Figura 6.20. Muestra M5LS40. A) Tallado de muestra para consolidación B) Muestra natural secada al horno a 60˚C y 2 m de profundidad, detalle de micro estratificación ......................... 68
Figura 6.21. Muestra M5LS40. Relación de vacios vs tensión vertical, en escala logarítmica ... 69
Figura 6.22. Muestra M5LS40. Relación de vacios vs tensión vertical en escala aritmética ...... 69
vi
Figura 6.23. Muestra M5LS40. Coeficientes de compresibilidad vs tensión normal ................... 70
Figura 6.24. Muestra M5LS20 tomada a 1 m de profundidad, detalle de estratificación. ........... 71
Figura 6.25. Muestra M5LS20. Relación de vacios vs tensión vertical en escala logarítmica. ... 71
Figura 6.26. Muestra M5LS20. Relación de vacios vs tensión vertical, en escala aritmética. ... 72
Figura 6.27. Muestra M5LS20. Coeficientes de compresibilidad según Taylor vs tensión normal ................................................................................................................................................. 72
Figura 6.28. Muestra Planta de Lana. Relación de vacios vs tensión vertical en escala logarítmica. ............................................................................................................................... 73
Figura 6.29. Muestra Planta de Lana. Relación de vacios vs tensión vertical, en escala aritmética. ................................................................................................................................. 74
Figura 6.30. Muestra de Planta de Lana. Coeficientes de compresibilidad vs tensión normal. 74
Figura 6.31. Muestra Chiloé-Briceño. Relación de vacios vs tensión vertical, en escala logarítmica. ............................................................................................................................... 75
Figura 6.32. Muestra Chiloé-Briceño. Relación de vacios vs tensión vertical, en escala aritmética. ................................................................................................................................. 75
Figura 6.33. Muestra Chiloé-Briceño. Coeficientes de compresibilidad vs tensión normal. ....... 76
Figura 6.34. Muestra Cereco. Relación de vacios vs tensión vertical, en escala logarítmica. ... 76
Figura 6.35. Muestra Cereco. Relación de vacios vs tensión vertical, en escala aritmética. ..... 77
Figura 6.36. Muestra Cereco. Coeficientes de compresibilidad vs tensión normal .................. 77
Figura 6.37. Escala de contenidos de humedad en porcentaje donde: sat=humedad de saturación, LP=límite plástico y LL=límite líquido ...................................................................... 78
Figura 6.38. Confección de probeta de la muestra Laboratorio de Sólidos M5LS. A) Presión de
cámara 3 =0,5 kg/cm2 ,en recuadro, detalle de restos de material vegetal. B) Presión de
cámara 3 =2,0 kg/cm2. C) papel filtro para facilitar saturación. ................................................ 80
Figura 6.39. Muestra del Laboratorío de Sólidos. Resistencia al corte versus deformación axial. ................................................................................................................................................. 81
Figura 6.40. Muestra del Laboratorío de Sólidos. Variación de la presión de poros versus deformación axial ...................................................................................................................... 81
Figura 6.41. Muestra del Laboratorío de Sólidos, trayectoria de tensiones efectivas. ............... 82
Figura 6.42. Toma de muestra, Cereco (2009). ........................................................................ 82
Figura 6.43. Muestra Cereco. Resistencia al corte versus deformación axial. ........................... 83
Figura 6.44. Muestra Cereco. Variación de la presión de poros versus deformación axial ....... 83
Figura 6.45. Muestra Cereco. Trayectoria de tensiones efectivas ............................................ 84
Figura 6.46. Muestra Chiloé-Briceño. Resistencia al corte versus deformación axial. .............. 85
Figura 6.47. Muestra Chiloé-Briceño. Variación de la presión de poros versus deformación ... 85
Figura 6.48. Muestra Chiloé-Briceño. Trayectoria de tensiones efectivas ................................ 86
Figura 6.49. Masa de suelo con alternancia de capas de arena, limo y arcilla. Lugar de observación de la muestra: en cercanías al Barrio Archipielago de Chiloé. .............................. 87
Figura 6.50. Drenaje horizontal in-situ ...................................................................................... 88
vii
Figura 7.1. Zonificación del casco urbano de Punta Arenas. Modificada de AC Ingenieros Consultores, (2000c). ................................................................................................................ 91
Figura 7.2. Esquema del concepto de mapa compuesto. .......................................................... 93
Figura 7.3. Ubicación de las 52 estaciones para la elaboración del mapa compuesto. Rojo zona norte, amarillo zona centro y azul zona sur. Imagen Google Earth. .......................................... 94
Figura 7.4. Equipo SPT A). Para profundidades menores a 7,0 m. B) Esquema martillo tipo dona. ........................................................................................................................................ 95
Figura 7.5. Mapa compuesto. Las flechas indican concentración de zonas de baja capacidad de soporte, coincidentes con zonas lagunares. Letra A, las curvas se interpretan como desbordes del río Las Minas. ..................................................................................................................... 98
Figura 7.6 Mapa sobrepuesto que esquematiza las zonas pantanosas y lagunares, las flechas rojas indican direeción de avance glacial. ................................................................................. 99
Figura 7.7. Estación 229. A) Estratigrafia y SPT con profundidad total de 14 m. B) Turba a 12 m. ........................................................................................................................................... 100
Figura 7.8. Estación 113. Estratigrafia y SPT con profundidad total de 22 m. ........................ 101
Figura 7.9. Estación 108. Estratigrafia y SPT con profundidad total de 15 m. ........................ 102
Figura 10.1 Esquema de fases propuesto, para trabajos futuros. .......................................... 107
viii
INDICE DE TABLAS
Tabla 3.1.Temperaturas medias y extremas para Punta Arenas entre 1888 – 2007. Santana, (2009). ...................................................................................................................................... 10
Tabla 6.1 Fracciones de tamaño arena, limo y arcilla de muestras analizadas ......................... 60
Tabla 6.2 Criterios de expansividad por contenido de fracción arcillosa. Según Rodríguez (1975). ...................................................................................................................................... 64
Tabla 6.2. Resumen de coeficientes de consolidación Cc, Cr y propiedades índice ................. 78
Tabla 6.3. Resumen de coeficientes de compresibilidad cv para distintos estados de carga. M1) M5LS40, M2) M5LS20, M3) Planta de Lana, M4) Chiloé-Briceño, M5) Cereco. .......................... 79
Tabla 7.1 Datos arbitrarios para ilustrar el procedimiento de mapas compuestos, tomado de Le Roux, 1997. .............................................................................................................................. 97
1
1. INTRODUCCIÓN
1.1 Motivación
La zona del Estrecho de Magallanes fue sometida a eventos que modelaron y originaron una variedad de sedimentos de marcada heterogeneidad. Los avances y retrocesos cíclicos de un lóbulo de hielo dejaron una serie de tills basales y de flujo, en tanto que la formación y represamiento de un gran lago proglacial dio lugar a depósitos glaciolacustres y relictos lineamientos costeros. Los estadios post-glaciales e inter-glaciales permitieron la formación de planicies de lavado, pantanos, turbales y arcillas orgánicas. Las transgresiones y regresiones marinas, y la posterior acción fluvial de una compleja red de drenaje, depositaron y retrabajaron sedimentos gravo-arenosos, aluviales y glaciofluviales. Sobre estos depósitos se funda la zona urbana y suburbana de Punta Arenas.
Debido a la densificación del área y a la necesidad de construir edificaciones mayores, se hace imprescindible ampliar el conocimiento sobre los suelos de fundación y modificar el esquema excesivamente simplificado bajo el cual se ha conocido un conjunto de sedimentos de color gris azulado, de matriz arcillosa, denominados coloquialmente como “mazacote”. Una zonificación en función de la capacidad de soporte, adecúa mejor los usos del suelo, optimizando y regulando los espacios urbanos.
El till es uno de los sedimentos más variables y el principal producto de la acción glacial. Se compone de distintos materiales que han sido incorporados durante la abrasión de taludes y sustratos. Su estructura depende de la posición en la cual fue transportado, el modo de depositación y sus cambios diagenéticos, pudiendo variar desde un till denso de matriz no plástica a un till arcilloso de baja consistencia. Geotécnicamente cabe diferenciar tills basales fuertemente preconsolidados y tills de fusión que se asemejan más a arcillas normalmente consolidadas.
Los sedimentos glaciolacustres son característicos de episodios de retracción glacial. Su estructura responde al aporte sedimentario, la acción del agua y la ciclicidad estacional. Su comportamiento geomecánico depende de la cantidad y alternancia de capas de arena, limo y arcilla. En cuanto a la fracción arcillosa, en el área se puede encontrar montmorillonita y vermiculita, cuya proporción cambia la plasticidad y la respuesta mecánica de los materiales ante solicitaciones.
De lo anterior, las propiedades y comportamiento de los suelos finos están controlados por su humedad, textura, estructura, composición mineral e historial carga-descarga. Estos factores son resultado del ambiente deposicional, diagénesis, procesos de erosión y dinámica de factores ambientales. En muchas instancias el comportamiento del material no puede ser predicho, sin que antes sea entendido el historial geológico de la zona. Durante varias décadas, se han realizado reconstrucciones de los avances y retrocesos de las masas de hielo en la Patagonia. Caldenius con su geocronología de
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varves (1932), dio impulso a los trabajos de varios investigadores que mediante nuevas técnicas de datación han permitido distinguir, a nivel de superficie, los distintos estadios del Lóbulo Magallánico durante la última máxima glaciación (UMG). En este trabajo se recopila información de varias fuentes de manera de entender y dar respuesta, en una primera etapa, a comportamientos singulares encontrados en suelos de origen glacial.
1.2 Objetivos
Este trabajo abarca un enfoque multidisciplinario y busca como primer objetivo, diferenciar los sedimentos por su origen, historial de esfuerzo y respuesta ante la solicitación de cargas. Como segundo objetivo, plantea una zonificación que considera los tres aspectos que determinan el comportamiento de los suelos: el topográfico, sedimentológico y sus propiedades de ingeniería.
1.3 Metodología y Contenido por Capítulos
El estudio de los suelos de Punta Arenas se ha desarrollado en varias etapas de investigación interdependientes. Una primera parte conllevó ensayos de caracterización geomecánica sobre muestras recepcionadas en el laboratorio de sólidos y medios particulados de la Universidad de Chile en el año 2007. Estudios geológicos y varias campañas de terreno permitieron describir y recolectar muestras de varias locaciones dentro y fuera del casco urbano, para luego caracterizarlas en laboratorio. Al mismo tiempo se recolectó y digitalizó parte de una extensa base de datos de SPT y estratigrafía, que fue revisada y analizada para elaborar el mapa compuesto.
Este trabajo se ha organizado en 12 capítulos. Los capítulos 2 y 3 son una recopilación de aspectos urbanos, históricos y geográficos de Punta Arenas. El capítulo 4 resume los principios teóricos de un ambiente glaciar, sus depósitos y formas de relieve. El capítulo 5 recopila el historial durante la UMG en la zona del Estrecho de Magallanes y el resultado de su acción mediante la descripción de geoformas relevantes y comentarios de los aspectos que han influido en la morfología del área urbana y suburbana. En el capítulo 6 se presenta la caracterización geotécnica de cinco tipos de muestras de suelo, con ensayos de consolidación y triaxial monotónico no drenado, además de los ensayos de propiedades índice. En el capítulo 7 se propone una zonificación en base a mapas compuestos, los capítulos 8, 9 y 10 son las conclusiones, recomendaciones y propuestas para futuras investigaciones sugeridas en base al alcance logrado, inconvenientes encontrados y temas que no fueron abordados durante la presente investigación, y finalmente en los capítulos 11 y 12, se presenta un glosario con términos geológicos y la bibliografía consultada.
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2. ANTECEDENTES GENERALES
La zona estudiada corresponde al área urbana y suburbana de la ciudad de Punta Arenas, localizada en la XII Región de la Patagonia y Antártica Chilena (figura 2.1), en la península de Brunswick, a la ribera oeste del Estrecho de Magallanes.
Figura 2.1. Mapa de localización local y regional, de la zona de estudio.
2.1 Historial Urbano
En 18431 la goleta Ancud llega a la punta Santa Ana, fundando el primer asentamiento militar chileno sobre el Estrecho de Magallanes, denominado Fuerte Bulnes. En 1848 se traslada el poblado en dirección norte de la península de Brunswick, asentándose Punta Arenas en un lugar conocido por los primeros navegantes como “Sandy Point”.
El carácter inicial de la población fue militar y penal. El primer cuartel se localizó en la base de la topografía más prominente de la zona, una antigua morrena llamada cerro La Cruz, (calles Colón entre Magallanes y Bories). El crecimiento de la población fue espontáneo y se generó concéntricamente a partir de este lugar, principalmente en sentido este - oeste.
1 Mateo Martinic, 2002. Breve Historia de Magallanes.
Estrecho de
Magallanes
4
Posteriormente, el desarrollo urbano evolucionó en sentido sur norte, sobre una fisiografía dominada por la llanura aluvial del río Las Minas, terrazas marinas y un cauce caótico del río La Mano (figura 2.2). Para construir calles en sentido oeste - este, fue necesario realizar terraplenes a fin de nivelar las antiguas terrazas marinas. La zona más baja y anegadiza fue el delta del río Las Minas, obligando a los primeros moradores a desecar lagunas, ganar terrenos al mar, efectuar rellenos (con escombros y/o desechos) y luchar con la influencia de las variaciones de la marea (población Playa Norte, figura. 2.3).
Figura 2.2 Esquema de la fisiografía original de Punta Arenas. Modificado de Ans. Inst. Pat., Vol VI, No. 1-2, 1975.
Un aspecto predominante de la geomorfología son los cauces de los ríos, La Mano y Las Minas. Entre las calles Zenteno y Chiloé, el río Las Minas fue rellenado e incorporado como terreno urbano. Las actuales poblaciones 18 de Septiembre, Manuel Rodríguez, Carlos Ibáñez y Calixto (figura 2.3) se fundaron rellenando pequeños cauces de agua, lagunas y en especial, una depresión elongada en dirección norte sur, al oeste del regimiento Pudeto. Esta oquedad constituyó un cauce abandonando del río La Mano que aun mantiene caracteres de turba. Históricamente edificios como el de Enap (Fangano con Nogueira) y del edificio hotel Los Navegantes (Menéndez entre Chiloé y Bories) ubicados en zona central, han presentado asentamientos diferenciales debido a que sus fundaciones se apoyan sobre suelos orgánicos, (Uribe, 1982).
Río Las Minas
Río La Mano
N
5
En la figura 2.3 se observa que la densificación se orientó preferencialmente hacia el sur, con las limitantes naturales de los ríos y pantanos hacia el oeste. En el norte donde predominan los llamados esteros y terrazas bajas de drenaje muy pobre, la urbanización resultó más lenta y no se desarrolló uniformemente. Actualmente continúa la densificación urbanística de esta área.
Figura 2.3. Plano urbano de Punta Arenas entre 1868 y 1975. Modificado de Ans. Inst. Pat., Vol VI, No. 1-2, 1975.
2.2 Sismicidad
En la Patagonia a diferencia del norte de Chile, la subducción se produce por el encuentro de tres placas, Sudamericana, Antártica y Scotia (figura 2.4). Estas tres placas poseen movimientos relativos característicos en sus bordes, siendo su modelo geodinámico más complejo. La Placa Scotia comparte sus bordes con la Sudamericana y la Antártica, presentado un movimiento relativo transcurrente sinestral, mientras que en el Paso Drake, la Placa Antártica subducta la Scotia con movimientos relativos conjugados en la proximidad de las islas Shetland. Al sur de Taitao, la convergencia entre la Placa Antártica y la Sudamericana es aproximadamente igual a 2 cm/año. Esta disminución de velocidad con respecto al norte, es la principal causa de la relativamente menor sismicidad en la Patagonia (Cisternas, 2008). A la altura del Paso Drake, la Placa Antártica posee aún una menor velocidad absoluta, del orden de 5 mm/año en dirección SW (Adaros, 2003).
18 Septiembre
Pudeto
Centro
Carlos
Ibáñez
Playa Norte
N
6
Figura 2.4. Mapa esquemático del encuentro de placas Sudamericana, Antártica y Scotia. Las flechas negras indican velocidad absoluta (mm/año) de las respectivas placas. Las flechas grises indican velocidad relativa entre placas (mm/año). Adaros, (2003).
Un rasgo tectónico estructural importante es la Falla Magallanes- Fagnano. Se localiza en la Isla Grande de Tierra del Fuego, en el extremo noroeste del borde Superior de la Placa Scotia, delineándose a lo largo del lago Fagnano, seno Almirantazgo y el brazo oeste del Estrecho de Magallanes, hasta interceptar la fosa chilena, donde se origina el punto triple (figura 2.5). Es una falla activa transcurrente de movimiento sinestral, con un desplazamiento lento hacia el oeste.
Figura 2.5. Ubicación de la Falla de Magallanes – Fagnano y el punto triple, en rojo. Tomado de Rev. Asoc. Geol. Argent. v.62 n.4 Buenos Aires oct./dic. 2007.
20 5
Paso Drake
Shetland
Sudamericana
Nazca
Antártica
Scotia
5
14
0
7
La Patagonia presenta actividad neotectónica, asociada a escarpes, meandros truncados, cambio de canales de flujo, entre otros (Petrucca y Bastias, 2008). La estimación del riesgo sísmico se realiza en base a regiones sismotectónicas, teniendo en cuenta estructuras regionales (Bastias,1986; Bastias et al., 1990, 1993), figura 2.6. Punta Arenas esta dentro de la zona Liquiñe-Ofqui-Fagnano, caracterizada por sismicidad superficial e intensidades mayores a 6.0 en la escala de Richter. Se ha interpretado en base a evidencia estratigráfica, que en Tierra del Fuego, han ocurrido por lo menos 3 sismos en 8 ka, sugiriendo una recurrencia de 2-2,7 ka, (Schwartz et al., 2002). Al ser un área extensa y poco poblada, la región cuenta con un registro sísmico escaso, por lo que se subestima su sismicidad. Existen reportes de dos sismos acaecidos el 17 de diciembre de 1949, el primero de magnitud 7,8 en escala de Richter, (Perucca y Bastias, 2008) y el segundo ocho horas después, sin registro de magnitud. La localización exacta del epicentro no se ha podido establecer, y se considera que variaría entre Tierra del Fuego (Bahía Inútil y Estancia Vicuña) y sobre la entrada occidental del Estrecho de Magallanes (isla Dawson), sobre la Falla de Magallanes (Adaros, 2003).
Figura 2.6. Mapa simplificado de regiones sismotectonicas y sismos históricos. Perucca y Bastias, (2008).
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Reportes de la época señalan que con el primer evento hubo licuación a 170 km al norte de Río Grande (Tierra del Fuego) y a 50 km al sur de Punta Arenas. Según los pobladores a lo largo de las estancias en la costa Atlántica (Argentina), donde la Falla Magallanes – Fagnano cae al mar, se observaron desplazamientos horizontales de hasta 5 m, (Adaros, 2003). Con el segundo evento, se produjeron daños en 10% de las viviendas de Punta Arenas, la demolición de seis edificios céntricos (Uribe, 1982) y la muerte de 3 personas por deslizamientos 70 Km al sur de la ciudad. Se avistaron olas mayores en Porvenir y Seno Almirantazgo. Periódicos locales como “El Magallanes” e internacionales como ‘‘La Prensa’’ y ‘‘La Nación’’ de Buenos Aires, relatan lo ocurrido en aquella época. Otro punto importante de resaltar, y por lo cual también es atribuible la baja sismicidad, es la energía liberada en eventos sísmicos de la zona, ya que ésta no es suficiente en magnitud como para ser captada por la red sísmica mundial (telesísmica) y solo una pequeña fracción es registrada por este medio. Adaros (2003) realizó un estudio con datos captados de una red sismológica local, entre los años 1997 y 1998, concluyendo que la Patagonia es una zona sísmicamente activa, concentrándose la actividad en la faja plegada y corrida, entre Puerto Natales y el seno Skyring (figura 2.7). Infirió además, que la Falla de Magallanes no es el principal origen de la actividad, y la asocia a una baja sismicidad, cuya activación posiblemente solo es en caso de ocurrencia de grandes sismos como el del año 1949. Es de resaltar que los eventos registrados durante los dos años de estudio, tuvieron magnitudes menores a cuatro y solo dos eventos fueron mayores a este valor, con epicentros en Puerto Natales y Punta Arenas.
Figura 2.7. Concentración de sismicidad en la zona sur entre 1997 y 1998. Estaciones sismológicas (cuadrados con los nombres), volcanes (triángulos) y epicentros de sismos (círculos). Adaros, (2003).
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En resumen, en la Patagonia chilena son comunes los sismos con magnitud M<4,5 debido al Cordón Vócanico Austral, y si bien la recurrencia de sismos fuertes (M>6,0) no es frecuente en Punta Arenas (aún no se ha determinado una periocidad), si existe el potencial de riesgo sísmico alto que debe ser tenido en cuenta por las autoridades pertinentes.
2.3 Actividad Volcánica
La actividad volcánica en la Patagonia está concentrada en la Zona Volcánica Austral
Andina con siglas en inglés (AVZ) entre los 49 y 55°S, representada por los volcanes Lautaro, Viedma, Aguilera, Reclus y Mt. Burney. Se considera esta zona como la de menor actividad volcánica, en comparación al resto del país. De acuerdo a Stern (2007) las dataciones ubican explosiones de ceniza para el volcán Reclus y Mt. Burney entre el Pleistoceno tardío y durante el Holoceno, que alcanzaron grandes áreas llegando hasta Tierra del Fuego (figura 2.8). Durante un estudio reciente de red local sísmica entre 1997 y 1998 (Adaros, 2003), solo el volcán Reclus evidenció actividad superficial.
Figura 2.8. Espesores de tefra durante la última glaciación. A). R1, derivada del volcán Reclus. B). MB1 derivada del volcán Mt. Burney. Stern, (2007).
A B
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3. ASPECTOS GEOGRÁFICOS
3.1 Clima
El régimen térmico individualiza a Punta Arenas en un clima frío oceánico de transición continental, con inviernos largos y fríos, veranos frescos y cortos, en el que el otoño y la primavera son prácticamente inexistentes (Capel, 1983). De la tabla 3.1 se establece una temperatura media en 120 años de 6.5˚C. Actualmente en invierno y dada la alta latitud, las temperaturas medias registradas son superiores a 1ºC, con lo que la permanencia de suelos cubiertos de nieve no es prolongada en los sectores bajos cercanos al mar. La ciudad ha presentado un calentamiento de los inviernos. Los análisis de los datos de la estación Punta Arenas, confirman que desde 1958 a 1977 se ha incrementado la temperatura en casi 1˚C (Solari, 2010).
La proximidad de la península Antártica, implica masas de aire que llegan en forma de viento sur, sud-este y sud-oeste atravesando la Patagonia, trayendo los días más fríos del año.
Tabla 3.1.Temperaturas medias y extremas para Punta Arenas entre 1888 – 2007. Santana, (2009).
3.2 Precipitación
El régimen pluvial en la región varía desde los archipiélagos insulares con isoyetas de
4000 mm a 300 mm en Punta Arenas (figura 3.1), hecho inducido por la cordillera
Patagónica, haciendo que el aire llegue con menos contenido de humedad hacia el
interior del continente. En la ciudad, los meses de otoño (abril y mayo) son los más
lluviosos. Un segundo máximo puede presentarse entre noviembre y enero, pero puede
decirse que el nivel pluviométrico es homogéneo durante el año. Actualmente, en
invierno las precipitaciones son frecuentes en forma de agua nieve.
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Figura 3.1 Isoyetas en Chile (mm). Hubert (1979), citado por Fernández, (2000).
3.3 Vientos
La zona se encuentra bajo la influencia permanente de los vientos del oeste, aunque se presentan vientos con direcciones noroeste y suroeste. La intensidad de los vientos es muy variable, históricamente se han encontrado ráfagas máximas de 200 km/h y valores mínimos en invierno con 10 km/h, (Uribe, 1982).
3.4 Geomorfología
La zona de estudio se encuentra ubicada en la Patagonia Oriental caracterizada por una cuenca sedimentaria que se extiende desde aproximadamente la parte central del Estrecho de Magallanes hasta la costa atlántica en Argentina. La Patagonia Occidental se distingue de la oriental, por ser una región montañosa donde predominan plegamientos, complejos metamórficos e intrusivos.
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Punta Arenas ubicada en la orilla oeste del Estrecho, se encuentra fundada sobre la Cuenca de Magallanes. Sus geoformas son resultado de la actividad de los hielos y los períodos postglaciales, predominando canales, lagunas, pantanos y formas lobuladas disectadas por la red hidrográfica, que al desembocar en el Estrecho forman deltas arenosos. Las transgresiones y regresiones marinas, han dejado distintos niveles de terrazas con sedimentos retrabajados por el oleaje marino, como es el caso de la punta Arenosa. Uno de los trabajos más completos en cuanto a la descripción geomorfología del área urbana es el realizado por Uribe (1982) representado en la figura 3.2. En la ciudad predomina al oeste el afloramiento de la Formación Loreto con alturas por sobre los 100 msnm, de edad terciaria, disectadas por distintos ríos, algunos principales como el de Las Minas y de La Mano. Otra expresión morfológica importante, son las morrenas laterales, con orientación sur norte que con su relativo paralelismo ha conducido canales marginales en épocas de deshielo. Donde la subsidencia fue importante se formaron turbales, siendo el más característico, el localizado al término de la calle Salvador Allende, sector oeste. Las terrazas glaciolacustres, se identifican como lineaciones que guardan una continuidad y son interpretadas como relictos de bordes costeros. Su composición en cuanto a sedimentos, es de fracción fina. Se caracterizan por ser laminados, con estratificación cruzada y ondulitas. En la figura 3.2 se observa el notorio contacto entre la terraza glaciolacustre y la punta Arenosa. Hacia el sur se puede seguir una línea continua entre alturas de 20 a 38 msnm hasta por lo menos más al sur del río Leñadura (Uribe, 1982).
Los sedimentos gruesos de relieve bajo, compuestos principalmente por arenas y gravas, están representados por dos formas, una es la punta Arenosa y la otra es el delta activo del río Las Minas. La forma conspicua que dio nombre a Punta Arenas o punta Arenosa, en algunos sectores presenta densidades relativas bajas y saturadas, siendo una forma costera de tipo constructivo modelada por el oleaje (Uribe, 1982).
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Figura 3.2. Mapa geomorfológico de Punta Arenas, modificado de Uribe, (1982).
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El delta del río Las Minas indicaría un descenso en el nivel del mar, posterior a la punta Arenosa. Esta zona antes de la urbanización, se caracterizó por ser anegadiza, por lo que es posible encontrar rellenos artificiales de todo tipo, inclusive basura. Este delta al estar activo tiene influencia de la parte alta de la cuenca del río Las Minas, por lo que se considera una zona de riesgo aluvional (mayo 1990 y marzo de 2012). Por último es notable que la etapa final de la geomorfología actual está asociada a la migración hacia el sur de la desembocadura del río Las Minas hasta la posición actual y la ultima rotación de unos 90° del sistema de drenaje subsecuente, hasta hacerse perpendicular al Estrecho (Uribe, 1982).
3.5 Red de Drenaje
Punta Arenas es atravesada en sentido oeste - este, por seis cauces naturales, nombrados de sur a norte: río Los Ciervos, río La Mano, río Las Minas, estero D’Agostini o Pitet, estero Llau-Llau y estero Bitsch (figura 3.3). Como cuerpos receptores de agua se encuentran, el humedal de Tres Puentes y la laguna Lynch que actúa como amortiguador de agua en la zona sur. El río más característico de la zona es Las Minas. Su cuenca se divide en tres sectores, zona alta, media y baja. La zona alta y media (620 msnm) es de gran incisión, en respuesta al alzamiento asociado con la deglaciación del UMG. Se localiza aguas arriba, fuera del casco urbano, atravesando una sucesión de estratos ligeramente inclinados hacia el noreste, constituidos por una alternancia de capas de arenas gruesas poco consolidadas, limolitas y arcillolitas fisibles, que constituyen la Formación Loreto. En estas zonas se encuentran frecuentes fracturas extensionales (Harambour, 2002), y constituyen el mayor control estructural que induce los deslizamientos en el área. Dentro del área urbana el valle del río Las Minas se amplía, la capacidad hidráulica y las pendientes disminuyen notablemente hasta desembocar en el Estrecho de Magallanes. Hidráulicamente esta zona es muy activa y registra problemas de rotura, desborde y embancamiento de la canalización. En cuanto al sedimento, se presentan distintos niveles de terrazas, lo que es evidente en la población Mardones, al inicio del límite urbano, evidenciándose aterrazamientos, mostrando sucesivos eventos de socavaciones y depositaciones. Estudios en la última década (Matsura et al., 2004, Universidad de Magallanes 2008), llegan a la conclusión que el encajonamiento en la zona alta del río Las Minas, el tipo de material en los taludes, la presencia de grietas subverticales principalmente en la ladera norte y la escasa capacidad de arrastre de los tramos inferiores condicionan a que Punta Arenas sea sensible a sufrir aluviones generados por la ruptura de eventuales represamientos.
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Figura 3.3. Mapa de la red hidrográfica de Punta Arenas. AC Ingenieros Consultores; (2000c).
Estrecho de Magallanes
N
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El río La Mano se caracteriza por un ancho cauce profundo y tortuoso, pero que contrariamente al río Las Minas, tiene poca actividad hidráulica. Se encuentra en su mayor parte canalizado por lo que la población ha edificado en su cauce en alguno de sus sectores (población 18 de Septiembre, figura 2.3). Hacia el norte de Punta Arenas la dinámica hidráulica es distinta y guarda difícilmente un patrón. El sedimento de fracción fina hace que haya una mayor retención superficial del flujo, por lo que son frecuentes los esteros e inundaciones en épocas invernales. El estero Llau-Llau, junto con el D´agostini drenan la zona norte de la ciudad y es uno de los elementos principales del sistema de evacuación y drenaje de aguas lluvias de Punta Arenas. La parte superior de la cuenca es de alta pendiente, por lo que en el límite noroeste del perímetro urbano se construyó un canal de transvase que recolecta el escurrimiento de agua en esta zona. Este estero es afectado por frecuentes desbordes, tal como el ocurrido en 1990 junto con el río Las Minas, que incluyó oleadas de lodo (Harambour, 2009). La parte que atraviesa la ciudad, discurre por una planicie de escasa pendiente. Sus riberas han sido urbanizadas sin control, por lo que el estero ha sido sometido a intervenciones múltiples ya sea por parte de la población o por entes públicos. El estero D’Agostini es el principal afluente urbano del estero Llau-Llau, presenta capacidades hidráulicas distintas, por lo que son comunes los desbordes, siendo sus zonas aledañas las más vulnerables a desbordamientos aún con lluvias de poca intensidad.
En el límite de la terraza marina relicta y la punta Arenosa, el cambio de pendiente ha conducido a un estancamiento del drenaje, habiendo una serie de lagunas de escasa profundidad desarrolladas en un terreno plano (4 msnm) denominado estero Tres Puentes, localizado entre los esteros Bitsch y Llau-Llau en el acceso norte de la ciudad, en él se depositan escombros y vierten aguas residuales. De lo anterior se puede observar, que el drenaje en Punta Arenas tiene carácteres diferenciados, uno al sur, centro y otro al norte. Al sur, el río La Mano no constituye mayor problema, está encauzado y relativamente manejable. En el centro, el río Las Minas tiene eventuales contingencias aluvionales por lo que se considera una zona de riesgo. En el norte el patrón hidráulico es disperso, de baja incisión y problemático lo que guarda relación con el tipo de sedimento de base impermeable y en el aumento de inundaciones.
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4. SEDIMENTOS GLACIALES
Los sedimentos glaciales son producto de muchos ambientes sedimentarios sobreimpuestos. Su complejidad varía en tiempo y espacio, a la vez que son modificados por otros procesos, como por ejemplo el retrabajo fluvial y/o marino. En este capítulo se resumen los puntos básicos para comprender la génesis y facies de los distintos depósitos glaciogénicos.
4.1 Característica de un Glaciar
Un glaciar se define como una masa de hielo que se mueve y deforma por su propio peso. La interacción entre la atmosfera, sustrato (que puede ser roca, suelo o un cuerpo de agua), el espesor del hielo y la velocidad, define el régimen termal del glaciar, es decir si está en avance, retroceso o estancamiento. Se distinguen principalmente dos zonas en un glaciar: una de acumulación y otra de ablación. En la primera no hay deslizamiento en la base, predomina la precipitación en forma de nieve la cual es enterrada y compactada, formando cristales de hielo. En la segunda hay deslizamiento basal, remoción de material, y presencia de procesos como fusión en la superficie, fusión del hielo basal y sublimación. El deslizamiento basal está influenciado por la temperatura del hielo en la base, el cual depende a su vez de la temperatura en la superficie, el flujo de calor geotérmico y el calor generado por la fricción dentro y en la base del hielo. Se pueden definir tres regímenes basales que le dan un carácter distintivo al glaciar: de base húmeda, seca y régimen intermedio. En un glaciar de base húmeda (warm based or wet based), el hielo se desliza sobre el sustrato y puede ser separado de él por una delgada capa de agua, esto es, la temperatura del hielo basal está por encima del punto de presión de fusión. Si la temperatura del hielo basal está por debajo del punto de presión de fusión, la base esta “seca” (cold based or dry based). Un régimen intermedio sucede cuando la resistencia de adhesión del glaciar y la base congelada es mayor que la resistencia al corte del hielo, existiendo una combinación de fusión y congelamiento. En esta situación, el glaciar se desliza pero no hay un exceso de derretimiento. En un mismo glaciar pueden haber distintos regímenes de temperatura, en la parte alta puede ser de régimen seco y húmedo en el frente, sin embargo se puede dar lo inverso, puede ser húmedo en la parte superior y seco en el término.
4.2 Movimiento y Erosión Glacial
El movimiento glacial tiene dos componentes principales que afectan directamente la sedimentación: la reptación (o deformación interna) y el deslizamiento basal. La reptación es el deslizamiento entre partículas, presente en todo el cuerpo del glaciar, su
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magnitud depende de la inclinación del talud y el espesor del hielo. El movimiento basal se puede presentar por las siguientes causas:
i) Concentración de esfuerzos entre el hielo y las irregularidades del sustrato, aumentando la velocidad de reptación basal.
ii) Regelación “regelation sliding”. Cuando el glaciar encuentra un obstáculo, aumenta la presión de fusión haciendo que haya una película fina de agua sobre el objeto, ayudando a deslizar el hielo. Una vez sobrepasada la irregularidad, la presión disminuye causando el re-congelamiento.
iii) Aumento de la presión de fusión, produciendo una capa de agua entre sustrato y hielo.
iv) Por presencia de un sustrato deformable. En vista de lo anterior, se puede decir que en glaciares de base húmeda el deslizamiento basal es el dominante, produciendo mayoritariamente polvo de roca, debido a que los detritos transportados erosionan la base, puliendo superficies, formando estrías y removiendo material en forma cóncava o en media luna. En los glaciares de base seca, la reptación y la deformación del sustrato es lo dominante. El movimiento del glaciar, también se puede ver desde un punto de vista temporal geológico, siendo la ciclicidad un factor preponderante en el modelado morfológico de una zona. En la figura 4.1 se puede detallar que durante dos avances sucesivos sobre una base de sandur o plataforma de lavado, se empuja un material glaciotectonizado, formando dos niveles de till (café y verde). Durante los episodios de retracción hay erosión activa dejando depresiones con base areno-gravosa perteneciente al sandur y en estas oquedades es donde se puede depositar sedimento lacustre o palustre, dependiendo de la capacidad drenante de la base. Esta ciclicidad explica en parte la variación espacial del till en una localidad. La zona del Estrecho de Magallanes fue afectada por diferenciados ciclos glaciares, detallados por distintos investigadores como se indica en el Capítulo 5.
4.3 Geomorfología Glacial
En general la morfología de una zona afectada por glaciares es un valle en U, un lomaje suavemente ondulado y depresiones bien marcadas. Las formas más conspicuas la constituyen las morrenas, que son una depositación de materiales heterogéneos de fragmentos líticos angulosos, polvo de roca, arenas, limo y arcilla, que en conjunto se denomina till. En función de su posición, se distinguen morrenas externas, internas y de fondo. Estos depósitos proceden de la fusión del hielo, es decir cuando cede la acción transportadora del glaciar. Otro tipo son las morrenas de retroceso, que marcan diferentes estadios de deglaciación. Las morrenas no se encuentran aisladas, sino que se forman sistemas de morrenas, los más importantes son: los arcos morrénicos frontales, los cordones morrénicos laterales y las morrenas de ablación.
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Figura 4.1. Interpretación de eventos cíclicos para una zona de Islandia. Kjaer, (2003).
Los arcos morrénicos frontales actúan como un dique de contención para las aguas de fusión que se escapan por el frente del glaciar, formando lagos, hecho ocurrido en el Estrecho de Magallanes en el cual se formó un gran lago proglacial (MacCulloch, 2005b). Los cordones morrénicos laterales aparecen en los bordes de las lenguas glaciales y actúan como muro de contención del agua de escorrentía, formando lagos. Entre sucesivas glaciaciones se forman cordones paralelos, actuando también como canales de desagüe, entre ellos son comunes las depresiones donde en períodos de deglaciación, se depositó turba, siendo este el caso del sector oeste de Punta Arenas.
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Otro tipo de geomorfología son los drumlins, montículos alargados que especifican un sustrato deformable. Para la zona del Estrecho de Magallanes son comunes al norte del aeropuerto de Punta Arenas y denotan antiguas glaciaciones en un sustrato saturado, o glaciar de base húmeda.
4.4 Sedimentos Glaciales
De los numerales anteriores se detalla que los sedimentos glaciales son extremadamente heterogéneos debido a la gran actividad de los glaciares. Tienen una variabilidad tanto vertical como lateral. Su composición y textura varían también de acuerdo al ambiente o lugar de depositación. Se reconocen principalmente cuatro zonas: supraglacial, subglacial y proglacial (figura 4.2), que son preponderantes en la arquitectura de las facies. Una cuarta zona denominada englacial determina flujos intermedios que migran hacia zonas supraglaciales. El principal sedimento originado en estos ambientes es el till, que se define como un depósito pobremente seleccionado (variedad de tamaños de grano) con partículas de grava y arena, en una matriz arcillo limosa. Su procedencia sedimentaria es difícil de determinar debido al gran arrastre y retrabajo que han sufrido los sedimentos originados de diferentes localidades, próximas o muy lejanas.
Figura 4.2. Principales zonas glaciares, modificado de Andrews, (1975).
Para el estudio de suelos de Punta Arenas, se pueden diferenciar distintos tipos de till, como till de flujo, till glaciotectonizado, till supraglacial y till subglacial. La figura 4.3 resume los distintos tipos de sedimento de acuerdo a su posición. Los tills subglaciares han sido sometidos a corte y reptación. Su singularidad es que tienen deformaciones que se hacen presentes mediante un fracturamiento cuya orientación preferencial indica la dirección del flujo. Estas estructuras tienen una influencia en la conductividad hidráulica y por ende en el comportamiento mecánico de este material (Allred, 1999).
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Los tills de flujo, corresponden a un ambiente supraglacial. El sedimento es transportado principalmente por agua, por lo cual es capaz de lavar y redepositar los granos, de manera que los sedimentos suelen ser más seleccionados.
A continuación se diferencian los tipos de sedimentos glaciales, de acuerdo al tipo de ambiente de depósito.
Figura 4.3 Tipos de till en un glaciar en función de su posición. Tomado de http://www.geohazards.info/Quaternary Geology Resources.
4.4.1 Zona Supraglacial
Este ambiente se localiza sobre la superficie de un glaciar. Si sobre esta superficie se encuentran detritos, la tasa de ablación es menor, debido a la menor incidencia de los rayos solares. La depositación puede ocurrir por fusión del hielo, movimiento o estancamiento del agua, movimiento de la masa o actividad eólica. Las facies supraglaciales se forman principalmente por fusión pasiva. El till supraglacial o melt out till, es común en los valles de montaña debido a la cantidad de detritos que caen de los taludes. Se encuentran varios tipos de depósitos por flujo gravitacional. La resedimentación está presente por la fusión y por la topografía supraglacial. Estructuras de deformación, estructuras de colapso, fallas normales y fallas de flujo, son comunes porque los sedimentos están sobre el hielo que subsecuentemente se derrite.
4.4.2 Zona Subglacial
Es un ambiente dinámico y responsable de la mayor parte de la acumulación de till. La arquitectura de las facies está condicionada principalmente al tipo de sustrato por donde avanza el glaciar. En esta zona son comunes los canales producto del movimiento del agua, por lo que se puede generar estancamientos de agua en depresiones, originando lagos subglaciales. La relativa importancia del hielo y el agua como agentes de erosión, transporte y depositación en esta zona, es dependiente del régimen termal del hielo y
Till subglacial
Melt out till
Deformation till
Supraglacial flow till
Roca Lodgement till
Meltout till
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su posición especifica bajo el glaciar. Las características formadas bajo el glaciar dependen de la naturaleza del sustrato. En superficies con roca, se encuentran estrías. Donde el sustrato es blando; la deformación del sedimento puede contribuir al flujo del glaciar. Las flautas se pueden formar en la interfase sustrato – hielo. Esta deformación subglacial es caracterizada por una extensión longitudinal donde se imponen esfuerzos de corte, resultando en foliación, achatamiento, atenuación y contorneo de estructuras originales (por ello las formas redondeadas). A medida que el glaciar avanza, la deformación continua, y el till basal comienza a ser horizontalmente laminado y eventualmente homogenizado, para producir un till masivo. La intensidad de la deformación disminuye con la profundidad (distancia bajo la base del glaciar), pero puede estar concentrado a lo largo de superficies. La deformación de un till, describe a una roca débil o a un sedimento no consolidado distanciado de su lugar de origen, donde sus estructuras primarias han sido deformadas o destruidas y además se han adicionado materiales de distintos orígenes. Morrenas subglaciales pueden ser flautas, drumlins, o cordones transversales. El till subglacial puede estar compuesto de sedimento fino debido a la trituración del detrito en la zona basal del hielo, igualmente este till es comúnmente carente de estructura, empujado y sometido a esfuerzos de corte entre y bajo la zona basal del hielo, lo que induce a un material compacto y algunas veces fracturado a lo largo de planos de corte. Estas fracturas sin desplazamiento, mantean hacia arriba del glaciar, y algunas veces se arreglan paralelamente formando juegos. Los clastos en el till e inclusiones sedimentarias deformadas, si están presentes, se orientan generalmente de manera que el eje largo es paralelo al movimiento del hielo, con leve manteo hacia arriba del glaciar. Se pueden formar unidades de till petrográficamente distintas y estar sobreimpuestas una sobre otra, durante un solo ciclo glacial. Un till de derretimiento (melt out till) puede estar en una zona subglacial. Se caracteriza por contener lentes, capas y láminas subhorizontales con contactos gradacionales derivados de la estratificación de los detritos en el hielo. Los clastos contenidos en la matriz, son orientados en dirección del flujo. Este till puede ser de pocos metros de espesor, pero puede estar apilado. Esta comúnmente deformado por corte y hay presencia de escape de fluidos. Algunos depósitos subglaciares de fusión (subglacial meltwater) pueden llenar canales alineados subparalelamente con el movimiento del glaciar, cortando el sustrato formando valles de túneles, a estos depósitos se les denomina eskers. Los túneles suelen terminar en un abanico de arena y grava en el margen del hielo. Los eskers se configuran como cordones continuos o segmentados los cuales pueden tener décimas de metros de altura y cientos de metros de ancho. Están compuestos de sedimentos masivos o estratificados, compuestos de grava y arena con estructuras sedimentarias similares a depósitos fluviales, con la excepción que el flujo fue constreñido en un canal. Los eskers pueden ser grano decrecientes en ciclos con poco espesor, tener fallas y rotaciones del lecho en las zonas marginales.
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4.4.4 Zona Proglacial
En esta zona el contacto directo con el agua rige la arquitectura de las facies. En el Estrecho de Magallanes se presentaron todos los ambientes proglaciales y se supone que a medida que el retroceso del glaciar avanzaba se evidenciaron los ambientes periglaciales. Este último ambiente, no es directamente afectado por el hielo, pero es influenciado por la zona climática adyacente a las placas de hielo. El ambiente proglacial ocurre alrededor del margen e incluye los siguientes subambientes: i) Zona de contacto directo con el hielo, adyacente al glaciar ii) Ambiente glaciofluvial iii) Ambiente glaciolacustre
4.4.4.1 Zona de Contacto Directo con el Hielo
Esta zona es caracterizada por una topografía irregular y lobulada. Son comunes las morrenas terminales o de empuje, paralelas al frente del glaciar. La deformación proglacial es caracterizada por estructuras compresivas, por ejemplo foliación y fallas de bajo ángulo en varias escalas. Till o sedimentos proglaciales del tipo sandur pueden ser deformados. Son frecuentes sedimentos saturados gradados de arena y limo con estratificación paralela o estratificación cruzada si se deposita sobre el cambio de un talud.
4.4.4.2 Ambiente Glaciofluvial
Los ambientes y facies de los ambientes glaciofluviales son generalmente idénticos a los sistemas fluviales trenzados (figura 4.4), sin embargo se diferencian de ellos porque son afectados por las fluctuaciones del margen del hielo, por el enterramiento y transporte de bloques de hielo. La evidencia de una alta descarga de fluctuación se observa a través de la frecuencia en cambios verticales en tamaño de grano y de estructuras sedimentarias, abundantes superficies de arrastre y depósitos de finos en suspensión. Los depósitos más comunes en este ambiente son del tipo planicie de lavado o sandur. Esta zona tiene una gran dependencia climática y una alta carga de sedimento. El sandur puede formar un amplio abanico o topográficamente puede estar constreñido en un valle. Dependiendo de la posición, en el abanico se tienen distintos sedimentos en una zona proximal, intermedia y distal. En la zona proximal el sandur puede enterrar bloques de hielo, formando hoyos glaciares (kettles). En la parte intermedia, formada por ríos trenzados, sobresalen depósitos de gravas y arenas. En las partes distales abundan los limos y arcillas.
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Figura 4.4. Planicie de lavado o sandur proximal
4.4.4.3 Ambiente Glaciolacustre
Los lagos glaciales pueden estar en contacto directo con el glaciar o distales alimentados por una planicie de lavado. El régimen estacional al que es sometido el hielo (fusión - congelamiento) define las facies cíclicas. En lagos proximales, el flujo del agua puede ser por arriba o por debajo de canales. En lagos lejanos al glaciar, el flujo de agua es solo por arriba de la superficie. Los deltas tipo Gilbert son comunes en márgenes de lagos profundos, donde detritos granulares gruesos son suministrados con gran energía. En ambientes de baja energía, sistemas finamente gradados entran en el lago poco profundo, donde se puede formar deltas con manteos de menos de 20º. Un sedimento común en este ambiente son las arcillas varvadas. Las varvas son capas estrictamemte formadas durante una ciclicidad anual. De Geer en 1940 fue quien propuso el termino varva, derivado del sueco “varv”. Las varvas glaciales se forman durante el congelamiento – descongelamiento de la superficie de lagos originados de la fusión glaciar. El color inusual de estos lagos, es debido a la suspensión de partículas muy finas de cuarzo y otros minerales que absorben longitudes de onda azul, dando al agua esa tonalidad, frecuente en lagos glaciales (figura 4.5A). Cuando el flujo de derretimiento entra al lago, denominado algunas veces leche glacial, el sedimento grueso se deposita en el delta (zona proximal), mientras que la harina glacial es transportada dentro de la cuenca del lago y depositada como sedimento laminar (figura 4.5C).
Las condiciones climáticas son las que permiten una depositación cíclica anual. Durante el verano, abundantes flujos y sedimentos son transportados dentro del lago y
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depositados como una capa de limo y arena en la base del lago. En el invierno, la superficie del lago glacial se congela, lo que permite que las partículas en suspensión, de tamaño arcilla, se sedimenten en un régimen tranquilo. Dos capas, una de verano (limo y arena, color claro) y la otra de invierno (arcilla orgánica, de color oscuro) constituye una varva y representa un año de depositación (figura 4.5D). Esta estructura sedimentaria fue empleada para datar tempranamente los avances y retrocesos glaciares en la Patagonia por Caldenius (1932).
Figura. 4.5 Lagos proglaciales. A) y B) Campos de Hielo, Chile 2007. C) Desagüe de una lengua glacial en un lago proglacial (Canadian Rocky Mountain). D) Estructura típica varvada. Se definen los estratos de invierno de color oscuro y los de verano, de color claro, tomado de la web Tufts University Varve Project, Department of Geology, Lane Hall.
Las varvas pueden variar su morfología con la distancia desde el margen del hielo y los deltas definiéndose como proximal y distal (figura 4.6). Las varvas depositadas cerca al margen del hielo, tienen espesores muy gruesos (10 cm a 1m) debido a la gran descarga de sedimento liberado por el derretimiento del hielo. Con el incremento de la distancia desde el margen del hielo o los deltas, las varvas comienzan a ser gradualmente más delgadas debido a que la carga de sedimento se reduce. También
A
C D
B
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es frecuente, debido a la dinámica de la depositación, que las varvas posean morfologías distorsionadas, subestructuras de sedimentación tales como ondulitas y artesas, además de registrar eventos catastróficos como el vaciamiento súbito de un lago.
Figura. 4.6 Tipología de varvas. A) Varvas proximales. B) Varvas intermedias. C) Varvas deformadas, Torres del Paine, tomado de Solari, (2010). D) Varvas distales. A,B y D -tomado de la web Tufts University Varve Project, Department of Geology, Lane Hall.
4.5 Estructuras en Sedimentos Glaciales
En muchos tipos de till, se producen fracturas (incluidas fisuras y grietas), (Allred, 1999), las cuales son inducidas por:
1. Liberación de esfuerzos verticales causados por la reducción de sobrecarga. 2. Esfuerzos de tensión horizontales resultantes del relajamiento isostático de la
corteza. 3. Contracciones por congelamiento, “permafrost”. 4. Contracción y dilatancia debido a ciclos de secado - humedecimiento. 5. Fallamiento inducido por esfuerzos de corte. 6. Bioporos de animales o raíces. 7. Esfuerzos compresivos de empuje.
A B
C D
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Los mecanismos de reducción de la sobrecarga, son mediante la erosión de sedimentos y el derretimiento del glaciar, produciendo un fracturamiento horizontal. El relajamiento isostático de la corteza induce tanto fracturamiento horizontal como vertical. Los ciclos de congelamiento – descongelamiento producen patrones de grietas poligonales (vistos en planta) formando grietas verticales. Los ciclos de secado - humedecimiento causados por los cambios climáticos generan grietas verticales.
Existen fracturamientos tectónicos que son fracturas de corte inducidas durante movimientos del glaciar, tal como en un retroceso (Jørgensena, 2004). Es de aclarar, que las estructuras formadas por congelamiento / descongelamiento (incluyendo las de permafrost) no son consideradas glaciotectónicas.
La deformación ocurre tanto en materiales congelados como descongelados, siendo respectivamente una deformación frágil y dúctil. En sedimentos no consolidados se presentan intrusiones (entre ellas diques clásticos, como signo de paleosismisidad), migración de fluidos o estructuras recumbentes, mientras que en sedimentos congelados son más comunes las fallas y fracturas (material frágil). Las fallas a gran escala son comunes en permafrost, ya que en este sedimento se impide un libre drenaje de la fusión en subsuperficie, con lo cual se incrementa la presión de poros lo que debilita el sustrato y el frente del glaciar. Existe también una foliación dúctil (plástica) originada por simple corte bajo el glaciar, pudiendo ser inducida en condiciones de congelamiento o descongelamiento.
Estructuras plegadas también son reconocibles y se inducen cuando los esfuerzos transferidos desde el glaciar, son mayores que la resistencia del material, resultando deformaciones del tipo dúctil y frágil, presentándose diversas estructuras.
El permafrost además de estar fallado, a nivel microscópico y en sección transversal, contiene una serie de críoestruturas producto del congelamiento y la penetración del hielo en su estructura, (figura 4.7). Estas estructuras varían de acuerdo a la composición del sedimento (grava, arena, arcilla o turba). Típicas críoestructuras son la reticular y lenticular. En los lentes, el crecimiento se ve influenciado por la salinidad del fluido y la presión axial al que está sometido el suelo. En la figura 4.8 se observa que a mayor presión, hay menor espesor de lentes.
En especial, los sedimentos glaciolacustres conservan distintas críoestructuras que se forman durante el crecimiento y ciclos de congelamiento- descongelamiento de los depósitos, además de mostrar láminas inclinadas producto de depositación subacuática (Figura 4.9). En dichos sedimentos es común la estructura lenticular. Los lentes son variables en tamaño y distribución, debido a ello los cambios en propiedades tanto verticales como horizontales tienen una distribución impredecible haciendo su caracterización geotécnica complicada en cuanto a la predicción del comportamiento del permafrost (French, 2010).
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Figura. 4.7 Fisuramiento en permafrost. A) Estado a 4 horas de congelamiento. B) Despues de 72 horas de congelamiento. International Short Course on Permafrost Engineering BGC, (2010).
Figura. 4.8 Fisuramiento en permafrost a distintas presiones axiales durante un período de congelamiento similar. Tomado de International Short Course on Permafrost Engineering BGC, (2010).
A B
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Figura. 4.9 Críoestructura lenticular-laminada, con lentes de hielo 30-80 cm de longitud y 5-10 cm espesor, formado durante congelamiento subacuático de sedimentos limo arcillosos glaciolacustres, Yukon, Canada. French, (2010).
El paleopermafrost muestra una degradación en su estructura original, como respuesta a los cambios climáticos del UMG. Esto se ve reflejado especialmente en sedimentos superficiales que constituyeron la capa activa. La ciclicidad de congelamiento - descongelamiento, la posterior consolidación del suelo y posterior recongelamiento afectan la estructura destruyendo y construyendo estructuras singenéticas y epigenéticas, (French 2010).
A nivel geotécnico, las fracturas y diaclasas juegan un rol importante en el comportamiento mecánico de los materiales glaciogénicos. Debido a las grandes cargas trasmitidas por el glaciar, el estado de esfuerzo en estos tipos de sedimento, es complejo. Los esfuerzos horizontales han quedado “cogelados” (Lambe, 1969) ya que una vez retirado el glaciar, no se disiparon los esfuerzos. El coeficiente de tierras en reposo Ko puede alcanzar valores de hasta 3 (Lambe, 1969). Durante excavaciones se ha evidenciado deslizamientos subverticales (figura 4.10), observándose fisuramientos y slickensides. Cuando la excavación ha sido completada, se experimenta un rebote elástico lateral, induciendo inestabilidades en los taludes. El mecanismo consiste en que los juegos de fracturas y diaclasas se distienden, junto con un aumento de la presión hidrostática, los bloques se desplazan, alcanzando la resistencia residual por los planos de las discontinuidades. De acuerdo a este punto, se considera que los parámetros de diseño en taludes, debieran suponer parámetros de resistencia al corte residual.
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Figura. 4.10 Excavación realizada durante la contrucción de edificios, Punta Arenas (2009).
El sometimiento de distintos esfuerzos de empuje, foliación entre capas, los cambios de congelamiento – descongelamiento que involucra una ciclicidad y cambio de un material frágil a dúctil y viceversa, hace que el estado de esfuerzo de los depósitos glaciares sean de una marcada anisotropía. Ensayos de resistencia al corte tendrían que partir de dicho estado, sin embargo es complejo evidenciar los múltiples estados anisotrópicos, por tanto es evidente que predecir el comportamiento requeriría modelos constitutivos y simulaciones en elementos finitos que tengan en cuenta las singularidades antes citadas, para ello se deben definir además, los parámetros elásticos del suelo.
De lo anterior claramente, los suelos glaciales presentarán en su estructura el historial de esfuerzo, fallamiento e historial de cambio climático al que fueron sometidos en distintas épocas glaciales, influyendo directamente en su comportamiento mecánico.
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5. GEOLOGÍA
5.1 Marco Regional
Punta Arenas se sitúa en la zona nororiental de la península de Brunswick, caracterizada por rocas sedimentarias suavemente plegadas, depositadas en la Cuenca de Magallanes durante el Terciario tardío, cuyos manteos varían entre 0 y 10° en dirección noreste, con algunas excepciones, (Uribe, 1982). Sobre los sedimentos terciarios se encuentran los depósitos cuaternarios originados durante los avances y retracciones glaciales del Holoceno y Pleistoceno.
La Cuenca de Magallanes, es una cuenca antepaís y se caracteriza por una potente secuencia de sedimentos marinos, finos y arenosos que van desde el Cretáceo Inferior al Mioceno, cubiertos por capas continentales del Terciario Superior (Mioceno-Plioceno) y algunos delgados episodios de aguas someras a marinas. Esta secuencia yace sobre una serie tobífera la que a su vez descansa sobre un basamento cristalino.
A nivel regional, en la figura 5.1, es posible identificar las siguientes sucesiones (SERNAGEOMIN, 2003):
Q1: Pleistoceno – Holoceno. Depósitos aluviales, coluviales y de remoción en masa; en menor proporción fluvioglaciales, deltaicos, litorales o indiferenciados.
OM1c: Oligoceno – Mioceno. Sucesiones sedimentarias continentales parálicas o aluviales: conglomerados, areniscas, lutitas, calizas y mantos de carbón. Formación Loreto.
E1m: Eoceno. Sucesiones sedimentarias marinas: areniscas y lutitas. Parte inferior del Grupo Bahía Inútil.
Pa1m: Paleoceno. Sucesiones sedimentarias marinas deltaicas y parálicas: areniscas y limolitas. Formación Chorrillo Chico.
Ks1mp: Campaniano – Maastrichtiano. Sucesiones sedimentarias marinas y parálicas: areniscas y lutitas. Formaciones Tres Pasos, Rocallosa, Fuentes, Cerro Cuchilla y Dorotea.
Ks1m: Cretácico Superior. Sucesiones sedimentarias marinas de plataforma, litorales o transicionales: areniscas, conglomerados, lutitas, calizas extraclásticas y oolíticas, sucesiones turbidíticas. Formaciones Cerro Toro y Punta Barrosa.
JK1m: Jurásico Superior – Cretácico Inferior. Sucesiones sedimentarias marinas litorales o plataformales: calizas, lutitas, areniscas calcáreas, areniscas y coquinas. Formaciones La Paciencia, Erezcano, Zapata, Sutherland, Río Jackson, Vicuña y Yaghán.
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JK3o: Jurásico – Cretácico. Gabros, diabasas y basaltos almohadillados. En la cordillera Patagónica: Complejos Ofiolíticos Sarmiento y Tortuga.
J3a: Jurásico. Sucesiones y centros volcánicos: rocas piroclásticas dacíticas a ríolíticas, lavas andesíticas e intercalaciones sedimentarias. Grupo Ibáñez y Formación Tobífera.
DC4: Devónico – Carbonífero. Metareniscas, filitas y en menor proporción mármoles, cherts, metabasaltos y metaconglomerados: metaturbiditas con facies de `mélage´. Complejo Metamórfico Oriental de Aisén y Magallanes.
Figura 5.1. Geología regional. Sernageomin, (2003).
La Formación Loreto es la unidad geológica que aflora en el área de estudio. En la zona oeste de Punta Arenas, se exponen sus sucesiones en la cabecera alta del río Las Minas y parte de su sedimento fue acarreado y depositado recientemente en el área urbana por la red hidráulica existente y la ocurrencia de aluviones. Litológicamente corresponde a una secuencia de areniscas y arcillolitas de aproximadamente 800 m de espesor, constituida por estratos monoclinales con pequeño buzamiento hacia el norte, su edad se calcula como Eoceno tardío (Otero et al., 2012), y ha sido interpretada como un depósito de estuario (Le Roux et al., 2010; Otero et al., 2012). Los sedimentos que dieron origen a esta formación provenían de la erosión de una protocordillera que estaba siendo alzada por un proceso de convergencia de placas tectónicas activas hasta finales del Mioceno, y que este último proceso generó en la Región de Magallanes una serie de pliegues y fallas.
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5.2 Historial Glacial en el Estrecho de Magallanes
El estudio de la cronología glacial de la Patagonia se ha desarrollado por décadas y está bien documentada por varios autores (Caldenius, 1932; Feruglio, 1950; Auer, 1950, 1956, 1960, 1974; Mercer 1970, 1976, 1982; Trombotto,1992, 2002) y recientemente trabajos en el Estrecho de Magallanes por Clapperton (1992), Benn (1998, 2000), Bentley (2005a, 2005b) y McCulloch (2005a, 2005b). En la zona del Estrecho de Magallanes existen estudios actuales de mapas geomorfológicos (De Muro, 2004) que identifican las geoformas glaciares. Complementariamente Bentley (2005) y McCulloch (2005a), identifican los avances y retrocesos del hielo durante el UMG y la transición glacial - interglacial. Se distinguen por lo menos cinco avances glaciares (A - E) datados con 14C e isótopos cosmogénicos. En la figura 5.2 se resume el historial de la zona. El avance A es anterior al UMG donde los Lóbulos Magallánico y Otway coalesieron, mientras que el UMG es representado por el avance B y es caracterizado por la formación de la península Juan Mazía. Este evento, según dataciones con 14C e isótopos cosmogénicos, ocurre después de 31.250 a cal AP2 y culmina entre los 25.200 - 23.100 a cal AP, seguido de avance C, de menor extensión datado entre 22.400 y 20.300 a cal AP. Un estado de avance D, igualmente menos extensivo culmina alrededor de 17.700 y 17.600 a cal AP, seguido de una retracción glacial. Durante los avances B-D, los Lóbulos se separaron y ocuparon sus respectivas depresiones. Un avance E, que causó un represamiento del lago entre 15.500 y 11.770 a cal AP, y cuya retracción glacial coincide con el máximo del controversial período de enfriamiento abrupto denominado Younger Dryas en el hemisferio norte, constituyó el último registro de avance pleistocénico (McCulloch, 2005a, Bentley 2005).
Uno de los fenómenos más notorios presentes durante las distintas etapas de glaciación en el Estrecho de Magallanes, fue la formación de un gran lago proglacial. El Estrecho fue aislado por el norte en la Primera y Segunda Angostura y por el sur, fueron los glaciares que obturaron los angostos canales de fiordos junto con la isla Dawson. En la figura 5.3 se observa un antiguo nivel del mar (paleocosta) actualmente a 30 msnm. en la isla Dawson. En la secuencia de la figura 5.4 se sintetiza la interpretación realizada por Clapperton (1992), demostrando que el lago progracial estuvo desde hace 29.000 a AP hasta 18.000 a AP. Sin embargo dataciones más recientes de una capa de tefra del volcán Reclus permitieron inferir un periodo completo de formación del lago justo antes de 12 640 ± 60 14C yr BP (McCulloch et al., 2005b).
2 31.250 años calibrados antes del presente
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Figura 5.2.Estados de deglaciación en el Estrecho de Magallanes y bahía Inútil. Bentley, (2005).
Figura 5.3.Paleocosta en isla Dawson. McCulloch, (2005b).
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Figura 5.4. A) B) y C) Esquemas de las variaciones de los Lóbulos glaciales y lagos proglaciales asociados, en la zona del Estrecho de Magallanes, seno Skyring y seno Otway. Modificado de Clapperton, (1992).
A
B
C
29.000-24.000 a cal AP
25.000-24.000 a cal AP
24.000-18.000 a cal AP
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Evidencia en la zona suburbana de Punta Arenas de sedimentos glaciolacustres (i.e., arcillas varvadas) se encuentran en el parque Chabunco, con afloramientos a orillas del Estrecho de Magallanes. Se detalla además que parte del aeropuerto está fundado sobre un delta que terminaba en el gran lago, (figura 5.5).
Figura 5.5. Evidencias de lago proglaciar en las costas del Estrecho de Magallanes, Parque Chabunco al norte de Punta Arenas. A) Delta a la altura del Aeropuerto. B) Depósito de arcillas varvadas.
Dentro del casco urbano de Punta Arenas la evidencia de pequeños lagos represados que coexistieron a lo largo del margen del Lóbulo Magallánico y contiguos al gran lago proglacial, se localizó al final de la calle Manantiales, cerca a la calle Padre Juan Alberti. Allí se encontró una marcada serie de estratos de gravas y arenas con inclinaciones que oscilan en los 30º y 45º, propios de deltas tipo Gilbert. Esta estructura está asociada a la presencia de lagos (Le Roux, 2005), (figura 5.6).
Figura 5.6. Relictos de un delta tipo Gilbert. A) Vista con escala de capas fuertemente inclinadas. B) Detalle de estratificación intercalada, areno-gravosa.
5.3 Evidencia de Permafrost
Para la formación de permafrost se requiere una temperatura media anual bajo los 0ºC y que además la condición de suelo congelado se mantenga por lo menos en dos períodos estivales. Benn y Clapperton (1998), infieren que las temperaturas medias
A B
A B
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anuales durante los avances B, C y D fueron entre 7 y 8ºC más bajas que los valores presentes. Actualmente la temperatura anual promedio en Punta Arenas, basada en 120 años, es de 6.5˚C (Santana, 2009). Otros autores respaldan las bajas temperaturas mediante registros de polen. Evidencia morfológica de permafrost en la zona es provista por relictos de cuñas (ice – wedge casts), contenidos en el avance A de los drumlins, al norte con el limite B en el lado oeste del Estrecho de Magallanes. Según Clapperton (1989) y por abundantes características periglaciales que se creen son de la edad glacial tardía, se encuentran en las islas Malvinas a solo 500 km hacia el este, (Clapperton 1993). A nivel regional, Trombotto (2002) realizó un inventario, en terreno y en base a referencias, de formas criogénicas en la Patagonia, las cuales incluyen cuñas, pingos y distintas formas de crioturbación. Analizó además, mediante microscopio SEM granos de cuarzo de relictos glaciares de roca, verificando texturas de origen criogénico. Los glaciares de roca son un buen indicador de permafrost ya que se presentan en una temperatura media anual de -1 ºC. Hace 1,2 Ma, los hielos cubrieron gran parte de la zona sur continental chilena y argentina (figura 5.7A), los demás terrenos estuvieron sometidos bajo condiciones de permafrost permanente. Para el UMG entre los 18.000 y 20.000 años AP, se había reducido las calotas de hielo, todavía existían condiciones de permafrost en la mayor parte de la zona sur patagónica (figura 5.7B). En la zona más cercana al área de estudio se tiene presencia de cuñas en Río Gallegos, lo que evidencia que el permafrost llegó hasta la costa atlántica y relictos de pingos en las Islas Malvinas confirman el completo avance de permafrost hasta el Atlántico.
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Figura 5.7. Estructuras críogénicas y extensión del permafrost en la Patagonia, en rojo moldes de cuñas de hielo (ice wedge casts) en Río Gallegos. A) Gran glaciación cuaternaria, 1,2 Ma. B) Durante el UMG (18.000 – 20.000 a AP). Trombotto (2002).
A B
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En Punta Arenas entre las calles Hornillas, Enrique Abello y Av. Frei Montalva, existía una sucesión de sedimentos arenosos. En este lugar se pudo observar un relicto de cuña (ice-wedge casts), lo que evidenció la condición de permafrost por lo menos en parte del área urbana (figura 5.8).
Figura 5.8. Estructura relicto de cuña (ice wedge casts) en Punta Arenas.
5.4 Sedimentos y Geoformas en el Área de Estudio
Los repetidos avances y retracciones de un lóbulo de hielo, las formaciones de lagos proglaciares y los eventuales períodos interglaciales, dejaron sedimentos sobrepuestos y retrabajados a lo largo del Estrecho de Magallanes. La deformación glaciotectónica alrededor del centro y norte del Estrecho afectó espesas sucesiones de sedimentos glaciales, glaciofluviales, glaciolacustres y glaciomarinos. La transición a ambientes más cálidos, dejó su impronta en el área, con la presencia de depósitos de turba en depresiones dejadas por el paso glacial o por hoyos glaciarios (kettles), o como lo demuestran los registros de cuchara normal (capítulo 7), los períodos interglaciales, a 12 m de profundidad dejaron capas profundas de turba.
La figura 5.9 da muestra de los sucesivos avances y retrocesos glaciales mediante una conspicua geomorfología. Estos glaciares tipo “Outlet glaciers” se movieron ampliamente sobre una base húmeda “wet-based” (Glasser et al., 2008) por el tipo de lineación dispuesta. En la figura se observan complejos cordones de morrenas, campos de drumlins, terrazas kame, hoyos glaciarios y numerosos cuerpos de agua en cuencas cerradas. En particular los estados de deglaciación son evidentes por los depósitos tipo sandur, disectados por los tortuosos drenajes que marcaron los conductos del deshielo. Se distinguen varios juegos de lineaciones que indican las
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direcciones de distintos estadios de los lóbulos. Esta imagen se complementa con fotografías aéreas de la figura 5.10 y la figura 5.11. En particular, esta locación es considerada como laboratorio de estudio y un icono contemporáneo de un ambiente sometido a la acción cíclica de Lóbulos glaciales. Para este trabajo, ha permitido visualizar el tipo de sustrato sobre el cual se fundó Punta Arenas.
Dos aspectos geomorfológicos saltan a la vista para la zona urbana y suburbana. El primero, los marcados canales subparalelos de deshielo, laterales y marginales localizados al oeste (figura 5.11), que influyen actualmente en la red de drenaje de la zona norte de la ciudad. El segundo, el relicto de costa marcado por una terraza lacustre, sobre la cual se cimienta el Hospital Regional. McCulloch et al. (2005b) aduce que el nivel del paleolago alcanzo 30 m sobre el nivel actual del mar.
Los comentarios del anterior párrafo y las observaciones de imágenes Google Earth, permiten ver que los antiguos canales de drenaje se encuentran saturados a parcialmente saturados y con alta probabilidad de contener sedimentos finos blandos (arcillas-limos). La fuerte discontinuidad marcada por la punta Arenosa y la terraza glaciolacustre influye en patrones de drenaje superficial y subterráneo. Hay evidencia de altos caudales subterráneos (Szigethi, 2009, comunicación personal) y presencia de arenas sueltas con posible probabilidad de licuación.
La marcada glaciotectonización debida a los esfuerzos de empuje a que fueron sometidos los sedimentos es otra característica particular en la zona de estudio. Se observan cinturones de morrenas que en cortes viales permiten advertir complejos patrones de fallas y foliaciones orientadas indicando el sentido de avance glacial (figuras 5.12 y 5.13). .
41
Figura 5.9. Geomorfología glacial de la zona del Estrecho de Magallanes. Multiples sistemas de morrenas indican avances de glaciares en el Estrecho de Magallanes y seno Otway. Las letras A, B, C y D son sitios correlacionados con las figuras 5.9 y 5.10. La línea verde en la punta arenosa indica una paleocosta del gran lago proglacial. Glasser et al., (2008).
Punta Arenosa
B
A
C
D
Fig. 5.11
42
Figura 5.10. Geoformas glaciales en extenso campo al noroeste de Punta Arenas. A) Laguna y sedimentos retrabajados por un complejo patrón de drenaje. B) Campo de drumlins, laguna Cabeza de Mar y canales tortuosos de drenaje. C) Topografía de hoyos glaciarios y kame, con lagunas de distinto tamaño, además rastros de lineamiento glacial, lo que evidencia un glaciar de base humeda (warm-based). Glasser,(2008). D) Eskers y planicies de lavado. Las fotografías son de autoría propia.
A B
C D
43
Figura 5.11. Vista aérea oblicua del avance B y C del cinturón de morrenas al norte de Punta Arenas. (Ch) Canal de deshielo, (D) delta (DR) morfología drumlinizada, las flechas indican dirección del hielo de glaciaciones más antiguas. Tomado de Benn et al., (1998).
Figura 5.12. A) Morrena de empuje cerca a Punta Arenas. B) Esquema de la estructura interna de A. Benn et al., (1998).
A
B
DR
44
Figura 5.13. Detalle de estructura foliada, sección de morrena en vía hacia Club Andino, oeste de Punta Arenas.
El tipo de estructura y deformación de los sedimentos glaciales, dependen además del material (arena - arcilla), del régimen de flujo, del estado de esfuerzo al que son sometidos y al contenido de agua. Sedimentos bajo condiciones de permafrost se comportan como materiales frágiles, desarrollando más fácilmente fallamientos. Sedimentos arenosos, en régimen de flujo bajo pueden presentar laminaciones continuas onduladas, mientras que sedimentos blandos tipo limo arcilloso y con alto contenido de humedad, desarrollarán estructuras como calcos de carga, estratificación intraplegada, recumbente, contorsionada, escapes de fluidos, y polígonos de secamiento, entre otras (ver figura 5.14).
Figura 5.14. Parque Chabunco, al norte de Punta Arenas. A) Laminación continúa ondulada. B) Detalle de estructura de escape de fluidos.
En cuanto a los esfuerzos a que fueron sometidos los sedimentos en la zona y de acuerdo a reconstrucciones realizadas por Benn (1995) y Clapperton (2000), se
A B
45
evidenció que a medida que avanzaron las glaciaciones, el lecho por el cual transcurrió el Lóbulo Magallánico disminuyó en gradiente, reduciéndose también los esfuerzos de corte basales. Durante el avance B, los esfuerzos fueron del orden de 9 kPa con un gradiente marginal de 4 m/km, mientras que en el avance D, el gradiente fue cercano a cero y los esfuerzos basales de corte fueron muy pequeños. Estos mismos autores afirman que durante el UMG, el glaciar fue en su mayor parte de base húmeda, sobreyaciendo capas débiles deformadas. Sin embargo, en el avance D, el Lóbulo Magallánico fue predominantemente de base seca o cold ice, indicando condiciones de permafrost a nivel del mar pero solo cubriendo una franja relativamente cercana al margen del Lóbulo Magallánico (Benn, 1998), debido a que los drumlins están ampliamente extendidos con los límites del UMG. La zona de drumlins que sobreyacen sedimentos glaciotectonizados y la deformación de los till en el límite del avance B, indican que el Lóbulo Magallánico se movilizó sobre un sedimento saturado. En resumen, Punta Arenas puede considerarse después del UMG, como un valle de deshielo, delineado al oeste por cordones de morrenas laterales que se alinearon subparalelamente norte - sur con los antiguos márgenes glaciales (figura 5.15), correspondientes a los avances B y C, que terminaron al norte en canales que desaguan en el Estrecho de Magallanes (figura 5.11). Entre este lineamiento y la actual línea de costa, se depositaron distintos tipos de sedimentos glaciales y postglaciales, variando en sucesiones laterales y verticales, construyendo así una compleja estratigrafía: tills de empuje, tills basales, tills de flujo, deltas arenosos, planicies de lavado, arcillas varvadas, turba y sedimentos fluviales finos y gruesos de distinta compacidad.
Figura 5.15. Zona sur y parte del cinturón de morrenas laterales, al fondo Punta Arenas.
Estrecho de Magallanes
Morrena lateral
N
46
6. CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA
Se realizó el reconocimiento del área urbana y zona perimetral de Punta Arenas, recolectándose muestras encaminadas a la caracterización geotécnica en laboratorio, excepto el lugar P2 Chilote donde solo se realizó descripción estratigráfica de las calicatas observadas. La figura 6.1 presenta los lugares visitados.
La hipótesis principal de este trabajo se basa en el hecho que producto de la ciclicidad de eventos glaciares, más la modelación geomorfológica resultante y la posterior deglaciación, se han diferenciado distintos tipos de sedimentos, marcados por su estructura interna en respuesta a su depositación. De las muestras analizadas se distinguen principalmente tres tipos de suelos: el primero es un till glaciotectonizado producto de empuje, el segundo un till subglacial y el tercer tipo corresponde a sedimentos glaciolacustres con variaciones de su estructura de acuerdo a si fue depositado en una zona distal, proximal o intermedia de un frente glaciar, o bien una laminación homogénea procedente de un lago generado en una depresión. La hipótesis sugiere que es ésta estructura, la que afecta el comportamiento del suelo ante la imposición de cargas.
6.1 Descripción de los Lugares Visitados
La descripción corresponde a un recorrido sur – norte de la zona, su orden no es cronológico. Se realizaron varias campañas a terreno desde el año 2007, donde se recolectaron muestras y se reconocieron características fisiográficas de la zona en estudio. Al final de la sección se incluyen una serie de muestras suministradas al Laboratorio de Sólidos y Medios Particulados de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile, en el año 2006. Su localización no fue proporcionada y tampoco fue posible situarlas en el área, sin embargo se presentan dada la importancia en los resultados de los ensayos debido a su estructura.
47
Figura 6.1 Localización aérea del muestreo. Imagen Google Earth
48
6.1.1 P1 Cereco
Corresponde a muestras recolectadas en cercanías de un centro de asistencia social al menor, ubicado con las coordenadas S53°12'5,71" y W70°56'42,14". La profundidad de recolección de las muestras fue de 4,0 m, en la base de la calicata. No se presentó napa freática. El sitio se encuentra sobre una terraza marina de segundo nivel, en la cabecera de un delta formado por el río Los Ciervos. Este río junto con un canal de desagüe proveniente de antiguos deshielos, efectuó incisión sobre las terrazas, una vez se retiró el Lóbulo Magallánico (figura 6.2).
Figura 6.2. Lugar de toma de muestra, aguas arriba del delta río Los Ciervos. Imagen Google Earth.
A continuación se describe el perfil del suelo observado (figura 6.3A). Desde la superficie se encuentran 50 cm de capa vegetal, seguido de 1,50 m de material arcillo limoso color amarillento. A partir de esta cota se presenta un suelo arcilloso color gris azulado, con raíces y diaclasamiento marcado en dirección norte. La notoria división de los estratos, se debe a distintos grados de meteorización. La primera parte corresponde a una zona oxidada, la siguiente corresponde a una zona no meteorizada con algunas trazas oxidadas siguiendo el contorno de bioporos y permitiendo la entrada de oxígeno (raíces, figura 6.3B). Luego de los 4,5 m se presume que continúa una zona reducida, sin meteorizar.
En resumen el till corresponde a uno de matriz masiva arcillo limosa, de marcada glaciotectonización direccionada hacia el norte, indicando un movimiento del glaciar en posible avance durante el UMG. Posteriormente fue moldeado y convertido en terraza por los cambios en el nivel del mar en la franja litoral.
49
Figura 6.3. Lugar de muestreo P1 Cereco. A) Perfil estratigráfico. B) Till glaciotectonizado con trazas oxidadas.
6.1.2 P2 Chilote
En este lugar solo se efectuó un reconocimiento mediante calicatas de 4,5 m de profundidad, el punto se localiza en coordenadas S53°11'0,30" y W70°56'34,10" en cercanías al barrio Archipiélago de Chiloé. La calicata de exploración fue de 4,0 m, sin afloramiento de napa freática.
El perfil de suelo se describe como 10 cm de capa vegetal, seguido de 2,0 m de material arcillo limoso color amarillento, luego un estrato de turba de 30 cm de espesor y un estrato de 50 cm de suelo arcilloso color amarillento. A partir de esta cota continúa un suelo arcilloso color gris azulado, con sub-capas de arena muy gruesa y arcilla con raíces, de humedad media a alta (figura 6.4 A y B).
Se detalla un perfil superior fuertemente meteorizado con un particular estrato de turba (figura 6.4 C), el cual indica un período cálido que posteriormente fue cubierto por otro sedimento. En la zona se observan suaves ondulaciones del relieve; adyacente se delinea un cauce de agua que antiguamente se conectaba al Parque María Behety. La turba puede haberse depositado en una depresión abandonada y moldeada por el carácter meándrico del relicto cauce, truncado por el crecimiento urbano (figura 6.4 D).
A B
50
Figura 6.4. Lugar de muestreo P2 Chilote. A) y B) Alternancia de capas arcillosas con restos vegetales y de arena gruesa. C) Perfil estratigráfico, presencia de una capa de turba. D) Localización general y delineación del antiguo cauce
6.1.3 P3 Chiloé - Briceño
Se recolectaron muestras en el sitio de emplazamiento de los Edificios de la Armada, en la calle Chiloé esquina Briceño. El área de construcción cubrió alrededor de 4000 m2 (figura 6.5 A). El punto de muestreo se realizó hacia el sector SE de la excavación, a nivel de cabeza de pilotes de madera. El perfil de suelo mantiene la característica de una zona superior oxidada (figura 6.5 B). La estratigrafía se describe como 10 cm de capa vegetal, seguido de 6,0 m de material arcillo limoso color amarillento con intercalación de suelo limoso marrón, a partir de esta cota se presenta un suelo arcilloso color gris azulado, en apariencia homogénea con algo de gravas de tamaño máximo de 6 cm y laminaciones de arena en su parte Inferior, se observa leve foliación (figura 6.5 D-E) y una humedad media, con temperatura del suelo promedio de 6 ˚C. No se detectó napa freática.
En el sitio de recolección se puede diferenciar dos tipos de till, uno superior masivo sin estructura con algunas gravas de buen tamaño, se considera un till de flujo subglacial
A B
C D
M2
51
(figura 6.5 E). En la parte inferior se considera un till subglacial de matriz arcillosa más cercano a la zona basal, sus foliaciones indican sometimiento a esfuerzos de corte producto de un avance, pero la estratificación laminar (figura 6.5F) sugiere posiblemente un régimen termal basal húmedo. En este nivel se realizó la recolección de muestras.
El área de la excavación se considera particularmente compleja en cuanto al historial glacial y de esfuerzos al que fue sometido el sedimento. Lo anterior se sugiere, porque en una corta extensión de área se pueden detallar distintas estructuras, fallamientos y varios tipos de till.
Hacia el sector NE de la excavación se realizó un reconocimiento describiendose lo siguiente:
- Algunos taludes presentan fallas subverticales. En el numeral 4.5 se hace referencia al proceso por el cual los esfuerzos son “congelados y que una vez realizada la excavación, hay apertura de fisuras y diaclasas, en cuyos planos se moviliza la resistencia residual (figura 6.6A).
- Caída de bloques por planos de falla (figura 6.6B). El material corresponde a un till de matriz arcillosa homogénea con abundante gravilla subangular de tamaño máximo 1 cm, en el medio se observan dos estratificaciones de 10 cm de espesor de un till de matriz arcillosa sin presencia de gravillas y con un marcado fallamiento 1-1´ (figura 6.6C).
- Nivel de till superior con una notable foliación, se observan numerosos bioporos (principalmente canales de raíces), fracturamiento subvertical, pronunciadas manchas por oxidación (figura 6.6D). En un nivel subyacente se presenta el mismo till con menor estado de meteorización, sin embargo entre grietas se pueden observar planos compactos oxidados y lisos, (slickensides), figuras 6.6E y F. Esto puede sugerir flujo de fluidos en laminillas y de forma intermitente en las discontinuidades.
52
Figura 6.5. Lugar de muestreo P3 Chiloé -Briceño. A) Localización general B) Nivel sello fundación C) Recolección de muestras D) Estriaciones en till subglacial E) Till de flujo subglacial, con presencia de gravas en estratos superiores, F) Laminaciones arenosas del estrato subyacente al E.
A B
C D
E F
P3
53
Figura 6.6. Caracterización de la zona NE de excavación Chiloé - Briceño A) Falla subvertical B) Desprendimiento de bloques C) Planos de falla y falla normal D) y E) Foliaciones con selectivas oxidaciones a lo largo de fisuras F) Detalle de planos oxidados y lisos (slickensides).
0 50 cm
1
1ˊˊ|
D
A B
C
E F
54
6.1.4 P4 Planta de Lana
En el punto P4 se realizó muestreo en la parte posterior de una planta de lana, en donde actualmente se encuentra construido un galpón industrial. Las coordenadas del lugar son S53° 03'17,85" y W70°51'20,31", las muestras se extrajeron en calicata de 3.0 m de profundidad. El emplazamiento de la planta se encuentra en una terraza formada por un antiguo río meándrico que desemboca al Estrecho de Magallanes (figura 6.7).
Figura 6.7. Lugar de muestreo P4 Planta de Lana.
La estratigrafía se desarrolla en un perfil de 50 cm de relleno antropogénico (escombros, basuras), luego siguen 1,50 m de suelo meteorizado limo arcilloso de color amarillo, dentro de este estrato se encuentran 20 cm de suelo orgánico. Subyacente se presenta un suelo arcilloso color gris azulado, con humedad media a alta. Se observan estratificaciones del orden de 10 cm alternadas de arcilla y limo con láminas de arena fina. Se detallan raíces y agua ferrosa, que drena entre las capas arenosas. Particularmente durante la exploración se observó el colapso súbito de una lonja de suelo (figura 6.8).
P4
55
Figura 6.8 Caracteristicas del muestreo P4 Planta de Lana. A) Perfil estratigráfico en calicata y colapso de lonja suelo B) Drenaje entre capas de agua ferrosa. C) Detalle de interlaminado de arena y presencia de raíces.
De los sitios referidos anteriormente, hay evidencia de un perfil estratigráfico común. En la parte superior, un suelo color café de al menos 2-3 m, descrito como arcillas y limos oxidados, por lo general son zonas fracturadas que han sufrido procesos de desecamiento- humedecimiento. Subyaciendo se encuentran distintos tills gris-azulado
0 10 cm
A
C
0 50 cm
0 20 cm
B
56
o arcillas varvadas, sedimentos que están protegidos de la oxidación por esta primera capa.
6.1.5 M5 Laboratorio Sólidos
Varias muestras fueron recepcionadas en el Laboratorio de Sólidos y Medios Particulados de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile, sin tener conocimiento del lugar de recolección. Durante la confección de las probetas para ensayos de caracterización geotécnica se detallaron singularidades como: presencia de partículas de carbón, contenido de raíces, estructuras sedimentarias como ondulitas, microlaminación, arcillas varvadas, estructuras ondulantes longitudinales a la probeta, láminas de arena gruesa y fina con inclusiones de gravilla, presencia de clastos esporádicos de grava con tamaño máximo 1 cm, mica y fuerte oxidación al contacto ambiental (figura 6.9).
Por las características antes descritas y las observaciones realizadas, se presume que las muestras son de origen lagunar en unos casos y en otros depositados en zonas de inundación de riberas de ríos, todo en un ambiente reductor. El caso especial lo constituyó una muestra que se almacenó durante un año en cámara húmeda a una temperatura de 20˚C, (la temperatura en promedio del suelo en terreno es de 6˚C) posteriormente se observó que la muestra había generado un gel entre fracturas con una película de óxido. Este suelo fue analizado en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Chile por el profesor Víctor Cifuentes, encontrándose actividad biológica, generando cultivo de bacterias y hongos (figura 6.9E, F) En el Anexo A se presenta la clasificación de los microorganismos.
En cuanto a las esférulas de carbón, según Cárdenas (2006), en los sedimentos lacustres es frecuente encontrar partículas macroscópicas de carbón que son señales de actividad de fuego. Estos eventos son indicadores de cambios climáticos tanto a escala local como global. Sin embargo en el caso de las muestras la señal de fuego puede ser reciente (en tiempo geológico), ocurrido durante el asentamiento humano en Punta Arenas a fines del siglo XIX. Otra fuente posible de las esférulas puede ser de acarreos de los ríos, en especial del río Las Minas dado que en su cabecera se encontraban minas de explotación de carbón.
57
Figura 6.9. Caracterización del muestreo M5 Laboratorio Sólidos. A) Sección transversal de probeta; laminas de arena con gravilla de 5 mm B) Restos de esférulas de carbón C) Arcilla varvada D) Sección de probeta para triaxial; leves ondulaciones longitudinales con restos de raíces y esférulas de carbón E) Gel entre fracturamiento F) Cultivo biológico de E; los puntos blancos son bacterias y las formas globulares radiadas son hongos.
A B
C D
E F
58
6.2 Ensayos de Laboratorio
Con las muestras descritas en el acápite anterior se realizaron ensayos de clasificación, difracción de rayos x, consolidación edométrica y triaxiales CIU. Todas las probetas se tallaron a partir de especímenes recolectados in situ, a continuación se describe el método.
6.2.1 Toma de Muestras
Para recolectar las muestras en terreno se procedió de la siguiente manera:
- Apertura de calicata con retroexcavadora, lo que permitió una profundidad máxima de 4 m.
- Si el lugar era óptimo (i.e., suelo gris azulado masivo) y las condiciones eran óptimas (i.e., estabilidad de paredes y ausencia de infiltraciones de napa freática) se procedía a tomar la muestra figura 6.10A.
- Se preparaba un tubo PVC de 110 mm con base biselada y vaselina impregnada en las paredes externas e internas.
- Si la naturaleza del suelo lo permitía (i.e., pegajosidad y alta consistencia), la introducción del tubo era manual, de lo contrario y debido a la resistencia ejercida, se empleaba el dispositivo de la figura 6.10C, inspirado en lo detallado del proyecto North American Glacial Varve. (http://geology.tufts.edu/varves/Field/outcrop.asp).
- Para mantener las condiciones de humedad se sellaban los dos orificios con parafina derretida y tapones de PVC.
- Se embalaban en cajones para transporte, con espuma circundante para minimizar los golpes.
Durante la recolección de las muestras en Cereco, se comprobó el carácter plástico y de reptación del suelo. Por 12 horas se dejó sin confinar el suelo que luego adoptó la forma de la figura 6.10B, a partir de un estado inicial como el de la figura 6.10A.
C
59
Figura 6.10. Recolección de muestras in-situ. A) Muestras Chiloé-Brieño en tubos 110 mm de B) Muestra de suelo sin confinar despues de 12 horas de recolectada, humedad media. C) Dispositivo empleado en casos de dificultad en recolección manual
6.2.2 Granulometría y Difracción de Rayos X
Los sedimentos analizados se caracterizan por una matriz fina. Su tamaño y distribución se ve influenciada por la roca de origen, la forma de depositación y en el caso de till tipo subglacial por la distancia de transporte. En los till masivos analizados se encontraron líticos redondeados a subredondeados de cuarzo, y fragmentos de rocas metamórficas, sedimentarias y volcánicas. La variación de los componentes de la fracción fina
A B
C
60
(menor a 0,002 mm) es la que domina el comportamiento mecánico del suelo. La fracción de clastos presentes en las muestras ensayadas fue menor al 5% por lo que se consideran suelos dominados por la matriz. Se realizaron ensayos de granulometría con la técnica de rayo laser en el Laboratorio de Sedimentología de la Universidad de Chile con un equipo Mastersizer 2000. Se determinaron las proporciones de arena, limo y arcilla a cuatro muestras, presentándose los resultados en la tabla 6.1 y la figura 6.11. Todas las muestras, antes de realizar la granulometría laser, se tamizaron bajo malla 200 (abertura tamiz 0.074 mm).
Tabla 6.1 Fracciones de tamaño arena, limo y arcilla de muestras analizadas
El limo es el mayor componente en la matriz de todas las muestras, mientras que la fracción arcillosa, de tamaño menor a 0,002 mm, se encuentra en porcentajes por debajo del 15%. La fracción arena es la más baja con menos del 11% a nula, como el caso de Planta de Lana. Por la génesis del suelo (abrasión glacial) se deduce que los suelos fueron derivados principalmente de polvo de roca. Las curvas granulométricas de la figura 6.11, permiten afirmar que los suelos son bien graduados (todos los tamaños presentes) y que la muestra de Cereco es la más gruesa, mientras que las demás mantienen una similitud.
Figura 6.11 Granulometría por difracción laser para tamaños menores a 0.074 mm
Planta Lana
(%)
M5_LS Arcilla
varvada (%)
Chiloe-Briceño
(%)Cereco (%)
Arena 0 11 5 2
Limo 85 81 83 84
Arcilla 15 8 12 14
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,0001 0,001 0,01 0,1 1
% q
ue
pas
a
Tamaño Partícula (mm)
GranulometríaBajo Tamiz No. 200
Planta Lana
Arcilla Varvada
ChiloeBriceño
Cereco
61
Como es la fracción arcillosa la que domina el comportamiento del suelo, se realizaron ensayos de difracción de rayos x en un difractómetro de polvo cristalino SIEMENS D5000, perteneciente al Laboratorio de Cristalografía del Departamento de Física de la Universidad de Chile. Las dos muestras, Planta de Lana y Cereco (resultados en el Anexo B), fueron los especímenes con mayor porcentaje de arcilla (15%). Se identificaron dos tipos de minerales de arcilla: vermiculita y montmorillonita, de acuerdo a la base de datos del programa del laboratorio de cristalografía. El análisis fue cualitativo, por tanto no se determinó la cantidad de los dos tipos de arcilla encontradas en las muestras.
La vermiculita es producto de alteración de biotita (mica), se caracteriza por contener iones intercambiables localizados entre capas de moléculas de agua, teniendo su estructura la capacidad de retener cantidades variables de agua. Sin presencia de
agua, su espacio basal entre capas es de 9.0Å y en estado expansivo pasa a 14.8 Å (Klein, 1998). La montmorillonita del grupo de las esmectitas, tiene una estructura similar a la vermiculita y es producto de la alteración de cenizas volcánicas. Las vermiculitas al igual que las montmorillonitas poseen una alta capacidad de intercambio catiónico, por tanto los dos minerales de arcilla encontrados en las muestras son metastables y tienen capacidad de hinchamiento.
Es de aclarar en el punto anterior, que la capacidad de hinchamiento - contracción, también depende del tipo de ión absorbido; una montmorillonita cálcica (Ca2+), puede tener una respuesta entre el 60 y 100% del cambio volumétrico, en términos de actividad Ac=1,5, mientras que una montmorillonita sódica (Na+) puede tener el 2000% del volumen original con un Ac=6.0 (Kempfert, 2006). Las muestras Planta de Lana, tuvieron reacción con el ácido hidroclorhídrico, evidenciando fuerte efervescencia, indicando presencia de carbonato de calcio. Si bien lo anterior no es concluyente, en cuanto a que no exista Na+, si indica que hay un cementante cálcico en el suelo y que el grado de expansividad de la montmorillonita puede ser mucho menor. En la figura 2.8 se evidencia la caída de capas de tefra del volcán Reclus y Mt. Burney, adicionalmente McCulloch (2005b), en Barranco Amarillo (en el perímetro sub-urbano de Punta Arenas) encuentra evidencia de una capa de ceniza volcánica del volcán Reclus, siendo posiblemente lo anterior, el origen de la montmorillonita.
6.2.3 Límites de Atterberg
Los ensayos se realizaron de acuerdo a la norma ASTM D4318-05 en el Laboratorio de Sólidos y Medios Particulados de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile. Los suelos ensayados son mayoritariamente de matriz fina limo-arcillosa y por su consistencia se emplearon dos metodologías: la definida en la norma como preparación en seco y otra en condición natural, es decir sin tamizar bajo malla No. 40 y a humedad natural, ambas usando el método de varios puntos.
62
Para las muestras de Laboratorio de Sólidos, con el método seco norma (ASTM D4318-05), se evaluaron las siguientes condiciones: secado al horno a 60˚C y 100˚C por 24 horas, y secado al aire expuesto al sol y a la sombra, durante el tiempo necesario hasta encontrar peso constante.
Figura 6.12 Carta de plasticidad para las muestras M5 (Laboratorío Sólidos).
En la figura 6.12 se observa que las dos muestras de Laboratorio de Sólidos tomadas en distintos sitios denominadas M5LS1 y M5LS2, difieren en plasticidad, clasificándose de acuerdo al USCS en arcillas de alta y baja plasticidad respectivamente. En M5LS1 el efecto del secado al sol hace aumentar la plasticidad, mientras que el efecto de seco al
aire en sombra es similar al secado en horno a 60 C. La muestra ensayada en estado natural presenta un IP y LL más bajo que todos los anteriores. Para la muestra M5LS2
solo se comparó el efecto secado al horno a 100 C y en estado natural, mostrando el aumento de plasticidad al someter la muestra al secado.
De lo anterior puede decirse que M5LS1 tiene mayor contenido de arcilla y que el efecto del secado depende del tipo de mineral de arcilla. Para el caso de los minerales expansivos (montmorillonita y vermiculita), llegan a su mínimo espacio entre capas una vez secos y que al contacto con el agua se reactivan de manera drástica afectando los IP y LL. Por otro lado, en estado de humedad natural, las entre-capas arcillosas se mantienen hidratadas y no presentan cambios bruscos durante las variaciones de humedad a que son sometidas durante el ensayo.
0
10
20
30
40
50
0 10 20 30 40 50 60 70
Ind
ice
de
Pla
sti
cid
ad
IP
Límite Líquido LL
Seco horno 100 Seco al aire en sombra Seco al sol
Seco horno 60 Natural 2 m Natural 1m
linea A Linea U
CL - ML ML
MH
M5LS1
M5LS2
CH
CL
63
La figura 6.13 presenta la muestra de Planta de Lana y se detalla su inactividad frente al
efecto al secado en horno a 60 C. Los IP y LL coinciden con el estado natural, clasificando al suelo como una arcilla de baja plasticidad.
Figura 6.13 Carta de plasticidad para Planta de Lana (2008) clasifica como una arcilla de mediana plastcidad.
La figura 6.14 presenta la muestra de Chiloé-Briceño y Cereco. Se detalla que Cereco es más plástico que Chiloé-Briceño, pero ambas clasifican como arcillas de baja plasticidad (CL), presentando inactividad frente al efecto del tipo de secado, especialmente Cereco.
0
10
20
30
40
50
0 10 20 30 40 50 60 70
Ind
ice
de
Pla
sti
cid
ad
IP
Límite Líquido LL
Natural 01 M1 Planta Lana Natural 02 M1 Planta Lana Seco horno 60
LINEA A LInea U Natural M2
CL - MLML
MH
CH
CL
64
Figura 6.14 Carta de plasticidad. Muestras Chiloe-Briceño clasificando como arcilla de baja plasticidad y Cereco como arcilla de mediana plasticidad (2009).
Con la información obtenida de la granulometría laser y los límites de Atterberg se calculó la actividad (Skempton, 1953) mediante la ecuación:
En la tabla 6.2 se presentan los rangos de expansividad de acuerdo a experiencias españolas.
Tabla 6.2 Criterios de expansividad por contenido de fracción arcillosa. Según Rodríguez (1975).
Expansividad Actividad Ac
Baja 0,5
Media 0,5 – 0,7
Alta 0,7 – 1,0
Muy alta 1,0
0
10
20
30
40
50
0 10 20 30 40 50 60 70
Ind
ice
de
Pla
sti
cid
ad
IP
Límite Líquido LL
Cereco sombra CerecoNatural
linea A Linea U
ChiloeBrSombra ChiloeBrHorno100C
CL - ML ML
MH
CH
CL
65
De acuerdo al criterio español, se observa que la muestra Chiloé-Briceño presenta una actividad normal, mientras que Planta de Lana y Cereco tienen una actividad alta a muy alta (figura 6.15).
Figura 6.15 Actividad de las arcillas de tres muestras ensayadas, Planta de Lana, Cereco y Chiloé-Briceño.
De acuerdo a la carta de la figura 6.16, se detalla que los suelos ensayados tienen una actividad media, de manera que el criterio de actividad tiene una componente local y de sitio. En cuanto a Punta Arenas se ha observado, hinchamiento, además de asentamientos por espesores de turba, como es el caso de la población El Ovejero (figura 6.17). Se induce que la montmorillonita presente, por el máximo grado de actividad alcanzado, Ac= 1,1 y efervescencia con ácido hidroclorhídrico, es cálcica.
0
5
10
15
20
25
30
35
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Ind
ice
de
Pla
stic
idad
IP
Contenido de arcilla <2 m (%)
Actividad Arcilla
Baja (0,45)
Chiloe - Briceño(0,8)
Planta de Lana(1,1)
Cereco(1,08)
Muy Alta (1,40)
Normal (0,70)
66
Figura 6.16 Carta de estimación de la actividad de suelos arcillosos (Bell, 1993), tomado de Kempfert, (2006).
Figura 6.17 Levantamiento de losas de hormigón, Población El Ovejero, Punta Arenas.
En la figura 6.18 se presenta un resumen de todas las muestras ensayadas y una comparación de datos recopilados por Carrasco (1997), en donde se detalla que los suelos en Punta Arenas varían desde arcillas de baja plasticidad a alta plasticidad y solo en muy pocos casos clasifican como limos de baja y alta compresibilidad. Se observa además, que hay una porción de arcillas que tienen índices de plasticidad bajos, lo cual indica un rápido cambio de estado plástico a estado líquido, al aumentar
Planta de lana Cereco Chiloé-Briceño
Expansión muy alta
Expansión alta
Expansión media
Expansión baja
Suelos blandos lacustres sur de Alemania
Fracción arcilla < 2 µm (%)
Ind
ice d
e P
lasticid
ad
IP
(%
)
67
el contenido de humedad (Giraud,1991), comportándose como un flujo de propiedades viscosas. Estas situaciones son críticas cuando la humedad es permanente (napa freática a nivel de superficie) o sitios donde sean frecuentes las fluctuaciones de humedad. En la figura 6.19 se observa un comportamiento singular del suelo, donde se comporta como un flujo viscoso al ser removido por la cuchara de la retroexcavadora, sin permitir que personas se hundan en la masa.
Figura 6.18 Carta de plasticidad comparativa entre muestras ensayadas en este estudio y datos de otras sitios encontrados en la literatura.
Figura 6.19 Captura de imagen de video, donde el suelo removido por la retroexcavadora se comporta como un flujo viscoso.
0
10
20
30
40
50
60
70
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Ind
ice
de
Pla
sti
cid
ad
IP
Límite Líquido LL
Cereco sombra CerecoNatural linea A
Linea U ChiloeBrSombra ChiloeBrHorno
M5Lab.Solidos 1m Planta lana M1 Planta Lana M2
Planta Lana M3 M5Lab.Solidos 2m Carrasco
CL - ML
ML
MH
CL
CH
68
6.2.4 Ensayos de Consolidación
Se realizaron ensayos de consolidación edométrica siguiendo los lineamientos de la norma D 2435-02 sobre probetas inalteradas, empleando un anillo con área de 40 m2, excepto para la muestra M5LS20 que se montó sobre un anillo de 20 cm2. Los incrementos de carga se llevaron a cabo una vez estabilizadas las deformaciones, empleando como criterio la obtención de dos lecturas iguales. Los resultados se presentan en curvas de relación de vacios versus carga vertical tanto en escala logarítmica como aritmética. Los coeficientes de consolidación Cr y Cc, así como el índice de vacios inicial, se presentan en un recuadro en cada gráfico para la correspondiente muestra.
El índice de compresibilidad cv que indica la velocidad de asentamiento a determinado esfuerzo, fue evaluado por el método de Taylor. Los resultados se presentan en gráficos y como resumen en la tabla 6.3. En el Anexo C se adjuntan las curvas deformación versus raíz del tiempo para cada carga vertical.
A continuación se describen las muestras que se emplearon para el montaje de las probetas. Las muestras M5LS20 y M5LS40 obtenidas del Laboratorio de Sólidos de la Universidad de Chile, se describen visualmente a partir de la probeta tallada.
La muestra M5LS40, se recolectó a 3 m de profundidad y se montó sobre un anillo de consolidación de 40 cm2. La probeta obtenida se describe como una arcilla de mediana a alta plasticidad, con laminaciones milimétricas a centimétricas de limo y arena, de color gris, de humedad media a alta, con presencia de trazas de óxido de hierro y raicillas. Las intercalaciones de arena son de color amarillo, presentando mica y uniformidad en tamaño. La muestra en conjunto presenta olor característico a óxido metálico y un contenido de materia orgánica aproximadamente del 30% El ambiente de depositación se presume en acuático de baja energía, tipo zona central en un lago (figura 6.20).
Figura 6.20. Muestra M5LS40. A) Tallado de muestra para consolidación B) Muestra natural secada al horno a 60˚C y 2 m de profundidad, detalle de micro estratificación
A B
69
En las figuras 6.21 y 6.22 se presentan los resultados obtenidos. Se detalla que el suelo se comporta como una arcilla normalmente consolidada (NC), observándose claramente en la escala aritmética. En la figura 6.23, el coeficiente de compresibilidad cv, a presiones muy bajas (menores a 0,5 kg/cm2) los valores no parecen afectarse y permanecen altos, para luego disminuir notablemente a valores muy bajos después de 2 kg/cm2.
Figura 6.21. Muestra M5LS40. Relación de vacios vs tensión vertical, en escala logarítmica
Figura 6.22. Muestra M5LS40. Relación de vacios vs tensión vertical en escala aritmética
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,55
0,60
0,65
0,70
0,75
0,80
0,10 1,00 10,00 100,00
Ind
ice
de
Va
cío
s,e
Tensión Vertical [kg/cm2]
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,55
0,60
0,65
0,70
0,75
0,80
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00
Ind
ice
de
Va
cío
s,e
Tensión Vertical [kg/cm2]
Cr=0,05
Cc=0,30
eo=0,77
70
Figura 6.23. Muestra M5LS40. Coeficientes de compresibilidad vs tensión normal
La muestra M5LS20 fue montada en un anillo de consolidación de 20 cm2. Al tallar la probeta se realizó la siguiente descripción: arcilla de mediana a alta plasticidad, de color gris, de humedad media a alta, con presencia de raicillas e intercalaciones de arena limpia de color gris con clastos esparcidos subangulares de 3 mm. La muestra en conjunto posee un olor característico a óxido metálico. Se definen laminaciones de sedimentos finos con espesores de 1 mm y sedimentos arenosos con espesores entre 0,5 mm a 1 mm. El contenido de materia orgánica es aproximadamente del 10%. El ambiente de depositación se presume en acuático de mediana a alta energía, por las estructuras sedimentarias observadas (figura 6.24).
En las gráficas de las figuras 6.25 y 6.26 se presentan los resultados obtenidos de los ensayos de consolidación. Igual que para M5LS40, el suelo M5LS20 se comporta como una arcilla normalmente consolidada (NC). En la figura 6.27, el coeficiente de compresibilidad cv, muestra una tendencia a disminuir al aumentar la presión. Se detalla que a cargas menores de 2 kg/cm2, se presenta una dispersión de los datos pero que sobrepasada esta carga, los valores disminuyen a valores de 10 m2/año.
Las dispersiones de cv pueden ocurrir por las siguientes razones: 1) la consolidación ocurre tan rápidamente a ese nivel de carga haciendo que la determinación del tiempo al final de la consolidación primaria se dificulte; 2) fisuras existentes, en bajo niveles de esfuerzo pueden afectar las tasas de drenaje.
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
0,10 1,00 10,00 100,00
Cv
(m
²/a
ño
)
Tensión normal (kg/cm²)
cv (m
2/a
ño)
71
Figura 6.24. Muestra M5LS20 tomada a 1 m de profundidad, detalle de estratificación.
Figura 6.25. Muestra M5LS20. Relación de vacios vs tensión vertical en escala logarítmica.
0,70
0,80
0,90
1,00
1,10
1,20
1,30
1,40
0,10 1,00 10,00 100,00
Ind
ice
de
Va
cío
s, e
Tensión Vertical [kg/cm2]
Cr=0,065
Cc=0,42
eo=1,35
72
Figura 6.26. Muestra M5LS20. Relación de vacios vs tensión vertical, en escala aritmética.
Figura 6.27. Muestra M5LS20. Coeficientes de compresibilidad según Taylor vs tensión normal
La muestra Planta de Lana se recolectó en una zona de ambiente de depositación de baja energía, en un área de inundación fluvial. En las figuras 6.28 y 6.29 se presentan los resultados de consolidación. En escala aritmética se detallan dos aspectos: el primero, el suelo tiene un colapso en la relación de vacíos al inicio del ensayo y el segundo, se presenta una leve preconsolidación de 0,20 kg/cm2, pero en general se
0,70
0,80
0,90
1,00
1,10
1,20
1,30
1,40
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00
Ind
ice
de
Va
cío
s, e
Tensión Vertical [kg/cm2]
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
100,0
110,0
0,10 1,00 10,00 100,00
Cv
(m
²/a
ño
)
Tensión normal (kg/cm2)
cv (m
2/a
ño)
73
considera un comportamiento de una arcilla normalmente consolidada (NC). Con respecto a lo primero, durante la realización de este ensayo, se permitió estabilizar una carga de 0,1 kg/cm2 en seco durante 1 día, luego se saturó la muestra durante otro día, experimentando un leve hinchamiento de menos del 1%. Al tercer día se procedió con la siguiente carga, 0,25 kg/cm2. Se considera que el efecto de dejar estabilizar la carga en seco produjo un colapso súbito debido al cierre de microfisuras y canales ocupados por material vegetal (figura 6.8C).
El coeficiente de compresibilidad de la muestra Planta de Lana, tiene un comportamiento bien marcado, antes de 1 kg/cm2 presenta valores altos y posterior a esa carga, valores muy reducidos, menos de 5 m2/año (figura 6.30), esto indica claramente un comportamiento NC, después de 1 kg/cm2, y teniendo en cuenta los esfuerzos verticales actuales, se calcula un OCR<2.
Figura 6.28. Muestra Planta de Lana. Relación de vacios vs tensión vertical en escala logarítmica.
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
0,10 1,00 10,00
Ind
ice
de
Va
cío
s, e
Tensión Vertical [kg/cm2]
Cr=0,030
Cc=0,31
eo=1,06
74
Figura 6.29. Muestra Planta de Lana. Relación de vacios vs tensión vertical, en escala aritmética.
Figura 6.30. Muestra de Planta de Lana. Coeficientes de compresibilidad vs tensión normal.
Para la muestra Chiloé-Briceño considerada como till basal, el comportamiento es de una arcilla normalmente consolidada desde el inicio del ensayo, como se detalla en escala aritmética (figura 6.32). Se observa que el comportamiento del coeficiente de
compresibilidad cv es gradual y decreciente a mayores cargas, llegando a un mínimo de
20 m2/año (figura 6.33).
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
1,10
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5
Ind
ice
de
Va
cío
s, e
Tensión Vertical [kg/cm2]
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
0,10 1,00 10,00 100,00
Cv
(m
²/a
ño
)
Tensión normal (kg/cm2)
cv (m
2/a
ño)
75
Figura 6.31. Muestra Chiloé-Briceño. Relación de vacios vs tensión vertical, en escala logarítmica.
Figura 6.32. Muestra Chiloé-Briceño. Relación de vacios vs tensión vertical, en escala aritmética.
0,40
0,42
0,44
0,46
0,48
0,50
0,52
0,54
0,56
0,58
0,10 1,00 10,00
Ind
ice
de
Va
cío
s, e
Tensión Vertical [kg/cm2]
0,40
0,42
0,44
0,46
0,48
0,50
0,52
0,54
0,56
0,58
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50
Ind
ice
de
Va
cío
s,e
Tensión Vertical [kg/cm2]
Cr=0,019
Cc=0,13
eo=0,56
76
Figura 6.33. Muestra Chiloé-Briceño. Coeficientes de compresibilidad vs tensión normal.
La muestra Cereco, que corresponde a un till de empuje, sometido a esfuerzos compresivos, presenta un comportamiento similar a Chiloé y Briceño, y al igual que los demás suelos ensayados en este estudio, tiene un comportamiento de una arcilla normalmente consolidada (NC) (figuras 6.34 y 6.35). Los coeficientes de compresibilidad (figura 6.36) van disminuyendo gradualmente hasta encontrar un valor de 15 m2/año al final del proceso de carga.
Figura 6.34. Muestra Cereco. Relación de vacios vs tensión vertical, en escala logarítmica.
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
0,10 1,00 10,00 100,00
Cv
(m
²/a
ño
)
Tensión normal (kg/cm2)
0,45
0,47
0,49
0,51
0,53
0,55
0,57
0,59
0,61
0,63
0,65
0,10 1,00 10,00
Ind
ice
de
Va
cío
s, e
Tensión Vertical [kg/cm2]
Cr=0,04
Cc=0,12
eo=0,63
cv (m
2/a
ño)
77
Figura 6.35. Muestra Cereco. Relación de vacios vs tensión vertical, en escala aritmética.
Figura 6.36. Muestra Cereco. Coeficientes de compresibilidad vs tensión normal
En la tabla 6.2 se presenta un resumen de los principales resultados obtenidos de los ensayos edométricos y propiedades índice. Se observa que los sedimentos de ambiente acuático son los que presentan las relaciones de vacios iniciales y coeficientes de consolidación mayores. Para las muestras de till basal y de empuje, se obtienen bajos coeficientes de consolidación, Cc y menores índices de vacios iniciales,
0,45
0,47
0,49
0,51
0,53
0,55
0,57
0,59
0,61
0,63
0,65
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00
Ind
ice
de
Va
cio
s, e
Tensión Vertical [kg/cm2]
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
140,0
160,0
180,0
0,10 1,00 10,00 100,00
Cv
(m
²/a
ño
)
Tensión normal (kg/cm2)
cv (m
2/a
ño)
78
e0. Para todos los suelos ensayados, las presiones de preconsolidación son muy leves o nulas, por tanto se consideran arcillas NC. En la figura 6.37 se compara la humedad de saturación con respecto a los límites líquido y plástico, encontrándose que Planta de
Lana es la muestra con el estado de humedad sat coincidente con el límite líquido, lo que confirma un comportamiento NC, además que si llegase alcanzar este estado, se podría convertir en un suelo fluido inestable.
Muestra de suelo
Ambiente sedimentario
Cc Cr e0 d (gr/cm
3)
sat (gr/cm
3)
Gs LP LL n
(%)
M5LS40 Lagunar 0,30 0,05 0,77 1,50 1,92 2,63 25,4 53,8 19
M5LS20 Acuático alta
energía 0,42 0,065 1,35 1,12 1,70 2,63 19,7 28,6 20
Planta lana
Inundación fluvial
0,31 0,03 1,06 1,31 1,82 2,70 21,2 40,3 36
Chiloé-Briceño
Till basal 0,13 0,019 0,56 1,73 2,10 2,70 12,2 23,4 18
Cereco Till de empuje 0,12 0,04 0,63 1,66 2,05 2,70 16,4 33,3 23
Tabla 6.2. Resumen de coeficientes de consolidación Cc, Cr y propiedades índice
Figura 6.37. Escala de contenidos de humedad en porcentaje donde: sat=humedad de
saturación, LP=límite plástico y LL=límite líquido
0
1
2
3
4
5
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Cereco
Chiloe Briceño
sat
M5LS20
M5LS40
LLMUESTRA
Planta Lana
LP
(%)
79
La tabla 6.3 presenta un resumen de todos los coeficientes de compresibilidad. Se observa una disminución a medida que aumenta la carga vertical, lo cual se hace notable después de 1 kg/cm2, exceptuando la muestra M2 que presenta un comportamiento más errático. Con lo anterior se exhibe una misma tendencia de la reducción de cv con los niveles de carga cuando se entra al rango normalmente consolidado.
Tensión Vertical
cv (m2/año)
Kg/cm² M1 M2 M3 M4 M5
0,25 81,3 29,5 73,6 103,4 81,1
0,5 35,1 48,9 72,5 82,5 65,6
1 33,7 21 3,4 27,9 26,8
2 18,7 44,9 3,6 19,4 18,8
4 4,3 10,3 2,3 18,4 7,9
6 2,6
8 2,8 9,4
16 1,5 9,1
Tabla 6.3. Resumen de coeficientes de compresibilidad cv para distintos estados de carga. M1)
M5LS40, M2) M5LS20, M3) Planta de Lana, M4) Chiloé-Briceño, M5) Cereco.
6.2.5 Triaxiales Consolidados no Drenados (CIU)
Se realizaron ensayos triaxiales convencionales no drenados, con probetas cilíndricas (diámetro 5 cm y altura 10 cm) talladas a partir de testigos inalterados. Una vez montadas en la base del triaxial, se les colocó papel filtro para permitir una saturación homogénea (figura 6.38 C). Luego acondicionadas en la celda, se les hizo pasar CO2 y se dejaron saturar por 24 horas, ya que por su condición arcillosa se dificultó el paso del agua a través de la probeta. Igualmente para alcanzar una consolidación isotrópica con volumen constante fue necesario un período mínimo de 24 horas. Se verificó el BP (back pressure) como ≥0.95. El ensayo fue a deformación controlada con una velocidad de carga de 0,13 %/min para todas las probetas.
Las primeras muestras ensayadas correspondieron a las recibidas en el Laboratorio de Sólidos de la Universidad de Chile (M5LS). Las probetas se describieron a partir de su confección (figura 6.38 A y B) como suelos de matriz arcillo limosa de color gris azul, con lentes irregulares de limo y arcilla con leves ondulaciones, con abundantes restos de material vegetal, y fuerte oxidación al contacto con el aire. Su procedencia se presume de sistemas acuáticos de baja a alta energía. Con estos ensayos se ha evaluado la respuesta de tres muestras de suelo en condición no drenada en probetas de diámetro 5 cm y altura 10 cm
80
Figura 6.38. Confección de probeta de la muestra Laboratorio de Sólidos M5LS. A) Presión de
cámara 3 =0,5 kg/cm2 ,en recuadro, detalle de restos de material vegetal. B) Presión de
cámara 3 =2,0 kg/cm2. C) papel filtro para facilitar saturación.
En las figuras 6.39 a 6.41, se presentan las curvas tensión-deformación (q v/s deformación unitaria), variación de presión de poros versus deformación axial unitaria y las trayectorias de tensiones efectivas en el espacio q-p’. Se procedió el ensayo con presiones de confinamiento de 0,5, 1,0 y 2,0 kg/cm2.
En la figura 6.41 en el espacio de tensiones efectivas q-p’, se observa un quiebre en la línea de estado último, diferenciando entre un comportamiento dilatante de uno contractivo entre las presiones de confinamiento de 1.0kg/cm2 y 2.0kg/cm2, lo cual sugiere que la presión de pre-consolidación isotrópica se encuentra en ese rango. Al observar las presiones de poros se confirma una leve caída (figura 6.40)
En cuanto a los parámetros de resistencia al corte, ángulo de fricción y cohesión C, se
tiene para un estado pre-consolidado, = 22º y C=0,26 kg/cm2, mientras que para un
estado normalmente consolidado (NC), = 26º y C 0kg/cm2 (figura 6.41).
A B C
81
Figura 6.39. Muestra del Laboratorío de Sólidos. Resistencia al corte versus deformación axial.
Figura 6.40. Muestra del Laboratorío de Sólidos. Variación de la presión de poros versus deformación axial
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
q [k
g/cm
2]
Deformación unitaria (%)
Pc= 0,5kg/cm2 Pc=1,0kg/cm2 Pc= 2,0kg/cm2
ESFUERZO DEFORMACIÓN CIU e vs q
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Va
ria
ció
n P
resi
ón
de
Po
ros
[kg
/cm
2]
Deformación unitaria (%)
Pc= 0,5kg/cm2 Pc=1,0kg/cm2 Pc= 2,0kg/cm2
PRESIÓN DE POROS CIU
82
Figura 6.41. Muestra del Laboratorío de Sólidos, trayectoria de tensiones efectivas.
Con las muestras Cereco, descritas en el numeral 6.1.1, se tallaron probetas a partir de testigos recolectados in situ (figura 6.42), el suelo se describe como un till de matriz masiva arcillo limosa, de apariencia compacta y con marcado diaclasamiento. En las figuras 6.43 a 6.45 se presentan los gráficos de las curvas tensión-deformación, variación de presión de poros y trayectorias de tensiones efectivas.
Figura 6.42. Toma de muestra, Cereco (2009).
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50
q=
(s1
-s3
)/2
kg
/cm
2
P= (s1`+s2`+s3`)/3 kg/cm2
TRAYECTORIA DE ESFUERZOS CIU, p-q
Pc=0,5 kg/cm2 Pc=1 kg/cm2 Pc= 2 kg/cm2
= 22
C=0,26 kg/cm2
=26
C=0,07 kg/cm2
83
Figura 6.43. Muestra Cereco. Resistencia al corte versus deformación axial.
Figura 6.44. Muestra Cereco. Variación de la presión de poros versus deformación axial
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
q=
(s1
-s3
)/2
, [
kg
/cm
²]
Deformación Unitaria e, [%]
ESFUERZO DEFRORMACIÓN CIU, e - q
Pc=1,0kg/cm2 Pc=2.0kg/cm2 Pc=3,0kg/cm2
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
1,80
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Va
ria
ció
n P
res
ión
de
Po
ros
, [
kg
/cm
²]
Deformación Unitaria,e [%]
PRESIÓN DE POROS CIU, e - Du
Pc=1,0 kg/cm2 Pc=2.0 kg/cm2 Pc=3,0 kg/cm2
84
Figura 6.45. Muestra Cereco. Trayectoria de tensiones efectivas
Del grafico de la figura 6.45 se obtienen los parámetros de resistencia al corte, con = 35º y cohesión nula. Las trayectorias tensiones efectivas presentadas, muestran un comportamiento contractivo acompañado de un comportamiento dilatante.
Para las muestras de Chiloé-Briceño, que corresponden a un till subglacial de matriz arcillosa, con estructura foliada (figura 6.5 D, F), se presentan las curvas de tensión-deformación, variación de presión de poros y trayectorias de tensiones efectivas en los gráficos de las figuras 6.46 a 6.48.
Los parámetros de resistencia al corte son: = 30º y C=0,15 kg/cm2. Para presiones menores a 2,5 kg/cm2se detalla un leve cambio de fase y un cambio de comportamiento, fuertemente contractivo después de 5,0 kg/cm2, (figura 6.48).
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
q=
(s1
-s3
)/2
, [k
g/c
m²]
p'=(s1'+s2`+s3')/3 [kg/cm²]
TRAYECTORIA DE ESFUERZOS CIU, p - q
Pc=1,0 kg/cm2 Pc=2.0kg/cm2 Pc=3,0kg/cm2
= 35C=0 kg/cm2
85
Figura 6.46. Muestra Chiloé-Briceño. Resistencia al corte versus deformación axial.
Figura 6.47. Muestra Chiloé-Briceño. Variación de la presión de poros versus deformación
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
q=
(s1
-s3
)/2
, [
kg
/cm
²]
Deformación Unitaria e, [%]
ESFUERZO DEFORMACIÓN CIU, - q Chiloé-Briceño
Pc=1,0 kg/cm2 Pc=2,5kg/cm2 Pc=5,0 kg/cm2
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Va
ria
ció
n P
res
ión
de
Po
ros
, [
kg
/cm
²]
Deformación Unitaria, e, [%]
PRESIÓN POROS CIU, e - Du Chiloé-Briceño
Pc=1,0kg/cm2 Pc 2,5kg/cm2 Pc=5,0kg/cm2l
86
Figura 6.48. Muestra Chiloé-Briceño. Trayectoria de tensiones efectivas
6.3 Análisis y Discusión de los Resultados de los Ensayos de Laboratorio
Los suelos ensayados en este estudio clasifican de acuerdo al USCS, como arcillas de baja a mediana plasticidad (IP<20 y LL <40), y para un caso particular, como una arcilla
de alta plasticidad (IP<40 y LL 60). De los estudios revisados, se encuentra que en Punta Arenas existe un amplio rango de suelos que clasifican como arcillas de baja, media y alta plasticidad. Este amplio espectro se debe a la cantidad y tipo de minerales arcillosos, los cuales varían de acuerdo a: el ambiente de depositación, lugar geográfico de extracción, humedad, profundidad de recolección y grado de meteorización.
Se encontró que estos suelos, relativamente, no son susceptibles al tipo de secado, al ser sometidos a ensayos de límites de Atterberg.
En cuanto al contenido de la fracción arcillosa (<2µm) se determina que es menor al 15%. Por análisis cualitativo mineralógico están presentes la vermiculita y la montmorillonita, con una actividad que varía de intermedia a alta. Adicionalmente los suelos contienen carbonatos, los que posiblemente actúan como iones de hidratación haciendo menos activos los minerales arcillosos y a la vez como cementantes en la estructura del suelo.
En general se observó en terreno (figura 6.49), que es común encontrar masas de suelo con estratificaciones (milimétricas a centimétricas) de limo y arena, fracturas y diaclasas. Todo lo anterior influye en la permeabilidad y por ende en los patrones de drenaje y por consiguiente en la consolidación. Por tanto, los valores obtenidos a pequeña escala en este estudio, no reproducen lo suficiente las condiciones reales in-
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00
q=
(s1
-s3
)/2
kg
/cm
2
p=( s1`+s2`+s3`)/3(Kg/cm2)
TRAYECTORIA DE ESFUERZOS Tx CIU CHILOE BRICEÑO
Pc 1,0kg/cm2 Pc 2,5 kg/cm2 Pc 5,0 kg/cm2
= 30°C= 0,15 kg/cm2
87
situ. Sin embargo, de acuerdo a los resultados de coeficientes de consolidación Cc e índices de vacíos iniciales e0 obtenidos, es clara la distinción de los suelos según su ambiente sedimentario. En ensayos edométricos los suelos depositados en ambientes lacustres y zonas de inundación fluvial presentaron índices de vacíos iniciales e0 y coeficientes de consolidación Cc mayores, mientras que suelos sometidos a grandes esfuerzos como los tills basales y tills glaciotectonizados por esfuerzos compresivos de empuje presentaron e0 y Cc menores.
Figura 6.49. Masa de suelo con alternancia de capas de arena, limo y arcilla. Lugar de observación de la muestra: en cercanías al Barrio Archipielago de Chiloé.
En cuanto al comportamiento del coeficiente de consolidación cv, en general se tiene
que para incrementos de carga menores al esfuerzo de pre-consolidación ( ´pc), la consolidación ocurre relativamente rápido y los valores de cv son altos, mientras que pasado este esfuerzo, se describe un rápido decrecimiento de cv, hasta encontrar valores bajos. En las muestras ensayadas, se observa que todas presentan una disminución de cv, después de superado el esfuerzo de 1 kg/cm2, lo que es muy marcado en Planta de Lana con valores muy pequeños (menos de 5 m2/año), haciendo suponer una precarga entorno a este esfuerzo. Hay que tener presente que los valores de cv, pueden estar sobredimensionados, ya sea por algún grado de perturbación en la toma de muestras o por las condiciones de drenaje que en terreno tienen una mayor componente horizontal (figura 6.50), que hacen que el tiempo requerido para la consolidación primaria sea menor.
Los ensayos edométricos no definieron esfuerzos de preconsolidación (visto en gráficos de escala aritmética), considerando todas las muestras ensayadas como arcillas NC. Sin embargo para tills basales y de empuje, es evidente el historial geológico de carga. No es claro el mecanismo por el cual la precarga es obliterada del registro. Algunas hipótesis pueden ser contenidos mayores de arena y/o limos no plásticos, o
88
perturbación de las muestras que no hacen evidente el quiebre en los gráficos. Lo que sí se infiere de éstos tills, es que son suelos de baja compresibilidad, que su cv disminuye después de 1 kg/cm2 y como en el caso de Cereco, su humedad de saturación está más cerca del límite plástico (figura 6.37).
Figura 6.50. Drenaje horizontal in-situ
De triaxiales convencionales no drenados monotónicos, se encuentra que todos los suelos ensayados tuvieron un comportamiento de endurecimiento por deformación (strain-hardening), por lo menos hasta 2 kg/cm2, presentándose una línea PT (Phase Transformation) que se caracteriza por una línea límite que separa una respuesta contractiva de una dilatante (concepto visto experimentalmente para arenas por Ishihara et al., 1975). Luego según la muestra de Chiloé-Briceño se presentaría una respuesta netamente contractiva. El cambio de respuesta se encontraría entre 3 y 5 kg/cm2.
Para suelos estratificados y/o con marcadas estructuras sedimentarias (artesas, ondulitas), la cantidad de fracción gruesa es la que influye con la alta resistencia al corte, mientras que la fracción fina dependería del tipo y cantidad de arcilla presente, reduciendo la resistencia no drenada. Es evidente que el porcentaje de arena y/o limo en la mezcla (i.e., arcillas varvadas) tiene una marcada influencia en la resistencia al corte, por lo que sería común encontrar respuestas distintas en series de ensayos triaxiales.
89
7. ZONIFICACIÓN
Desde un punto de vista geomorfológico, el área del casco urbano de Punta Arenas se dividió en 3 zonas principales: zona norte, centro y sur (figura 7.1). Esta clasificación obedece a patrones topográficos, hidrogeológicos, sedimentológicos y de alguna medida, de riesgo. Cada zona tiene marcados aspectos que la hace distintiva. A continuación se nombran algunas características.
Zona 1A
Hace parte de la zona norte, con un relieve moldeado durante la UMG, se caracteriza por una red de drenaje dispersa, de escasa incisión y reducida capacidad hidráulica. Conformada por los esteros D’Agostini o Pitet, Llau-Llau y Bitsch, esta zona es proclive a sufrir desbordes en épocas de lluvia. También es notable la presencia de flujos subterráneos (comunicación personal, Szigethi 2009). Se encuentran sedimentos propios de inundación fluvial (arcillas normalmente consolidadas y turba) por lo que es común encontrar problemas de asentamientos en viviendas (población El Ovejero). En este sector también se localizan los relictos de un lago (al final de la calle Manantiales, figura 5.6), presentándose arcillas normalmente consolidadas y nivel freático superficial. Mediciones de SPT en algunas estaciones revelan valores menores a 2 golpes. Se considera una zona con suelos de baja capacidad portante, riesgo de inundación y con una hidrogeología compleja. Se requieren estudios de amplificación sísmica, ya que se encuentran estratos potentes de arcilla y turba.
Zona 1B
Se caracteriza por el límite de una terraza glaciolacustre, bordes de paleo-costas y una punta de acreción compuesta principalmente por gravas y arenas con restos de conchas. El origen de la punta Arenosa no está bien establecido. El área es plana y presenta estratos de arenas sueltas limpias y uniformes, con niveles freáticos cercanos a la superficie y registros de SPT menores a 20 golpes (figura 7.9). Con estas características se pueden considerar, a priori, como suelos potencialmente licuables. Un estudio realizado por Vera (2003), en el sector de Avenida España entre calles Manantiales y Hornillas, reveló que las vibraciones de alta frecuencia inducidas al extraer las tablestacas de entibaciones para las exacavaciones de un colector, pudieron producir deformaciones en el suelo circundante, afectando la nivelación del colector. Por lo anterior, se estipula que algunos sectores del área pueden ser propensos a licuación y dada la eventualidad de sismos con intensidades mayores a 6,0 (escala de Richter), se hace necesaria la evaluación de riesgo sísmico.
Zona 2.
La zona centro es dominada por el valle aluvial y la migración del delta del río Las Minas, con un comportamiento de recurrencia aluvional (mayo 1990 y marzo de 2012). Es de resaltar que el centro histórico, comercial y parte del residencial se localiza sobre un área de inundación deltaica. La planicie aluvial está bien definida por las curvas de
90
nivel de la figura 7.1. Se presentan estratos de arenas sueltas y uniformes, de manera que al igual que la zona 1B, se requiere evaluación de potencial de licuación. La zona es considerada con un nivel de riesgo alto, por los contingentes de alud provenientes de la cabecera media de la cuenca del río Las Minas.
Zona 3
La zona sur es marcada por el cauce caótico del río La Mano y topográficamente por los relieves más altos, con ocurrencia de depresiones moldeadas por la acción glaciar, rellenas de arcillas blandas y presencia de turbales, (líneas rojas segmentadas, figura 7.1). En esta área el drenaje no constituye mayor problema, está encauzado y relativamente manejable. Sin embargo y dado su carácter netamente habitacional, hay una carencia notable de información del subsuelo, por lo que se requiere un estudio al respecto. Los suelos varían desde muy baja capacidad portante hasta lugares donde la Formación Loreto (Barrio Archipiélago de Chiloé) se encuentra a escasos metros de la superficie. Esta zona es la menos proclive a las inundaciones.
Para zonificar desde un punto de vista geotécnico, se busco un método capaz de integrar visual y analíticamente, la topografía, el tipo de sedimento y la resistencia del suelo, mediante SPT (Standard Penetration Test). Se adoptó la técnica de mapas compuestos, usada en geología para interpretación paleogeográfica. A continuación se describe la metodología seguida.
7.1 Mapa Compuesto
Un mapa compuesto es una síntesis de varios mapas, en donde se acentúan parámetros y se contrastan detalles que no se lograrían ver si estos se observaran en varios mapas independientes.
Toda la información se combina en un solo mapa “compuesto” de manera que pueda ser fácilmente interpretada. La técnica ha sido tomada de Le Roux (1997); el resultado es un juego de isolíneas, las cuales son producto de una normalización de cada parámetro que constituye un mapa. En la figura 7.2 se presenta esquemáticamente el concepto.
91
Figura 7.1. Zonificación del casco urbano de Punta Arenas. Modificada de AC Ingenieros Consultores, (2000c).
92
Como se mencionó anteriormente, en este estudio se han tomado tres parámetros: topografía, tipo de suelo y SPT. Estos valores son evaluados en 57 estaciones distribuidas en el casco urbano consolidado de Punta Arenas y ordenadas por zonas: zona norte (código 100), zona centro (código 200) y zona sur (código 300), véase la figura 7.3.
El relieve se obtiene de mapas topográficos con cotas de terreno del sistema de colectores de aguas lluvias de la ciudad (AC Ingenieros Consultores, 2000c). El tipo de suelo y los valores de SPT se adquieren de aproximadamente 110 sondajes con profundidades de exploración que varían de 4 a 25 metros. Para obtener el mayor número de estaciones y unificar el registro a una misma profundidad, los valores de SPT se tomaron hasta 4 m. Esta base de datos fue adquirida de distintas fuentes, públicas y privadas. De manera que para respetar los derechos de propiedad, en el inciso 7.2, solo se reproducen 3 estaciones que tienen características singulares, sirviendo para demostrar la complejidad vertical del subsuelo y evidenciar los espesores considerables de sedimentos blandos y la ocurrencia de turba en capas profundas.
Los tipos de suelo se definen con la estratigrafía descrita a partir de los sondajes con cuchara normal, identificándose con un número del 1 a 7, en serie de disminución de tamaño, de la siguiente manera:
1. Grava
2. Arena 80%
3. Arena 60%
4. Mezclas de grava – arena – limo - arcilla
5. Limo
6. Arcilla
7. Turba
El ensayo de SPT es el ensayo in-situ más ampliamente usado en Punta Arenas para evaluar la calidad del suelo. El equipo consiste en un trípode, que sostiene el martillo tipo dona (donut) con un peso de 63,5 kg que es controlado manualmente. Se alza por el tubo guía hasta la altura correcta (76 cm) y se suelta en caída libre, con ayuda de un cabestrante que sale de un motor Acker Drilling Supplies, (figura 7.4). La cantidad de energía perdida del equipo depende mucho de la experiencia del operador y las fricciones del sistema. El objeto que recibe los golpes (Anvil) del equipo citado es relativamente pequeño, por lo que se considera que las eficiencias pueden ser similares a las de un martillo de seguridad (USBR, 2001). Es conocido que la energía entregada por este mecanismo tiene un amplio rango de variación. Rutinariamente los valores corregidos por confinamiento, para efectos de correlaciones, se refieren a un 60% de la eficiencia (N60).
93
Figura 7.2. Esquema del concepto de mapa compuesto.
SPT
Topografía
Tipo de suelo MAPA COMPUESTO
94
Figura 7.3. Ubicación de las 52 estaciones para la elaboración del mapa compuesto. Rojo zona norte, amarillo zona centro y azul zona sur. Imagen Google Earth.
95
Figura 7.4. Equipo SPT A). Para profundidades menores a 7,0 m. B) Esquema martillo tipo dona.
Para efectos de este estudio que no se consideran correlaciones y que además, los ensayos empleados para el análisis fueron realizados por el mismo equipo y operador, con más de 20 años de experiencia en el rubro, los datos tomados en terreno, número de golpes NSPT, fueron corregidos únicamente por el factor de presión de confinamiento CN. Cabe resaltar igualmente que es requerido un estudio que evalué la energía entregada por este sistema y los demás empleados en la ciudad, de manera de cuantificar y normalizar la energía.
Una vez obtenidos los tres datos para cada estación, es decir cota topográfica, tipo de sedimento y SPT se normalizan los valores mediante las siguientes ecuaciones:
1. Cálculo del porcentaje estándar:
Donde:
n = 3, igual al número de mapas base.
Martillo tipo dona
63,5 kg
Tubo guía
Anvil
Cable
Tubo conector a la cuchara
A B
96
2. Normalización del rango de datos de todos los mapas, mediante factor de conversión C:
Donde:
Gh = Valor más alto del mapa
G1 = Valor más bajo del mapa
3. Los valores numéricos de cada estación Gi, se convierten en un valor de transición T:
4. El valor de conversión V, se obtiene de la siguiente fórmula:
5. Si es necesario invertir valores, se hace con la ecuación:
En la tabla 7.1 se presenta un ejemplo con valores arbitrarios que ilustran el método (Le Roux, 1997). En este caso son 4 mapas base, es decir S=0,25, para el caso de la elevación del contacto, el factor de conversión C= 25/(1057-1026)=0,8065. El valor de conversión para la estación 1 en este mapa es V=(1034-1026)*0,8065=6,5. Los valores de espesor, tienen que ser invertidos (por razones de interpretación paleogeográfica), con lo que I=(25-(53-43))*1,1905=13,1. Todos los valores calculados para cada estación, convertidos e invertidos se suman para formar un valor compuesto Dc, es decir, para la estación 1 (6,5 + 13,1 + 6,3 + 0)=26. Si hay deficiencias en datos como es el caso de las biofacies, se calcula el valor Dd, usando un multiplicador (M) para la estación dado por n/k, donde k es el número de mapas que contribuyen a los valores de
Dd, es decir el valor de la estación 3, esta dado por (4/3)*(11,1) 15. Los valores compuestos son adimensionales y los rangos varían de 0 a 100, por lo que se pueden tomar como porcentajes.
En este trabajo, como se aclaro anteriormente, para tomar el mayor número de datos, la profundidad de exploración de todos los sondajes se tomo igual a 4 m, de manera que no fue necesario usar el multiplicador, M. En el Anexo D, se presenta la tabla con los cálculos. Con los valores compuestos (Dc) para las 57 estaciones, se trazan curvas de nivel, presentadas en la figura 7.5.
La figura 7.6, es una imagen sobrepuesta, donde las flechas indican lugares de subcuencas rellenas de sedimentos blandos arcillosos y turba, coincidiendo con algunos de los evidenciados en la figura 7.5, representando lugares de baja capacidad portante.
97
Tabla 7.1 Datos arbitrarios para ilustrar el procedimiento de mapas compuestos, tomado de Le Roux, 1997.
Estación
Elev. Contacto Espesor Litofacies Biofacies
Valor Compuesto
Gi V Gi I Gi V Gi Gi Dc, Dd
1 1034 6,5 53 13,1 2 6,3 1 0,0 26
2 1045 15,3 48 19,0 3 12,5 2 12,5 59
3 1031 4,0 58 7,1 1 0,0 - - 15
4 1057 25,0 43 25,0 5 25,0 3 25 100
5 1026 0,0 64 0,0 1 0,0 1 0,0 0
C 0,8065 1,1905 6,25 25,0
7.2 Descripción de Áreas de Interés
Para obtener detalles a mayor profundidad se analizan lugares específicos de marcada complejidad superficial y zonal. Las figuras 7.7 a 7.9, presentan sondajes de profundidades mayores a 15 metros.
En la figura 7.7 se presentan 2 sondajes que dan cuenta de la heterogeneidad horizontal y vertical de los sedimentos en los límites de la zona 1 y 2, en la estación 229. El identificado con color azul, describe sedimentos gruesos, gravas y arenas sueltas. Estos sedimentos presentan SPT altos, sin embargo estos valores, pueden estar influenciados por el tamaño de grava 2”, debido a que el diámetro del tubo saca-muestras es de 5 cm de diámetro. A una profundidad de 9,0 m se observa un decrecimiento de los valores de SPT, por debajo de 5 golpes, indicando turba, de acuerdo a la estratigrafía. El rechazo se presenta, a los 15 m describiéndose una arena densa de color gris.
El sondaje dos, en rojo, marca una secuencia de arcillas blandas gris azul con SPT menor a 5 golpes, con un espesor de 6 m. Los SPT aumentan gradualmente hasta 20 golpes, marcando un nuevo estrato de arenas limosas densas, según descripción estratigráfica. Luego de los 10 m, comienza una secuencia alternada de arcilla gris-azul, limos y turba, con SPT bajos, menores a 5 golpes.
Por su ubicación y lo descrito en acápites anteriores, la estación 229 se interpreta como una subcuenca donde se depositaron sedimentos blandos, arcillas y turbas. Que superficialmente han sido retrabajados por la compleja red hidráulica de la zona norte, depositando sedimentos gruesos.
98
Figura 7.5. Mapa compuesto. Las flechas indican concentración de zonas de baja capacidad de soporte, coincidentes con zonas lagunares. Letra A, las curvas se interpretan como desbordes del río Las Minas.
A
99
Figura 7.6 Mapa sobrepuesto que esquematiza las zonas pantanosas y lagunares, las flechas rojas indican direeción de avance glacial.
N
100
Detalle turba a 12,05 – 12,50 en sondaje 229_S1
Figura 7.7. Estación 229. A) Estratigrafia y SPT con profundidad total de 14 m. B) Turba a 12 m.
-10,0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
5,00
5,50
6,00
6,50
7,00
7,50
8,00
8,50
9,00
9,50
10,00
10,50
11,00
11,50
12,00
12,50
13,00
13,50
14,00
14,50
15,00
SPT_229 (S53˚08´27,68" W70˚54´04,37") No. Golpes
Profundidad (m)
22
5-S
12
25-S
2
N.F
N.F
Turba
Turba
Turba
Arena densa, gris azul
Gravas sueltas, 2”
Gravas densas, 2”
Arcilla gris azul, plasticidad media.
Arcilla gris azul, plasticidad media, humedad alta
Arenas limosas densas
Arcilla gris azul, plasticidad media, humedad alta.
Limo arcilloso gris azul, plasticidad media, humedad baja
101
La figura 7.8 detalla la estación 113. Una serie de 4 sondajes, confirman presencia de turba hasta 6,0 m con SPT muy bajos, hasta 2 golpes, seguido de una intercalación de arenas hasta los 9,0 m. Un perfil continuo de arcillas se desarrolla hasta los 22,0 m con SPT variando en torno a los 10 golpes, lo que corresponde a una consistencia blanda. El nivel freático se observa a los 2,0 m.
Esta zona se considera de baja capacidad portante, saturada e interpretada como una subcuenca al parecer conteniendo arcillas varvadas, dada la descripción estratigráfica y ubicación geográfica.
Figura 7.8. Estación 113. Estratigrafia y SPT con profundidad total de 22 m.
En la figura 7.9 se observa un perfil de suelo, cuyo SPT en promedio, varía entre los 10 golpes. Los primeros 9,0 m lo conforman arenas sueltas de color gris azul, con
-10,0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
5,00
5,50
6,00
6,50
7,00
7,50
8,00
8,50
9,00
9,50
10,00
10,50
11,00
11,50
12,00
12,50
13,00
13,50
14,00
14,50
15,00
15,50
16,00
16,50
17,00
17,50
18,00
18,50
19,00
19,50
20,00
20,50
21,00
21,50
22,00
22,50
23,00
SPT_113 (S53˚08´12,65" W70˚54´12,17") No. Golpes
Profundidad (m)
113_S1113_S2
113_S7113_S8
N.FTurba
Arena fina, limosa, color azul, compacidad suelta, humedad alta, plasticidad nula, estructura homogénea.
Turba y limos color gris- amarillo, consistencia muy blanda, plasticidad alta, estructura homogénea
Turba y arcillas color gris- azul, consistencia blanda, plasticidad alta, estructura homogénea, humedad alta.
Suelo fino, limo arcilloso, color gris verdoso, humedad alta, plasticidad media, estructura laminar, presentándose en forma alternada pequeños sub estratos de finos arcillosos a finos limosos.
102
esporádicos lentes de arenas gruesas y gravas, interpretándose como sedimentos aluviales. Después de los 10 m se presenta un estrato con contenido orgánico (entre conchas y limo con carboncillo), que sugieren lagoons marinos, posiblemente someros. Cabe resaltar que las arenas sueltas finas uniformes y saturadas con SPT menores a 20, son consideradas capas potencialmente licuables.
Figura 7.9. Estación 108. Estratigrafia y SPT con profundidad total de 15 m.
-10,0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
10,00
11,00
12,00
13,00
14,00
15,00
16,00
SPT_108 -(S53˚07´52,01" W 70˚52´46,0")No. Golpes
Profundidad (m)
108_S-1108_S-2
108_S-3
.
Limos amarillo humedad baja a alta, plasticidad nula.
Arenas mal graduadas, sueltas con grava fina.
Arcilla gris azul, humedad alta, plasticidad media, presencia de raíces y sub estratos de turba y arcillas.
Arenas limosas sueltas finas uniformes, gris azul, estratos de arena gruesa con gravas tamaño ¾” en un 15%.
Limo color gris azul, humedad alta, homogénea, abundante carboncillo y conchas en la base, plasticidad baja.
103
7.3 Análisis y Discusión de Resultados de la Zonificación
Para la definición y delimitación de las zonas fue clave la diferenciación fisiográfica, gobernada por la topografía y la hidrología superficial. A nivel geotécnico, las exploraciones del subsuelo definen fenómenos de potencial riesgo, como licuación y amplificación. La técnica de mapas compuestos resaltó las subcuencas moldeadas por la acción glacial, indicando que son estas donde se concentran los suelos de baja capacidad portante (arcillas blandas y turba) con curvas de nivel mayores a 60 y delimitadas claramente por curvas de valor 80 (figuras 7.5 y 7.6). Adicionalmente, los niveles freáticos en estas áreas se encuentran cercanos a la superficie, presentando así una de las condiciones más desfavorables para el diseño de fundaciones.
Los riesgos potenciales de licuación se presentan con la ocurrencia de facies fluviales y marinas de edad geológica reciente, encontradas en las zonas 1B y 2.
Cabe resaltar que esta es una clasificación simplificada y que todas las áreas presentan complejidades particulares. La zona 2 está influenciada por fenómenos de remoción en masa localizados fuera del perímetro urbano y sectores como el delta activo presentan evoluciones morfoestructurales que inciden en la respuesta ante eventos aluvionales (colmatación de subdeltas). La zona 1A y 1B presentan un patrón hidrológico e hidrogeológico complejo, no estando claro su comportamiento y si influyendo notablemente en fenómenos tal como la consolidación. La zona 3 por su carácter principalmente residencial y de ocupación más reciente, tiene escasa prospección, por lo que se requieren más estudios al respecto y que de acuerdo a los mapas compuestos presentan áreas críticas con subcuencas rellenas de suelos blandos.
El objetivo principal de los mapas compuestos es la reconstrucción paleogeográfica, lo que se demuestra con las isolíneas de la zona 2, que contornean claramente el río Las Minas, resaltando una configuración delimitada en A (figura 7.5), que supone una actividad fluvial de desborde, siendo concordante con la actividad de los sistemas de delta y que en condiciones de alta precipitación supone desbordes, como el recientemente ocurrido el 12 de marzo de 2012.
La zonificación presentada es un arreglo simplificado de los complejos factores que formaron y que condicionan actualmente los suelos de la ciudad. Permite y constituye una base para estudios más detallados que servirán de guía para diseñar fundaciones de estructuras más exigentes.
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8. CONCLUSIONES
Para abordar un estudio de depósitos que se originaron en tal variedad de ambientes glaciales y periglaciales, se ha optado por buscar un enfoque multidisciplinario como única manera de lograr trascender la confusión y posibilitar soluciones realistas a los problemas planteados por el desarrollo urbanístico de la ciudad de Punta Arenas.
Cabe resaltar que los valores de los parámetros geotécnicos aquí presentados no deben ser utilizados sino como una primera guía para el diseño de fundaciones, el que en todo caso deberá siempre apoyarse en prospecciones y ensayos de los depósitos del subsuelo del lugar específico en que la obra se encuentre localizada.
Las propiedades geotécnicas de materiales derivados de ambientes glaciares y periglaciares varían según las condiciones de depositación así como de acuerdo al historial geológico. Los suelos de Punta Arenas resultan altamente heterogéneos, variando entre arcillas varvadas, arcillas laminadas, depósitos de planicies de lavado (sandur) turbas y tills. Los tills a su vez se diferencian según la composición de su matriz que puede ser arcillosa, limosa o arenosa, así como según la posición en relación al glaciar que puede ser basal o de fusión, también según su historial geológico (condiciones de carga y descarga, congelamiento y descongelamiento) y finalmente según su estructura (grado de fisuramiento, slickensides y presencia de lentes areno-gravosos). Esta heterogeneidad deberá ser respetada aceptando entonces que los parámetros geotécnicos representativos se distribuyan en rangos y no en valores puntuales.
Existe una clara diferenciación en el comportamiento geotécnico que cabe esperar de los depósitos glaciolacustres y de inundación fluvial si comparados con los depósitos de tills (basales y de empuje). Mientras que los primeros son en general compresibles y generarán por tanto asentamientos que deben ser controlados, los tills, al poseer índice de vacíos menores, resultarán menos compresibles y más resistentes.
Desde el punto de vista mineralógico el tipo y cantidad de mineral arcilloso (principalmente vermiculita y montmorillonita) controlan la plasticidad y respuesta geotécnica de estos depósitos. Si son proyectadas estas propiedades en la Carta de Plasticidad, los suelos arcillosos cubren una extensa gama de valores, pero siempre por encima de la Línea A.
Desde el punto de vista de zonificación urbanística, los depósitos de mayor compresibilidad y menor capacidad portante se ubican en subcuencas modeladas durante épocas glaciales, rellenadas por arcillas glaciolacustres y turbas que se presentan en las zonas 1 y 3.
En base a la zonificación realizada en la figura 7.1 y teniendo en cuenta: el historial sísmico, el tipo de suelo y las mediciones de SPT, las zonas 1B y 2, requieren ser evaluadas por posible ocurrencia de licuación. Las zonas 1A y 3 requieren ser
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investigadas en mayor detalle y efectuar análisis de amplificación sísmica, debido a la presencia de subcuencas rellenas de arcillas blandas y turbas.
9. RECOMENDACIONES
En base al estudio presente, las observaciones en terreno y la problemática evidenciada en la ciudad, se recomienda lo siguiente:
Partiendo de que existe claramente una diferenciación en el comportamiento geotécnico de los suelos de Punta Arenas, se recomienda identificar las facies presentes en el casco urbano. Una vez identificadas se caracterizarán mediante ensayos (propiedades índice, compresibilidad y resistencia al corte) de manera de diferenciarlas y evaluarlas entre sí.
Dada la heterogeneidad de los sedimentos, tanto vertical como horizontal, además del desconocimiento de su comportamiento mecánico y propiedades dinámicas, se recomienda considerar estos suelos como especiales, de acuerdo a la tabla de clasificación sísmica del terreno de fundación, publicada en el diario oficial de la Republica de Chile, del martes 13 diciembre de 2011.
La actividad sísmica en Punta Arenas tiene un registro histórico documentado. Si bien la actividad no es frecuente, la probabilidad de ocurrencia de un evento con magnitud M>6.0 en escala de Richter, es alta. Es indispensable realizar un mapa de riesgo sísmico, donde se incluyan estudios de potencial de licuación y amplificación sísmica.
No se recomienda la turba como suelo de fundación. Grandes depósitos de éste material en condición saturada, tienen el riesgo de sufrir asentamientos diferenciales, siendo aún más crítico, si subyacen depósitos de arcillas blandas.
Como antecedente, el suelo es susceptible de sufrir deformaciones al inducir altas frecuencias. Se recomienda evaluar las metodologías constructivas empleadas en el sostén de excavaciones.
Se recomienda la continuación de estudios geotécnicos, geológicos, hidrogeológicos y de riesgo sísmico en la ciudad, como parte de su desarrollo urbano y así mismo que éstos se incorporen dentro del plan regulador de usos del suelo.
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10. ETAPAS SIGUIENTES A INVESTIGAR
La diversidad de ambientes sedimentarios, la cantidad de fenómenos físicos-químicos post-deposicionales, la ciclicidad de la acción glacial, la evidencia de paleopermafrost, la estratigrafía heterogénea, la presencia de depósitos de turba de considerable espesor, el estado de esfuerzo anisotrópico, entre otros aspectos, hacen que la zona en estudio sea compleja con un campo de investigación amplio. Este trabajo solo constituye una primera etapa en caracterizar y analizar los suelos de Punta Arenas.
A continuación se propone un esquema con algunos temas para tratar en futuras investigaciones a fin de tener en cuenta características particulares, explicar comportamientos singulares y ampliar el conocimiento de otros suelos presentes en la ciudad, que no fueron tratados en este estudio. Al final de la sección, se presenta un diagrama que esquematiza las fases de investigación, que no son secuenciales, antes bien son complementarias y pueden ser trabajadas en paralelo, que buscan como producto final un mapa de riesgo.
- Los resultados de los ensayos fueron practicados a cinco tipos de muestras ensayadas en laboratorio. Se hace necesario extender el análisis a otros tipos de suelos (i.e., arcillas orgánicas, turba, suelos inter-laminados de arena-arcilla) y ejecutar análisis que no fueron cubiertos en este estudio, entre los cuales se citan: la sensitividad de los tills y arcillas, la cuantificación de los minerales de arcilla, presiones de hinchamiento, límite de contracción y sometimiento de las muestras a distintas trayectorias (extensión, ensayos a carga controlada).
- Los suelos derivados de ambientes glaciales y periglaciales son de una marcada heterogeneidad estratigráfica y estructural, se hace necesario: Elaborar perfiles en profundidad para observar la variación de la humedad y la resistencia no drenada in-situ.
- Los tills de empuje contienen juegos de diaclasas, grietas, superficies de deslizamiento (slickensides) y clastos mayores a 0,5 mm. La resistencia al esfuerzo cortante de estos sedimentos, depende de la influencia en conjunto de todos estos factores. En laboratorio sería útil ensayar especímenes de tamaño
mayor a los triaxiales convencionales ( :h, 5:10 cm) que incluyan un número representativo de tales singularidades, para determinar la resistencia al esfuerzo cortante de la masa y la resistencia residual entre planos.
- La zona de Magallanes ha presentado sismos históricos de considerable magnitud (M=7,8 escala de Richter). Se sabe que la resistencia cíclica de limos y arcillas es controlada por la resistencia no drenada. Durante un sismo cuando el esfuerzo cíclico inducido es cercano a la resistencia no drenada del suelo, se producen grandes deformaciones. La cantidad de deformación dependerá del incremento y duración de la carga cíclica, además de la plasticidad del suelo. Es de interés particular someter distintos tipos de suelo a cargas cíclicas, ver su comportamiento y definir el límite cuando las deformaciones son lo
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suficientemente grandes para causar daños estructurales. Igualmente es necesario evaluar la respuesta de sitio en términos de amplificación sísmica.
- Se hace necesario evaluar el fenómeno de creep (deformación bajo condiciones de esfuerzo efectivo constante) como deformación tiempo-dependiente, ya que en terreno se ha podido constatar la reptación de taludes naturales conformados por tills.
- Con respecto a la turba se requieren estudios geotécnicos que la caractericen y clasifiquen de acuerdo a su composición.
- Se hace necesario evaluar parámetros in situ para tomar en cuenta variaciones y estructuras complejas. El coeficiente de consolidación puede ser obtenido en terreno midiendo la presión de poros desde piezómetros instalados a varias profundidades, alternativamente monitorear la tasa de asentamiento en tempranos estados de carga, puede ser usado para calibrar cv, de manera de redefinir los tiempos predichos para encontrar la consolidación primaria.
Figura 10.1 Esquema de fases propuesto, para trabajos futuros.
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11. GLOSARIO
Ablación: Glacial. Se refiere a fenómenos de fusión, erosión y evaporación que disminuyen la masa de hielo. Avance glacial: Un incremento en la longitud del glaciar en comparación a un punto previo en el tiempo. Calcos de carga: Estructura sedimentaria mecánica, producto de la depositación de una capa pesada sobre un sedimento blando. Capa activa: Permafrost. Capa de suelo que está sujeta a congelamiento y descongelamiento anual, en áreas sometidas a permafrost, también conocido como permafrost estacional. Carbono 14 (C14): Método de datación de materiales orgánicos (madera, carbón, hueso, concha, colágeno, vegetales), fiable para edades menores a 30.000 años. Se basa en el decaimiento del isótopo inestable C14, debido a que el número de años que tarda en reducir su concentración a la mitad es de 5530. Si se mide la cantidad de radiocarbono contenida en una muestra, se puede establecer hace cuántos años murió un organismo. Cuaternario: Periodo más reciente de la Era Cenozoica, que comenzó alrededor de 2 millones de años. Las dos épocas del Cuaternario incluyen el Holoceno y el Pleistoceno. Crioestructuras: Permafrost. Características estructurales de materiales congelados. Para propósitos ingenieriles, la estructura de suelos congelados puede ser descrita como masiva, reticulada o en capas. La crioestructura es determinada por la cantidad y distribución de los poros rellenos de hielo y lentes. Crioturbación: Permafrost. Estructuras irregulares formadas en sedimentos por penetración profunda del hielo, se caracterizan por foliación, ruptura y dislocación de estratos y lentes de sedimentos no consolidados. Detrito supraglacial: Detrito que es transportado en la superficie del glaciar. Normalmente derivado de caídos de roca, de cantos irregulares. Detritos mas redondeados pueden estar presentes. Diagénesis: Cambios físicos y químicos que ocurren en el sedimento después de depositados, que alteran la mineralogía y la estructura. Dropstone: Fragmentos de roca contenidos en una calota de hielo que al derretirse, caen sobre sedimentos blandos, lacustres o marinos.
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Drumlins: Colinas alargadas y simétricas, alineadas con sus ejes mayores en forma paralela o subparalela. Se forman en la base del glaciar en sustratos deformables, indicando su dirección y sentido. Esker: Angosto montículo sinuoso compuesto de gravas y arenas estratificadas bien seleccionadas, depositadas por un canal, supraglacial, englacial o subglacial. Estructuras primarias: Originadas durante la formación de sedimento antes de estar litificado, algunas son formadas durante la depositación y otras creadas por deformación. Estructuras secundarias: Creadas después de la litificación de la roca, sufriendo deformación bajo el cambio de las condiciones de esfuerzo. Eustacia: Fluctuaciones del nivel del mar, alrededor del mundo causada por los cambios en la cantidad de agua marina disponible. Los grandes cambios son inducidos por aumento o disminución de los glaciares. Fabrica: Sedimentología. En tills, la fábrica indica una orientación preferencial de los granos, dirigida por el flujo del agua. Facies: Estratigrafía. Termino usado tanto para el singular como para el plural, es la suma de aspectos litológicos (composición, textura y estructuras sedimentarias) y paleontológicos de una unidad estratigráfica. Flautas: Glacial. Un tipo de morrena subglacial, Indica dirección y sentido del glaciar. Foliación: Glacial. Causada por el esfuerzo y deformación que el glaciar experimenta cuando fluye por un terreno complejo. También se puede originar como característica sedimentaria. Formación Loreto: Alternancia de capas de arenas gruesas poco consolidadas, limolitas y arcillolitas fisibles. de aproximadamente 800 m de espesor, su edad se calcula como Eoceno tardío – Oligoceno. Se presume de origen deltaico. Glaciar en retroceso: Balance negativo de la masa de hielo. El movimiento del glaciar es siempre hacia adelante, sin embargo en retroceso, el frente supone un derretimiento y formación de un lago proglacial. Glaciofluvial: Término relacionado con procesos asociados a fusión glacial. Los sedimentos glaciofluviales son conformados principalmente de gravas y arenas limpias, como los que constituyen las planicies de lavado (sandur). Glaciolacustre: Término usado para describir sedimento depositado en un lago en contacto con glaciar y también las geoformas resultantes de tal depositación.
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Glaciotectonismo: Deformación estructural glacial inducida en roca o masas de sedimento directamente causada por el movimiento del hielo o por carga del mismo. (Moran, 1971; Aber, Croot y Fenton 1989). Kettle (Hoyo glacial): Depresión que se forma cuando un bloque residual de hielo es enterrado en una planicie de lavado durante retracción del margen glacial. Luego de la fusión del bloque, se puede formar un lago. Kame: Colina o montículo de origen fluvioglacial, de poca altura compuesto por arenas y gravas pobremente seleccionadas y estratificadas. Se asocian a los kettles, en una topografía de kame y kettle. Lago proglacial: Cuerpo de agua enfrente de un glaciar en retracción, represado por hielo o por un arco morrénico. Leche glacial: Termino usado para describir el agua de fusión de un glaciar, que tiene un color claro o apariencia nublada, debido al material tamaño arcilla en suspensión. Lengua de hielo (ice tongue): Una larga y angosta proyección de hielo, que fluye dentro de un cuerpo de agua. Moldes de cuña de hielo (ice-wedge casts): Molde interno de cuña de hielo relicta, es una estructura vertical resultado de grietas o cuñas (ice wedging) inducidas en suelos congelados, las cuales son llenadas posteriormente por sedimento. Es un indicador estratigráfico de permafrost y de paleotemperatura. Morrena: Geoforma compuesta por materiales heterogéneos, no estratificados formada de fragmentos líticos sostenidos en una matriz arcillo-limosa. A este material se denomina till. Ondulita (ripple marks): Estructura sedimentaria formada por el movimiento del agua o del viento sobre la superficie de un sedimento recién depositado. Palustre: adj. Perteneciente o relativo a una laguna o a un pantano. Periglacial: Las condiciones, procesos y formas de relieve asociadas a los ambientes fríos, no glaciales. Periodo interglacial: Tiempo entre avances del hielo. Por lo general, el nivel del mar esta metros más alto en este periodo que en los periodos glaciales. Permafrost: Condición de un suelo o roca los cuales permanecen congelados y sometidos a temperaturas bajo cero, por lo menos dos veranos seguidos. Pingo: Geoforma periglacial, es una colina en forma de domo que sobresale alrededor de 50 m en paisajes tipo tundra. Se asocia a condiciones de permafrost.
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Planicie de lavado (Outwash plain, Sandur): Plataforma de deshielo compuesta por sedimento glaciofluvial (gravas y arenas), generalmente se forma en el frente del término del glaciar más allá del contacto directo con el hielo. Pliegues: Glacial. Capas de hielo y algunas veces detritos que han sido deformados y curvados a profundidad por el flujo de un glaciar. Proglacial: Área en frente o en el borde exterior de un glaciar. Radiometría cosmogénica: Método de datación por isotopos cosmogénicos, para obtener edades de sedimentos expuestos en superficie y a la radiación cósmica. Son útiles para estimar las tasas de evolución del relieve en materiales cuaternarios. Regelación: Fusión y recongelación del hielo sometido a presión. Régimen termal Basal: Régimen que controla la reptación o el flujo basal del glaciar, incidiendo directamente en los patrones de erosión y depositación. Los glaciares que se encuentran congelados en la interfase base- hielo y por tal motivo no se están fusionados se denominan glaciares de base seca o cold ice; mientras que glaciares en que el hielo basal está en constante fusión en la interfase base – hielo se denominan glaciares húmedos o warm ice, y por ende el deslizamiento basal es la componente importante en el flujo. Reptación (creep): Es la suma de múltiples mecanismos que ponen en movimiento individualmente a cada partícula. Supraglacial: Área en la parte superior del glaciar en la cual puede haber nieve, hielo, fragmentos de roca o suelo. Till: Sedimento glacial compuesto por una mezcla heterogénea de diferentes tamaños de granos en una matriz arcillo-limosa, depositado por el movimiento del hielo o por fusión del hielo estancado. Tillita: Roca compuesta por till litificado. Varva (varve): Una varva es un par de capas sedimentarias, acopladas de manera cíclica anual como respuesta a los cambios climáticos estacionales a los que se ve sometido un lago glacial. En verano se deposita el sedimento grueso y en invierno, los sedimentos finos en suspensión. UMG (UMG, Last Glacial. Maximum): Ultimo máximo glacial, representa el momento más reciente en el que los grandes glaciares alcanzaron sus máximos volúmenes.
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12. BIBLIOGRAFÍA
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116
URIBE P.; 1982a. Geología y consideraciones geotécnicas para el estudio de los suelos de fundación de la ciudad de Punta Arenas. Informe taller de título II. Departamento de Geología Universidad de Chile. URIBE P.; 1982b. Deglaciación en el sector central del Estrecho de Magallanes. Consideraciones geomorfológicas y cronológicas. Anales Instituto de la Patagonia, Vol. 13. VERA, E., y ARANDA, C.; 2003. Estudio de vibraciones asociadas al retiro de tablestacas: construcción de colector interceptor España-Bulnes, Punta Arenas. Empresa De Servicios Sanitarios De Magallanes (Esmag) y Departamento de Geofísica, Universidad de Chile, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas. 20 p. ZAMORA E.; 1975. La evolución urbana de la ciudad de Punta Arenas. Crecimiento entre 1848 y 1975. Anales Instituto de la Patagonia, Vol. VI, No. 1-2
117
ANEXOS
ANEXO A. Taxonomía del cultivo biológico realizado al suelo del muestreo de Laboratorio de Sólidos
Taxonomy soil of Punta Arenas*
Austral 2- Pichia caribbica
Domain: Eukaryota o Kingdom: Fungi
Subkingdom: Dikarya Phylum: Ascomycota
Subphylum: Saccharomycotina Class: Saccharomycetes
Order: Saccharomycetales Family: Saccharomycetaceae
Genus: Pichia
Specific descriptor: caribbica o Scientific name: - Pichia caribbica
Austral 1-Sporidiobolus salmonicolor
Eukaryota; Fungi; Dikarya; Basidiomycota; Pucciniomycotina; Microbotryomycetes; Sporidiobolales; Sporidiobolus.
*Elaborado por Víctor Cifuentes y Dony Sepúlveda, Departamento de Ciencias, Universidad de Chile.
118
ANEXO B. Resultados de ensayos de difracción de rayos x
SS-VVV-PPPP Compound Name Formula
01-079-1906 (C) Quartz SiO2
01-074-1732 (C) Vermiculite Mg3Si4O10(OH)2
00-003-0015 (D) Montmorillonite (bentonite) (Na,Ca)0.3(Al,Mg)2Si4O10(OH)2·xH2O
01-074-2330 (C) Graphite nitrate C
01-071-0460 (C) Aluminum Calcium Iron Magnesium Titanium Silicate Hydroxide Hydrate
Mg4.04Ca.86Al3.36Fe.41Si5.53Ti.08O20(OH)4.1(H2O)6.32
01-080-1094 (C) Albite low Na(AlSi3O8)
01-080-0742 (C) Muscovite 2M1 (K0.82Na0.18)(Fe0.03Al1.97)(AlSi3)O10(OH)2 01-087-1497 (C) Birnessite (K-exchanged), syn K0.5Mn2O4.3(H2O)0.5
00-050-0376 (*) Calcium Magnesium Vanadium Oxide CaMgV2O7
01-085-0850 (C) Nitratine, syn NaNO3
Planta de Lana
01-085-0850 (C) - Nitratine, syn - NaNO3
00-050-0376 (*) - Calcium Magnesium Vanadium Oxide - CaMgV2O7
01-087-1497 (C) - Birnessite (K-exchanged), syn - K0.5Mn2O4.3(H2O)0.5
01-080-0742 (C) - Muscovite 2M1 - (K0.82Na0.18)(Fe0.03Al1.97)(AlSi3)O10(OH)2
01-080-1094 (C) - Albite low - Na(AlSi3O8)
01-071-0460 (C) - Aluminum Calcium Iron Magnesium Titanium Silicate Hydroxide Hydrate - Mg4
01-074-2330 (C) - Graphite nitrate - C
00-003-0015 (D) - Montmorillonite (bentonite) - (Na,Ca)0.3(Al,Mg)2Si4O10(OH)2·xH2O
01-074-1732 (C) - Vermiculite - Mg3Si4O10(OH)2
01-079-1906 (C) - Quartz - SiO2
Operations: Smooth 0.070 | Background 1.000,1.000 | Import
File: AVGEOTEC.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.00 ° - End: 80.00 ° - Step: 0.02 ° - Step tim
Lin
(C
ps)
0
100
200
300
400
2-Theta - Scale
2 10 20 30 40 50 60 70 80
119
SS-VVV-PPPP Compound Name Formula
01-079-1906 (C) Quartz SiO2
01-083-1466 (C) Albite low Na0.986(Al1.005Si2.995O8)
01-076-0847 (C) Vermiculite Mg3.41Si2.86Al1.14O10(OH)2(H2O)3.72
01-076-0843 (C) Faujasite-Na (Na2Ca)0.075(Al0.3Si0.7)O2(H2O)0.22
01-074-1758 (C) Dickite Al2Si2O5(OH)4(HCONH2)
01-087-1497 (C) Birnessite (K-exchanged), syn K0.5Mn2O4.3(H2O)0.5
01-070-2076 (C) Whitmoreite (Fe0.95Mn0.27)Fe2(OH)2(H2O)4(PO4)2
01-080-1394 (C) Sodium Hydrogen Aluminum Silicate Na0.5H0.5(AlSi2O6)
01-075-2330 (C) Pseudoeucryptite, syn LiAlSiO4
00-035-0794 (*) Lithium Aluminum Silicate LiAlSi3O8
00-013-0268 (I) Lithium Titanium Silicate Li2TiSiO5
01-073-2284 (C) Magnesium Sulfate Hydrate MgS2O3(H2O)6
01-073-1893 (C) Arsenic Sulfide Fluoride As3S4AsF6
00-007-0051 (D) Montmorillonite (Na,Ca)0.3(Al,Mg)2Si2O10(OH)2·nH2O
CERECO Horno
01-073-1893 (C) - Arsenic Sulfide Fluoride - As3S4AsF6 - Y: 6.26 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Or
01-073-2284 (C) - Magnesium Sulfate Hydrate - MgS2O3(H2O)6 - Y: 6.26 % - d x by: 1. - WL: 1.5
00-013-0268 (I) - Lithium Titanium Silicate - Li2TiSiO5 - Y: 5.22 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetr
00-035-0794 (*) - Lithium Aluminum Silicate - LiAlSi3O8 - Y: 10.43 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - T
01-075-2330 (C) - Pseudoeucryptite, syn - LiAlSiO4 - Y: 8.26 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Hexag
01-080-1394 (C) - Sodium Hydrogen Aluminum Silicate - Na0.5H0.5(AlSi2O6) - Y: 10.43 % - d x
01-070-2076 (C) - Whitmoreite - (Fe0.95Mn0.27)Fe2(OH)2(H2O)4(PO4)2 - Y: 6.26 % - d x by: 1.
01-087-1497 (C) - Birnessite (K-exchanged), syn - K0.5Mn2O4.3(H2O)0.5 - Y: 14.59 % - d x by: 1
01-074-1758 (C) - Dickite - Al2Si2O5(OH)4(HCONH2) - Y: 6.26 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Mon
01-076-0843 (C) - Faujasite-Na - (Na2Ca)0.075(Al0.3Si0.7)O2(H2O)0.22 - Y: 8.34 % - d x by: 1. -
01-076-0847 (C) - Vermiculite - Mg3.41Si2.86Al1.14O10(OH)2(H2O)3.72 - Y: 8.34 % - d x by: 1. -
01-083-1466 (C) - Albite low - Na0.986(Al1.005Si2.995O8) - Y: 17.34 % - d x by: 1. - WL: 1.5406
01-079-1906 (C) - Quartz - SiO2 - Y: 95.84 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.91340 -
Operations: X Offset -0.070 | Smooth 0.070 | Background 0.000,1.000 | Import
File: AVcerecohorno.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 2.00 ° - End: 80.00 ° - Step: 0.02 ° - Step t
Lin
(C
ps)
0
100
200
300
400
500
600
700
2-Theta - Scale
2 10 20 30 40 50 60 70 80
120
ANEXO C. Curvas deformación vs tiempo y curvas variación de espesor vs raíz de tiempo
Figura C.1. Muestra M5LS40. Curvas de deformación versus tiempo en carga y descarga.
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
300,0
350,0
400,0
450,0
500,0
550,0
600,0
650,0
700,00,10 1,00 10,00 100,00 1000,00 10000,00
De
form
ació
n v
ert
ica
l [x 0
.01
mm
]
Tiempo [min]
0,1 kg/cm2 0,25 kg/cm2 0,5 kg/cm2
1 kg/cm2 2,0 kg/cm2 4,0 kg/cm2
8,0 kg/cm2 16 kg/cm2 8 kg/cm2 Descarga
4,0 kg/cm2 Descarga 1,0 kg/cm2 Descarga 0 kg/cm2 Descarga
121
Figura C.2. Muestra M5LS40. Curvas de variación del espesor versus raíz del tiempo para calculo de cv.
27,16
27,18
27,20
27,22
27,24
27,26
27,28
27,30
27,32
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el esp
eso
r (m
m)
Raiz t (min)
0,1 kg/cm2
26,80
26,85
26,90
26,95
27,00
27,05
27,10
27,15
27,20
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el esp
eso
r (m
m)
Raiz t (min)
0,25 kg/cm2
26,35
26,40
26,45
26,50
26,55
26,60
26,65
26,70
26,75
26,80
26,85
26,90
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el esp
eso
r (m
m)
Raiz t (min)
0,5 kg/cm2
25,70
25,80
25,90
26,00
26,10
26,20
26,30
26,40
26,50
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el esp
eso
r (m
m)
Raiz t (min)
1 kg/cm2
122
Figura C.3. Muestra M5LS40. Curvas de variación del espesor versus raíz del tiempo para calculo de cv.
24,600
24,800
25,000
25,200
25,400
25,600
25,800
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el esp
eso
r (m
m)
Raiz t (min)
2 kg/cm2
23,400
23,600
23,800
24,000
24,200
24,400
24,600
24,800
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el esp
eso
r (m
m)
Raiz t (min)
4 kg/cm2
22,200
22,400
22,600
22,800
23,000
23,200
23,400
23,600
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el espesor
(mm
)
Raiz t (min)
8 kg/cm2
20,800
21,000
21,200
21,400
21,600
21,800
22,000
22,200
22,400
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el espesor
(mm
)
Raiz t (min)
16 kg/cm2
123
Figura C.4. Muestra M5LS20. Curvas de deformación versus tiempo en carga y descarga.
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
300,0
350,0
400,0
450,0
500,0
550,0
0,10 1,00 10,00 100,00 1000,00 10000,00
De
form
aci
ón
ve
rtic
al [
x 0
.01
mm
]
Tiempo [min]
0,1 kg/cm2 0,25 kg/cm2 0,5 kg/cm2
1 kg/cm2 2 kg/cm2 4 kg/cm2
8 kg/cm2 16 kg/cm2 8 kg/cm2 Descarga
4 kg/cm2 Descarga 1 kg/cm2 Descarga 0 kg/cm2 Descarga
124
Figura C.5. Muestra M5LS20. Curvas de variación del espesor versus raíz del tiempo para calculo de cv.
21,230
21,240
21,250
21,260
21,270
21,280
21,290
21,300
21,310
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el esp
eso
r (m
m)
Raiz t (min)
0,1 kg/cm2
21,060
21,080
21,100
21,120
21,140
21,160
21,180
21,200
21,220
21,240
21,260
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el esp
eso
r (m
m)
Raiz t (min)
0,25 kg/cm2
20,800
20,850
20,900
20,950
21,000
21,050
21,100
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el esp
eso
r (m
m)
Raiz t (min)
0,5 kg/cm2
20,350
20,400
20,450
20,500
20,550
20,600
20,650
20,700
20,750
20,800
20,850
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el esp
eso
r (m
m)
Raiz t (min)
1 kg/cm2
125
Figura C.6. Muestra M5LS20. Curvas de variación del espesor versus raíz del tiempo para calculo de cv.
19,700
19,800
19,900
20,000
20,100
20,200
20,300
20,400
20,500
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el esp
eso
r (m
m)
Raiz t (min)
2 kg/cm2
18,800
18,900
19,000
19,100
19,200
19,300
19,400
19,500
19,600
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el esp
eso
r (m
m)
Raiz t (min)
4 kg/cm2
17,700
17,800
17,900
18,000
18,100
18,200
18,300
18,400
18,500
18,600
18,700
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el espesor
(mm
)
Raiz t (min)
8 kg/cm2
16,500
16,600
16,700
16,800
16,900
17,000
17,100
17,200
17,300
17,400
17,500
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el esp
eso
r (m
m)
Raiz t (min)
16 kg/cm2
126
Figura C.7. Muestra Planta de Lana. Curvas de deformación versus tiempo en carga y descarga.
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
300,0
350,0
400,0
450,0
500,0
550,0
600,0
650,0
700,00,10 1,00 10,00 100,00 1000,00 10000,00 100000,00
De
form
ació
n v
ert
ica
l [x 0
.01
mm
]
Tiempo [min]
0,1 kg/cm2 0,1kg/cm2 0,25kg/cm20,5kg/cm2 1kg/cm2 2kg/cm24kg/cm2 6kg/cm2 4kg/cm2 Descarga2kg/cm2 Descarga 1kg/cm2 Descarga 0,1kg/cm2 Descarga
127
Figura C.8. Muestra Planta de Lana. Curvas de variación del espesor versus raíz del tiempo para cálculo de cv.
25,800
26,000
26,200
26,400
26,600
26,800
27,000
27,200
27,400
27,600
27,800
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el espesor
(mm
)
Raiz t (min)
0,1 kg/cm2
25,660
25,670
25,680
25,690
25,700
25,710
25,720
25,730
25,740
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el espesor
(mm
)
Raiz t (min)
0,25kg/cm2
25,400
25,450
25,500
25,550
25,600
25,650
25,700
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el espesor
(mm
)
Raiz t (min)
0,5kg/cm2
24,400
24,500
24,600
24,700
24,800
24,900
25,000
25,100
25,200
25,300
25,400
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Variació
n d
el espesor
(mm
)
Raiz t (min)
1kg/cm2
128
Figura C.9. Muestra Planta de Lana. Curvas de variación del espesor versus raíz del tiempo para cálculo de cv.
23,200
23,400
23,600
23,800
24,000
24,200
24,400
24,600
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el espesor
(mm
)
Raiz t (min)
2kg/cm2
22,000
22,200
22,400
22,600
22,800
23,000
23,200
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el esp
eso
r (m
m)
Raiz t (min)
4kg/cm2
21,200
21,300
21,400
21,500
21,600
21,700
21,800
21,900
22,000
0 10 20 30 40 50 60 70
Variació
n d
el esp
eso
r (m
m)
Raiz t (min)
6kg/cm2
129
Figura C.10. Muestra Chiloé-Briceño. Curvas de deformación versus tiempo en carga y descarga.
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
140,0
160,0
180,0
200,0
220,0
240,0
0,10 1,00 10,00 100,00 1000,00 10000,00
De
form
ació
n v
ert
ica
l [x 0
.01
mm
]
Tiempo [min]
0,1kg/cm2 0,25kg/cm2 0,5kg/cm2
1kg/cm2 2kg/cm2 4kg/cm2
2kg/cm2 1kg/cm2 0kg/cm2
130
Figura C.11. Muestra Chiloé-Briceño. Curvas de variación del espesor versus raíz del tiempo para cálculo de cv.
27,500
27,520
27,540
27,560
27,580
27,600
27,620
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el esp
eso
r (m
m)
Raiz t (min)
0,1kg/cm2
27,320
27,340
27,360
27,380
27,400
27,420
27,440
27,460
27,480
27,500
27,520
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el esp
eso
r (m
m)
Raiz t (min)
0,25kg/cm2
27,050
27,100
27,150
27,200
27,250
27,300
27,350
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el esp
eso
r (m
m)
Raiz t (min)
0,5kg/cm2
26,700
26,750
26,800
26,850
26,900
26,950
27,000
27,050
27,100
27,150
0 10 20 30 40 50 60
Variació
n d
el esp
eso
r (m
m)
Raiz t (min)
1kg/cm2
131
Figura C.12. Muestra Chiloé-Briceño. Curvas de variación del espesor versus raíz del tiempo para cálculo de cv.
26,000
26,100
26,200
26,300
26,400
26,500
26,600
26,700
26,800
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el esp
eso
r (m
m)
Raiz t (min)
2kg/cm2
25,300
25,400
25,500
25,600
25,700
25,800
25,900
26,000
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el esp
eso
r (m
m)
Raiz t (min)
4kg/cm2
132
Figura C.13. Muestra Cereco. Curvas de deformación versus tiempo en carga y descarga.
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
140,0
160,0
180,0
200,0
220,0
240,0
260,0
280,0
0,10 1,00 10,00 100,00 1000,00 10000,00
De
form
ació
n v
ert
ica
l [x 0
.01
mm
]
Tiempo [min]
0,1kg/cm2 0,25kg/cm2 0,5kg/cm2
1kg/cm2 2kg/cm2 4kg/cm2
2kg/cm2 1kg/cm2 0kg/cm2
133
Figura C.14. Muestra Cereco. Curvas de variación del espesor versus raíz del tiempo para cálculo de cv.
27,100
27,150
27,200
27,250
27,300
27,350
27,400
27,450
27,500
27,550
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el espesor
(mm
)
Raiz t (min)
0,1kg/cm2
26,800
26,850
26,900
26,950
27,000
27,050
27,100
27,150
27,200
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el espesor
(mm
)
Raiz t (min)
0,25kg/cm2
26,550
26,600
26,650
26,700
26,750
26,800
26,850
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el esp
eso
r (m
m)
Raiz t (min)
0,5kg/cm2
26,200
26,250
26,300
26,350
26,400
26,450
26,500
26,550
26,600
0 10 20 30 40 50 60
Variació
n d
el esp
eso
r (m
m)
Raiz t (min)
1kg/cm2
134
Figura C.15. Muestra Cereco. Curvas de variación del espesor versus raíz del tiempo para cálculo de cv.
25,700
25,800
25,900
26,000
26,100
26,200
26,300
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el espesor
(mm
)
Raiz t (min)
2kg/cm2
25,000
25,100
25,200
25,300
25,400
25,500
25,600
25,700
0 10 20 30 40 50
Variació
n d
el espesor
(mm
)
Raiz t (min)
4kg/cm2
135
ANEXO D. Tabla de cálculo para elaboración del mapa compuesto
4 m de profundidad
ESTACION Altura msnm Litología NSPT
DC Gi T V Gi T V Gi T V I
101 29 29 15 4 3 17 10 8 8 25 57
102 32 32 16 4 3 17 7 5 5 28 61
103 14 14 7 4 3 17 5 3 3 30 54
104 13 13 7 4 3 17 2 0 0 33 57
105 8 8 4 4 3 17 10 8 8 25 46
106 31 31 16 1 0 0 10 8 8 25 41
107 3 3 2 4 3 17 10 8 8 25 43
108 9 9 5 4 3 17 4 2 2 31 53
109 14 14 7 4 3 17 2 0 0 33 57
110 32 32 16 3 2 11 12 10 10 23 51
111 12 12 6 4 3 17 20 18 18 15 38
112 5 5 3 1 0 0 12 10 10 23 26
113 23 23 12 7 6 33 4 2 2 31 76
114 15 15 8 2 1 6 6 4 4 29 42
201 14 14 7 4 3 17 6 4 4 29 53
202 66 66 33 4 3 17 6 4 4 29 79
203 20 20 10 6 5 28 25 23 23 10 48
204 16 16 8 2 1 6 8 6 6 27 41
205 25 25 13 2 1 6 10 8 8 25 43
206 15 15 8 2 1 6 12 10 10 23 36
207 5 5 3 6 5 28 7 5 5 28 59
208 44 44 22 5 4 22 10 8 8 25 70
209 52 52 26 1 0 0 10 8 8 25 52
210 31 31 16 1 0 0 20 18 18 15 31
211 6 6 3 5 4 22 6 4 4 29 55
212 6 6 3 1 0 0 3 1 1 32 35
213 39 39 20 2 1 6 4 2 2 31 57
214 7 7 4 4 3 17 5 3 3 30 51
215 25 25 13 6 5 28 8 6 6 27 68
216 6 6 3 1 0 0 6 4 4 29 32
217 15 15 8 2 1 6 25 23 23 10 23
218 14 14 7 5 4 22 5 3 3 30 60
219 13 13 7 2 1 6 12 10 10 23 35
220 16 16 8 5 4 22 12 10 10 23 54
221 13 13 7 2 1 6 4 2 2 31 43
136
222 26 26 13 4 3 17 4 2 2 31 61
223 0,1 0 0 1 0 0 15 13 13 20 20
224 16 16 8 4 3 17 8 6 6 27 52
225 16 16 8 5 4 22 15 13 13 20 51
226 16 16 8 1 0 0 30 28 28 5 13
227 16 16 8 1 0 0 8 6 6 27 35
228 6 6 3 1 0 0 10 8 8 25 28
229 21 21 11 6 5 28 8 6 6 27 66
230 11 11 6 2 1 6 2 0 0 33 44
231 24 24 12 3 2 11 30 28 28 5 28
232 15 15 8 1 0 0 30 28 28 5 13
233 14 14 7 3 2 11 20 18 18 15 33
234 2 2 1 3 2 11 10 8 8 25 37
235 13 13 7 3 2 11 20 18 18 15 33
236 10 10 5 3 2 11 25 23 23 10 26
301 7 7 4 1 0 0 20 18 18 15 19
302 7 7 4 6 5 28 35 33 33 0 31
303 60 60 30 5 4 22 2 0 0 33 86
304 23 23 12 6 5 28 6 4 4 29 69
305 0 0 0 1 0 0 10 8 8 25 25
306 47 47 24 3 2 11 30 28 28 5 40
Gh 66
Gh 7
Gh 35 Gl 0,00
Gl 1,00
Gl 2,00
C 0,5
C 5,6
C 1,0