Post on 02-Jan-2016
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA Y METALÚRGICA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA GEOLÓGICA
COORDINACIÓN DE INVESTIGACIÓN
“ESTUDIO GEOTÉCNICO PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL PUENTE ASILLO”
TESIS
PRESENTADO POR EL BACHILLER.
MARIO QUISPE BEATO
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO GEÓLOGO
PUNO - PERÚ.
2010
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA Y METALÚRGICA
Escuela Profesional de Ingeniería Geológica
COORDINACIÓN DE INVESTIGACIÓN
“ESTUDIO GEOTÉCNICO PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL
PUENTE ASILLO”
TESIS
PRESENTADO POR:
MARIO QUISPE BEATO
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO GEÓLOGO
APROBADO POR EL JURADO REVISOR CONFORMADO POR:
Presidente : Msc. Ariel AQUINO PACHECO ……………………………….
Primer miembro: Ing. Miguel YANARICO APAZA ………………………………
Segundo miembro : Ing. F. Georges LLERENA PEREDO…………………………
Asesor de Tesis: Msc. Sofía BENAVENTE FERNANDEZ ………………………
Director de Tesis : Mcs. Newton MACHACA CUSILAYME ……………………….
PUNO - PERU
2010
DEDICATORIA
Dedico con mucho amor
cariño este trabajo a mis queridos
Padres quien en vida fue Santiago
Quispe Ccari, y mi Madre
Anastacia Beato Pacco, por los
grandes esfuerzos y sacrificios
realizados.
Y a mis hermanos Máximo, Cecilia, Virginia,
Roberta, y mis tíos Con profundo cariño y gratitud,
por el constante apoyo y alentó hicieron posible
la culminación de mi carrera profesional.
3
AGRADECIMIENTO.
A Dios, todo poderoso, Señor de mi vida que me dio su Don y orientación.
A todos los Docentes de la Facultad de Ingeniería Geológica y Ex – Docentes de
la Escuela Profesional de Ingeniería Geológica de la Universidad Nacional del
Altiplano Por su abnegada labor, quienes me guiaron a estimular mis estudios y
superación profesional.
A mis colegas de promoción por su consejo para ejecutar el presente trabajo, que
será un aporte como fuente de información para el desarrollo de la región en el
que hacer del estudio geotécnico.
De manera especial a mi Director y Asesores de tesis por sus correcciones y
apoyo durante la investigación.
Igualmente a consorcio constructor tramo IV por haberme dado la oportunidad de
realizar mi trabajo en dicho Institución.
.
4
INDICE
CAPITULO I
INTRODUCCION
1.1 Ubicación 2
1.2 Accesibilidad 3
1.3 Clima 3
1.4 Vegetación 4
1.5 Fisiografía 7
1.6 Objetivos del estudio 8
CAPITULO II
MARCO GEOLOGICO
2.1 Geología Regional. 9
2.2 Geología local 15
CAPITULO III
METODOLOGIA
3.1 Equipos y Materiales 18
3.2 Perforaciones 18
3.3 Recuperación de Testigos 21
3.4 Manipulación de Testigos 24
3.5 Registro de Perforación 24
3.6 Perfil Geológico 26
5
CAPITULO IV
RESULTADOS Y DISCUCIONES
4.1 Investigaciones de campo 27
4.2 Ensayo de penetración Estándar (SPT) 28
4.3 Ensayo de penetración dinámica de cono (CPT) 29
4.4 Ensayos de laboratorio 30
4.5 Ensayos de Corte directo 33
4.6 Ensayo de compresión no confinado 34
4.7 Ensayos químicos 34
4.8 Perfil estratigráfico 35
4.7 Análisis de cimentación en pilotes 35
Cálculo de capacidad de carga ultima de pelotes 37
Cálculo del asentamiento 50
4.8 Evaluación profunda de licuación y colapso 53
4.9 Evaluación del ataque químico al concreto 56
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 58
BIBLIOGRAFIA 60
ANEXOS 61
6
RESUMEN
El Corredor Interoceánico Sur, Perú-Brasil, Tramo 4: “Azángaro-Puente Inambari”
se encuentra ubicado en el departamento Puno, entre las provincias de Azángaro
y Carabaya, teniendo como coordenada de origen 371657E, 8352315N
(Azángaro) y coordenada final 350096E, 8541963N (Puente Inambari).
La Carretera Azángaro – Puente Inambari conforma el Tramo 4 del Corredor Vial
Interoceánico Sur, Perú Brasil con una longitud aproximada de 305 Km,
considerándose para la etapa de estudio el sector comprendido entre Azángaro
(Km. 51+000) y Puente Inambari (Km. 356+055). Dentro de esta etapa del Tramo
IV, se tiene proyectada la construcción del Puente Asillo ubicado en el Km.
76+748.
Los cortes de la carretera existentes y las paredes de los margines de las
diversas quebradas, que son interceptadas por esta vía, nos han permitido definir
las diferentes formaciones geológicas por las que atraviesa el tramo carretero
que nos ocupa.
Se han realizado ensayos de clasificación de suelos en las muestras obtenidas en
los ensayos de SPT. En el caso de los suelos de grava, se han usado para
determinar las muestras extraídas con la perforación diamantina.
De la misma manera se realizo en ensayo de Corte Directo, en la matríz
envolvente del material aluvial (suelo que se encuentra predominantemente en el
lecho del rio Asillo), en la fracción fina de la muestra obtenida, la misma que ha
sido re moldeada; este valor será el límite inferior de la resistencia a la fricción del
depósito cuaternario.
7
LISTADO DE CUADROS1.1 Luz del puente evaluado 8
2.1 Columna estratigráfica región del altiplano 14
2.2 Columna estratigráfica local 15
3.1 Equipos de la perforación 18
3.2 Diámetros de la perforación 18
3.3 Resultado de ensayos de SPT 22
4.1 Relación de perforaciones realizadas 27
4.2 Resumen de ensayos de clasificación de suelos 32
4.3 Resultado de ensayos de corte directo 34
4.4 Ensayo de compresión no confinado 34
4.5 resultado de ensayos químicos 35
4.6 Factores de corrección 39
4.7 Parámetros relativos al tipo de pilote 40
4.8 Factores λ y θ relativos de carga y tipo de pilote (P.P. Velloso) 41
4.9 Parámetros de Mn y Nm relativos 42
4.10 Resumen los resultados obtenidos 46
8
NOTACIONES Y UNIDADESSe : Asentamiento Elástico
Q : Presión de trabajo
A : Área de la zapata equivalente
Es : Modulo de Elasticidad (ton/m2)
V : Relación de Poisson
Iz : Factor de forma. Depende de Lg/Bg
Lg : Largo de la zapata equivalente
Bg : Ancho de la zapata equivalente
S : Separación entre los centros de los pilotes
n1 : Número de pilotes a lo ancho
n2 : Número de pilotes a lo largoΔH : Asentamiento por consolidación.
σ v´ : Presión vertical efectiva de sobrecarga a la mitad del
estrato (H - 2/3L)
Δσ v´
: Incremento de presión, a la mitad del estrato (H - 2/3L)
Cc : Coeficiente de consolidación.
e0 : Relación inicial de vacíos del suelo.
H : Espesor del estrato de arcilla
ΔH1 : Asentamiento debido a la aplicación de las cargas en la zona de
recompresión.
ΔH2 : Asentamiento debido a la aplicación de las cargas en la zona de la curva
virgen.
τ pro : Esfuerzo de corte promedio inducido por el terremoto
amax : Aceleración máxima en la superficie del terreno
g : Aceleración de la gravedad.
σ v : Esfuerzo total vertical a la profundidad considerada
σ ’v : Esfuerzo efectivo vertical a la profundidad considerada
rd : Factor de reducción del esfuerzo que decrece de 1 en la superficie a 0.9
a 10 m de profundidad.
Nc : N del ensayo SPT corregido
’ : Esfuerzo efectivo al inicio del metro considerado
9
Qu : Capacidad de carga última (kN)
QS : Capacidad de carga por fricción lateral del pilote (kN)
QP : Capacidad de carga por punta del pilote (kN)
ØS : 0.65
ØP : 0.55
Qd : Carga de diseño (tn)
Qu : Capacidad de carga última del pilote (tn)
: Eficiencia del grupo de pilotes
QR : Capacidad de carga mayorada del pilote (tn)
Q : El valor menor entre Q1 y Q2
Ts : 40 kPa para suelos no cohesivos y
Ts : 30 kPa para suelos limosos no plásticos y por extensión a todos los
demás suelos.
Zb : longitud del pilote limitada a 10 De.
Rl : resistencia lateral
A11 : área lateral por metro lineal de pilote
Ni : SPT en el punto i
Kli : αi x Ki (factor de correlación)
CA : cota superficial del pilote
L : penetración del pilote
Rp : resistencia por punta
Ap : área de la punta
Kp : factor de correlación
Np : SPT de la punta
P : Reacción total del pilote que resulta del momento y de la carga directa
∑V : Suma de las cargas verticales que actúan en la cimentación.
∑M
: Suma de momentos con relación al centroide del grupo. ∑M se
expresa algunas veces como ∑Ve .
n : Número de pilotes en el grupo
d : Distancia del centroide del grupo al pilote en cuestión
10
∑ d2
: Suma de los cuadrados de las distancias a cada pilote del centroide
del grupo
CAPITULO I
INTRODUCCION
El Ministerio de Transportes, Comunicaciones Vivienda y Construcción (MTCVC),
con la finalidad de agilizar el tránsito de la zona ha creído por conveniente la
realización de las investigaciones Geotécnicas para la construcción del Puente
Asillo en el Km. 76+748 el cual es el motivo de la presente tesis.
El trabajo de la evaluación geotécnica inicial se realizó en el mes de marzo del
2007, en base a las perforaciones diamantinas de los estribos izquierdo y
derecho. La primera revisión se realizó en agosto del 2007, la segunda revisión se
realizó en el mes de noviembre del 2007y la tercera revisión en diciembre de
2008, cuando fue realizada las perforaciones complementarias del pilar izquierdo
y derecho.
En él me ocupo de las Características Geotécnicas, Características Litológicas,
capacidad portante, asentamiento de terreno de fundación y El comportamiento
del Nivel Freático del área de fundación del puente, ha sido conveniente realizar
estudios de caracterización geotécnica tanto en los Estribos como en los Pilares,
dadas la complejidad de los suelos del altiplano, el análisis, interpretación
geotécnica que servirán para alcanzar los parámetros para el diseño del referido
puente.
11
1.1 Ubicación
El punto de estudio se encuentra ubicada dentro del Corredor Interoceánico Sur,
Perú Brasil, Tramo 4: “Azángaro – Puente Inambari” se encuentra ubicado en el
departamento de Puno, provincia de Azángaro, Distrito de Asillo, lugar
denominado Rio Asillo. Geográficamente teniendo como coordenada UTM:
355176E y 8367657N.
La vía se encuentra ubicada en una zona de topografía variable de características
de relieve plano, suavemente ondulado a preponderantemente ondulado a
montañoso
Figura 1.1
Plano de ubicación
12
FUENTE : I.G.N.
1.2 Accesibilidad
Para llegar al lugar de estudio discurre íntegramente por el departamento de
Puno, siendo el acceso al puente de la siguiente manera:
Primero por vía terrestre del departamento Puno hasta la ciudad de Juliaca
un promedio de 45 min. Luego se continúa por la carretera – Ruta 3S - en
dirección a la salida hacia la ciudad del Cusco, pasando por la localidad de
Calapuja el cual se encuentra en la progresiva Km. 1289 (progresiva referida a la
carretera que viene desde el Cusco) hasta llegar al desvío que va hacia la
localidad del Cusco (Km. 1288), lado izquierdo y la localidad de Azángaro hacia el
lado derecho, iniciándose allí una nueva progresiva denominada Km 00+000 –
Ruta 531 - para luego continuar hasta el Km 46+000 ingreso a la localidad de
Azángaro ya sobre la Ruta 106, un promedio de 60 min de Juliaca a Azángaro.
A lo largo de la carretera se encuentran ubicados centros poblados hacia
ambos lados de la vía y se presentan los siguientes centros poblados: Azángaro
(km. 51+000), Punta Tallapizi (km. 63+000), Carapunco (km. 67+000), Desvío
Asillo (km. 75+300), finalmente legando a la zona de estudio puente Asillo que se
encuentra ubicado en progresiva Km.76+748, tiempo promedio por vía terrestre
20 min desde Azángaro a Puente Asillo.
1.3 Clima
El clima de la zona se caracteriza por ser de tipo frío – templado y lluvioso, con
temperaturas inestables por frecuentes cambios bruscos de temperatura
ambiental (la temperatura media anual es de 7° y la mínima es de -17 °C).
Presenta dos estaciones claramente definidas.
De Abril a Septiembre, con un periodo seco, de clima frígido principalmente
por las noches, con descensos de temperatura muy fuertes, que llegan
hasta -17°C en las heladas; en el día soleado y tibio, pero los vientos son
intensos y provenientes del Sur, las precipitaciones son muy esporádicas.
13
De Septiembre a Abril, con fuertes precipitaciones pluviales, acentuándose
entre los meses de Diciembre a Marzo, acompañadas de tempestades
nevadas y granizadas, con temperaturas medias de – 03° y 12° el
promedio de precipitación es de 300 a 1,000 m.m. notándose una
elevación de la temperatura ambiental.
1.4 Vegetación
La vegetación está constituida en su mayor parte por plantas de tallo corto (al
borde de rio bofedales), por estar por encima de los 3, 900 m.s.n.m. así como
pastos naturales como ichu, musgos, y líquenes. En las depresiones y faldas de
cerros, se aprovecha la época de lluvias, para el cultivo de papas, cañihua,
quinua, habas, avena, alfalfa, fundamentalmente. La zona en términos generales
es moderadamente productiva en agricultura, debido al clima imperante.
La vegetación existente es variada, según los pisos altitudinales, condiciones
climáticas y topografía, la composición florística está caracterizada por la
presencia de especies arbóreas, arbustivas, predominando la vegetación
herbácea con asociaciones conspicuas denominadas pastizales. Se observa un
predominio de las plantas forrajeras destacando las familias de las gramíneas,
leguminosas, ciperáceas entre otros.
Diagnóstico del Estado Actual de la Zona en Base a Parámetros Biológicos
de Flora
El valor de importancia de las plantas lo constituye el porcentaje de cobertura
vegetal y el valor de índice de diversidad (H), evaluados en los transectos de
longitud constante. H es el índice de Diversidad de Shannon Weaver, derivado de
la teoría de la información (Margalef, 1977). Este mide la cantidad de información
que se necesita para identificar a un individuo extraído al azar como perteneciente
a una especie en particular.
14
La composición florística de la zona del proyecto presenta especies dominantes
de Gramíneas como Stipa ichu, Fescuta sp. y Hordeum vulgare, especies
herbáceas dominantes como: Margiricarpus pinnatus, Lupinus Chlorolepis, Bidens
andicola, Tagetes mandoni, Lepechina meyenii, Plantago major entre otros.
Descripción de las Especies de Flora más importantes en la zona:
Ichu: Stipa ichu (Familia: Gramineae)
Especie herbáceo, perenne, mesófita, crece en matojos densos.
Hábitat.- En suelos descubiertos algo degradados, pajonales de puna, es
indicador de suelos pobres, arenosos, superficiales. Se adapta a zonas de
planicie y ladera.
Importancia y Uso.- Mayormente es consumido por ganado llamuno y bovino,
en estado tierno. Se utiliza en construcciones rurales.
Kanlli: Margiricarpus pinnatus (Familia: Rosaceae)
Especie perenne, xerófita, tallo semileñoso, bastante ramificado.
Hábitat.- En suelos medianos y ligeros erosionados, pobres en materia orgánica,
tanto en laderas como en pampas.
Importancia y Uso.- Invasora, es decir se establece en praderas degradadas o
sobre pastoradas. En estado tierno, la parte terminal de la planta es removida
por ovinos, bovinos y llamas. El hombre la extrae como combustible.
K’era: Lupinus chlorolepisu (Familia: Leguminosae)
Especie herbácea, perenne, mesófita, con hojas partidas como la palma de la
mano, flores vistosas de color azul y amarillo.
Hábitat.- Invade algunos campos en descanso, prospera generalmente en zonas
de ladera, rocosas y secas.
Importancia y Uso.- Muy poco paladable, algunas veces el ganado trata de
renomearlo, pero su sabor amargo limita su consumo.
“Chiqchipa”: Tagetes mandonii (Familia Asteraceae)
15
Hábitat.- se halla comúnmente en terrenos degradados, modificados, suelos
ligeros en zonas de pampa, laderas y quebradas, maleza en campos de cultivo.
Importancia y uso.- en periodos vegetativos iniciales es consumido por ganado
ovino y vacuno, se considera como hospedero de nemátodos. Muy apreciado
como condimento “laqwa”.
Chilligua: Festuca dolichophla
Hábitat.- Vive en el altiplano, en la puna y valles interandinos. Prefiere lugares
con bastante sol.
Importancia y Uso.- los animales domésticos del campo la utilizan como
elemento de alimentación y pastoreo en tiempos de estiaje.
Salvia: Lepechina meyeni (Familia: Labiadae)
Especie herbáceo, perenne, stolonífera,.
Hábitat.- Común en el altiplano, en cerros, laderas, creciendo también en zonas
bajas, valles altos desde los 3 800 a 3 000 msnm., suelos húmedos; asociaciones
con arbustos de los géneros rubrus, y gramíneas.
Importancia y Uso.- En su estado tierno es consumido por el ganado ovino,
bovino, especie aromática altamente conocida por su valor medicinal.
Llantén: Plantago major (Familia: Plataginaceae)
Especie herbáceo, planta anual, hojas arrocetadas algo lineales, inflorescencia
en panoja.
Hábitat.- Se encuentra generalmente en laderas rocosas.
Importancia y Uso.- Mayormente es consumido por ganado ovino y vacuno, es
considerado también como planta medicinal.
Yareta: Azorella sp. (Familia: Apiaceae)
Sirve como combustible doméstico, industrial y aún en la fundición de minerales.
La resina que se desprende de la combustión de la planta verde se usa en forma
de emplastos por los indígenas en casos de neumonías, reumatismo y en
curación de heridas.
16
1.5 Fisiografía
La zona de interés, ha sufrido una fuerte actividad tectónica que ha originado
plegamientos formando anticlinales y sinclinales a consecuencia de eventos
orogénicos durante las fases Peruana y fase Incaica de carácter compresivo. Los
plegamientos en los cerros y lomadas circundantes son simétricos, asimétricos y
aún volcados, siendo su buzamiento predominante hacia el NE, con clara
orientación Andina.
Los fallamientos han sido intensos y han modificados sustancialmente la forma y
estructura de su superficie original. Los procesos orogénicos han ocasionado,
además de pliegues, metamorfismo y levantamiento de las formaciones
sedimentarias, provocando cambios en la posición primaria, generando
fallamientos principales con orientación predominante de NO-SE, que han dado
lugar a fallas secundarias y transversales a los primarios, proporcionando bloques
intensamente fracturados, los mismos que no tienen incidencia en la estabilidad
de la carretera.
Cabe señalar que el 70% del cauce del río San Antón (llamado también Gila o
Azángaro), transcurre siguiendo un fallamiento regional. De nuestras
observaciones de campo y antecedentes sísmicos de la zona, en el tramo de
estudio, no se evidencian fallamientos activos, la zona es sismo-tectónicamente
inactiva, o sea que no se producen sismos, y los que se perciben localmente son
aquellos cuyos mecanismos de falla se han producido en fallas lejanas. Por otro
lado de acuerdo con el mapa de zonificación sísmica del Perú, el tramo de interés
corresponde a la zona de riesgo medio, por lo que se deberá tomar en
consideración en la cimentación de obras mayores (puentes).
Sismicidad.
Dentro del territorio peruano se han establecido tres zonas sísmicas, las cuales
presentan diferentes características de acuerdo a la mayor o menor ocurrencia de
los sismos. Según los Mapas de Zonificación Sísmica del Perú, propuesto por la
17
norma Sismo – Resistente E-030 del Reglamento Nacional de Construcciones, el
puente Asillo se encuentra comprendida en la Zona 2 correspondiéndole una
sismicidad media como se puede ver en el anexo C (lamina 06).
Los parámetros geotécnicos correspondientes son los siguientes:
Factor de Zona Z = 0,30gPerfil del suelo tipo T = S2Período predominante Tp = 0,6 sFactor de amplificación del suelo S =1,2
Para el análisis pseudo estático se recomienda el valor = 0,15 gPara ser usado en las Normas de Diseño Sismo – Resistente
1.6 Objetivos del estudio.
- Evaluación las características geotécnicas para la fundación del puente
Asillo.
- Determinar la capacidad portante y asentamiento del terreno de fundación.
- Determinar el nivel freático del terreno para la cementación.
Este puente pertenece al Sector I del Proyecto “Corredor Vial Interoceánico Sur”,
Tramo 4, que comprende entre Azángaro y el Puente Inambari en el
Departamento de Puno.
De acuerdo al informe del área de hidráulica y de geología la luz del puente se
ha definido como:
Cuadro 1.1.
Luz del puente evaluado
Progresiva
Km
Nombre de la
Quebrada
Tipo de
Estructura
Luz
(m)
76+748 Asillo Puente 60
Fuente elaboración propia.
Para conocer las características del suelo de cimentación se han realizado
perforaciones diamantinas con obtención de testigos.
Para la evaluación de la capacidad última y los asentamientos de las
cimentaciones se han usado los fundamentos teóricos establecidos por la
ingeniería geotécnica y la mecánica de suelos. Los fundamentos teóricos usados
se describen brevemente en el capítulo correspondiente.
18
CAPITULO II
MARCO GEOLOGICO
2.1 Geología Regional.
Las perforaciones realizadas en el dicho puentes y observadas en los cortes de
carretera existentes y las paredes de los márgenes de las diversas quebradas,
que son interceptadas por esta vía, nos han permitido definir las diferentes
formaciones geológicas por las que atraviesa el tramo (ver cuadro.2.1).
La zona del proyecto transcurre por diferentes formaciones geológicas cuyas
edades varían desde el Paleozoico Superior hasta el Cuaternario Reciente, como
se indica en el cuadro siguiente:
a) Grupo Mitu (Ps-mi)
Tiene muy escasa presencia el tramo de estudio, está conformado por una
secuencia volcánica formada por derrames, brechas volcánica color con
textura brechosa intercaladas eventualmente con areniscas y
conglomerados, el volcánico es predominante masivo, considerablemente
alterado, de coloraciones verdosas y violáceas. Conforman cerros bajos o
lomadas.
Comportamiento Geotécnico.
Estas rocas se hallan bastante diaclasadas y fracturadas a causa de
esfuerzos tensiónales al consolidarse el magma. Por acción de los
fenómenos de meteorismo (bruscos cambios de temperatura) las rocas
sufren la alteración y disgregación de sus minerales constituyente,
ocasionando la generación de pequeños desmoronamientos del talud de
corte, pero de mínima envergadura por lo que son intrascendentes, estos
materiales son inadecuados para cualquier uso, en lo que concierne la
construcción vial.
b) Formación Muni (Js – mu).
Está constituida por areniscas feldespáticas y limoarcillas de color rojizas
con presencia de lutitas abigarradas con delgadas capas de margas
19
rojizas, eventualmente intercaladas con estratos de calizas y areniscas
calcáreas.
Comportamiento Geotécnico.
El uso de estos materiales para fines constructivos no es recomendable,
excepto como rellenos, ello debido a su fácil alteración y pérdida de
consistencia (por intercalación de horizontes débiles y competentes). La
poca resistencia de estas rocas hace que el movimiento de tierras no
requiera el uso de explosivos. Las laderas de los cerros en estas
formaciones son fácilmente erosionables.
c) Formación Huancané (Ki-hu).
Consiste de una secuencia de areniscas masivas, gris pardusca a rosadas
de grano medio a fino, intercaladas con cuarcitas, limoarcillas rojizas y
esporádicos bancos de conglomerados.
Comportamiento Geotécnico.
Las rocas de esta formación presentan buenas características geotécnicas
buena dureza y resistencia a la alteración, por lo cual son adecuados como
materiales de construcción y como bloques para enrocados (defensas
ribereñas). Los cortes que se efectúen necesariamente requieren del uso
de explosivos
d) Grupo Moho (Kis-mo).
Está conformado por areniscas de grano fino, intercaladas con estratos de
lutitas rojas laminares y calizas dolomías, limoarcillas y lodolitas rojas.
Comportamiento Geotécnico.
Aunque tiene escasa presencia en la zona de estudio, las areniscas son los
que presentan las mejores condiciones de dureza, espesor y resistencia a
la alteración físico – química. Es adecuado para el uso como enrocado en
defensas ribereñas
20
e) Formación Azángaro (NQ-az).
Esta formación fue descrita por Newell (1949) como depósitos fluviales del
Río Asillo y Azángaro y está correlacionada a los principales Ríos que
drenan el Altiplano, en este caso corresponde a los antiguos depósitos
fluviales de Río Grande, afluente de San Antón, y Asillo también
denominado Gila y Azángaro más al Sur.
Esta unidad es ampliamente notable en todo el Valle de Río Asillo y está
Compuesta por estratos poco densos de areniscas finas, conglomerados y
limonitas de color beige a rojizo, en bancos de 30 a 40 cm. La
estratificación es sub – horizontal, las características sedimentarias de esta
formación indican un ambiente fluvio – lacustre y de llanuras de inundación.
La formación presenta variación lateral, tanto en el tamaño de los clastos
como en su composición, dependiendo esta última de la fuente de
alimentación.
Esta formación es la que tiene mayor presencia a los laterales de la zona
de estudio desde el inicio hasta el final del afluente del rio
Comportamiento Geotécnico.
Los materiales de esta formación pueden servir como rellenos estructurales
de aproximación de puente en la elevación de la rasante de plataforma en
este trecho de pampas.
Son terrenos susceptibles a erosión y desmoronamiento.
Depósitos Cuaternarios.
Tiene presencia muy aislada y están constituidos por los siguientes
depósitos.
21
f) Zona de Bofedales.
Conformados por arcillas y limos orgánicos en áreas depresionadas
aisladas, donde se acumulan, predominantemente en las zonas de
pampas. Son observables aisladamente en ambos lados de la carretera,
Azángaro- San Antón pero son intranscendentes por su escasa y pequeña
ocurrencia. En las acumulaciones de aguas adyacentes a la vía se les ha
dotado de alcantarillas nuevas de las que carecían.
Comportamiento Geotécnico.
Los materiales que los conforman son inadecuados para todo uso.
g) Depósitos Aluviales.
Constituidos por acumulaciones de materiales en los lechos de quebradas
y ríos, conformados por cantos rodados y grabas (escasas bolonerías), de
formas redondeadas y sub – redondeadas, de variado origen, que se
encuentran poco consolidados y englobados en una matriz arenosa.
Comportamiento Geotécnico.
Estos depósitos son adecuados como materiales de construcción (canteras) y
se disponen en amplias terrazas a ambos lados del río San Antón y Rio Asillo.
h) Depósitos Residuales.
Son los que se forman en el mismo lugar en que se encuentran, por la
descomposición físico – química de la roca madre infrayacente, estos
constituyen suelos finos orgánicos y sobre la que crece la vegetación, son
de escaso espesor (20 a 30cm.) y cubren las áreas de cultivo en los
depósitos aluviales fluvio – glaciares y en la formación Azángaro.
22
Comportamiento Geotécnico.
No tienen incidencia en la vía por cuanto han sido cubiertas por el relleno
de la plataforma vial y no se han considerado en el mapeo geológico por su
espesor intrascendente.
i) Depósitos Fluvio – Glaciares.
Estos depósitos al igual que los aluviales, están formando amplias terrazas
que se extienden en ambos flancos de los ríos principales.
La composición litológica de los fluvio – glaciares es generalmente
polimíctica, están constituidos por clastos de areniscas y cuarcitas
generalmente adoptan formas tabulares, subangulosas, con algunos
clastos de rocas volcánicas e ígneas distribuidos en matriz limo arcillosa y
arenosa. En todos los casos se encuentran cubiertos por una capa de
suelo húmico de 0.50 a 1m. De grosor.
Comportamiento Geotécnico.
Estos depósitos son adecuados como materiales de relleno en la
conformación de la plataforma vial pero eliminando la capa superficial.
23
CUADRO 2.1
24
2.2 Geología local
La zona de estudio corresponde a la región del Altiplano o Meseta del Collao, que
se caracteriza por presentar una superficie predominantemente plana, que
presenta una litología de arcillas de alta a baja plasticidad, porque los puntos de
estudio se encuentra en una zona de depósito cuaternario que presenta un
depósito fluvial con gravas polimícticas (arena limo y arcilla mayormente) de entre
0.30 m y 0.60 m de diámetro, ubicados en lecho y rivera del río. Se considera que
el depósito es clase III para excavación con equipo manual; además el cauce
presenta avenidas, inundaciones y desbordes fluviales.
El rasgo geomorfológico que presenta el área donde se ubicará el Puente,
corresponde a la Unidad Geomorfológica Local “Altiplanicie”, tiene una extensión
considerable y se desarrolla sobre altitudes que oscilan entre 3900 y 4000m, con
una superficie relativamente ondulada en la que algunas veces se presentan
cauces antiguos de ríos abandonados, los ríos actuales desarrollan meandros
sobre esta superficie y la mayor descarga de las aguas del río se desarrolla
durante los meses de Enero-Abril, el resto del año la descarga es moderado,
durante la estación de invierno el agua del río no alcanza a inundar el área donde
se pretende ubicar los estribos del futuro puente.
En el presente capitulo denominaremos las formaciones geológicas que
localmente afloran en la zona de estudio como podemos ver en cuadro 2.2.
CUADRO 2.2
Columna estratigráfica local
ERATEMA SISTEMA SERIEUNIDAD ESTRATIGRÁFICA
CENOZOICA CUATERNARIO
HOLOCENO
Depósitos BofedalesDepósitos AluvialesDepósitos Residuales
PLEISTOCENOFormación Azángaro
MESOZOICACRETACEO INFERIOR
Grupo MohoFormación Huancané
Formación Muni.JURASICO SUPERIOR
PALEOZOICACARBONIFERO
DEVONICOINFERIOR Grupo Ambo
Formación Chagrapi.
Elaboración Propia de la Consultora
25
Mesozoicoa) Formación Huancané
Unidad estratigráfica más antigua que aflora en superficie en el área del Puente. Formación Huancané está apoyada sobre la Muni y su techo infrayace de manera inconfundible a las areniscas, limolitas y lutitas de la formación Moho; en los alrededores del área de Estudio infrayace a una secuencia sedimentaria de edad Cenomaniano.
Litológicamente, está constituido por areniscas cuarzosas de coloración blanquecina rosada con estratificación cruzada notoria y afloramientos casi continuos, con buzamientos de 25°.
Cenozoico
b) Formación AzángaroEn el área de Estudio se observa la formación Azángaro a lo largo del río del mismo nombre, en capas horizontales aparentemente de litología monótona. La formación presenta variación lateral tanto en el tamaño de los clastos como en su composición.La formación Azángaro está confinada entre los principales ríos que drenan el Altiplano y tiene poco desnivel topográfico con respecto al Lago Titicaca, Su edad geológica fue asignada al Pleistoceno.
c) Depósitos AluvialesSe encuentra la siguiente descripción para el puente en estudio: “en la quebrada Asillo, se presenta un depósito fluvial con gravas polimícticas (arena limo y arcilla mayormente) de entre 0.30 m y 0.60 m de diámetro, ubicados en lecho y rivera del río. Se considera que el depósito es clase III para excavación con equipo manual; además el cauce presenta avenidas, inundaciones y desbordes fluviales.
Están constituidos por acumulaciones de materiales en el lecho de ríos y quebradas, presentan su mejor distribución a lo largo de los cursos más importantes; así como en quebradas principales. Consisten de materiales polimícticos de variado tamaño desde arcillas hasta gravas, moderadamente clasificados.
La zona de estudio, materia del presente estudio, se emplaza en las siguientes
unidades geomorfológicos locales
26
a) Zona de Pampas o Altiplanicies
Constituida por amplias llanuras que toman la denominación de pampas, se
caracterizan por ser extensas planicies con ligeras ondulaciones.
b) Zona de Bofedales.
Las pampas son alternadas con pequeñas áreas depresionadas, que son
inundadas por las aguas de precipitaciones, que por impermeabilidad de sus
lechos han conformado pequeñas lagunas (con algunas ya secas) y otras
acumulaciones menores de bofedales, por lo que a la carretera se le ha dotado
del correspondiente drenaje por medio de alcantarillas.
c) Valle Pampa Sillota
El principal eje de drenaje lo constituye el río Asillo, que discurre desde Progreso
hasta San Antón, casi paralelo a la carretera. Corresponde a la hoya hidrográfica
del Titicaca, tiene su origen en la confluencia de los ríos Pinamayo y Carabaya
(Crucero), luego de tomar en la parte Sur, la denominación de río Azángaro y
recibir las aguas de los ríos San Juan, Condorire y Grande, que desembocan por
su margen derecha, prosigue al Sur hasta la confluencia con el río Ayaviri y
conforman el río Ramis.
El río San Antón tiene un recorrido meándrico originando terrazas fluvio-aluviales.
La carretera transcurre en gran parte por la margen derecha del río en mención,
desde la localidad de Progreso. Diversas quebradas de régimen irregular son sus
afluentes y son atravesadas por la vía mediante pontones y alcantarillas.
d) Zona de lomadas y cerros
Son aislados promontorios que la vía la atraviesa por sus laderas inferiores
mediante ligeros cortes bajos. Entre los que destacan los de Pucarpata,
Chanapata, Chictani, Cancahuani, Calvario y Anorani. Estos cortes no han tenido
incidencia alguna en los taludes en razón de ser de escasa altura (hasta 2.00 m.)
27
CAPITULO III
METODOLOGIA
En este capítulo desarrollaremos en la investigación, los tipos de equipos y
materiales a utilizar, manipulación de testigos y descripción de perfil estratigráfico
de los suelos que presentan en los sondajes de perforación.
3.1Equipos y Materiales
Cuadro 3.1
Los equipos utilizados en la perforación de la investigación fueron los siguientes:
EMPRESA EQUIPOS CANTIDAD MODELO
MDH S.A.C. PERFORADORA DIAMANTINA
PERFORADORA DIAMANTINA
BOMBA DE AGUA
BOMBA DE AGUA
BOMBA DE AGUA
1
1
1
1
1
LY – 38
BBS - 37
Trido - 75
Trido – 75
Boyles Bross
Glodovaldo Gómez
Ricapa
PERFORADORA DIAMANTINA
BOMBA DE LODOS
1
1
ACKER WS-5
STONE 420
3.2 Perforaciones
Las líneas de perforación utilizadas fueron las siguientes:
Cuadro 3.2
Diámetros de Perforación
EMPRESA LÍNEADIÁMETRO
SONDEO (mm)
DIÁMETRO DE
TESTIGOS (mm)
MDH S.A.C. HQ
NQ
95.0
75.6
65.0
46.0
Glodovaldo Gómez
Ricapa
HQ
NQ
95,6
75,6
47,3
36,4
Los sondajes, una vez culminada la perforación, fueron señalados mediante un
dado de concreto, con un tubo de PVC de 75 mm como indicador de su ubicación.
28
En la parte superior del dado están indicados el nombre del puente y la
profundidad final de investigación.
Las tareas se han realizado estrictamente bajo los estándares internacionales
establecidos para este tipo de operación. Asimismo, se han respetado todas las
normas dictadas por el Gobierno Peruano respecto al manejo y protección del
medio ambiente.
El registro de perforaciones y el panel fotográfico se adjuntan al presente informe
en el anexo A
3.2.1 Información general de los sondajes
Estribo Izquierdo
Cota superficie : 3877,60 msnm.
Cota de investigación : 3842.60 msnm.
Profundidad perforada : 35.00 m.
Pilar Izquierdo
Cota superficie : 3872,80 msnm.
Cota de investigación : 3842.30 msnm.
Profundidad perforada : 30.50 m.
Pilar Derecho
Cota superficie : 3872,80 msnm.
Cota de investigación : 3842.60 msnm.
Profundidad perforada : 30.20 m.
Estribo Derecho
Cota superficie : 3876,60 msnm.
Cota de investigación : 3841.60 msnm.
Profundidad perforada : 35.00 m.
29
Descripción general de los sondajes
Estribo izquierdo
Presenta una secuencia alternante de suelos arcillo limosos, gravas limosas,
grava redondeada hasta 5.00 m, limos arcillosos, arcilla limosa, arcilla inorgánica
muy plástica, arcilla limosa con presencia de gravas finas angulosas a
subangulosas hasta 30.55 m, sobreyaciendo a una brecha volcánica muy a
completamente alterada, medianamente dura y muy fracturada a fragmentada
hasta 35.00 m.
Estribo derecho
Presenta una secuencia de limos arenosos, arcilla limosa, blanda hasta 3.50 m,
arena limosa, grava mal gradada media sub- redondeada, arena limosa con algo
de gravas finas sub-redondeadas hasta 5.30 m, limo arenoso, arcilla limosa
medianamente consistente, arcillas inorgánicas muy plásticas, arenas limosas,
arcilla arenosa y arena limosa muy densa hasta 35.00 m.
Una descripción más detallada de los sondajes se puede revisar en las
respectivas hojas de registro perforación diamantina ver anexo.
30
3.3 Recuperación de Testigos
A continuación se resume los valores promedio de recuperación de muestra en
cada uno de los sondeos.
Estribo Izquierdo
0.00 – 5.05 = 100%
5.05 – 10.80 = 85%
10.80– 15.40 = 95%
15.40– 22.05 = 100%
22.05– 31.05 = 85%
31.05– 35.00 = 95%
Estribo Derecho
0.00 – 2.70 = 90%
2.70 – 7.00 = 100%
7.00 – 8.70 = 50%
8.70 – 19.05 = 100%
19.05– 25.80 = 80%
25.80– 35.00 = 100%
RQD
El alto grado de meteorización y fracturamiento que afectan a las rocas hacen que los valores de RQD indiquen una roca de muy mala calidad.
El basamento rocoso que se ha encontrado corresponde a rocas volcánicas con estructura brechosa de color rojo muy alteradas y fragmentadas.
Estribo Izquierdo Andesita de color rojo
30.35– 35.00 = 00% Muy Mala
31
Cuadro 3.3Resultados Ensayo SPT
Estribo Izquierdo
SPTProfundidad
(m)SUCS N
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1.50
3.45
5.05
7.70
10.35
12.30
14.95
16.90
18.85
21.60
23.55
25.50
27.45
29.40
GM
GM
ML
CL
CL
CH
CH
CL
CL
CL
CL
CL
CL
Andesita
11
11
13
18
15
24
25
15
15
20
14
20
36
47
32
Cuadro 3.4Resultados Ensayo SPT
Estribo Derecho
SPTProfundidad
(m)SUCS N
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1.50
3.50
5.00
8.70
10.50
13.90
15.85
17.80
20.00
22.35
29.20
31.15
33.20
CL
SM
SM
CL
CL
CH
CH
ML
CH
CH
CL
CL
SM
2
16
6
17
16
14
17
15
22
27
8
10
52
33
3.4Manipulación de Testigos
Los testigos que se extraen de la perforación, son colocados en cajas de plástico
fabricadas para tal fin, convenientemente identificadas con el nombre del
proyecto, número de sondeo, ubicación, intervalo de perforación de las muestras,
fecha etc. El interior está dividido en canales limitados por tabiquería de plástico,
cuyos anchos corresponden al diámetro de las muestras a colocar las muestras
de cada tramo perforado son separados con tacos de plástico donde se anotan la
profundidad a que corresponden.
Es importante que la manipulación de las muestras, tanto al ser extraídas de los
muestreadores y dispuestas en las cajas de plástico, así como al ser trasladadas
éstas para su almacenamiento. Tengan que ser tratadas con cuidado, procurando
evitar la disturbancia de éstas. El almacenamiento deberá hacerse en ambientes
con un mínimo contenido de humedad.
Un archivo fotográfico de las cajas con las muestras dará una buena información
de los testigos, sobre todo tiempo después, cuando las muestras ya se hayan
deteriorado, o cuando no se disponga en el momento las cajas con las muestras.
3.5Registro de Perforación
El registro de perforación es un formato adecuado para las perforaciones de las
características de la perforación, informaciones obtenidas a partir de los testigos y
los resultados de los ensayos ejecutados.
En la parte que corresponde al registro de perforación en si, se anotan en función
de la profundidad, los diámetros de perforación empleados, los revestimientos
instalados, la profundidad del nivel freático, el porcentaje de retorno del agua de
circulación, el tramo del que se obtengan muestras especiales o testigos de roca
retiradas a la caja de muestra para que sean analizadas en laboratorio, etc.
34
Recuperación de Muestra y RQD.
La recuperación de la muestra se presenta gráficamente, siendo esta una relación
porcentual entre la longitud de la muestra recuperada respecto a la longitud del
tramo perforado:
Recuperación de muestra (%) = Long. De muestra recuperada --------------------------------------------- X 100
Long. Del tramo perforado
El RQD (Rock Quality Designation), es una medida del grado de fracturamiento
del macizo rocoso, propuesta por Deere, D. (1964), que se expresa como una
relación porcentual de la sumatoria de los testigos carentes de discontinuidades
naturales mayores que 10 cm., y la longitud del tramo perforado; en el Registro de
Perforación se representa también gráficamente diferenciándolo de la
Recuperación de Muestra, con un achurado diferente.
Recuperación de muestra (%) = Long. De testigos sin discontinuidades > 10cm. -------------------------------------------------------------------- X 100
Long. Del tramo perforado
De acuerdo al RQD, un macizo rocoso es calificado de la siguiente manera, en
función del grado de fracturamiento.
RQD CALIDAD DE ROCA
>25%
25 – 50%
50 – 75%
75 – 90%
90 – 100%
Muy mala
Mala
Regular
Buena
Muy buena
35
3.6Perfil Geológico.
En esta parte del formato se representa gráficamente los testigos de perforación
obtenidos, diferenciándose los tipos litológicos con simbologías cuyos significados
son indicados al pie del formato. Se representan las estructuras, tales como
fracturas, fallas, estratificación, contactos litológicos, etc. Y algunas otras
características geológicas de interés.
Descripción de los Testigos.
Para la descripción de los testigos de perforación es necesario definir tramos que
tengan características un tanto homogéneas; anotándose el tipo litológico, color,
textura, composición mineralógica (macroscópica), grado de meteorización,etc.
Los tipos de discontinuidades geológicas deberán diferenciarse, y se describirán
las características físicas de éstas, tales como: abertura, tipo de material de
relleno, rugosidad de las paredes, inclinación respecto al eje de perforación, etc.
La información que se consigue deberá ser concisa y clara.
36
CAPITULO IV
RESULTADOS Y DISCUCIONES
4.1 Investigaciones de campo
Para la exploración de campo se han realizado esencialmente trabajos de
perforación diamantina con obtención de testigos y realización de ensayos de
SPT y/o Cono Peck a cada 1.50 m. de profundidad si es que el tipo de estrato lo
permite. La empresa encargada de realizar las perforaciones en los estribos ha
sido M.D.H. S.A.C. y éstas se realizaron en los meses de enero, febrero, y marzo
del 2006 y la empresa del Sr. Glodovaldo Gómez Ricapa, realizó las
perforaciones de los pilares en noviembre del 2008.
El cuadro 4.1, presenta las perforaciones realizadas para puente analizado y las
profundidades alcanzadas.
Con respecto a la ubicación de las zonas de sondaje, éstas se presentan en las
cuadros respectivas.
Cuadro 4.1
Relación de perforaciones realizadas y ensayos SPT realizados.
Puente Punto
Perforación
Longitud.
(m)
Ensayos Cajas
SPT
Cono
Peck
Asillo
EI
PI
PD
ED
35.0
30.2
30.5
35.0
13
22
22
14
00
00
00
00
7
5
4
8
Las tareas se han realizado estrictamente bajo los estándares internacionales
establecidos para este tipo de operación. Asimismo, se han respetado todas las
37
normas dictadas por el Gobierno Peruano respecto al manejo y protección del
medio ambiente.
La Supervición del trabajo de perforaciones de la empresa MDH S.A.C. estuvo a
cargo del Ing. Cesar H. Flores Chuquicaña, con la asistencia del Ing. John García
López y la supervisión a la empresa del Sr. Glodovaldo Gómez Ricapa estuvo a
cargo del Ing. Leovigildo Montes.
Los sondajes, una vez culminada la perforación, fueron señalados mediante un
dado de concreto, con un tubo de PVC de 75 mm como indicador de su ubicación.
En la parte superior del dado están indicados el nombre del puente y la
profundidad final de investigación.
Las tareas se han realizado estrictamente bajo los estándares internacionales
establecidos para este tipo de operación. Asimismo, se han respetado todas las
normas dictadas por el Gobierno Peruano respecto al manejo y protección del
medio ambiente.
El l panel fotográfico se adjuntan al presente informe en el anexo B.
4.2 Ensayo de Penetración Estándar (SPT) ASTM D-1586; AASHTO T-206
Es el método de ensayo in-situ más ampliamente utilizado universalmente para la
determinación de las condiciones de resistencia y compresibilidad del terreno.
Este ensayo permite medir la resistencia a la penetración del terreno (ver
fotografía anexo B) y al mismo tiempo obtener muestras representativas con
propósitos de identificación en laboratorio.
El ensayo consiste en la extracción del suelo a través de la remoción del material
del fondo de la perforación mediante la posteadora manual y/o por el método del
lavado (wash boring). Según el avance de la perforación se realizan ensayos
SPT. 38
.
El procedimiento del Ensayo de Penetración Estándar (SPT) está indicado en la
norma ASTM D-1586. Este ensayo consiste en hincar sobre el suelo un
muestreador de caña partida cuya parte inferior está unida a un anillo cortante o
zapata, y la parte superior a una válvula y pieza de conexión a la línea de
perforación. El muestreador tiene un diámetro interno de 51 mm y un diámetro
interno de 35 mm. Para el hincado se utiliza un martillo de 63,50 kg de peso que
se deja caer libremente desde una altura de 76 mm. La longitud de hincado es de
450 mm en tres intervalos de 150 mm. Se cuenta el número de golpes “N”
necesarios para penetrar cada 150 mm y se descarta el primer tramo por
encontrarse en material disturbado.
Debido a la dificultad durante los trabajos de perforación, la auscultación del
terreno se realizó mediante ensayos de penetración dinámica de cono (CPT) ó
también conocido como Cono Peck.
4.3 Ensayos de Penetración Dinámica de Cono (CPT)
El Cono de Peck es un método de exploración que a diferencia del ensayo SPT
no permite recuperar muestras de suelo. El martillo y la altura de caída son
similares a los del SPT y se cuenta el número de golpes N cada 150 mm.
El Cono de Peck ha sido calibrado mediante correlación estadística con el Ensayo
de Penetración Estándar, comparándose los resultados obtenidos por ambos
procedimientos con sondeos de exploración adyacentes.
También existe la correlación realizada por Michelena y Repetto (1973) donde
indica:
Para suelos granulares: N= (0,50-0,80) Cn
Para suelos cohesivos: N= Cn
39
Donde:
N= Número de golpes por 300 mm de penetración del SPT
Cn= Número de golpes por 300 mm de penetración del CPT
En el Anexo A se presenta el registro de los sondeos de ensayos realizados.
4.4 Ensayos de laboratorio
Ensayos estándar
Con las muestras obtenidas, se realizaron ensayos estándar de clasificación de
suelos y de propiedades físicas consistentes en: análisis granulométrico por
tamizado, límites de Atterberg (líquido y plástico), contenido de humedad.
Los ensayos se ejecutaron siguiendo las normas de la American Society For
Testing and Materials (ASTM). Las normas para estos ensayos son las siguientes:
Análisis granulométrico por tamizado ASTM D-422
Límites de Atterberg ASTM D-4318
Contenido de humedad ASTM D-2216
Clasificación SUCS ASTM D-2487
ENSAYO DE CLASIFICACION DE SUELOS
En la investigación se ha realizado diferentes estudios en los cuales hemos
requerido el uso de laboratorios de UNI y laboratorio de consorcio constructor
tramo IV para ensayos estándar de clasificación de suelos se ha utilizado
materiales siguientes:
- Una balanza mecánica (20 Kg de capacidad).
- Horno con control de temperatura.
- Recipientes de aluminio para horno.
- Copa Casagrande, vídrio esmerilado.
40
- Cocina
- Bolsas de plástico
- encendedor
- Espátula flexible.
- Enrasador.
- Juego de tamices, que incluyen las mallas: 3”, 2”, 1½”, 1”, ¾”, ½”, 3/8”, N°004,
N°008, N°010, N°016, N°020, N°030, N°040, N°050, N°080, N°100, N°200.
- Mortero, y mango de mortero.
- Balanza de sensibilidad 0.1g.
- Frasco volumétrico (250 a 500 ml).
- Molde 4” y 6” (ensayo próctor).
- Martillo de 5 y 10 lb- Juego de moldes (ensayo CBR)- Entre otros
En el siguiente cuadro se presentan un resumen de los resultados de los ensayos
estándar realizados.
41
Cuadro 4.2
Resumen de los ensayos estándar de clasificación de suelos
SondajeProf.(m)
MuestraGranulometría (%) Límites (%)
SUCSGrava Arena Finos L.L. L.P. IP
Estribo Izquierdo
7,0 - 7,7 M-1 0,0 5,1 94,9 42 19 23 CL
7,7 M-1 0,0 6,6 93,4 40 22 40 CL
9,65 – 10,35 M-2 0,0 24,1 75,9 24 16 8 CL
14,25 – 14,95 M-3 4,7 49,7 45,6 21 NP NP SM
16,2 M-2 0,0 0,5 99,5 47 19 28 CL
20,8 – 21,60 M-4 0,0 11,4 88,6 21 16 5 CL-ML
22,3 M-3 0,0 1,5 98,5 58 25 33 CH
Estribo Derecho
7,0 -7,7 M-1 0,0 13,0 87,0 28 19 9 CL
8,7 M-1 0,0 10,2 89,8 48 19 29 CL
13,2 – 13,9 M-2 0,0 13,6 86,4 24 19 5 CL-ML
13,9 M-2 0,0 4,8 95,2 32 20 12 CL
21,3 M-3 0,0 0,2 99,8 42 20 22 CL
28,5 – 29,2 M-3 0,0 13,6 86,4 21 NP NP ML
29,2 M-4 0,0 3,8 96,2 36 18 18 CL
Pilar Izquierdo
2,65 – 3,10 M-2 0,0 97,2 2,8 41 10 31 SP
3,55 - 4,0 M-3 0,0 10,0 90,0 37 18 19 CL
4,55 – 5,0 M-4 0,0 9,1 90,9 32 17 15 CL
5,55 – 6,0 M-5 0,0 1,1 98,9 53 23 30 CH
6,55 – 7,0 M-6 0,0 16,5 83,5 24 17 7 CL-ML
7,55 -8,0 M-7 0,0 22,6 77,4 35 18 17 CL
Pilar Derecho
2,0 – 2,45 M-2 0,0 6,0 94,0 44 21 23 CL
3,0 – 3,45 M-3 0,0 18,9 81,1 30 19 11 CL
4,0 – 4,45 M-4 0,0 5,8 94,2 20 17 3 ML
5,0 – 5,45 M-5 0,0 13,7 86,3 21 17 4 CL-ML
6,0 – 6,45 M-6 0,0 11,7 88,3 23 16 7 CL-ML
7,0 – 7.45 M-7 0,0 1,0 99,0 57 25 32 CH
8,0 – 8,45 M-8 0,0 0,6 99,4 61 28 33 CH
L.L. : Límite líquido L.P. : Límite plástico I.P. : Índice plásticoLos registros se adjuntan en el Anexo A, “Ensayos de Laboratorio”
Correlación estratigráfica e interpretación geotécnica para el área de
emplazamiento de las estructuras.
De acuerdo a los registros de las perforaciones presentados por la empresa
encargada de las perforaciones, se ha realizado la interpretación necesaria para
dibujar los perfiles estratigráficos. Estos se presentan en las respectivas láminas y
en ellas se indican la ubicación de los puntos de perforación en planta, el eje
42
analizado y el perfil estratigráfico. Para el puente analizado se presentan las
láminas correspondientes.
Asimismo se presentan las fotografías de las cajas de testigos del puente
evaluado en el anexo B.
Selección del tipo cimentación.
Dada las características del suelo encontrado en este puente, arcillas de alta a
baja plasticidad, y de acuerdo a la magnitud de las cargas trasmitidas por la
superestructura hacia los estribos, las cuales han sido proporcionada por el
Ingeniero Estructural se seleccionó una cimentación con pilotes.
El tipo de pilotes a usar, se eligió en base a una evaluación previa de las
diferentes alternativas de pilotaje que existen en nuestro medio. De esta manera
se optó por utilizar los pilotes denominados pilotes excavados, debido a que al
realizar un análisis mediante pilotes Franki se hubiesen necesitado pilotes de por
lo menos 20.0 de longitud, longitud que es difícil de alcanzar con este tipo de
pilotes debido a lo complicado que resulta recuperar el tubo de entibación a esa
profundidad.
4.5 Ensayos de Corte directo
Se realizó el ensayo de Corte Directo, en la matriz envolvente del material aluvial
(suelo predominante que se encuentra en el lecho del río), en la fracción fina de la
muestra obtenida, la misma que ha sido re moldeada; este valor será el límite
inferior de la resistencia a la fricción del depósito cuaternario.
Este método describe y regula el método de ensayo para la determinación de la
resistencia al corte de una muestra de suelo granular, sometida previamente a un
proceso de consolidación, cuando se aplica un esfuerzo de corte mientras se
permite un drenaje completo de ella. El ensayo se lleva a cabo deformando una
43
muestra a velocidad controlada, cerca a un plano de corte determinado por la
configuración del aparato de corte. Generalmente se ensayan tres o más
especímenes, cada uno bajo una carga normal diferente para determinar su
efecto sobre la resistencia al corte y al desplazamiento y las propiedades de
resistencia a partir de las envolventes de resistencia de Mohr, de donde se
obtiene los siguientes parámetros geotécnicos.
Cuadro 4.3
Resultado de ensayos de Corte Directo.
Ubicación Muestr
a
Profundidad
(m)
Cohesión
(Kg./cm2)
Φ
(º)
Estribo
Izquierdo
M-1 9.65-10.35 0.10 31.1
M-3 14.25-14.95 0.0 29.1
M-4 20.8-21.60 0.08 28.9
Estribo DerechoM-2 13.2-13.90 0.06 28.9
M-3 28.50-29.20 0.0 27.5
Los certificados de los ensayos de laboratorio se presentan en el anexo A.
4.6 Ensayo de compresión No confinado
Este ensayo fue realizado siguiendo la Norma de ensayo ASTM D2166, cuyos
resultados se resumen en el cuadro siguiente:
Cuadro 4.4Perforación Profundidad
(m)
SUCS C
(Kg/cm2)
Estribo Izquierdo 7.0-7.7 CL 0.52
Estribo Derecho 7.0-7.7 CL 0.34
44
4.7 Ensayos químicos
Para determinar la agresividad del suelo a la cimentación, se efectuaron ensayos
químicos (pH, sulfatos, cloruros y sales totales), obtenidas de las investigaciones
de campo.
El siguiente cuadro presenta un resumen de los ensayos químicos realizados.
Resumen de los resultados de los ensayos químicos
Cuadro 4.5
Calicata /
muestra
Profundidad
(m)
SST
Ppm
Cloruros
Ppm
Sulfatos
ppm
Estribo Izquierdo 10.50-11.50 890 273.65 415.0
En el Anexo A “ensayos de laboratorio”, se presentan los certificados de los
ensayos de laboratorio realizados.
4.8 Perfil estratigráfico
El estribo Izquierdo presenta una cobertura de arcilla limosa a arcilla gravosa
medianamente consistente hasta 1.30 m, sobre una secuencia de grava limosa y
limos medianamente densa hasta 6.0 m, sobre una capa de arcilla inorgánica de
consistencia mediana hasta 10.8 m, luego una secuencia alternante de arcilla de
alta plasticidad con arcillas inorgánicas limosas hasta los 29.40m donde se
aprecia el contacto con la roca volcánica hasta los 35m de profundidad.
La parte central presenta una cobertura de grava mal gradada medianamente
densa hasta 1.1 m, depositadas sobre arenas limosas y arcillas hasta 6.00m,
sobre una secuencia alternante de arcillas inorgánicas de media y alta plasticidad
de consistencia dura hasta 30.00 m.
El estribo derecho presenta una cobertura limosa poco consistente hasta 1.50 m,
sobre una secuencia alternante de arcillas, limos, gravas, arenas hasta los 6.30
m, depositada sobre una secuencia de arcillas inorgánicas de media y alta
plasticidad de consistencia media hasta los 35m.45
4.9 Análisis de cimentación en pilotes
Las reacciones que ejercen los pilotes debajo de una zapata sujeta a momento,
se calculan de forma similar al cálculo en zapatas apoyadas en suelos. Los
cabezales de los pilotes se consideran comúnmente estructuras rígidas. De esta
suposición se deduce que la distribución del asentamiento es una superficie
plana. Finalmente, si la relación de la reacción al asentamiento se supone
constante, las cargas en los pilotes varían en la misma forma plana. Ni la
suposición del cabezal rígido ni la referente a la reacción es directamente
proporcional al asentamiento son rigurosamente ciertas, pero se considera
generalmente que proporcionan la precisión suficiente para el proyecto.
Por la estática, es evidente que el momento resistente de las reacciones
proporcionadas por los pilotes, debe ser igual al momento aplicado∑M . La
siguiente ecuación expresa esta relación si los momentos resistentes en las
uniones de los pilotes con los cabezales no existieran o se despreciaran.
(1)
Si las variaciones en las reacciones de los pilotes se suponen lineales, entonces:
(2)
(3)
(4)
(5)
Sustituyendo estos valores de P2, P3, P4 se tiene:
(6)
Despejando P1 ,
(7)
46
∑M=P1d1+P2d2+P3d3+P4 d4
P1 /d1=P2 /d2=P3/d3=P4 /d 4
P2=P1d2 /d1
P3=P1d3 /d1
P4=P1d4 /d1
∑M=P1d12/d1+P1d2
2/d1+P1d32/d1+P1d4
2 /d1
P1=∑ Md1
d12+d2
2+d32+d 4
2=∑Md1
∑ d2
Similarmente, la parte de la carga sobre cualquier otro pilote debida a momentos
puede calcularse por medio de la ecuación anterior, si d1 se reemplaza por la
distancia del pilote al centroide del grupo.
La reacción total sobre cualquier pilote puede expresarse en la forma:
(8)
Donde:
P : Reacción total del pilote que resulta del momento y de la carga
directa
∑V : Suma de las cargas verticales que actúan en la cimentación.
∑M : Suma de momentos con relación al centroide del grupo. ∑M se
expresa algunas veces como ∑Ve .
n : Número de pilotes en el grupo
d : Distancia del centroide del grupo al pilote en cuestión
∑ d2: Suma de los cuadrados de las distancias a cada pilote del
centroide del grupo.
Cálculo de la capacidad de carga última de pilotes bajo carga axial
Para la evaluación de la capacidad última de carga axial se ha usado el programa
de cómputo FECP. Este programa agrupa las propuestas hechas por Auki-Velloso
(1975), P.P. Velloso (1982), Meyerhof (1976) y Decourt-Quaresma. El programa
está basado en la utilización de fórmulas empíricas para el cálculo de la
capacidad de carga de pilotes individuales. Este programa fue originalmente
presentado por Bortolucci et al (1988) y modificado por Gillén (1993).
El programa modificado por Gillen (1993) fue realizado como parte de su trabajo
de tesis, bajo la asesoría del Dr. Jorge Alva. Los párrafos siguientes presentan la 47
P=∑V
n±∑Md
∑ d2
teoría usada para este trabajo de tesis.
Programa de cómputo para el cálculo de la capacidad de carga última de
pilotes bajo carga axial mediante fórmulas empíricas (FEPC).
El programa está basado en la utilización de fórmulas empíricas para el cálculo de
la capacidad de carga última de pilotes individuales. Estas fórmulas se aplican a
tipos de suelos agrupados de acuerdo a la clasificación propuesta por Aoki-
Velloso (1975). P.P. Velloso (1982) establece correlaciones sólo para suelos de
dos clases y Meyerhoff (1976) sólo se aplica a suelos no cohesivos y limos no
plásticos. Los factores de seguridad los proporciona el usuario y se usan en todas
las fórmulas, con excepción de la formula de Decourt-Quaresma, donde el FS es
1.3 para carga por fricción y 4.0 para carga por punta. El programa fue presentado
originalmente por Bertolucci (1988).
Simplificaciones adoptadas:
El programa adopta las siguientes simplificaciones:
1º El valor del ensayo SPT en el primer metro del sondaje siempre se
considera igual a cero SPT (0) = 0.
2º El valor de SPT se relaciona al metro inmediatamente inferior, es decir
SPT (1) corresponde a un intervalo entre 1.0 y 2.0 m. de profundidad
del sondaje.
3º En la transición de estratos se adoptan los parámetros del estrato
superior, si la transición ocurre después de 0.5 m; en caso contrario, los
parámetros que se adoptan son del estrato inferior y el valor del SPT
será el que corresponde al metro subsiguiente. Con relación a la última
simplificación, es importante un análisis más cuidadoso de los
resultados en los niveles de transición y también evitar la introducción
de estratos menores de un metro de espesor
Parámetros generales de entrada de datos
Los datos comunes de entrada para todos los métodos del programa son: número
de estratos, profundidad del sondaje, profundidad final de cada estrato, código de
suelo de cada estrato (propuesto por Aoki-Velloso), peso específico efectivo de
48
cada estrato, valores del ensayo SPT para cada metro y el factor de seguridad,
(no se aplica a la fórmula de Decourt Quaresma, la que fija 1.3 para carga lateral
y 4.0 para carga por punta).
Los factores de correlación indicados en el cuadro 4.6, son definidos por el propio
programa, en función al tipo de suelo.
Con relación a las características del pilote se establecen los siguientes datos:
cota superficial del pilote, diámetro del fuste (o dimensión del lado en el caso de
una sección cuadrada) y el diámetro de la base, en caso de un alargamiento de la
misma.
Métodos mediante fórmulas empíricas
Los métodos usados mediante fórmulas empíricas son:
1º Método de Aoki Velloso.
2º Método de Decourt - Quaresma.
3º Método Pedro Paulo Velloso.
4º Método de Meyerhoff (con y sin corrección de SPT).
Cuadro: 4.6
Factores de Correlación
AOKI-VELLOSODECORT-
QUARESMA
P.P. VELLOSO
(*)
TIPO DE
SUELO
CODIGO Kp
(kPa)
(%)
Kl
(kPa)
K
(Pa)
A
(kPa)
b’ a’
(kPa)
Arena 100 1000 1.4 14.00 400 600 1.00 5.0
Arena Limosa 120 800 2.0 16.00 400 500 1.00 8.5
Arena Limosa-Arcillosa 123 700 2.4 16.80 400 500 1.00 8.5
Arena Arcillosa 130 600 3.0 18.00 400 500 1.00 8.5
Arena Arcillosa-Limosa 132 500 2.8 14.00 400 500 1.00 8.5
Limo 200 400 3.0 12.00 200 430 1.00 10.0
Limo Arenoso 210 550 2.2 12.10 250 430 0.87 10.0
Limo Arenoso-Arcilloso 213 450 2.8 12.60 250 430 0.87 10.0
Limo Arcilloso 230 230 3.4 7.82 200 430 1.00 10.0
Limo Arenoso- Arcilloso 231 250 3.0 7.50 200 430 1.00 10.0
Arcilla 300 200 6.0 12.00 120 250 1.00 6.3
Arcilla Arenosa 310 350 2.4 8.40 120 250 1.00 6.3
Arcilla Arenosa- Limosa 312 300 2.8 8.40 120 250 1.00 6.3
49
Arcilla Limosa 320 220 4.0 8.80 120 250 1.00 6.3
Arcilla Limosa-Arenosa 321 330 3.0 9.90 120 250 1.00 6.3
(*) El parámetro b se asume igual a 1.00 para todos los suelos.
1º Método de Aoki-Velloso
La entrada de datos para el cálculo basado en el método de Aoki Velloso se
empieza a través de los parámetros relativos al tipo de pilote F1 y F2. Estos
valores son proporcionados por el usuario y se indican en el cuadro 4.7.
Cuadro 4.7
Parámetros relativos al tipo de pilote (Aoki-Velloso)
Tipo de
Pilote
F1 F2
Franki 2.50 5.0
Acero 1.75 3.5
Concreto 1.75 3.5
Strauss 1.70 3.0
Premoldeado1+
D(cm)80
2 F1
Excavado 3.00 6.0
Los resultados son proporcionados desde 1.00 a 2.00 m. de longitud del pilote
hasta la profundidad final del sondaje. Las fórmulas son las siguientes:
(9)
(10)
Donde:Rl : resistencia lateral
A11: área lateral por metro lineal de pilote
Ni : SPT en el punto i
Kli : αi x Ki (factor de correlación)
50
CA : cota superficial del pilote
L : penetración del pilote
Rp : resistencia por punta
Ap : área de la punta
Kp : factor de correlación
Np : SPT de la punta
2º Método de Decourt-Quaresma
No existe entrada de datos específicos y los resultados se presentan para
longitudes del pilote desde 1.00 m. hasta la profundidad final del sondaje. Las
fórmulas usadas son las siguientes:
(11)
(12)
Donde:
|N¿
|CAL
: SPT promedio a lo largo del fuste.
p : perímetro del pilote.
K : factor de correlación
: SPT promedio en una longitud de 3.0 próximos a la punta (1.0 m.
encima de la punta, en la punta y 1.0 m. debajo de la punta).
3º Método De Pedro Paulo Velloso
Se empieza la entrada de datos con los valores de λ , y θ que son los factores
relativos de carga del pilote y el tipo de pilote. Los valores propuestos se indican
en la Tabla 4.10
Cuadro 4.8
Factores λ y θ relativos de carga y tipo de pilote (P.P. Velloso)
Pilote en tracción λ = 0.7
Pilote en λ = 1.0
51
compresión
Pilote Hincado θ = 1.0
Pilote Excavado θ = 0.5
El programa genera el valor de “β ”:
(13)
El valor de β es menor que 0.2 y De es el diámetro efectivo del pilote. Los
resultados se presentan desde una profundidad de “8De” hasta una profundidad
de “3.5De” por encima de la profundidad final del sondaje. Las fórmulas usadas
son las siguientes:
Rl = (14)
Rp = (15)
Donde:
= promedio de los productos Nb.a desde 8De, por encima de la
punta del pilote hasta la punta del pilote (b se adopta igual a
1).
= idem, desde la punta hasta 3.5De, por debajo de la punta del
pilote.
De =diámetro efectivo del fuste del pilote.
4º Método de Meyerhoff
La entrada de datos comienza con los parámetros Mm y Nm, que son los factores
relativos a la forma de ejecución del pilote. Meyerhof propone la siguiente Cuadro:
4.9.
52
Cuadro 4.9
Parámetros de Mn y Nm relativos a la forma de ejecución del pilote (Meyerhof)
Tipo de Pilote Mn Nm
Franki.
Punta Cónica.
Hincado en suelos no
cohesivos.
Hincado en suelos cohesivos.
Excavado.
6
3
2
> 2
1
1
1
1
1
0.3
Los resultados se presentan para longitudes de pilote de 1.0 m hasta una
profundidad de 2.0 m por encima de la profundidad final del sondaje. Las fórmulas
usadas son las siguientes:
Rl = (16)
Rp = (17)
Donde:
Q = es el valor menor entre Q1 y Q2
Q1 =
Q2 = es el valor mayor entre Q3 y Q4
Q3 =
Q4 =
Con:
Ts = 40 kPa para suelos no cohesivos y
Ts = 30 kPa para suelos limosos no plásticos y por extensión a todos los
53
demás suelos.
Zb = longitud del pilote limitada a 10 De.
El método de Meyerhoff se presenta con ó sin corrección de los valores de SPT,
en el último caso se emplean las siguientes fórmulas:
Nc =
Nc =
Donde:
Nc : N del ensayo SPT corregido
’ : Esfuerzo efectivo al inicio del metro considerado
La capacidad de carga última de un pilote individual, según la metodología LRFD
es:
Qu=φSQS+φPQP (18)
Donde:
Qu : Capacidad de carga última (kN)
QS : Capacidad de carga por fricción lateral del pilote (kN)
QP : Capacidad de carga por punta del pilote (kN)
ØS : 0.65
ØP : 0.55
Los valores de los factores ØS y ØP se han extraído de la Tabla 10.5.5-3 de la
guía de diseño de puente AASHTO.
Finalmente debe verificarse la capacidad de carga mayorada de un pilote
individual, según:
(19)
54
Qd≤QR=nQu
Donde:
Qd : Carga de diseño (tn)
Qu : Capacidad de carga última del pilote (tn)
: Eficiencia del grupo de pilotes
QR : Capacidad de carga mayorada del pilote (tn)
El factor de eficiencia del grupo de pilotes (para suelos cohesivos), se
estimará en base a la Guía de Diseño para Puentes – AASHTO, según:
η = 1.00 cuando la separación entre los centros de los pilotes es igual a 3.0
diámetros
η < 1.00 se deberá evaluar los efectos de interacción entre pilotes
adyacentes.
Para separaciones intermedias el valor de η se puede determinar por
interpolación lineal.
En el anexo C, dimensionamiento de pilotes, se ha analizado tanto para el pilar
central como para el estribo izquierdo varias alternativas de pilotes hincados que
se resume en los cuadros siguientes:
Para todos los casos se ha considerado las siguientes características de los
pilotes:
Tipo : Excavado
Diámetro : 1,18m
Los siguientes cuadros resumen los resultados obtenidos.
55
Cuadro 4.10
ESTRIBO DERECHO
Longitud del pilote
ProfundidadQR (capacidad de carga mayorada - grupo
pilotes)
Qu (KN) QR (KN) QR (tn)2 8 846,0 761,4 77,73 9 1130,5 1017,4 103,84 10 1127,6 1014,9 103,65 11 1181,6 1063,4 108,56 12 1175,5 1057,9 108,07 13 1165,9 1049,3 107,18 14 1213,1 1091,8 111,49 15 1380,6 1242,5 126,810 16 1494,8 1345,3 137,311 17 1235,3 1111,8 113,412 18 1247,8 1123,0 114,613 19 1389,0 1250,1 127,614 20 1625,5 1463,0 149,315 21 1788,0 1609,2 164,216 22 2001,6 1801,4 183,817 23 2093,5 1884,1 192,318 24 2494,1 2244,7 229,019 25 2449,2 2204,3 224,920 26 2396,5 2156,8 220,121 27 2269,5 2042,6 208,422 28 2064,5 1858,0 189,623 29 2042,1 1837,9 187,524 30 2015,7 1814,2 185,125 31 2051,5 1846,3 188,426 32 2285,7 2057,2 209,927 33 4847,6 4362,8 445,2
Cota Terreno : 3877 msnm
Cota Superior pilote : 3871 msnm
56
Cuadro 4.11
PILAR DERECHO
Longitud del pilote
ProfundidadQR (capacidad de carga mayorada - grupo
pilotes)
Qu (KN) QR (KN) QR (tn)1 4 0,0 0,0 0,02 5 188,1 169,3 17,33 6 300,7 270,6 27,64 7 594,8 535,3 54,65 8 874,6 787,2 80,36 9 1182,5 1064,3 108,67 10 1455,4 1309,9 133,78 11 2114,6 1903,1 194,29 12 2522,9 2270,6 231,710 13 2823,0 2540,7 259,311 14 3147,0 2832,3 289,012 15 2889,8 2600,8 265,413 16 2878,8 2590,9 264,414 17 2908,8 2617,9 267,115 18 2945,8 2651,2 270,516 19 3480,1 3132,1 319,617 20 3527,1 3174,4 323,918 21 3574,6 3217,2 328,319 22 3625,8 3263,2 333,020 23 3676,6 3308,9 337,621 24 3714,8 3343,3 341,222 25 3674,2 3306,8 337,423 26 3712,1 3340,9 340,924 27 3782,0 3403,8 347,325 28 3763,3 3387,0 345,626 29 3528,8 3176,0 324,1
Cota Terreno : 3872 msnm
Cota Superior pilote : 3869 msnm
57
Cuadro 4.12
PILAR IZQUIERDO
Longitud del pilote
ProfundidadQR (capacidad de carga mayorada - grupo
pilotes)
Qu (KN) QR (KN) QR (tn)1 4 0,0 0,0 0,02 5 244,6 220,2 22,53 6 341,0 306,9 31,34 7 665,1 598,6 61,15 8 811,6 730,5 74,56 9 1098,5 988,7 100,97 10 1406,4 1265,8 129,28 11 1756,3 1580,7 161,39 12 2036,2 1832,6 187,0
10 13 2253,1 2027,8 206,911 14 2442,0 2197,8 224,312 15 2626,2 2363,6 241,213 16 2800,0 2520,0 257,114 17 2764,8 2488,3 253,915 18 2680,5 2412,4 246,216 19 2632,7 2369,4 241,817 20 2570,2 2313,2 236,018 21 2698,3 2428,4 247,819 22 2760,1 2484,1 253,520 23 2849,1 2564,2 261,621 24 2967,8 2671,0 272,622 25 3098,8 2788,9 284,623 26 3283,8 2955,4 301,624 27 3520,2 3168,2 323,325 28 4338,3 3904,4 398,426 29 4360,1 3924,1 400,4
Cota Terreno : 3872 msnm
Cota Superior pilote : 3869 msnm
58
Cuadro 4.13ESTRIBO IZQUIERDO
Longitud del pilote
ProfundidadQR (capacidad de carga mayorada - grupo
pilotes)
Qu (KN) QR (KN) QR (tn)2 6 893,1 803,8 82,03 7 997,1 897,4 91,64 8 1284,9 1156,4 118,05 9 1225,3 1102,8 112,56 10 1219,2 1097,2 112,07 11 1329,9 1196,9 122,18 12 1624,5 1462,0 149,29 13 1932,5 1739,3 177,5
10 14 2013,5 1812,1 184,911 15 2154,6 1939,1 197,912 16 2058,5 1852,7 189,013 17 1807,2 1626,5 166,014 18 1866,8 1680,1 171,415 19 1926,5 1733,8 176,916 20 2052,2 1847,0 188,517 21 2248,2 2023,4 206,518 22 2452,1 2206,9 225,219 23 2266,9 2040,2 208,220 24 2198,2 1978,4 201,921 25 2452,4 2207,1 225,222 26 2718,5 2446,6 249,723 27 3459,6 3113,7 317,724 28 3975,9 3578,3 365,125 29 4516,0 4064,4 414,726 30 5013,8 4512,4 460,4
Cota Terreno : 3877 msnm
Cota Superior pilote : 3873msnm
59
Cálculo del asentamiento
Para estimar el asentamiento de un grupo de pilotes se deberán utilizar los
procedimientos utilizados para las fundaciones superficiales, usando la ubicación
de la zapata equivalente especificada en la figura 4.1
Figura 4.1. - Ubicación de la zapata equivalente (Duncan y Buchignani 1976)
El asentamiento elástico de las zapatas en suelos no cohesivos y en suelos
cohesivos rígidos se puede estimar utilizando la siguiente expresión:
Donde:
Se : Asentamiento Elástico
Q : Presión de trabajo
A : Área de la zapata equivalente
Es : Modulo de Elasticidad (ton/m2)
V : Relación de Poisson
Iz : Factor de forma. Depende de Lg/Bg
Lg : Largo de la zapata equivalente
Bg : Ancho de la zapata equivalente
60
Se=q (1−ν2)√A
E s βz
S : Separación entre los centros de los pilotes
n1 : Número de pilotes a lo ancho
n2 : Número de pilotes a lo largo
(20)
(21)
Se ha obtenido los siguientes resultados en la estimación del asentamiento total
del grupo de pilotes:
Cuadro 4.14
Asentamiento total estimado del grupo de pilotes
Estribo EI
PILARES
I y D ED
Asentamiento elástico (m) 0.011 0.020 0.011
Asentamiento por consolidación (m) 0.059 0.040 0.047
Asentamiento total (m) 0.070 0.060 0.058
El factor de forma y rigidez se obtiene del siguiente cuadro extraído de la Guía de
Diseño de Puentes AASHTO.
Factores de forma y rigidez, Iz (EPRI 1983)Cuadro 4.15
Cálculo del asentamiento por consolidación del grupo de pilotes
Usando la ubicación de la zapata equivalente, el asentamiento por consolidación,
se calculará mediante la siguiente relación:
Para arcillas normalmente consolidadas:
61
Bg=S (n1−1 )+2( D2 )Lg=S (n2−1)+2( D2 )
(22)
Donde:
ΔH : Asentamiento por consolidación.
σ v´ : Presión vertical efectiva de sobrecarga a la mitad del
estrato (H - 2/3L)
Δσ v´
: Incremento de presión, a la mitad del estrato (H - 2/3L)
Cc : Coeficiente de consolidación.
e0 : Relación inicial de vacíos del suelo.
H : Espesor del estrato de arcilla
Para arcillas sobre consolidadas, el cálculo del asentamiento se realiza
considerando dos componentes:
ΔH =ΔH1+ΔH2 (23)
Donde:
ΔH1 : Asentamiento debido a la aplicación de las cargas en la zona de
recompresión.
ΔH2 : Asentamiento debido a la aplicación de las cargas en la zona de la curva
virgen.
(24)
(25)
Para tomar en cuenta la disminución de la tensión a medida que aumenta la
profundidad debajo de una zapata y las variaciones de la compresibilidad del
suelo en función de la profundidad, el estrato compresible se puede dividir en
incrementos verticales (usualmente de 1.5 a 3.0 m de espesor) y analizarse
separadamente el asentamiento por consolidación de cada incremento. El valor
62
ΔH=[ Cc
(1+e0 ) ][H−23L] log10 [ (σ v
´+Δσ v´ )
σv´ ]
ΔH 1=[ Cr
(1+e0) ][H−23L] log10 [ pc
σ v´ ]
ΔH 2=[ Cr
(1+e0) ][H−23
L] log10[ (σv´ +Δσ v
´ )pc
]
total de ΔH (también expresado como Sc) es la sumatoria de los valores de Sc
para cada incremento.
4.10 Evaluación profunda de licuación y colapso
En la zona evaluada no se dan las condiciones para la licuación de suelos. Las
condiciones para que exista riesgo de licuación de suelo son: existencia de
estratos considerables de arena mal gradada, de poca densidad relativa y en
estado saturado. En la zona hay algunos lentes de arena, pero son de pequeños
espesores.
Del mismo por la estructura de las partículas observadas en los suelos de
cimentación se descarta la posibilidad de colapso.
Evaluación del potencial de licuefacción:
El potencial de licuación en el área en estudio se ha evaluado mediante el método
simplificado de Seed e Idriss el cual está basado en correlaciones empíricas de
las características de resistencia del suelo con el comportamiento observado in-
situ.
Este método inicialmente basado en los resultados de ensayos triaxiales cíclicos
en arenas limpias, incorpora un criterio el cual establece la importancia del
contenido de finos en la resistencia a la licuación de las arenas.
Seed e Idriss propusieron que la relación de esfuerzo cíclico para un suelo a una
profundidad determinada durante un terremoto puede ser evaluada mediante la
siguiente expresión.
(26)
Donde:
63
τ pro
σ ' vo=0 . 65
amax
g
σ v
σ ' vord
,0
1
NC
τ pro : Esfuerzo de corte promedio inducido por el terremoto
amax : Aceleración máxima en la superficie del terreno
g : Aceleración de la gravedad.
σ v : Esfuerzo total vertical a la profundidad considerada
σ ’v : Esfuerzo efectivo vertical a la profundidad considerada
rd : Factor de reducción del esfuerzo que decrece de
1 en la superficie a 0.9 a 10 m de profundidad.
La resistencia a la penetración del suelo usada en las correlaciones, es la
resistencia a la penetración normalizada N1 bajo un esfuerzo efectivo vertical de 1
Kg/cm2. El valor de N1 efectivo puede ser determinado por medio de la formula:
N1=CN * N (27)
Donde:
N= Número de golpes del Ensayo de SPT
Liao y Whitman (1985) propusieron la siguiente relación para evaluar CN,
(28)
En la Figura 4.2, se muestra la relación entre: (donde: l es el esfuerzo de corte
resistente del suelo) y el valor de N1, propuesto a partir de un estudio extensivo
para desarrollar las correlaciones del método simplificado. En esta figura las
correlaciones están dadas para arenas con diversos contenidos de finos y para un
sismo de magnitud 7.5.
64
Figura 4.2 :: Relación de esfuerzo para causar licuación vs N1, para arenas limosas para terremotos de M = 7.5 (Seed y De Alba, 1986)
τ l
σ0
Magnitud Factores de Corrección 8 ½ 7 ½ 6 ¾
6 5 ¼
0.89 1.00 1.13 1.32 1.50
La relación mostrada puede ser fácilmente extendida a terremotos de diferentes
magnitudes, multiplicando la relación de esfuerzos cíclicos calculados por los
factores de corrección mostrados en el siguiente cuadro.
Cuadro 4.16
Factores de Corrección para terremotos de diferentes magnitudes
Evaluación de la resistencia a la licuación:
El método propone una relación para evaluar la relación de esfuerzos que se
requiere para causar licuefacción en un suelo dado, cuyas características son
conocidas (τ1 /σ o'
), así como la relación de esfuerzos que induce un movimiento
sísmico cuyas características son conocidas (τ pro /σo'). Por lo tanto, se puede
definir el factor de seguridad contra la ocurrencia del fenómeno de licuefacción
(FL), mediante la siguiente expresión:
(29)
Por lo tanto si FL> 1 no se producirá licuación; en caso contrario ocurrirá
licuación.
Uso del programa D-Licua
65
FL=( τ l/σ o
' )
(τ pro/σ o' )
El programa D-Licua fue desarrollado por el Ing. Denys Parra Murrugarra, con la
asesoria del Dr. Jorge Alva Hurtado, como parte de su trabajo de tesis para
obtener el título de ingeniero civil, en el Laboratorio Geotécnico del Cismid –
Universidad Nacional de Ingeniería. Desarrollado en lenguaje BASIC, presenta en
pantalla los métodos de análisis disponibles y usa los siguientes parámetros de
entrada para el Método de Seed e Idriss:
La magnitud del sismo de diseño.
La aceleración máxima superficial de este sismo.
El perfil estratigráfico obtenido de la perforación, incluyendo la información
de la ubicación del nivel freático.
El tipo de suelo analizado a la profundidad del ensayo SPT: clasificación,
contenido de finos.
El valor N a la profundidad del ensayo SPT.
4.11 Evaluación del ataque químico al concreto
Los resultados de los ensayos químicos, para evaluar la agresividad química del
suelo han mostrado los siguientes valores.
Cuadro 4.17
Resultado de ensayos químicos
Progresiva 76+748Nombre AsilloUbicación EIProfundidad (m) 10.80-11.50
CLORUROS como Ion CL- % NT. ASTM-D-512
0.027
SULFATOS como Ion SO4-2
% NT. ASTM-D-5160.042
66
SALES SOLUBLES TOTALES % NT. ASTM-D-1889
0.089
En base a los resultados del análisis químico de las muestras y de acuerdo a los
límites permisibles en que se presentan las cantidades en partes por millón
(p.p.m) de sulfatos, cloruros y sales solubles totales, así como el grado de
alteración y las observaciones del ataque a las armaduras y al concreto, se da las
recomendaciones necesarias para la protección de la cimentación del ataque
químico.
Cuadro 4.18Límites permisibles
Presencia en el
Suelo de: p.p.mGrado de Alteración
Observaciones
*Sulfatos
0-10001000-20002000-20,000>20,000
LeveModeradoSeveroMuy Severo
Ocasiona un ataque químico al concreto de la cimentación
**ClorurosPerjudicial Ocasiona problemas de corrosión de
armaduras o elementos metálicos.
**Sales Soluble totales
>6,000 Perjudicial Ocasiona problemas de pérdida de resistencia mecánica por problema de lixiviación
* Comité ACI 318-83** Experiencia existente
Con respecto a las sales solubles totales, no existe ninguna norma de suelos que
indique valores máximos permisibles; y los valores determinados en los ensayos
son mínimos por lo que no se recomienda ninguna medida de protección contra
sales solubles.
Con respecto a la cantidad en p.p.m de sulfatos, existen tolerancias permisibles
que se encuentran en el Reglamento Nacional de Construcciones, los valores
obtenidos en los ensayos de laboratorio indican concentraciones por debajo de
los límites permisibles, por lo que no se recomienda el uso de ningún tipo especial
de cemento; el uso del cemento Pórtland tipo I es adecuado.
67
Los cloruros producen corrosión a estructuras metálicas, al refuerzo de acero del
concreto, etc. Con respecto a la cantidad en p.p.m de cloruros en las muestras
de suelos analizados, los valores obtenidos en los ensayos de laboratorio indican
que se encuentran por debajo de los límites permisibles, por lo que no se
recomienda ninguna protección adicional.
Los valores encontrados en los ensayos químicos son menores a los límites
permisibles y, por lo tanto, no representan ningún riesgo para los elementos
estructurales por lo que se recomienda usar cemento Pórtland Tipo I.
68
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones:
1.- El presente estudio corresponde a la evaluación geotécnica de la cimentación
del puente Asillo, perteneciente al Tramo IV del Proyecto Corredor Interoceánico
Sur. Se encuentra ubicado en el distrito de Asillo en la provincia de Azángaro,
departamento de Puno.
2.- Las características del suelo encontrados en el puente, según el perfil
estratigráfico, presenta una cobertura de arcilla limosa a arcilla gravosa
medianamente consistente hasta 1.5 m, sobre una secuencia de arenas, limos y
arcillas poco consistentes, con delgados horizontes de grava limosa.
3.- La capacidad portante determinado en: el estribo derecho es de 2.49 Kg/cm2 a
una profundidad de 24.00 m, del estribo izquierdo es de 2.45 Kg/cm2, a una
profundidad de 25.00 m, del pilar izquierdo es de 12.62 Kg/ cm2 a una
profundidad de 15.00 m y del pilar derecho es de 2.82 kg/cm2 a una profundidad
13.00 m.
4.- El asentamiento total estimado para los estribos es apreciablemente mayor de
lo que comúnmente se admite (1” = 2.54 cm). Sin embargo, tomando en cuenta el
criterio de distorsión angular, dada por la Guía de Diseño para Puente de la
AASHTO, donde se especifica una distorsión angular admisible para un puente
simplemente apoyado igual a 0.008, la distorsión angular obtenida en estos
estribo es menor ( = 0.0030) y para tramos continuos la distorsión angular es de
0.004, y la obtenida es menor ( = 0.0024).
5.- El nivel freático ha sido alcanzado a una profundidad de 2.10 m. y su
comportamiento es mas o menos paralelo al perfil longitudinal.
69
6.- En base a los resultados del análisis químico se ha determinado que las
concentraciones se encuentran por debajo de los límites permisibles, por lo
que no se recomienda ningún tipo especial de cemento ni recubrimiento
adicional para las estructuras.
Recomendaciones
8.- Al iniciar la etapa de construcción se realizará en cada pilar una perforación
de comprobación, las cuales deben incluir ensayos de campo y de
laboratorio, para corroborar las hipótesis de diseño.
9.- De las investigaciones realizadas y considerando el tipo de estructura, se
recomienda la cimentación con pilotes excavados.
10.- Se deberá comprobar el diseño del pilote en campo, mediante pruebas de
carga. Los ensayos de carga se realizarán para obtener información referente a la
capacidad de carga, la respuesta carga-desplazamiento y el comportamiento de
los pilotes bajo cargas de diseño.
11.- De acuerdo al nivel freático encontrado, se recomienda para los cálculos
considerar una densidad sumergida; del mismo modo, se debe tener en cuenta
este parámetro en el proceso constructivo.
12.- Se deberán proyectar mecanismos de drenaje, tales como lloraderos, para
que el nivel de aguas detrás de los estribos no comprometa la estabilidad de los
mismos. Los resultados obtenidos en el presente estudio así como las
conclusiones y las recomendaciones establecidas, sólo son válidos para el área
investigada y no garantiza a otros proyectos que la tomen como referencia.
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