ems 190-2013-01,Ivan Cerdal,La Invernada - agualosleones.cl€¦ · muestras de suelo obtenidas en dicha campaña. Con la información anterior y el análisis de Con la información

Av. William Condon 3076, San Pedro de la Paz, Concepción. F: 2792718. [email protected]

Estudio de Mecánica de Suelos, Instalación Servicio de Agua Potable Rural Sector La Invernada

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SOLICITANTE: IVAN CERDA

ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS

INFORME: EMS 190- 2013/01

PROYECTO: “DISEÑO INGENIERIA PARA SISTEMA DE AGUA POTABLE RURAL,

LA INVERNADA”

LOCALIZACIÓN: LA INVERNADA

COMUNA: PINTO

PROVINCIA: ÑUBLE

REGIÓN: VIII REGION DEL BIO BIO

Concepción, Septiembre de 2013



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INDICE

1.0 INTRODUCCIÓN...........................................................................................................Pag 3 2.0 ANTECEDENTES..........................................................................................................Pag 4 3.0 METODOLOGÍA DE TRABAJO……………………........................................................Pag 4 4.0 CARACTERÍSTICAS DEL SUBSUELO.........................................................................Pag 5 5.0 FUNDACIONES DEL ESTANQUE DE AGUA POTABLE………...……………............Pag 6 6.0 ANTECEDENTES PARA EL DISEÑO DE LAS FUNDACIONES..................................Pag 9 7.0 RECOMENDACIONES CONSTRUCTIVAS GENERALES.........................................Pag 11 8.0 ANEXO 1, RESULTADOS DE LAS EXPLORACIÓNES, CALICATAS..……..…….....Pag 13 9.0 ANEXO 2, FOTOGRAFÍAS DE LOS TRABAJOS DE EXPLORACIÓN……………….Pag 25



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ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS PROYECTO: DISEÑO INGENIERIA PARA SISTEMA DE AGUA POTABLE RURAL,

LA INVERNADA. COMUNA DE PINTO, VIII REGIÓN DEL BIO BIO

1.0 INTRODUCCION El presente informe geotécnico fue realizado a petición de Iván Cerda y tiene por objeto dar recomendaciones para el dimensionamiento de las fundaciones del estanque semienterrado de agua potable contemplado en el Proyecto: Diseño Ingeniería para sistema de agua potable rural, La Invernada , que se llevará a cabo en el sector La Invernada perteneciente a la comuna de Pinto, en la provincia de Ñuble, VIII Región del Bio Bio. En la figura 1.0.1 se muestra la ubicación del terreno donde será emplazado el estanque.

Figura 1.0.1. Terreno para el estanque semienterrado



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Este estudio contiene la información recabada en la campaña de exploración efectuada en el terreno señalado anteriormente, así como los resultados de los ensayos realizados a las muestras de suelo obtenidas en dicha campaña. Con la información anterior y el análisis de ingeniería correspondiente se procedió a la determinación de los parámetros geomecánicos característicos del subsuelo existente en este sector, lo que finalmente permitirá al Ingeniero Calculista el diseño del sistema de fundación considerado en este proyecto. 2.0 ANTECEDENTES Los trabajos de exploración en terreno se efectuaron mediante once calicatas confeccionadas en forma manual; el detalle y alcance de este trabajo se indican en la Tabla 1. Los resultados de esta investigación se muestran en el Anexo 1, “Resultados de la Exploración, Calicatas”. Imágenes de las faenas de exploración se muestran en el Anexo 2, “Fotografías de los Trabajos de Exploración”. Las muestras obtenidas en la prospección fueron cuidadosamente almacenadas y posteriormente transportadas al laboratorio para ser sometidas a ensayos normalizados; los resultados de éstos se muestran en el Anexo 3, “Resultados de los Ensayos de Laboratorio”. En la tabla 2.0.1 se detallan las exploraciones geotécnicas efectuadas en el terreno señalado anteriormente.

Tabla 2.0.1. Exploración geotécnica

Exploración Profundidad alcanzada

m

Fecha de ejecución

Localización Estructura Proyectada

Calicata Estanque

2.5 27 de Agosto de 2013

Ver fotografías en Anexo 2

Estanque semienterrado de agua potable de

100m3.

Calicata N°1 2.0 4 de Septiembre de 2013


















Calicata N°10

2.0 4 de Septiembre de 2013




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3.0 METODOLOGÍA DE TRABAJO 3.1 Exploración del subsuelo Considerando las características geológicas del subsuelo existente en el sector donde se emplazará el estanque y los requerimientos de Ingeniería, se programó la investigación geotécnica mediante once calicatas de profundidades señaladas en la tabla 2.0.1. Los pozos se confeccionaron en forma manual, con el apoyo de herramientas, tales como, palas, picotas, chuzos, baldes, etc.; lo anterior, para no producir alteraciones en las características geomecánicas del subsuelo.

3.2 Ensayos de laboratorio Las muestras de suelo ingresadas al laboratorio de la Universidad del Bío Bío, fueron sometidas a los siguientes análisis, según normas NCh y ASTM vigentes: • Granulometría • Peso específico • Límite líquido

• Límite plástico

• Índice de plasticidad • Clasificación según el sistema unificado (USCS)

• Clasificación según el sistema AASHTO • Contenido de agua (humedad) natural

• Corte directo

4.0 CARACTERÍSTICAS DEL SUBSUELO A partir de los resultados de las pruebas efectuadas en terreno y de los ensayos realizados en laboratorio, es posible señalar las siguientes características generales del subsuelo: 4.1 Clasificación según Decreto Supremo 61 del 13 de Diciembre de 2011 En atención al Decreto Supremo (DS) 61 del 13 de Diciembre de 2011, se pueden considerar las siguientes clasificaciones:



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Zonificación sísmica: Las estructuras quedarán localizadas en la zona 3 (comuna de Pinto, VIII Región del Bio Bio). Tipo de suelo: Las estructuras serán emplazadas sobre un suelo tipo E (considerando la información entregada por once calicatas de 2.0 y 2.5 metros de profundidad). De acuerdo a lo anterior, la aceleración efectiva (A0) que depende de la zonificación sísmica asume el siguiente valor:

A0 = 0.40 g Asimismo, los parámetros que dependen del tipo de suelo tienen los valores que se muestran en la tabla 4.1.1.

Tabla 4.1.1. Parámetros sísmicos

S T0 segundos

T´ segundos

N P

1.30 1.20 1.35 1.80 1.0

Considerando que es un suelo tipo E, las velocidades de propagación de las ondas de corte serán menores:

VS < 180 m/s

4.2 Trabajabilidad de los suelos Los materiales encontrados en el subsuelo explorado son trabajables manualmente; por lo tanto, pueden ser clasificados como de Categoría A. 4.3 Alcances de las exploraciones Es importante señalar que los resultados obtenidos en las calicatas son representativos exclusivamente en los puntos donde se efectuaron las exploraciones geotécnicas y no necesariamente de todo el terreno contemplado para este proyecto.



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5.0 FUNDACIONES DEL ESTANQUE DE AGUA POTABLE 5.1 Tipo de fundación Para el proyecto “Diseño Ingeniería para sistema de agua potable rural, La Invernada” se contempla la construcción de un estanque semi enterrado de agua potable rural, de 100m3, apoyado sobre una fundación clasificada como Anillo de fundación (zapata corrida circular) , cuyas dimensiones serán determinadas por el Ingeniero Calculista a partir de la capacidad de soporte admisible entregada en el numeral 6.2 del presente informe. 5.2 Sello de fundación

El sello de fundación será determinado a partir del análisis de estabilidad general de esta estructura; sin embargo, dadas las condiciones del terreno, se recomienda que no sea inferior a 0.5 metros , medido desde la superficie del terreno. 5.3 Sello de excavación y tratamiento del suelo de fundación Considerando las características geomecánicas del subsuelo, se recomienda efectuar el siguiente tratamiento bajo la fundación del estanque de agua potable: • Extracción del material existente hasta una profundidad no inferior a 1.1 metros , lo

que corresponde al sello de excavación . • Compactación del sello de excavación con rodillo liso o placa vibratoria y de acuerdo a

las especificaciones entregadas en el numeral 7.1 del presente informe.

• Colocación de material estabilizado en forma compactada y hasta alcanzar el sello de fundación de esta estructura. Este mejoramiento tendrá un espesor total no inferior a 0.6 metros , un sobre ancho de al menos 30 cm. por cada lado del cimiento y deberá efectuarse de acuerdo a las especificaciones entregadas en el numeral 7.2.

• Colocación de un emplantillado de hormigón pobre de espesor total no inferior a 5 centímetros.

En la figura 5.3.1 se aprecia el tratamiento del subsuelo de fundación en el lugar de emplazamiento del estanque de agua potable.



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Figura 5.3.1. Tratamiento subsuelo de fundación del estanque de agua potable

6.0 ANTECEDENTES PARA EL DISEÑO DE LAS FUNDACIONES 6.1 Expresión para la determinación de la capacidad de soporte Para fundaciones clasificadas como Anillo de fundación (Zapata corrida circular), la capacidad de soporte del suelo de fundación puede determinarse a partir de la expresión propuesta por Terzaghi:

Qƒ = γ Df Nq + 0.3 γ’ B Nγ + c Nc

Donde se tiene para esta expresión: Qƒ : capacidad de soporte del suelo γ : densidad total del suelo sobre el nivel de sello de fundación γ′ : densidad total del suelo bajo el nivel de sello de fundación c : cohesión del suelo B : ancho de la fundación Dƒ : profundidad de empotramiento Nγ, Nq y Nc: coeficientes que dependen del ángulo de fricción

SUPERFICIE DEL TERRENO

H ≥ 0.6 m

ESTANQUE DE H.A. DE 100 M3

RELLENO CON MATERIAL ESTABILIZADO



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La expresión anterior corresponde a la capacidad última del terreno antes de fallar debido a esfuerzos de corte generados dentro de la masa de suelo. Para el diseño de las fundaciones se emplea la capacidad de soporte admisible, la que se obtiene dividiendo esta expresión por un factor de seguridad no inferior a 3. En el caso de solicitaciones dinámicas (sismo), el valor obtenido para cargas estáticas puede ser aumentado hasta en un 30%. De esta manera, se tiene:

Qadm = (1/3) {γ Df Nq + 0.3 γ’ B Nγ + c Nc} 6.2 Capacidad de soporte admisible del suelo de fundación Se recomiendan las siguientes presiones de contacto para las fundaciones del estanque de agua potable: Cargas normales : Qadm = 15 (t/m2) Cargas normales + eventuales: Qadm din = 20 (t/m2) El Ingeniero Calculista tiene que diseñar el sistema de fundación considerando la capacidad de soporte señalada anteriormente; es decir, debe asegurarse que las presiones que la fundación transmita al suelo no excedan el valor admisible, pero adicionalmente, tienen que ser tales que los asentamientos totales, diferenciales y giros que produzcan sean tolerables por la estructura apoyada en este cimiento. Para esfuerzos estáticos toda el área basal de la fundación tendrá que comprimir al suelo soportante; para esfuerzos estáticos más dinámicos (sismo) al menos 80% del área basal deberá comprimir al suelo de apoyo. 6.3 Coeficiente de balasto

Se considerará, para cargas estáticas, el coeficiente de reacción básico para una placa cuadrada de 30 cm. de lado que se indica a continuación:

K s = 4.0 kg/cm3

Para aquellas fundaciones que tengan un ancho B (m) el coeficiente de reacción deberá corregirse mediante la expresión que se muestra a continuación:

K = K s [(B + 0.3) / 2B]2 (t/m3) Para el diseño de fundaciones considerando esfuerzos dinámicos (sismo), se puede emplear la siguiente relación:

K din = 3 K s [(B + 0.3) / 2B]2 (t/m3)



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6.4 Propiedades del suelo de fundación Para el subsuelo de fundación, localizado bajo el sello de excavación, se pueden considerar las propiedades que se indican en la Tabla 6.4.1

Tabla 6.4.1. Propiedades del suelo de fundación

Clasificación USCS ML Módulo de Poisson 0.30 Módulo de Elasticidad, E 96kg/cm2 Ángulo de Fricción, Ø 30° Cohesión, c 0.0 kg/cm2 Densidad total 1.8 t/m3

7.0 RECOMENDACIONES CONSTRUCTIVAS GENERALES Y SU CONTROL DE CALIDAD 7.1 Especificaciones del sello de excavación del estanque de agua potable y su control

de calidad

En relación al sello de excavación del estanque de agua potable, se deberá tener en consideración los requerimientos que se señalan a continuación: a) Deberá compactarse con rodillo liso o placa vibratoria y hasta lograr, como mínimo, un

92% de la Densidad Máxima Compactada Seca (D.M.C.S.), obtenida a partir del ensayo próctor modificado del suelo existente a esa cota. Este proceso será verificado por un laboratorio de mecánica de suelos competente, el cual controlará, como mínimo, una densidad por cada:

• 100 m2 de excavación para losa. • 25 metros lineales de excavación para anillo de fundación.

b) Si en algún sector específico del sello de excavación se detecta la presencia de un

material que sea diferente al encontrado en las calicatas (por ejemplo, suelo fino arcilloso o limoso, suelo orgánico, materia vegetal, basura, etc.), es necesario su reemplazo por un material granular colocado en capas compactadas y de acuerdo a los requerimientos planteados en el numeral 7.2.

7.2 Especificaciones del mejoramiento con material estabilizado y su control de calidad

Para los estanques de agua potable el mejoramiento del suelo de fundación con material estabilizado será efectuado de acuerdo a las siguientes especificaciones: a) En este caso, deberán emplearse áridos de tamaño máximo igual a 2” consistente en

gravas naturales chancadas, de acuerdo al tamaño especificado, y que se obtendrán de fuentes seleccionadas por el Contratista y aprobadas por la Inspección Técnica de la Obra (I.T.O.).



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b) El material deberá cumplir con los siguientes requisitos de calidad:

• Límite Líquido : máximo 25% • Índice de Plasticidad : máximo 5% • Porcentaje partículas chancadas: mínimo 70% • Requisitos granulométricos :

Tamiz ASTM Porcentaje que pasa % 2” 100

1½” 78-100 1” 64-83

3/4“ 54-76 3/8” 39-57 Nº 4 28-48 Nº 8 18-36

Nº 30 5-19 Nº 40 4-17 Nº 200 3-9

c) El material será compactado en capas confinadas de espesor suelto no mayor a 25

cm, mediante el empleo de rodillo liso o placa vibratoria y con un mínimo de 8 pasadas por punto.

d) Cada capa tendrá que ser densificada hasta alcanzar, a lo menos, una densidad

equivalente al 95% de la Densidad Máxima Compactada Seca (DMCS), dada por el ensayo próctor modificado.

e) El material estabilizado deberá quedar con el espesor solicitado, si ello no ocurriera,

tendrá que escarificarse la zona con problemas, para proceder a compactar nuevamente. No se permitirá agregar material suelto para suplir defectos de espesor o el rebaje superficial sin que se cumpla esta metodología.

f) El proceso de compactación será controlado por un laboratorio de mecánica de suelos

competente, el cual verificará, como mínimo, una densidad por capa y por cada 100 m2 de mejoramiento bajo losa fundación y por cada 25 metros lineales bajo anillo de fundación.

7.3 Especificaciones del relleno lateral del estanque de agua potable y su control de

calidad El relleno lateral de la excavación para el estanque de agua potable podrá ejecutarse con los suelos existentes, siempre y cuando estén libres de gravas de tamaño superior a 3”, basura, materia orgánica o cualquier otro tipo de contaminación. El material tendrá que ser depositado en capas confinadas de espesor suelto no superior a 30 cm. y compactado mediante rodillo liso o placa vibratoria, con un mínimo de 7 pasadas por punto y hasta lograr una densidad no inferior al 92% de la Densidad Máxima Compactada Seca, dada por el ensayo próctor modificado.



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Este proceso será controlado por un laboratorio de mecánica de suelos reconocido oficialmente, el cual determinará, al menos, una densidad por cada capa que conforme el relleno lateral

Jorge Roa Bravo Ingeniero Civil



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ANEXO 1

RESULTADOS DE LA EXPLORACIÓN

CALICATAS



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PERFIL ESTRATIGRÁFICO CALICATA ESTANQUE

Antecedentes:

Fecha de exploración: 27 de Agosto de 2013 Nivel freático : no se observa

Estratigrafía:

Estrato Cotas límites

(m)

Espesor (m)

Descripción del Material

1

0.0 a

2.5

2.5

Limo de baja plasticidad, de color café claro, humedad natural media y compacidad media a densa; se observan raicillas y gravas de tamaño máximo 11 pulgadas



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PERFIL ESTRATIGRÁFICO CALICATA TRAZADO N°1

Antecedentes:

Fecha de exploración: 4 de Septiembre de 2013 Nivel freático : no se observa

Estratigrafía:


(m)

Espesor (m)


1

0.0 a

0.7

0.7

Relleno de material rocoso con arena, humedad natural media y compacidad alta.

2 0.7 a

2.0

1.3

Arena, de color gris oscuro, humedad natural media y compacidad densa; se observan gravas con cantos angulares en forma abundante.



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Antecedentes:


Estratigrafía:


(m)

Espesor (m)


1

0.0 a

1.5

1.5

Arena fina, de color café, humedad media y compacidad densa; se observan gravas de cantos angulares en forma abundante.



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Antecedentes:


Estratigrafía:


(m)

Espesor (m)


1

0.0 a

0.3

0.3

Capa vegetal conformada por arena limosa, de color gris oscuro, humedad natural media y compacidad media.

2

0.3 a

2.0

1.7

Manto rocoso, de color gris oscuro.



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Antecedentes:


Estratigrafía:


(m)

Espesor (m)


1

0.0 a

2.0

2.0

Arena gruesa, de color gris oscuro, humedad natural media y compacidad media; se observan gravas de cantos angulares.



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Antecedentes: Fecha de exploración: 4 de Septiembre de 2013 Nivel freático : no se observa

Estratigrafía:


(m)

Espesor (m)


1

0.0 a

0.9

0.9

Relleno artificial conformado por arena con piedras y raíces, humedad natural media y compacidad media.

2

0.9 a

1.5

0.6

Arena fina, de color café claro, humedad natural media y compacidad media; se observan gravas de tamaño máximo 19 pulgadas en forma abundante.



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Antecedentes: Fecha de exploración: 4 de Septiembre de 2013 Nivel freático : no se observa

Estratigrafía:


(m)

Espesor (m)


1

0.0 a

1.0

1.0

Arena gruesa, de color gris oscuro, humedad natural media y compacidad media; se observan gravas de cantos redondeados en forma aislada.

2

1.0 a

1.2

0.2

Arena, de color café claro, humedad natural media y compacidad densa; se observan gravas de 1 pulgada en forma abundante.



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Antecedentes:


Estratigrafía:


(m)

Espesor (m)


1

0.0 a

1.0

1.0

Arena con grava, de color café claro, humedad natural media y compacidad media; se observan gravas de tamaño máximo 16 pulgadas de cantos angulares.



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Antecedentes:


Estratigrafía:


(m)

Espesor (m)


1

0.0 a

2.0

2.0

Roca sana de gran tamaño en matriz de arena limosa, de color gris oscuro, humedad natural media y compacidad densa.



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Antecedentes:


Estratigrafía:


(m)

Espesor (m)


1

0.0 a

1.0

1.0

Grava de tamaño máximo 16 pulgadas, en matriz de arena fina, de color gris, humedad natural media y compacidad densa.



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Antecedentes:


Estratigrafía:


(m)

Espesor (m)


1

0.0 a

1.0

1.0

Arena fina con limo, de color café oscuro, humedad media y compacidad media a densa; se observan fravas de tamaño máximo 16 pulgadas



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ANEXO 2

FOTOGRAFÍAS DE LOS TRABAJOS DE EXPLORACIÓN



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FOTOGRAFIA 1: LOCALIZACIÓN DE CALICATA ESTANQUE

FOTOGRAFIA 2: CALICATA ESTANQUE



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FOTOGRAFIA 7: CALICATA TRAZADO N°1




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