DISEÑOS DEFINITIVOS ESTUDIO GEOTECNICO Y MECÁNICA DE SUELOS

Transcripción

1 1 OBJETIVO Y ALCANCE DISEÑOS DEFINITIVOS ESTUDIO GEOTECNICO Y MECÁNICA DE SUELOS El estudio tiene como objeto determinar las características físico-mecánicas que presenta el subsuelo en los sitios donde se proyectan construir 18 Tanques de Reserva de capacidad variable, para el Sistema Regional de Agua Potable de Esmeraldas. El informe presentatoda lainformación relacionada con el trabajo de campo y los resultados e interpretación de los ensayos de laboratorio que han sido ejecutados para el proyecto. El informe incluye, entre otros, los siguientes aspectos: Estratigrafía que presenta el subsuelo en los sitios de investigación. Ensayos de laboratorio Capacidad portante del suelo. Tipos de cimentación Recomendaciones para las fases de diseño y construcción de las cimentaciones. 2 ACTIVIDADES REALIZADAS 2.1 En el sitio de obra. Se ha concluido con la perforación de 2 sondeos por sitio, en los 18 sitios establecidos con el ingeniero Consultor del Estudio, de 10 metros de profundidad cada uno, con la excepción de los sondeos en los sitios Camarones, Piedras y Tachina en los cuales se encontró el nivel de roca dura o aluvial denso a menor profundidad. En total se han perforado metros. Se realizaron ensayos de Penetración Estándar, SPT, cada metro, con toma de muestras, y clasificación visual manual de lo encontrado. En el Cuadro siguiente se listan los sitios investigados, su localización geográfica y la profundidad de cada sondeo. No. Sitio Capacidad Coordenadas Profundidad c/sondeo 1 15 de Marzo , 10 2 Aire Libre , 10 3 Betania , 10 4 Barrio Chone , 10 5 San Rafael , 10 6 Guacharaca , 10 7 Winchele , 10 8 Pegüe , 10 9 Planta Tratamiento , Camarones , Piedras , Tachina , San Mateo , Buen Pastor , Tonchigüe , Atacames , Tonsupa , Sua , 10 Diseños Definitivos Anexo 11 Informe Geotécnico Pág. 1

2 2.2 En el laboratorio. Las muestras seleccionadas de los procesos de perforaciónhan sido tratadas y embaladas debidamente, de manera tal que mantengan sus condiciones naturales. A fin de establecer las propiedades básicas de los materiales, se realizaron ensayos de clasificación que incluyen contenido de humedad, límites de Atterberg y granulometría por mallas, en muestras representativas. Los materiales fueron clasificados según el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos, SUCS. Ensayos de corte triaxial. Se ejecutaron ensayos tipo U.U. en muestras inalteradas, para determinar los parámetros de corte de los suelos de cimentación. Ensayos de expansividad PVC para verificar el Cambio Potencial de Volumen de los suelos, debido a cambios en su contenido de humedad. Ensayos de compactación Proctor Modificado en muestras alteradas integrales, de los sondeos, para determinar los parámetros de compactación de materiales que puedan ser utilizados en rellenos de mejoramiento. 3 DESCRIPCIÓN DEL SUBSUELO Los suelos encontrados en los diferentes sitios de investigación corresponden, de manera general, a suelos residuales producto de la meteorización de las rocas sedimentarias limolitas, lutitas y areniscas. Conforman los suelos de cobertura de las elevaciones y su profundidad es de al menos 10 metros. De los sitios en los cuales no se pudo llegar a los 10 metros, solo en Camarones se encontró la roca a menor profundidad; en Tachina y Piedras fueron los materiales gravosos los que no permitieron profundizar la investigación. Los suelos son de coloración café amarillenta y amarilla blanquecina, limosos y arcillosos, de alta plasticidad, medianoa alto contenido de humedad y de consistencia media a dura, que aumenta con la profundidad. Se presentan niveles areno limosos de arenisca y en sitios van alternados con los limos y arcillas. En el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos, SUCS, se encasillan como CH y MH, suelos que son potencialmente expansivos. En menor proporción se encuentran suelos finos de baja plasticidad, CL y ML, en conjunto con suelos areno limosos y arcillosos SM y SC a profundidad. Las descripciones de los materiales encontrados se presentan en los registros de perforación, en el Anexo No. 1 de este informe, el resumen de resultados en el Anexo No. 2 y los formularios de los ensayos de laboratorio en el Anexo No RESULTADOS DE LOS ENSAYOS 4.1 Ensayos para las cimentaciones de los tanques A continuación se presenta el Cuadro de resultados de los ensayos de penetración estándar, N, en las perforaciones. Los valores de N superiores a 15 evidencian la presencia de materiales competentes, de consistencia semidura a dura; mientras que los valores más bajosrepresentan suelos de menor calidad, con valores entre 4 y 14, de consistencia blanda a media, que se ubican superficialmente, en los 3 primeros metros de los sondeos. Diseños Definitivos Anexo 11 Informe Geotécnico Pág. 2

3 VALORES DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR, N Profundidad SITIOS (m) 15 de Marzo AireLibre Betania Chone San Rafael Guacharaca P-1 P-2 P-3 P-4 P-5 P-6 P-7 P-8 P-9 P-10 P-11 P R Profundidad SITIOS (m) Winchele Pegüe Tratamiento Camarones Piedras Tachina P-13 P-14 P-15 P-16 P-17 P-18 P-19 P-20 P-21 P-22 P-23 P R R R R R R R R Profundidad SITIOS (m) San Mateo Buen Pastor Tonchigüe Atacames Tonsupa Sua P-25 P-26 P-27 P-28 P-29 P-30 P-31 P-32 P-33 P-34 P-35 P R R Para determinar los parámetros de corte de los suelos y compararlos con los resultados de los ensayos de penetración estándar, se ejecutaron ensayos de corte triaxial en el laboratorio, en muestras de la cuchara partida en los sondeos, en su mayoría de los primeros tres metros de profundidad. Los valores obtenidos evidencian las características cohesivas de los suelos y demuestran características geotécnicas favorables. Los valores de cohesión se presentan en un rango entre 0.6 y 1.40 Kg/cm2, con solo 3 valores menores Diseños Definitivos Anexo 11 Informe Geotécnico Pág. 3

4 al rango inferior. Los valores de ángulo de fricción son relativamente bajos, propios de estos suelos cohesivos, y en algunos casos evidencian la presencia de suelos granulares en las muestras. Los resultados en muestras de mayor profundidad presentan las características de rocas blandas Los resultados se presentan en el Cuadro a continuación: RESULTADOS DE ENSAYOS DE CORTE TRIAXIAL SONDEO Profundidad Cohesión (Kg/cm2) Angulo de fricción ( ) P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P Los resultados de los ensayos triaxiales son coherentes con los parámetros de los ensayos de penetración estándar en las perforaciones. 4.2 Ensayos de expansión La naturaleza de los suelos en la zona determinó la necesidad de ejecutar ensayos para determinar el potencial de expansión de los suelos frente a cambios en su contenido de humedad. Se realizaron ensayos de expansividad de Lambe, PVC, en muestras de suelo con su contenido de humedad natural, que en este caso, por la época invernal, se presenta alrededor del límite plástico. Diseños Definitivos Anexo 11 Informe Geotécnico Pág. 4

5 ENSAYOS DE EXPANSIÓN DE LAMBE Sondeo Profundidad (m) Clasificación SUCS Presión de expansión (Kg/cm2) Cambio Potencial de volumen, PVC P MH 0.23 C P MH 0.25 C P CH 0.92 MC P CH 0.87 MC P MH 0.65 C P MH 0.72 MC P CL 0.5 C P CH 0.42 C P CH 0.42 C P MH 0.37 C P SM 0.2 M P SM 0.18 M P CH 0.35 C P CH 0.3 C P CH 1.31 MC P CH 1.09 MC P ML 0.18 M P ML 0.25 C P CL 0.15 M P CL 0.18 M P MH 0.33 C P MH 0.13 M P MH 0.94 MC P MH 0.82 MC P MH 0.45 C P MH 0.37 C P MH 0.52 C P MH 0.60 C P CH 0.65 C P CH 0.77 MC P MH 0.67 C P MH 0.84 MC Los resultados que se presentan en el Cuadro a continuación demuestran que los suelos limosos y arcillosos de alta plasticidad, MH y CH son de alto potencial expansivo. El cambio potencial de volumen varía entre Crítico y Muy Crítico. Se aprecia también que los materiales areno limosos, y los limos y arcillas de baja plasticidad, CL y, ML, y ciertas excepciones como algunos niveles de suelos MH en San Mateo, tienen un Cambio Potencial de Volumen Marginal. Los rangos de presiones de expansión son los siguientes: Cambio Potencial de Volumen, PVC Kg/cm No Crítico Marginal Crítico 0.70 Muy crítico Diseños Definitivos Anexo 11 Informe Geotécnico Pág. 5

6 4.3 Materiales de préstamo En las muestras integrales de los primeros 5 metros de los sondeos se realizaron ensayos de compactación Proctor Modificado, obteniéndose los siguientes resultados: SITIO Clasificación Humedad óptima Densidad Seca Máxima SUCS (%) (T/m3) 15 de Marzo MH Aire Libre CH Betania MH Barrio Chone CL San Rafael CH Guacharaca SM Winchele CH Pegüe CH Planta de Tratamiento ML Camarones CL Piedras SM Tachina CL San Mateo MH Buen Pastor MH Tonchigüe MH Atacames MH Tonsupa CH Sua MH Los valores de densidad seca máxima en el ensayo Proctor modificado son relativamente bajos y erráticos; los resultados dependen en los porcentajes variables de suelos finos y arenosos. Los valores de humedad óptima se presentan más bajas que los contenidos de humedad natural, circunstancia que puede afectar la trabajabilidad de los materiales. 4.4 Química de los suelos Los resultados de los ensayos químicos han determinado que los suelos de varias zonas del proyecto presentan una concentración elevada de sulfato, que puede afectar adversamente al hormigón. Los valores se presentan en el Cuadro Resumen de resultados de laboratorio. Las normas reconocen las siguientes categorías de grado de severidad en el ataque al hormigón: Ataque "despreciable" hasta 150 ppm de sulfato (SO4 2-) en aguas subterráneas o hasta 0,10 % de sulfato (SO4 2-) en suelos; Ataque "suave pero positivo" con valores en el rango 150 a ppm y 0,10 a 0,20 %; Ataque "considerable" entre y ppm y 0,20 a 0,50%; Ataque "severo" sobre ppm y sobre 0,50%. 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Los suelos encontrados son suelos residuales, de rocas sedimentarias limolitas, lutitas y areniscas. Se encuentran conformando la cobertura de las lomas investigadas. Diseños Definitivos Anexo 11 Informe Geotécnico Pág. 6

7 Los suelos son de coloración café amarillenta y amarilla blanquecina, limosos y arcillosos, de alta plasticidad, mediano a alto contenido de humedad y de consistencia media a dura, que aumenta con la profundidad. En el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos SUCS, se encasillan como CH y MH, suelos que son potencialmente expansivos. En menor proporción se encuentran suelos finos de baja plasticidad, CL y ML, en conjunto con suelos areno limosos y arcillosos SM y SC a profundidad. Los ensayos de penetración estándar en los sondeos evidencian suelos competentes, aptos para servir de cimentación de los tanques proyectados. Solamente en los 2 a 3 primeros metros superficiales se presentan suelos de menor capacidad portante, no menor de 5 T/m2 en el peor caso, que pueden ameritar algún mejoramiento. Si se considera una excavación de 1 a 2 metros para la cimentación del tanque, los problemas relacionados con la calidad de los suelos de cimentación, prácticamente desaparecen. El Cuadro a continuación presenta los valores de capacidad portante admisible del terreno y la profundidad de cimentación que asegura ese valor de capacidad portante. SITIO SONDEO Profundidad de Capacidad portante cimentación (m) (T/m2) 15 de marzo P P Aire Libre P P Betania P P Barrio Chone P P San Rafael P P Guacharaca P P Winchele P P Pegüe P P Planta de P Tratamiento P Camarones P P Piedras P P Tachina P P San Mateo P P Buen Pastor P P Tonchigüe P P Atacames P P Tonsupa P P Sua P P Diseños Definitivos Anexo 11 Informe Geotécnico Pág. 7

8 Los valores presentados asumen la misma calidad de suelo en toda el área de contacto de la estructura. Para asegurar esta condición, las estructuras deberán localizarse hacia el centro de la loma y la excavación mínima debe ser la que se presenta en el Cuadro Las proporciones de base y altura del tanque deberán ser diseñadas para que la estructura se mantenga lo más alejada de los taludes, en cada sitio. Los suelos arcillosos y limosos tienen un alto potencial expansivo que deberá ser tratado y controlado. Para contrarrestar las presiones de expansión es indispensable que todas las superficies de excavación expuestas sean mantenidas con sus características naturales inalteradas, de tal manera de minimizar los cambios en su contenido de humedad. Se recomienda el humedecimiento continuo de las excavaciones y su cubrimiento con láminas de polietileno o geomembranas. Además del control que se requiere durante la construcción, para evitar o minimizar as presiones de expansión, se debe incluir medidas de impermeabilización para la operación de las obras. El objetivo es evitar que filtraciones de aguas superficial o subterránea lleguen a las áreas de cimentación y provoquen presiones excesivas contra las obras. Las medidas pueden incluir la colocación de geomembranas impermeables sobre toda el área de cimentación y veredas perimetrales superficiales en conjunto con sistemas de drenaje de aguas superficiales hacia fuera del área de la obra, que alarguen y minimicen el camino de las filtraciones hacia las cimentaciones. La naturaleza cohesiva de los depósitos en el área permite que los taludes permanentes sobre las plataformas que se construirán para los tanques, puedan ser verticales hasta una altura de 6 metros, sin embargo se recomienda construir los taludes con una inclinación 4V:1H. Es indispensable que estos taludes sean reverdecidos lo más pronto posible luego de ser expuestos, para evitar el deterioro y corrimientos superficiales debido al humedecimiento y secado, como se puede observar en taludes construidos para las obras viales en la zona. Para ayudar a un pronto reverdecimiento se recomienda utilizar geotextiles disponibles en el mercado. Los resultados de los ensayos de sulfatos indican que los suelos en varias áreas de la zona del proyecto son agresivos contra el hormigón, razón por la que se deberán tomar las medidas necesarias para prevenir un desgaste prematuro de las obras. Diseños Definitivos Anexo 11 Informe Geotécnico Pág. 8