MUNICIPALIDAD DE SANTA ANA GESTIÓN DE INVERSIONES Y OBRAS PROCESO DE EJECUCIÓN DE PROYECTOS

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1 MUNICIPALIDAD DE SANTA ANA GESTIÓN DE INVERSIONES Y OBRAS PROCESO DE EJECUCIÓN DE PROYECTOS ESTUDIOS BÁSICOS DE INGENIERÍA PARA LA CONSTRUCCIÓN DE UNA RED DE CUIDO EN SALITRAL, SANTA ANA MARZO, 2015 Informe preparado por: Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 1

2 San José, 31 de Marzo de 2015 Señores Gestión de Inversiones y Obras Proceso de Ejecución de Proyectos Municipalidad de Santa Ana Presente IP Estimados señores: Con base en nuestra oferta de servicios presentamos los estudios básicos de ingeniería para la construcción de una Red de Cuido, ubicada en el cantón de Santa Ana, distrito Salitral. En este informe se describe la investigación efectuada en el campo, lo que permitió obtener la información básica para realizar el análisis de la estabilidad de taludes presentes en el área de estudio y dar las recomendaciones geotécnicas pertinentes para la cimentación de la obra. En espera de continuar colaborando con ustedes en el desarrollo de sus proyectos y quedando a sus órdenes para cualquier consulta del informe. Atentamente, Ing. Carlos Méndez Navas Representante Legal IMNSA Ingenieros Consultores S.A. cc. Archivo Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 2

3 Contenido Índice de Figuras... 5 Índice de Cuadros INTRODUCCIÓN TRABAJO REALIZADO Visita al sitio Reunión de preinicio y fechas de la contratación Perforación Perfil del suelo Perforación T Perforación T Perforación T Nivel freático Caracterización geotécnica EVALUACIÓN DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES GEOTÉCNICAS Clasificación de suelos para obtener el coeficiente sísmico Licuación por sismos Capacidad de soporte Asentamientos Excavaciones Obras de retención Generalidades Modelos geotécnicos Análisis de estabilidad para la condición actual estática y dinámica Coeficientes de diseño Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 3

4 3.8. Análisis de infiltraciones RESUMEN DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES TÉCNICAS DISCUSIÓN SOBRE LOS GRADOS DE INCERTIDUMBRE Y ALCANCE DEL ESTUDIO REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS Anexo A: Perfil de perforación Anexo B: Localización de los sondeos Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 4

5 Índice de Figuras Figura 1. Ubicación del sitio... 7 Figura 2. Vista general del terreno estudiado e inspección del sitio Figura 4. Esquema de la Prueba de Penetración Estándar (SPT)... 9 Figura 5. Factor espectral dinámico (FED) para ZIII-S3 según el CSCR Figura 6. Modelo geotécnico para el perfil A Figura 7. Modelo geotécnico para el perfil B Figura 8. Detalle de drenajes, sección transversal Figura 9. Detalle de drenajes, sección longitudinal Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 5

6 Índice de Cuadros Cuadro 1. Total de sondeos exploratorios realizados y su profundidad respectiva. 9 Cuadro 2. Profundidad en la cual se encontró el nivel freático Cuadro 3. Perfil de suelo Cuadro 4. Simbología perfil de suelo Cuadro 5. Capacidad soportante contra nivel de desplante Cuadro 6. Parámetros geotécnicos de los materiales detectados en el sitio Cuadro 6. Resultados del ensayo Cuadro 8. Cuadro de dimensiones y geometría del campo de infiltración Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 6

7 1. INTRODUCCIÓN De acuerdo con la contratación que da lugar al presente informe, así como a la orden de compra número 35846, IMNSA Ingenieros Consultores, procedió con la realización del siguiente estudio de suelos y análisis de estabilidad de taludes, que forman parte de los estudios para la construcción de una Red de Cuido en Salitral, Santa Ana. La ubicación del proyecto se presenta en la Figura 1. Figura 1. Ubicación del sitio Hoja Cartográfica Salitral Escala 1: Situado en: Distrito: Cantón: Provincia: Salitral 02 Salitral 09 Santa Ana 01 San José El objetivo del estudio en campo fue definir las características geotécnicas de los suelos existentes en el sector seleccionado, para con esto poder recomendar soluciones geotécnicas. Adicionalmente este reporte presenta los resultados de la investigación y análisis efectuado, con el fin de establecer un modelo geotécnico que describa las condiciones del terreno, para brindar recomendaciones de la capacidad de soporte del suelo y diseño de cimentaciones. Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 7

8 2. TRABAJO REALIZADO 2.1. Visita al sitio Una vez recibida la adjudicación, se procedió a realizar una visita al sitio con el fin de revisar las condiciones del terreno para la ejecución de los trabajos de campo (perforaciones con el método de penetración estándar). Con esta visita, se estableció la campaña de investigación por efectuarse (ver Figura 2). Figura 2. Vista general del terreno estudiado e inspección del sitio Reunión de preinicio y fechas de la contratación Al inicio la contratación, se realizó una reunión (visita) previa a la orden de inicio, el día miércoles 4 de marzo de 2015, entre las partes de la Municipalidad de Santa Ana y representantes de IMNSA Ingenieros Consultores. Se trataron los siguientes temas: - Explicación general del proyecto. - Pruebas contratadas: Se revisó las cantidades contratadas: o 3 Perforaciones SPT de 6 m profundidad. o Estudio de estabilidad de taludes. o Prueba de infiltración. Luego, la orden de inicio se emitió el día 2 de marzo de 2015, y el plazo de entrega para los presentes estudios fue de 30 días naturales. Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 8

9 2.3. Perforación Se efectuaron 3 sondeos con profundidades variables entre 2,00 m y 6,00 m de profundidad (ver Cuadro 1); los cuales se avanzaron mediante la ejecución continua del ensayo SPT (Standard Penetration Test), ASTM D En este ensayo, se avanza a golpes del tubo muestreador por medio de un mazo de 63,5 kg (140 libras) que cae desde una altura de 76,2 cm. Figura 3. Esquema de la Prueba de Penetración Estándar (SPT) La profundidad alcanzada en cada sondeo exploratorio se presenta en el Cuadro 1 y su ubicación puede observarse en el Anexo B. Cuadro 1. Total de sondeos exploratorios realizados y su profundidad respectiva Sondeo Profundidad (m) T T T El objetivo de estos sondeos fue el de extraer muestras para describir el perfil del suelo en profundidad. Asimismo, estas muestras fueron enviadas al laboratorio para la ejecución de ensayos de caracterización física y mecánica. Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 9

10 A las muestras obtenidas en los sondeos exploratorios, cuando fue posible, se les evaluó: P.U. / w (%): Densidad y Contenido de Humedad del Suelo (ASTM D-2216). LL/LP: Límite de Atterberg (ASTM D-4318). Qu: Ensayo de compresión inconfinada (ASTM D-2166). A.Gran: Análisis Granulométrico (ASTM D-422). Los ensayos se realizaron de acuerdo a las normas internacionales vigentes a la fecha, ASTM y AASHTO. Los parámetros necesarios para el cálculo de la capacidad de soporte han sido obtenidos con base en correlaciones que permiten estimarlos, tal como se indica en el Capítulo 4 de este informe. El estudio de suelos fue ejecutado de acuerdo con principios y prácticas de ingeniería aceptados actualmente, siguiendo las indicaciones del Código de Cimentaciones de Costa Rica. Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 10

11 2.4. Perfil del suelo Perforación T-1 Capa 1: de 0,00 a 5,50 metros - Limo inorgánico, color café claro, no presenta bloques. - Clasificación SUCS MH. - N SPT : 6-Rebote de mazo - Consistencia: medianamente compacta a muy compacta. - Humedad natural: 27 % a 50 % - Porcentaje pasando la malla # 200: 54 % a 95 % - Porcentaje retenido acumulado en la malla # 4: 0 - Peso volumétrico: 1977,19 a 2120,83 kg/m 3 - Cohesión no drenada: 0,70 a 2,03 kg/cm 2 - Límite líquido: 56 a 60 - Límite plástico: 37 - Índice de plasticidad: 19 a 23 - Plasticidad: alta Perforación T-2 Capa 1: de 0,00 a 6,00 metros - Limo inorgánico, color café claro, presencia de pequeños bloques. - Clasificación SUCS MH. - N SPT : Consistencia: medianamente compacta a muy compacta. - Humedad natural: 26 % a 56 % - Porcentaje pasando la malla # 200: 71 % a 84 % - Porcentaje retenido acumulado en la malla # 4: 0 - Peso volumétrico: 1881,79 a 1957,10 kg/m 3 - Cohesión no drenada: 1,10 a 1,85 kg/cm 2 - Límite líquido: 61 a 93 - Límite plástico: 35 a 41 - Índice de plasticidad: 26 a 53 - Plasticidad: alta Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 11

12 Perforación T-3 Capa 1: de 0,00 a 2,00 metros - Limo inorgánico, color café oscuro, no presenta bloques. - Clasificación SUCS MH. - N SPT : 12-Rebote de mazo - Consistencia: compacta a dura. - Humedad natural: 25 % a 33 % - Porcentaje pasando la malla # 200: 87 % - Porcentaje retenido acumulado en la malla # 4: 0 - Límite líquido: 56 - Límite plástico: 32 - Índice de plasticidad: 24 - Plasticidad: alta Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 12

13 2.5. Nivel freático La condición freática de la perforación se muestra en el Cuadro 2. Cuadro 2. Profundidad en la cual se encontró el nivel freático 2.6. Caracterización geotécnica Sondeo Profundidad Nivel Freático (m) T-1 No se detectó T-2 No se detectó T-3 No se detectó A continuación se detalla, en el Cuadro 3, las capas descritas en el perfil de suelo anterior, con el fin de que se pueda apreciar fácilmente la disposición de las mismas. Cuadro 3. Perfil de suelo Profundidad T-1 T-2 T-2 N⁰ Nspt / % Nspt / % Nspt / % De Hasta Rec. Rec. Rec RM *** *** 21 Cuadro 4. Simbología perfil de suelo Simbología Limo inorgánico. Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 13

14 3. EVALUACIÓN DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES GEOTÉCNICAS En este apartado se describen los diferentes análisis realizados tales como: sistema de cimentación, nivel de desplante, capacidad de soporte admisible, asentamientos y otros asuntos asociados con el diseño y construcción de las obras de cimentación Clasificación de suelos para obtener el coeficiente sísmico De acuerdo con lo encontrado en el sitio, los suelos pueden clasificarse como S3 por tratarse de estratos de suelos cohesivos de al menos 6m de profundidad. Por tratase de un terreno en el cantón de Desamparados, deberán ubicarse en la zona sísmica III. Con la combinación S3-ZIII, la aceleración pico efectiva de diseño es a ef = 0.36 g. El factor espectral dinámico recomendado por el Código Sísmico de Costa Rica es el que se muestra en la Figura 4. Figura 4. Factor espectral dinámico (FED) para ZIII-S3 según el CSCR-2010 Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 14

15 3.2. Licuación por sismos La licuefacción de suelo describe el comportamiento de suelos que, estando sujetos a la acción de una fuerza externa (carga), en ciertas circunstancias pasan de un estado sólido a un estado líquido, o adquieren la consistencia de un líquido pesado. Es más probable que la licuefacción ocurra en suelos granulados sueltos saturados o moderadamente saturados con un drenaje pobre, tales como arenas sedimentadas o arenas y gravas que contienen vetas de sedimentos impermeables. La licuefacción de los suelos es un proceso observado en situaciones en que la presión de poros es tan elevada que el agregado de partículas pierde toda la resistencia al corte y el terreno su capacidad soportante. Se producen en suelos granulares: - Arenas limosas saturadas - Arenas muy finas redondeadas (loess) - Arenas limpias - Rellenos mineros En el terreno donde se desarrollarán las obras de la Red de Cuido, no se reconoce ningún riesgo de que se presente el fenómeno de licuación, ya que en el sitio se encontraron suelos eminentemente cohesivos hasta la profundidad analizada, por lo que los materiales encontrados en el sitio de estudio no son susceptibles en la licuación Capacidad de soporte En este apartado se describen los diferentes análisis realizados tales como: sistema de cimentación, nivel de desplante, capacidad de soporte admisible, asentamientos y otros asuntos asociados con el diseño y construcción de las obras de cimentación. Para el caso del terreno estudiado, en todas las perforaciones se encuentra una capa de limos inorgánicos de alta plasticidad (MH) al menos hasta el nivel de rebote del mazo. Según las observaciones realizadas en el sitio, el depósito de suelos estudiado corresponde a una lahar con bloques de gran diámetro y una matriz limosa. Es probable que el espesor de estos materiales sea mayor al estudiado, sin embargo, debido a la imposibilidad de evitar que el equipo encuentre algún bloque durante la ejecución de la prueba, se podría dar un nivel aparente de rebote del mazo, sin que ello implique que se llegó a nivel de roca. La estimación de la capacidad soportante admisible se realizó a una profundidad variable de 0,50 a 6,0 metros de desplante respecto al nivel actual del terreno. En todos los sitios se ha considerado el material, como un suelo cohesivo, cuyos valores de cohesión no drenada se obtuvieron en el laboratorio, un ángulo de fricción interna muy bajo de fricción, de manera que se han utilizado valores de ángulo de fricción a partir de correlaciones de Terzaghi y Peck para suelos cohesivos, cuyo valor en ningún caso supera los 14º. A partir de los parámetros geotécnicos indicados, los cuales fueron escogidos a partir de la información recopilada de ensayos de laboratorio y de campo, se determina la capacidad de soporte a diferentes niveles de desplante para un ancho de placa corrida de Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 15

16 B = 0,40 metros (supuesto inicial). Este cálculo se realizó utilizando la ecuación general de capacidad de carga recomendada por el Código de Cimentaciones de Costa Rica. Donde: B: Ancho de la placa γ1: Peso volumétrico del suelo por debajo del nivel de desplante. C: Cohesión del material. γ2: Peso volumétrico del suelo por encima del nivel de desplante. D: Profundidad de cimentación Nc, Nγ, Nq: Factores de capacidad de carga A continuación se presenta el nivel de capacidad de soporte en función del nivel de desplante (ver Cuadro 5): Cuadro 5. Capacidad soportante contra nivel de desplante Nivel de desplante (m)* Capacidad soportante admisible (ton/m 2 ) T-1 T-2 T-3 0,50 4,4 3,1 5,3 1,00 5,1 3,6 5,9 1,50 6,0 4,5 6,4 2,00 6,1 4,7 2,50 7,1 6,1 3,00 7,6 5,0 3,50 8,1 6,4 4,00 8,6 7,5 4,50 9,9 6,9 5,00 21,8 10,2 5,50 21,8 9,3 6,00 11,6 * Nivel de desplante referido con respecto al nivel actual del terreno. La capacidad de soporte del suelo es baja, sin embargo, para la magnitud de la obra que se planea desarrollar, se considera suficiente. Por tanto, se recomienda realizar una cimentación superficial tipo placa corrida o bien, placas aisladas para el apoyo de las columnas si la carga aplicada no supera la capacidad de soporte admisible del suelo. Desde el punto de vista geotécnico, para las cargas usuales en edificios de uno y dos niveles con la caracterización estratigráfica del sitio, se recomienda una profundidad de cimentación alrededor de 1,00m de profundidad con respecto al nivel actual del terreno. Estos valores de capacidad soportante admisible presentan un factor de seguridad de 3,0 contra la falla por cortante y garantiza que bajo la presión de fundación recomendada los asentamientos no serán significativos. Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 16

17 3.4. Asentamientos Consolidación de un suelo es el proceso de cambio volumétrico (reducción de vacíos o densificación) producido por la aplicación de cargas compresivas y/o la pérdida de humedad. La construcción de obras de ingeniería, tales como edificaciones y terraplenes en la superficie de un suelo saturado, incrementa los esfuerzos compresivos totales en la masa. La pérdida de humedad relacionada con el descenso natural del nivel freático y la extracción de agua por medios artificiales genera una disminución en la presión de poro. En ambos casos, se debe producir un incremento del esfuerzo efectivo y un reacomodo de las partículas sólidas a las nuevas condiciones. En el proceso se reduce el volumen de los vacíos y se establece un flujo de agua hasta que se alcanza una nueva condición de equilibrio en la cual el volumen (reducido) permanece constante, cesa el flujo de agua y los cambios en el esfuerzo total o la presión de poro se transfieren al esfuerzo efectivo. La consolidación ocurre en forma casi simultánea con la acción o carga en los suelos de alta permeabilidad (grano grueso), por lo que se pueden implementar soluciones inmediatas a los problemas. En los suelos de baja permeabilidad (grano fino) el proceso de consolidación ocurre en forma desfasada en el tiempo, en cuyo caso se deben considerar sus efectos a largo plazo en el comportamiento de las obras civiles y tomar previsiones. Los cambios volumétricos que se producen como resultado de la construcción de una obra civil y la consolidación de un suelo compresible, pueden afectar negativamente el funcionamiento de la obra y hasta dañar los elementos estructurales. Si la construcción se ha realizado sobre un terreno horizontal, los cambios volumétricos más importantes van a manifestarse como un asentamiento local (diferencial) o generalizado (uniforme) de las edificaciones. Un análisis de asentamientos requiere ensayos especiales. No obstante, para el caso particular de los estratos detectados en el sitio de estudio en Salitral de Santa Ana, si se respeta la recomendación de cimentación y la capacidad de soporte admisible del suelo, se descarta la ocurrencia de asentamientos importantes que puedan generar daños en el puente Excavaciones Considerando que se proyectan excavaciones para la construcción de las placas de fundación, se realizan las siguientes observaciones: Se sugiere que en este momento se verifique la estabilidad de las paredes por medio de las recomendaciones que indica el Código de Cimentaciones de Costa Rica (CCCR-09), donde la altura crítica de una excavación vertical está en función de la cohesión del material, el peso unitario y el valor Ne (factor recomendado según el método a utilizar). Donde: Ne: Factor recomendado según el método a utilizar. γ: Peso volumétrico del suelo de las paredes de la excavación. Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 17

18 C: Cohesión del material. F.S: Factor de seguridad. Estimando algunos valores críticos de cohesión y pesos unitarios de los materiales encontrados en sitio se encontró que un valor aproximado de altura crítica sería de: 1,8 metros. Para cortes mayores de 1,80 y menores a 4,00 se recomienda colocar taludes de ½ :1, H:V. Es importante indicar que este es un valor teórico que debe ser corroborado en campo, y de ser necesario, se deberá ademar el terreno a una altura menor a la indicada. Nótese que si durante las excavaciones y terraceo de la finca, se deja descubierto algún bloque en las paredes de la excavación, se recomienda que este sea apuntalado para evitar un desprendimiento repentino que pueda poner en riesgo la seguridad del personal que trabaja en la zona. Recomendaciones Generales para excavaciones: A continuación se indican algunas recomendaciones generales que indica el Código de Cimentaciones de Costa Rica CCCR-94, antes y durante la excavación. Antes de excavar verifique: - La proximidad de estructuras que puedan sufrir daños y cualquier otra fuente de vibraciones. - Si el suelo ha sido alterado de alguna forma. - Proximidad de alcantarillados, cableado enterrado. - Equipos, equipos de protección del personal, materiales de apuntalamiento, letreros, luces, maquinaria etc. Mientras se excava: - Si las condiciones indican algo de oxigeno o gas en la zanja. - Las condiciones del apuntalamiento y si es adecuado según avanza la obra. - La manera de entrar o salir de la excavación. - Cambios en el movimiento de vehículos; mantenga los camiones lejos de los muros de excavación. - Que el material excavado esté a más de 60 cm, de los bordes de la zanja. - Colocación de los equipos pesados o tuberías. - Si las pantallas portátiles de protección de zanjas son adecuadas. - Posición correcta de las riostras atravesadas o gatos y si son adecuados para evitar que pueda correrse el apuntalamiento. - Que los trabajadores conocen los procedimientos apropiados y seguros y que no se expone pasando por alto estas verificaciones. Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 18

19 3.6. Obras de retención Generalidades El objetivo de esta sección será dar una recomendación de retención para la conformación de terrazas, donde se construirá una Red de Cuido. Como es usual en este tipo de análisis se utilizaron métodos de equilibrio límite para evaluar el riesgo frente a deslizamientos. Esta metodología evalúa el riesgo en términos de un número llamado factor de seguridad, definido como el cociente de las fuerzas y/o acciones resistentes que se oponen al deslizamiento y las fuerzas motoras que originan el deslizamiento. Para realizar los análisis se requiere el uso de computador, ya que por ser sistemas estáticamente indeterminados, es necesario utilizar métodos numéricos de convergencia. Para implementar el análisis se usó el programa SLOPE/W de la casa GEOSTUDIO el cual permite la generación automática de superficies de ruptura y la determinación del factor de seguridad asociado a cada una de ellas. Por cada corrida del programa se analizan hasta 2000 superficies de ruptura, obteniéndose al final el factor de seguridad crítico (mínimo de las superficies analizadas por corrida). Los análisis se efectuaron para el caso de carga dinámica. En el caso de sismo se estudió considerando una aceleración horizontal media (mantenida durante períodos largos) de hasta un 20% de la aceleración de la gravedad; valor que representa un sismo muy fuerte. La utilización de tal valor se justifica por las siguientes razones: Para los análisis de estabilidad se utilizan, como es usual, métodos de equilibrio límite, en los cuales la acción de un sismo se introduce como una fuerza pseudoestática aplicada en el centro de gravedad de la masa que potencialmente sea más crítica. La diferencia con el diseño sísmico de estructuras de concreto o acero, donde también se utiliza este procedimiento, es que los períodos de vibración en que puede ocurrir un deslizamiento son muy grandes en relación a los períodos de vibración en que puede ocurrir un daño en una estructura de concreto o acero. Esto es, una estructura de concreto o acero puede sufrir daños en períodos cortos de vibración (décimas de segundo), donde de acuerdo con los registros de un sismograma pueden ocurrir valores altos de aceleración. Es por ello que en el diseño de este tipo de estructuras se utilizan en ocasiones valores altos de aceleración (0,4 g a 0,6 g por ejemplo). No obstante el comportamiento sísmico de taludes es muy diferente, ya que para períodos cortos de vibración, donde se producen picos importantes de aceleración, no hay tiempo suficiente para que pueda producirse un daño (deslizamiento). Es importante resaltar que para que se produzca un deslizamiento se requiere un rango de tiempo que posiblemente oscila entre 30 segundos a 1,0 minuto, intervalo en el que es imposible se produzca de forma mantenida un pico de aceleración mayor que 0,15 g ó 0,20 g. Es normal por lo tanto que, de acuerdo con la literatura internacional y la experiencia acumulada en el tema de diseño sísmico de taludes, se limite por esa razón el valor de aceleración a un máximo de 0,20 g, en zonas consideradas de altísimo riesgo sísmico (regiones epicentrales sísmicamente activas). Los sismos son fenómenos oscilatorios que inducen fuerzas favorables en un Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 19

20 instante de tiempo y desfavorables en un instante posterior. Diseñar un talud con un valor alto de aceleración (0,4 g por ejemplo), significa suponer que la fuerza sísmica actúa desfavorablemente durante todo el tiempo requerido para que se produzca el deslizamiento, situación que a todas luces es ilógica. Los sismos son también fenómenos direccionales en que la fuerza sísmica es perpendicular a la dirección de las ondas símicas que se originan en un epicentro. Por ello cuando se realiza un estudio dinámico de un talud se supone la condición más desfavorable, es decir cuando el talud está orientado perpendicular a la dirección de la fuerza sísmica. Sin embargo en la realidad no siempre es así. Lo anterior explica por qué algunos taludes de una localidad se caen durante un sismo en relación a otros de condiciones similares o peores que no se caen. Cuando se comenzaron a realizar los primeros análisis pseudo-estáticos de taludes se utilizaban valores altos de aceleración sísmica (0,4 g ó 0,5 g por ejemplo). Sin embargo el factor de seguridad teórico era siempre menor que 1,0, aunque el suelo fuera de muy buena resistencia. Es decir para valores altos de aceleración sísmica es prácticamente imposible obtener valores aceptables del factor de seguridad, aún en el caso de suelos duros o rocas. Tal situación es totalmente diferente a lo que ocurre en la realidad, donde taludes en que se pronosticaba teóricamente una falla, la misma no ocurría cuando se producía realmente el sismo. La explicación de este fenómeno está precisamente fundamentada en las razones antes explicadas Modelos geotécnicos Con base en la información de las perforaciones in situ y pruebas de laboratorio se han establecido modelos geotécnicos del terreno en cada uno de ejes de interés. Complementariamente, se han definido para cada uno los parámetros geotécnicos que se consideran representativos del comportamiento de los materiales existentes. Se utilizaron dos perfiles para el modelado geotécnico. En general se consideraron dos modelos de una capa, calibrados mediante la información suministrada por las perforaciones (SPT). Capa 1: Estrato constituido por limos inorgánicos de alta plasticidad. De acuerdo con el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS), se clasifican como materiales tipo MH. Presenta una consistencia variable de compacta a dura. El estrato estudiado tiene profundidades variables, de 2,0 a 6,0 metros de profundidad. Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 20

21 Figura 5. Modelo geotécnico para el perfil A. Figura 6. Modelo geotécnico para el perfil B. Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 21

22 Para la definición de las propiedades se consideraron los valores del número de golpes N SPT, valores obtenidos de ensayos de compresión inconfinada en suelos, así como experiencias previas por parte de la empresa en materiales similares. En el siguiente cuadro se resume los parámetros correlacionados de cada perfil: Cuadro 6. Parámetros geotécnicos de los materiales detectados en el sitio EJE A B Capas Capa 1: Limos inorgánicos Capa 1: Limos inorgánicos Peso volumétrico Cohesión, C Ángulo de fricción, Ø (kg/m 3 ) (kg/m 2 ) (Grados) In situ Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 22

23 Análisis de estabilidad para la condición actual estática y dinámica A partir de los modelos geotécnicos establecidos, se procedió a realizar el análisis de estabilidad para los dos perfiles. Se consideró una sobrecarga de 3 t/m 2 por nivel para el caso de edificaciones y una sobrecarga de 7 t/m 2 para el caso de las edificaciones más el relleno. Para el caso de análisis dinámico se utilizó un porcentaje de la aceleración de la gravedad de 20%. Análisis Perfil Factor de seguridad (menor) Observaciones Dinámico, considerando la A 1,568 Estable conformación de terrazas y las estructuras a colocar. B 3,320 Estable Notas: 1. Factores de seguridad igual o menores a 1,0 indican falla inminente del talud. 2. Los estudios de estabilidad concluyen que bajo las condiciones propuestas de movimiento de tierras y de los edificios a construir, los taludes son estables bajo cargas estáticas y son estables durante sismos fuertes. 3. Se aclara que los estudios fueron realizados en condición seca (en verano), por lo que es de esperarse que la condición geomecánica de los materiales se ve desmejorada en época lluviosa producto de la saturación de los suelos. De tal modo que se recomienda proteger los taludes (o cortes verticales) de la humedad que se pueda presentar en el sitio con algún elemento permanente que procure la impermeabilización y el control de erosión, no se descarta la posibilidad de utilizar algún muro de contención para protección de los cortes, aunque desde el punto de la estabilidad no sea necesario. Además se recomienda, al pie y en la corona de los taludes implementar una cuneta para manejo de aguas, de manera que el agua no se acumule en dicha zona. Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 23

24 3.7. Coeficientes de diseño Rellenos: Si se requiere la utilización de rellenos, estos deberán ser de lastre compactado al 95% del Proctor modificado con un ángulo de fricción de 30 a 35 grados y un peso unitario de 1,8 a 2,2 ton/m³, ka = 0,33, kp = 2,99 Al momento de ser colocados deberá de llevarse un estricto control de compactación para lograr la humedad óptima que permita lograr el peso volumétrico máximo y la compactación deseada. Empuje Lateral: Para los materiales encontrados se presentan los coeficientes de presión activa y pasiva para los diseño de las obras de retención. El método propuesto por Rankine, apoyado en su Teoría de Presión de Tierra sobre muros de contención y basado en el equilibrio de fuerzas indica que: φ = 30 ka = 0,33 kp = 3 Dadas las características de los materiales encontrados en el sitio, no se recomienda reutilizar los suelos para efectos de relleno en las zonas en donde se requiera, dada su deficiente condición geomecánica. Para las estructuras de contención se recomienda colocar un relleno de lastre compactado con un espesor mínimo de 0,75 metros, entre el muro y el suelo natural, esto con el objetivo de disminuir los esfuerzos sobre la estructura de contención. Para dicho lastre se tiene que: φ = 30 ka = 0,33 kp = 3 Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 24

25 3.8. Análisis de infiltraciones Se realizó 1 prueba de infiltración en el sitio según el procedimiento que establece el Código de Instalaciones Hidráulicas y Sanitarias en Edificaciones en el artículo Cuadro 7. Resultados del ensayo PRUEBA 1 Tiempo Prof Tasa (min) (cm) min/cm ,0 5, ,0 5, ,0 5, ,0 6, ,0 8,57 Tasa Promedio 6,05 Velocidad de infiltración litros/m²/día 46,8 Resultados de la prueba Se realizó una prueba en el sitio según el procedimiento que establece el Código de Instalaciones Hidráulicas y Sanitarias en Edificaciones en el artículo 7.117: Para la infiltración No. 1, se determinó un valor de infiltración de 6.05 min/cm, valor que está por debajo del límite máximo permitido de infiltración de 24 min/cm. Luego, a partir de los resultados obtenidos, por considerarse un suelo con buenos valores de permeabilidad, se recomienda utilizar el sistema de zanjas de absorción para drenaje de aguas negras en las cercanías del sitio en donde se realizaron las pruebas, según lo que estipula el Código de Instalaciones Hidráulicas y Sanitarias en Edificaciones del CFIA (CIHSE). Para la determinación de la cantidad de gasto de agua por día se partió de los siguientes supuestos de ocupación de la estructura: Ocupantes fijos o funcionarios: se refiere a los funcionarios que son usuarios fijos por semana, en este caso el guarda de seguridad. Se contempló una persona por turno y de rol completo por semana. Usuarios de instalaciones: Incluye a todo aquel usuario que haga uso de las instalaciones durante el día. Se contempló 45 infantes, y 5 personas funcionarios de la red de cuido. Visitantes. Se contempló 5 personas. A partir de los valores de dotaciones mínimas de agua establecidos en el CIHSE, se asignó un gasto de agua por persona equivalente al que los usuarios Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 25

26 generarían, ver Cuadro 8. A partir de la tasa de infiltración y del gasto de agua diario estimado se determinó las medidas requeridas para el drenaje, los resultados son los siguientes: Longitud de zanja: 42.1 m. Profundidad total de excavación 1,00 m Profundidad de grava debajo del tubo drenante: 0,60 m Ancho de la zanja: 0,50 m En la Figura 7 y Figura 8 se muestra un detalle típico del drenaje propuesto. Cuadro 8. Cuadro de dimensiones y geometría del campo de infiltración DISEÑO DE DRENAJES PARA ZANJAS DE ABSORCION DATOS Numero de personas (Ocupantes fijos: Guarda) ( N ) 1,00 pers Según administración. Gasto de agua por persona ( G ) 150,00 lts/pers Tipología: Casa unifamiliar. Numero de personas (Usuarios infantes+personal de cuido y miscelaneos) ( N ) 50,00 pers Según administración. Gasto de agua por persona ( G ) 50,00 lts/pers Tipología: Escuelas - Alumnado externo. Numero de personas (Visitantes) ( N ) 5,00 pers Según diseño de sitio. Gasto de agua por persona ( G ) 8,00 lts/pers Tipología: Cines, teatros, auditorios y templos. % Ocupación del inmueble 75% Se asume un máximo porcentaje de ocupación de la capacidad nominal de infantes. Gasto de aguas servidas por dia ( Q ) 2.065,00 lts /dia N * G Factor de precipitación ( Fp ) 2,50 Area de lote mínimo 815,14 m2 Area de construcción 462,43 m2 CALCULO Area disponible para drenaje 352,71 m2 Tasa de infiltracion ( T )** 6,05 min/cm Pruebas realizadas en campo Velocidad de infiltracion ( Vf ) 46,76 lts/m2/dia V f = 115 t Area de infiltracion ( Af ) 44,16 m2 Af = Q / Vf Area verde necesaria sin recubrimiento ( Ac) 110,40 m2 Ac = Af * Fp GEOMETRIA DE CAMPO Ancho de zanja ( w ) 50,00 cms Profundidad de zanja ( h ) 60,00 cms Perimetro efectivo ( Pe ) ++ 1,05 mts + Pe = 0.77*( w h ) / ( w +116) Longitud total de zanja 42,1 mts Af/Pe Separacion entre zanjas de centro a centro 2,00 mts 1,5+ w Detalles típicos de drenaje Según las medidas propuestas, se presenta un detalle típico del drenaje construir. Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 26

27 Figura 7. Detalle de drenajes, sección transversal. Figura 8. Detalle de drenajes, sección longitudinal. Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 27

28 4. RESUMEN DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES TÉCNICAS La investigación efectuada permitió determinar el perfil del subsuelo en el área de interés y elaborar las conclusiones y recomendaciones que se presentan en este informe. Se realizaron tres perforaciones con profundidades variables, de 2,0 a 6,0 metros, tal y como se indica en el Capítulo 2. Se determinó la presencia de un estrato en el sitio, el cual corresponde a limos inorgánicos de alta plasticidad. De acuerdo con las observaciones efectuadas durante la ejecución de las perforaciones, no se detectó el nivel freático. La capacidad de soporte del terreno se estimó entre 3,1 y 21,8 ton/m², en la profundidad analizada. Dadas las características del terreno y el tipo de edificio por construir, es posible el uso de placas aisladas o corridas, según decida el ingeniero estructural, siempre y cuando no se supere la capacidad soportante admisible indicada en el capítulo 3. Debido a las características de los materiales detectados en el sitio, se descarta que se presente el fenómeno de licuefacción en el sitio. Se determinó a partir de las pruebas de infiltración que el terreno presenta una adecuada permeabilidad para la implementación de zanjas de absorción para drenajes de aguas negras. Se requiere en total una longitud de 42 metros de drenaje. Con base en el estudio de estabilidad de taludes, se determinó que los ejes de análisis A y B son estables. Tomando en cuenta el movimiento de tierras a realizar (conformación de terrazas) y las estructuras a construir. Deberá ponerse especial atención a los sitios donde aparezca suelo vegetal para retirarlo y eliminarlo por completo en las áreas de construcción, debido a su alta compresibilidad y baja resistencia al corte. Si durante la ejecución de la etapa constructiva se encuentra alguna variación de las condiciones esquematizadas en este reporte, o si se implementan cambios en el diseño del proyecto, se deberá dar información para que pueda revisarse y de ser necesario modificarla. Cualquier situación no contemplada en este informe se nos deberá consultar al respecto. Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 28

29 5. DISCUSIÓN SOBRE LOS GRADOS DE INCERTIDUMBRE Y ALCANCE DEL ESTUDIO Considerando que el área del proyecto está representada únicamente por tres perforaciones, existe la posibilidad que las condiciones encontradas varíen en otros sitios por lo que se recomienda, que durante el proceso de construcción un técnico en mecánica de suelos revise los niveles en que se estarán colocando las placas para así verificar que se está cimentando sobre los estratos propuestos en este informe. Cualquier situación no contemplada en este informe y que se presente en la etapa constructiva se nos deberá consultar al respecto. Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 29

30 6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Asociación Costarricense de Geotecnia. Código de Cimentaciones de Costa Rica. Editorial Tecnológica de Costa Rica, Colegio Federado de Ingenieros y Arquitectos. Código Sísmico de Costa Rica. Editorial Tecnológica de Costa Rica, Código de Instalaciones Hidráulicas y Sanitarias en Edificaciones, Colegio Federado de Ingenieros y Arquitectos de Costa Rica, Editorial Tecnológica de Costa Rica, González de Vallejo, Luis. Ingeniería Geológica. PEARSON Educación, Madrid, Jiménez Salas, José. Geotecnia y Cimientos II, Mecánica del Suelo y de las Rocas. Editorial Rueda, Madrid, España, Bowles, Joseph. Foundation Analysis and Design. McGraw Hill, Inc, United States of America. Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 30

31 7. ANEXOS Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 31

32 7.1. Anexo A: Perfil de perforación Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 32

33 Resumen de Perforación RESUMEN DE LA PERFORACIÓN Proyecto Red de Cuido Salitral Muestra IM Ubicación Santa Ana Fecha mar-15 Profundidad 5,50 m Perforación T-1 Nivel Freático Perforador Joaquín Prendas Hoja 1 de 1 Clasificación y descripción del material N⁰ Profundidad (m) De Hasta Nspt / % Recuperación % Humedad / % RQD Simbología Descripción Consistencia / Densidad % Pasando Malla # 200 % Ret. Ac. Malla # 4 γ Gs E %S Cu LL LP IP Plasticidad SUCS Alta MH Limo inorgánico, color café claro, no presenta bloques. Medianamente compacta a muy compacta Media MH SPT Fin de perforación Simbología %W: Porcentaje de humedad Cu: Cohesión NO Drenada (kg/cm²) %RQD: Rock Quality Designation SUCS: Sistema Unificado de Clasificación de Suelos γ: Peso volumétrico (kg/m³) LL: Límite líquido % Rec.: Porcentaje de recuperación Nspt: Numero de golpes Standard Penetration Test Gs: Gravedad específica LP: Límite plástico Rot: Perforación por Rotación E: Módulo Elástico No Drenado (kg/cm²) IP: Índice de plasticidad RM: Rebote del mazo % S: Porcentaje de saturación

34 Resumen de Perforación RESUMEN DE LA PERFORACIÓN Proyecto Red de Cuido Salitral Muestra IM Ubicación Santa Ana Fecha mar-15 Profundidad 6,00 m Perforación T-2 Nivel Freático Perforador Joaquín Prendas Hoja 1 de 1 Clasificación y descripción del material N⁰ Profundidad (m) De Hasta Nspt / % Recuperación % Humedad / % RQD Simbología Descripción Consistencia / Densidad % Pasando Malla # 200 % Ret. Ac. Malla # 4 γ Gs E %S Cu LL LP IP Plasticidad SUCS Alta MH Limo inorgánico, color café claro, presencia de pequeños bloques. Medianamente compacta a muy compacta Alta MH SPT Fin de perforación Simbología %W: Porcentaje de humedad Cu: Cohesión NO Drenada (kg/cm²) %RQD: Rock Quality Designation SUCS: Sistema Unificado de Clasificación de Suelos γ: Peso volumétrico (kg/m³) LL: Límite líquido % Rec.: Porcentaje de recuperación Nspt: Numero de golpes Standard Penetration Test Gs: Gravedad específica LP: Límite plástico Rot: Perforación por Rotación E: Módulo Elástico No Drenado (kg/cm²) IP: Índice de plasticidad RM: Rebote del mazo % S: Porcentaje de saturación

35 Resumen de Perforación RESUMEN DE LA PERFORACIÓN Proyecto Red de Cuido Salitral Muestra IM Ubicación Santa Ana Fecha mar-15 Profundidad 2,00 m Perforación T-3 Nivel Freático Perforador Joaquín Prendas Hoja 1 de 1 Clasificación y descripción del material N⁰ Profundidad (m) De Hasta Nspt / % Recuperación % Humedad / % RQD Simbología Descripción Consistencia / Densidad % Pasando Malla # 200 % Ret. Ac. Malla # 4 γ Gs E %S Cu LL LP IP Plasticidad SUCS Limo inorgánico, color café oscuro, no presenta bloques. Compacta a dura RM 25 SPT Alta MH Fin de perforación Simbología %W: Porcentaje de humedad Cu: Cohesión NO Drenada (kg/cm²) %RQD: Rock Quality Designation SUCS: Sistema Unificado de Clasificación de Suelos γ: Peso volumétrico (kg/m³) LL: Límite líquido % Rec.: Porcentaje de recuperación Nspt: Numero de golpes Standard Penetration Test Gs: Gravedad específica LP: Límite plástico Rot: Perforación por Rotación E: Módulo Elástico No Drenado (kg/cm²) IP: Índice de plasticidad RM: Rebote del mazo % S: Porcentaje de saturación

36 7.2. Anexo B: Localización de los sondeos Estudio de suelos Red de Cuido Salitral, Santa Ana 36

37 Simbología " ) Puntos de perforación / Carretera Cantonal Carretera Nacional Borde de distritos T3 " ) T2 " ) " ) SALITRAL PIEDADES URUCA T1 km Provincia: 01 San José Cantón: 09 Santa Ana Distrito: 02 Salitral Mapa de ubicación del proyecto Red de Cuido de Salitral de Santa Ana m Coordenadas CRTM05 Escala: (Lambert Norte se indican en negro) 1:1,000 Fuente: Mapas 1: IGN Atlas 2008 TEC, Google Earth