Señores Benemérito Cuerpo de Bomberos de Costa Rica Presente 31 de diciembre de 2013 Asunto: Informe geotécnico Estimados señores: Sírvanse encontrar adjunto el informe del estudio geotécnico realizados en un terreno ubicado en Villa Ligia, distrito Daniel Flores cantón Pérez Zeledón, provincia San José, cuyo plano catastrado ha sido inscrito bajo el número: SJ-1665298-2013; donde se planea construir una Estación de Bomberos; conforme a su solicitud. Las pruebas de campo se realizaron en diciembre del presente año. Quedando a sus órdenes para aclarar cualquier consulta, Atentamente, INGEOTECNIA DE EL GENERAL Ing. Adrián Fallas Gamboa IC-14702 CI-033-2013 SETENA C.c.: Archivo info@ingeotecniacr.com - Telfax: (506) 2772-3981 Pág. 1 / 1
Consultorías en Ingeniería REPORTE GEOTECNICO PARA EL PROYECTO: CONSTRUCCIÓN DE ESTACIÓN DE BOMBEROS TERRENO UBICADO: VILLA LIGIA, DANIEL FLORES PEREZ ZELEDON, SAN JOSE DICIEMBRE 2013 info@ingeotecniacr.com - Telfax: (506) 2772-3981
Índice General 1. Introducción y alcance del estudio 1 2. Datos del terreno 1 3. Labor realizada 3 4. Caracterización y clasificación del suelo.5 5. Propiedad de resistencia del suelo 5 6. Capacidad de soporte del suelo.7 7. Evaluación del potencial de licuefacción del terreno..9 8. Análisis de estabilidad del Talud 9 9. Recomendaciones de cimentación.15 10. Análisis de asentamientos..16 11. Recomendaciones de Pisos 16 12. Tipología del suelo para diseño estructural 16 13. Parámetros para el diseño de obras de retención y estructuras enterradas 17 14. Capacidad de Infiltración del Terreno..18 15. Inspección en obra.21 16. Referencias bibliográficas 21 17. Anexos..22
1. INTRODUCCIÓN Y ALCANCE DEL ESTUDIO Se presenta el siguiente informe geotécnico para la evaluación de las cimentaciones de las futuras obras que constituirán la Estación de Bomberos, el mismo tiene como objetivos fundamentales: Proporcionar un conocimiento de las características geotécnicas del subsuelo de acuerdo con la construcción prevista. Conocer y evaluar las posibles problemáticas geotécnicas de la zona, que puedan incidir sobre la futura construcción. Definir y analizar el tipo de cimentación más recomendable para el tipo de construcción prevista de acuerdo a los condicionantes geotécnicos. Por otro lado, es importante indicar, que dicho estudio se enmarca en la categoría de Estudios Preliminares, según el Código de Cimentaciones de Costa Rica, ya que el mismo va orientado a la verificación de que no existen problemas mayores, como por ejemplo: arcillas expansivas, rellenos orgánicos, riesgo de deslizamiento y otros que comprometan la seguridad del proyecto. Debido a lo anterior, se recomienda realizar Estudios de Comprobación, con el fin de verificar el modelo geotécnico establecido a partir de los resultados del presente informe, dichos estudios se llevan a cabo durante las excavaciones que se realizan para la construcción de las cimentaciones de la obra, antes que las mismas sean construidas, pues podría requerirse alguna modificación al diseño para ajustarse a las condiciones reales del sitio. 2. DATOS DEL TERRENO Localización El terreno estudiado se ubica en Villa Ligia, distrito Daniel Flores cantón Pérez Zeledón, provincia San José, cuyo plano catastrado ha sido inscrito bajo el número: SJ-1665298-2013; las Figuras 1 y 2 muestran la localización del mismo. - 1 / 22 -
Terreno PANAMA Figura 1. Localización geográfica - Mapa de Costa Rica Terreno Generalidades del terreno Figura 2. Localización geográfica - Hoja 1:50.000 San Isidro El terreno posee una terraza probablemente producto de un movimiento de tierras, al costado norte de la misma existe un talud. En el momento de la vista no se encuentran obras construidas. - 2 / 22 -
Figura 3. Imagen del Terreno 3. LABOR REALIZADA Se realizaron cuatro sondeos, esto con el objetivo de realizar un reconocimiento geotécnico y determinar capacidades soportantes; además se efectuaron dos pruebas de infiltración con el fin de establecer las condiciones de drenaje del terreno; la figura 4 muestra la ubicación de la exploración. Metodología de exploración: Figura 4. Ubicación de la exploración Los sondeos se realizaron según las especificaciones de ASTM D-1586-84 para lo cual se utilizó el equipo llamado S.P.T., por sus siglas en inglés (Standard Penetration Test), este - 3 / 22 -
ensayo determina la resistencia de los suelos a la penetración de un sacamuestras partido unido a un dispositivo de acero, mediante la caída libre de una masa de 63.5 kg desde una altura de 76.2 cm, se registra la cantidad de golpes necesaria para lograr dicho objetivo, proporcionando información sobre la variabilidad y rigidez del suelo; además permite obtener muestras alteradas de suelo dentro de los sondeos para su identificación. En el proceso de ejecución del ensayo se distinguen dos fases. Una hinca de colocación de 15cm (incluyendo la penetración inicial del tomamuestras bajo su propio peso) y la segunda fase o ensayo de hinca propiamente dicho, en la cual se anota el número de golpes necesarios para penetrar adicionalmente 30cm; este número obtenido se denomina resistencia a la penetración N SPT ; la Figura 5 se muestra un diagrama del equipo. POLEA PERNO TRIPODE SOGA BOQUILLA DE ACERO CABEZAL MARTINETE DE SEGURIDAD MOTOR Y MALACATE HACIA OPERADOR TUBO SACAMUESTRAS PARTIDO BOQUILLA Figura 5. Equipo SPT Ensayos realizados: Los siguientes son los ensayos realizados en el laboratorio a las muestras alteradas extraídas durante la exploración; en el anexo A se muestra el resumen de los resultados obtenidos en los ensayos. - 4 / 22 -
Tabla 1. Ensayos de laboratorio Ensayo Norma Humedad natural ASTM D-2216 Límites de Atterberg ASTM D-4318 Análisis granulométrico ASTM C-136 Clasificación de suelos ASTM D-2487 4. CARACTERIZACIÓN Y CLASIFICACIÓN DEL SUELO A continuación se presenta el perfil estratigráfico del suelo, determinado por la observación de las diferentes muestras en el laboratorio y campo; dicho perfil es generalizado y los resultados puntuales de perforaciones pueden variar. Tabla 2. Perfil estratigráfico Capa Capa 1 Capa 2 Capa 3 Descripción del suelo Limo arcilloso café, posee vetas amarillas y rojas, además de algunas raíces finas en las primeras muestras. Materiales de consistencia variable entre rígida y muy rígida. Clasificación SUCS: MH. Esta capa fue detectada en las perforaciones 3 y 4. Limo arcilloso café rojizo claro, posee vetas amarillas y rojas; materiales de consistencia variable entre muy rígida y dura. Clasificación según sistema SUCS: MH. Esta capa fue detectada en los sondeos 1 y 2 y subyaciendo al suelo de la Capa 1. Limo arcillo arenoso café rojizo, posee vetas amarillas, café y rojas, además de partículas meteorizadas; materiales de consistencia dura. Clasificación según sistema SUCS: MH. Esta capa fue detectada subyaciendo al suelo de la Capa 2. Nivel Freático: No se determinó la presencia de nivel freático en las perforaciones; sin embargo, esta situación no debe considerarse estable, ya que la profundidad del nivel freático experimenta variaciones en el tiempo, derivadas del régimen hídrico de precipitaciones, de las condiciones hidrogeológicas, de aportes artificiales (riegos), extracciones próximas (bombeos), etc. 5. PROPIEDADES DE RESISTENCIA DEL SUELO La Tabla 3, muestra los valores N spt obtenidos para los sondeos realizados. - 5 / 22 -
Tramo Tabla 3. Valores N SPT Sondeo 1 2 3 4 0.00-0.55 26 18 9 15 0.55-1.00 30 36 12 41 1.00-1.45 15 34 18 22 1.45-1.90 35 20 30 38 1.90-2.35 46 26 34 52 2.35-2.80 46 14 27 55 2.80-3.25 40 20 49 51 3.25-3.70 48 44 52 45 3.70-4.15 47 41 61 55 4.15-4.60 49 46 61 56 4.60-5.05 53 50 60 49 5.05-5.50 58 53 54 53 5.50-5.95-58 59 56 5.95-6.40 - - - 56 6.40-6.85 - - - 57 6.85-7.30 - - - 56 7.30-7.75 - - - 62 7.75-8.20 - - - 70 Tal y como se mostró en el perfil estratigráfico de la sección 4, en las zonas sondeadas se localizaron suelos mayormente limo arcillosos, a la profundidad donde eventualmente se podría cimentar, de esta forma la consistencia y la resistencia del suelo pueden entonces estimarse de acuerdo con la Tabla 4. Tabla 4. Estimación de la resistencia del suelo de acuerdo con el N SPT (Desarrollado por Terzaghi y Peck) N SPT Consistencia Resistencia a la compresión simple qu (ton/m 2 ) < a 2 Muy Blanda 0.0 a 2.5 2-5. Blanda 2.5 a 5.0 5-10. Medianamente rígida 5.0 a 10.0 10-20. Rígida 10.0 a 20.0 20-30. Muy rígida 20.0 a 40.0 > a 30 Dura > a 40.0-6 / 22 -
6. CAPACIDAD DE SOPORTE DEL SUELO Para estimar la capacidad de carga del suelo se utilizó la teoría de Terzaghi para suelos cohesivos en esfuerzos totales, la formula general de carga admisible en suelos cohesivos es la siguiente: q c N c ξ c + q N q ξ q + 1 γ B N h qadm = = 2 γ ζ γ + q (Ecuación #1) Fs 3 Dónde: q h : corresponde a la carga de hundimiento. c: corresponde a la cohesión del terreno. q: corresponde a la sobrecarga sobre el nivel de cimentación. γ: corresponde al peso unitario del suelo. B: corresponde al ancho de la placa de cimentación. Fs: corresponde al Factor de Seguridad = 3. ξc, ξq y ξγ: corresponde a factores de corrección, según distintos autores. Nc, Nq y Nγ: corresponde a factores de capacidad de carga, función del ángulo de rozamiento del suelo, según distintos autores. En materiales limosos - arcillosos, el valor más desfavorable de la carga de hundimiento se obtiene para una condición a corto plazo, donde el ángulo de rozamiento interno es nulo y la cohesión corresponde con la resistencia al corte no drenada. En este caso el Factor Nc tiene un valor de 5.14 y la expresión queda: qh cu N c qadm = = (Ecuación #2) Fs 3 Para el cálculo de la cohesión no drenada, se utilizara la expresión propuesta por Stroud (1974), donde dicho valor se estima a partir de la prueba SPT: c u = K (Ecuación #3) N 60 Dónde: K: corresponde a una constante, que varía de 3.5-6.5 KN/m 2 (se utilizará el valor de 6.5 KN/m 2 ) N 60 : corresponde a l valor del número de penetración estándar obtenido de la prueba de campo SPT. Se considera capacidad de carga neta porque se supone que el cimiento quedará enterrado, por lo cual en la estimación de cargas debe considerarse el peso del suelo sobre el cimiento; de esta forma, en la Tabla 5 se muestran las capacidades de carga para los sondeos 1, 2 y 3 (zona de construcción de obras), a las diferentes profundidades exploradas, dichas capacidades se consideran con un factor de seguridad de 3 y los valores deberán ser - 7 / 22 -
utilizados en la proyección del sistema estructural de transmisión de la carga de la superestructura al suelo. Tabla 5. Capacidad de Carga de Admisible en Ton/m 2, Factor de seguridad, FS=3 Nivel de desplante (m) Sondeo 1 2 3 0,55 20,0 16,7 8,4 1,00 20,0 20,0 11,1 1,45 13,9 20,0 16,7 1,90 20,0 18,6 20,0 2,35 20,0 20,0 20,0 2,80 20,0 13,0 20,0 3,25 20,0 18,6 20,0 3,70 20,0 20,0 20,0 4,15 20,0 20,0 20,0 4,60 20,0 20,0 20,0 5,05 20,0 20,0 20,0 5,50 20,0 20,0 20,0 5,95-20,0 20,0 Capacidad de soporte ( Ton/m 2 ) 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 0,0 1,0 2,0 Profundidad (m) 3,0 4,0 Sondeo 1 5,0 Sondeo 2 Sondeo 3 6,0 Figura 6. Capacidad de Carga de Admisible vrs Profundidad - 8 / 22 -
7. EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE LICUEFACCIÓN DEL TERRENO El Código de Cimentaciones de Costa Rica establece que la licuación es la pérdida temporal de la resistencia y la rigidez de los depósitos de suelo granular, no arcillosos, saturados, poco densos, producido por el paso de las ondas sísmicas. Este fenómeno puede estar acompañado de un comportamiento del suelo similar al de un líquido viscoso. Por lo general, se considera que la licuación sucede en arenas limpias, finas, uniformes, con baja compacidad relativa y presencia de nivel freático, sin embargo se ha determinado que dicho fenómeno se ha generado en gravas y limos. En el caso de los suelos finos se ha observado que pueden ser susceptibles a licuación si presentan algunas de las siguientes criterios: Fracción con tamaños menores a 0.005 mm < 15%. Limite liquido (LL) < 35%. Humedad natural (w) > 0,9 LL. Índice de liquidez (IL) < 75%. Debido a las consideraciones anteriores y luego de evaluar las condiciones del suelo encontrado hasta la profundidad explorada, no existe aparente riesgo de licuación 8. ANALISIS DE ESTABILIDAD DEL TALUD Se analizó la sección transversal del terreno que se consideró como crítica la cual se identificó como Sección Transversal A-A, misma que se detalla en las Figuras 7 y 8, producto del levantamiento aportado. A Figura 7. Ubicación aproximada de la sección - 9 / 22 -
110 105 100 PERFIL TERRENO POSIBLE FUTURA OBRA FUTURA OBRA 95 90 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Figura 8. Sección Transversal A-A De esta manera, los análisis de estabilidad de los taludes se realizaron tanto para la condición estática como para la condición dinámica con las siguientes premisas: 1. El modelo geotécnico se presenta en la Tabla 6 como estratos diferenciados en términos de las propiedades mecánicas; el modelo considera la ausencia del nivel freático ya que el mismo no se determinó en los sondeos. Material Tabla 6. Propiedades de los materiales Densidad (kn/m 3 ) Cohesión (kpa) Angulo de fricción (º) Material 1 16,0 35 0,0 Material 2 16,5 80 0,0 Material 3 17,0 100 30,0 2. Se considera una superficie de falla circular, la cual es una hipótesis muy utilizada en la práctica y representa el problema real en taludes de gran altura; sobre la superficie se ejercen las acciones que se esquematizan en la Figura 9. 3. Para la condición dinámica se consideró una aceleración horizontal de 25% de la aceleración de la gravedad (Tabla 13.2 Código Sísmico de Costa Rica) y una aceleración vertical de 8%g, en las dos condiciones analizadas (dinámico y estático) se supuso la ausencia del nivel freático, puesto que el mismo no se encontró en las perforaciones realizadas. 4. Los parámetros que definen la resistencia del material se consideraron en esfuerzos efectivos, pues se debe analizar la estabilidad a largo plazo del talud (construcción permanente); además el efecto de las sobrecargas futuras producidas por alguna - 10 / 22 -
obra que se construya en la corona del talud, se simuló como una sobrecarga lineal de 5.0 ton/m 2 y alejada 3.0m de dicha corona del talud. Figura 9. Fuerzas que actúan sobre una superficie de rotura En consecuencia, en las Figura 10 y 11, se muestran los resultados obtenidos al analizar la sección A-A. Se usaron varios métodos de análisis, entre ellos Bishop, Fellenius, Spencer, Morgenstern-Price, etc. - 11 / 22 -
Figura 10. Sección Transversal A-A Análisis de estabilidad Estático. Factor de seguridad = 3.081 > 2.000 Figura 11. Sección Transversal A-A Análisis de Resultados Análisis de estabilidad Dinámico (ah=0.25g, av=0.08g). Factor de seguridad = 2.332 > 1.500 Para que el talud presente un comportamiento adecuado bajo la carga de la cimentación, el factor de seguridad debe ser de al menos 2.0 en la condición de análisis estático y 1.5 en la condición de análisis dinámico. - 12 / 22 -
Los factores de seguridad que arroja el análisis se muestra en la Tabla a continuación, para las diferentes condiciones: Tabla 7. Factores de seguridad Factores de Tipo de Análisis Seguridad Estático 3.081 Dinámico 2.332 Como se muestra en la tabla anterior, en el caso del análisis de Falla Local y Global los taludes se encuentran estables tanto estática como dinámicamente, para la sección analizada con una inclinación de 30. Recomendaciones Finales Para garantizar la integridad de la estructura y evitar problemas puntuales propios de la naturaleza del material del talud se recomiendan las siguientes medidas: 1. Se podrán construir las obras previstas, siempre y cuando se construya un eficiente sistema de evacuación de aguas pluviales, el cual deberá de diseñar un profesional en la materia, así como revegetar los taludes que por alguna razón constructiva se expongan. 2. Es importante recordar que el agua en un talud reduce su estabilidad al disminuir la resistencia al corte de los planos de rotura en el terreno y aumenta las fuerzas tendentes a la inestabilidad, debido a esto se recomienda controlar el agua de escorrentía de manera que la misma se aísle en su totalidad de los taludes, para dicho fin se podrá construir cunetas, cajas de registro y/o alcantarillas, a fin de trasladar el agua de la cresta a la base del talud; en el caso de la cuneta se podrá utilizar un diseño similar al que se muestra en la Figura 12. Berma protegida con pastos y maleza Protección del terreno con pastos Profundidad de 30 a 50cm Cuneta revestida con roca, concreto o agregados Ancho de 30cm Figura 12. Control del agua mediante cunetas y/o bermas - 13 / 22 -
3. Además, con el fin de que proteja el talud del efecto de la erosión superficial debida a fenómenos naturales, se recomienda impermeabilizar las superficies de los taludes que queden expuestas, utilizando para dicho mantos para control de la erosión, vegetación rastrera y si fuera necesario estructuras de setos vivos de Vetiver, para aumentar la resistencia al corte del suelo, como se observa en la Figura 13. Barreras de Vetiver Superficie potencial de deslizamiento Suelo firme Figura 13. Estabilización mediante setos vivos, siguiendo el contorno Es importante indicar que la recuperación del talud se logra mediante tratamientos para el establecimiento de vegetación, utilizando plantas de tipo rastrero de rápido crecimiento, con el apoyo de materia orgánica y fertilizantes a fin de lograr un veloz cubrimiento del área. El material vegetal vivo, es la fuente de las plantas encargadas de proteger definitivamente el talud, cuando estas se establecen. 4. Se recomienda, además de la vegetación, considerar el uso de geosintéticos (geomembranas, geotextil, etc.) que ayuden a mejorar las condiciones de drenaje y la resistencia al corte en el talud, el uso y diseño de dichos materiales deberá de estar a cargo de un especialista en la materia de geosintéticos. 5. No se recomienda la construcción de zanjas de drenaje como sistema de tratamiento de aguas negras cerca de la parte alta del talud, debido a una posible saturación del mismo. 6. Las recomendaciones de inclinación y altura son máximas, los taludes de menor inclinación y altura deben ser menos críticos que los aquí analizados y por lo tanto los factores de seguridad serían mayores; eventualmente podría ser que en algunos casos se construyan cimientos muy cerca de taludes muy pronunciados que induzcan deslizamientos locales. - 14 / 22 -
7. En el caso de construir trincheras cerca de la corona o sobre los taludes, se debe tener cuidado con la vibración generada por la compactación, ya que podría desestabilizar el talud y poner en riesgo la seguridad de los trabajadores. Debido a esto se recomienda trabajar en trincheras de no más de 2.0m de ancho y alternadas; en el caso de profundidades verticales mayores a 1.5m se debe colocar estructuras provisionales (por ejemplo tablestacas) o utilizar un sistema de entibación (ademes, cortes apuntalados), que permitan proteger las paredes, esto principalmente con el fin de evitar derrumbes y deslizamientos de suelo que pueden llegar producir sepultamiento de los trabajadores e inestabilizan las áreas circundantes. 8. Para cortes temporales del terreno se recomienda pendientes 2 : 1 (horizontal : vertical) para alturas menores a 2.5 m, siempre y cuando a nivel superficial se proteja de la escorrentía superficial del agua. Adicionalmente, se deben alejar las cargas temporales o permanentes (estructuras, maquinaria, depósito de materiales, etc.) de la corona del talud una distancia mínima de 5.0 m para cortes menores a 2.5 m. Para alturas mayores de cortes o cargas cerca de la corona del talud se recomienda realizar un análisis de estabilidad de taludes. 9. RECOMENDACIONES DE CIMENTACIÓN Luego de analizar las condiciones de soporte reportadas en las exploraciones, se concluye que para las zonas de perforación se podrá utilizar un sistema de cimentación convencional por ejemplo placas de cimentación individuales unidas a través de vigas de amarre o bien placas corridas, utilizando como mínimo un nivel de desplante de 0.60m de profundidad en los alrededores de los sondeos, siempre y cuando la carga última transmitida al suelo sea de 5.0 Ton/m 2. En caso de que la carga última transmitida por la obra es mayor a 5.0 Ton/m 2, se deberá de revisar en la Tabla 5 a que profundidad de desplante se obtiene la capacidad de soporte admisible necesaria. Se recomienda colocar una toba - cemento plástica o un sello de concreto pobre, de al menos 5cm de espesor en el fondo de las excavaciones, tan pronto se termine de realizar las mismas, con el fin de evitar el deterioro del suelo en el fondo de las zanjas; por otro lado es importante indicar, que se deberá de asegurar la remoción total de cualquier material orgánico que presente el terreno (capa vegetal, raíces de árboles viejos, etc.), para evitar futuros asentamientos debido a la degradación del mismo con el tiempo. Se debe indicar que las consideraciones expuestas han sido deducidas de ensayos puntuales, constituyendo una extrapolación al conjunto del terreno de estudio en las condiciones actuales del subsuelo; por ello, se recomienda la inspección en obra durante la excavación, para verificar que las características aparentes del terreno se corresponden con las que han servido de base a estas recomendaciones. - 15 / 22 -
10. ASENTAMIENTOS Dadas las características de consistencia del suelo encontrado, no se considera que los asentamientos sean un problema relevante para las estructuras a construir, siempre y cuando se consideren las recomendaciones contenidas en el presente informe. Por otro lado, para realizar un análisis de asentamientos se requiere de la realización de ensayos especiales (por ejemplo Consolidación Unidimensional). 11. RECOMENDACIONES DE PISOS En caso de que se necesite colar pisos de concreto, se recomienda colocar una subbase de lastre de 10-15cm de espesor, la cual debe de poseer un CBR de al menos 30% y se debe compactar con el fin de obtener el 95% de la densidad óptima del Ensayo Proctor Modificado; además dicha subbase debe cumplir las especificaciones dispuestas por el CR- 2010, mismas que se detallan en la tabla 8; además se recomienda colocar un refuerzo de acero, diseñado según las necesidades estructurales de la obra. Tabla 8. Especificaciones del material de subbase según CR-2010 Ítem Valor Graduación (A) Límite líquido < 25% Apertura de la Malla % Pasando Índice plástico < 4% 63 mm 100 Índice de soporte (CBR) > 30% 50 mm 97-100 25 mm 65-79 12.5 mm 45-59 4.75 mm 28-42 425 µm 9-17 75 µm 4-8 12. TIPOLOGÍA DEL SUELO PARA DISEÑO ESTRUCTURAL Se debe indicar que el proyecto se ubica en Zona Sísmica IV, según establece la sección 2.1 del Código Sísmico de Costa Rica 2010, por otro lado, los suelos encontrados se clasifican como tipo S3 debido a esto el Factor Espectral Dinámico a utilizar para diseño es el que se muestra en la Figura 16 y la Aceleración pico efectiva de diseño (a ef ) para un período de retorno de 475años, tendrá un valor de 0,44. - 16 / 22 -
Figura 14. Factor espectral dinámico (amortiguamiento ζ=5%; ductilidades µ=1, 1.5, 2, 3, 4, 6) Tomado de: Código Sísmico de Costa Rica 2010 13. PARÁMETROS PARA OBRAS DE RETENCIÓN Y ESTRUCTURAS ENTERRADAS Para los fines que correspondan, en la Tabla 9 se muestran los coeficientes de empuje del suelo; para el cálculo de dichos coeficientes se utilizó la teoría desarrollada por Rankine. Tabla 9. Estimación de parámetros de empuje Ítem Capa 1 Capa 2 Peso unitario húmedo (γ) (kg/m 3 ) 1690 1725 Angulo de fricción (φ) 28,0 º 32,0 º Coeficiente de presión activa (Ka) 0,36 0,31 Coeficiente de presión pasiva (Kp) 2,77 3,25 Cohesión efectiva nula nula Adicionalmente se recomienda utilizar las siguientes fórmulas para obtener los valores de presión activa y pasiva que actuaran sobre las estructuras: ( h q) Pa = Ka γ + (Ecuación #4) Pp = Kp γ h (Ecuación #5) Dónde: γ: Peso volumétrico del suelo - 17 / 22 -
h: Profundidad q: Sobrecarga Es importante indicar, que todo muro de retención o estructura, debe disponer de un eficiente sistema de drenaje en la parte en contacto con el suelo, con el fin de evitar que el mismo pueda ser cargado por presiones hidrostáticas producidas por aguas provenientes desde zonas más altas y además minimizar la posibilidad de que el material de fundación se sature y pueda sufrir pérdida apreciable de su capacidad de soporte. El drenaje por ejemplo se podría construir a base de piedra quebrada o grava de río que permita drenaje libre, protegido por geotextil, además debe incluir un tubo poroso a lo largo de la base del muro, que forme parte de un sistema de evacuación pluvial que garantice la deposición de las aguas que eventualmente capte el sistema propuesto, fuera del área en que se construirá el muro. Para el diseño de la cimentación del muro deberá verificarse que la carga transmitida al terreno no sobrepase la capacidad de soporte admisible de acuerdo con lo recomendado en la Tabla 5. 14. CAPACIDAD DE INFILTRACIÓN DEL TERRENO Metodología utilizada Se realizaron dos pruebas de infiltración, según las especificaciones que establece el Código de Instalaciones Hidráulicas y Sanitarias de Edificaciones de Costa Rica, la Figura 15 muestra el detalle del agujero realizado para las pruebas. Figura 15. Detalle de agujero de prueba Información de Campo y cálculos de Tasas de Infiltración Los datos de campo y la estimación de tasas de infiltración se pueden observar en la tabla a continuación: - 18 / 22 -
Tabla 10. Valores de tasa de infiltración Ensayos realizados a 90cm de profundidad Prueba Tasa Seleccionada (min / cm) Velocidad de Infiltración (m / s) 1 5,0 5,95E-07 2 3,3 7,29E-07 Seleccionado 5,0 5,95E-07 Resultados Analizando los valores de tasa de infiltración registrados, se concluye conservadoramente que la tasa crítica de infiltración posee un valor de 5.0 min/cm, por lo que en los alrededores de las pruebas el suelo es apto para el uso de sistemas de tratamiento de aguas residuales mediante zanjas de absorción (zanjas de drenaje), según establece el artículo 7.118 del Código de Instalaciones Hidráulicas y Sanitarias en Edificaciones. Recomendaciones Debido a la condición que presenta el suelo, en los alrededores de las zonas de infiltración se recomienda el uso de un sistema de tanque séptico y zanjas de drenaje; de tal forma se procedió a realizar un análisis específico, siguiendo el procedimiento sugerido en el Código de Instalaciones Hidráulicas; el diseño se muestra en la Tabla 11; es importante indicar, que para diseñar el campo de infiltración se consideraron las siguientes condiciones: Construcción: Estación de Bomberos Ocupación promedio: 10 personas Dotación de agua: 150 litros/persona/día Tasa de infiltración: 5.0min/cm Velocidad de infiltración: 5.95 E-07 m/s Las características del sistema de tratamiento de aguas negras propuesto son las siguientes: Se deberán de construir al menos 9.0m de drenaje, pudiéndose distribuir de la siguiente forma: 2 zanjas de 4.5 m de longitud y 0.60m de ancho, con una distancia de 2.5m entre las líneas de drenajes (centro a centro), ver detalles en la Figura 16, siempre y cuando el terreno presente un desnivel menor al 15%. Las tuberías empleadas en el drenaje se extenderán en las zanjas sobre una capa de grava gruesa (piedra tercera) de 0.70 m de espesor. Las zanjas no deben excavarse cuando el suelo esté muy húmedo para evitar su remoldeo; además las zanjas abiertas deben protegerse de escurrimientos - 19 / 22 -
superficiales, si fuese necesario caminar en la zanja, se deberá de colocar una tabla provisional descansando en el fondo. Datos de Diseño Tabla 11. Cálculo de longitud de zanjas de drenaje Ítem Simbología Valor Unidades 1 Tasa de infiltración T 5,0 min/cm 2 Velocidad de infiltración Vp 5,95E-07 m/s 3 Número de personas servidas N 10 personas 4 Dotación q 50 l/día/persona 5 Gasto de aguas residuales de diseño Q=N*q 5,79E-06 m 3 /s 6 Área de infiltración Ai=Q/Vp 9,72 m 2 7 Factor de precipitación Fp 2,50 8 Superficie o área verde A'c=Fp*Ai 24,31 m 2 9 Razón de revestimiento rc 0 10 Superficie del campo de infiltración Ac=A'c/(1-rc) 24,31 m 2 Geometría del campo de infiltración 11 Ancho de zanja W 0,60 m 12 Grava bajo el tubo infiltrante D 0,70 m 13 Perímetro efectivo Pe 1,12 m 14 Longitud total de zanjas Lz=Ai/Pe 9,0 m 15 Longitud individual de zanja L 4,5 m 16 Número de zanjas Nz=Lz/L 2,0 m 17 Separación entre zanjas (>2.0m) Ls=Ac/Lz 2,5 m Todas las superficies remoldeadas y compactadas deberá de rastrillarse a una profundidad de 2,5cm y el material suelto debe retirarse antes de colocar la grava en la zanja. El fondo de la zanja y la tubería de drenaje deben nivelarse, con una pendiente máxima del 0.5%. El campo de infiltración calculado puede cambiar según las necesidades del proyecto y el criterio del diseñador; por último, se le recomienda al mismo tomar en cuenta los retiros de ley para la ubicación del campo de infiltración y del tanque séptico. - 20 / 22 -
2.0m (mínimo) 1.0m (mínimo) 2.5m 1.0m (mínimo) Figura 16. Esquema de zanjas de drenaje en terreno con pendiente (0 15%) 15. INSPECCIÓN EN OBRA Tanto la elección de la cota de cimentación como la verificación de la tensión admisible considerada e idoneidad del tipo de cimentación deberán ser aprobadas en último término por el diseñador de la obra. El nivel de apoyo de la cimentación deberá ser supervisado, si aparecieran elementos extraños, bolsadas blandas, restos arqueológicos, restos metálicos y/o plásticos, etc; deberán ser retirados y se rebajará lo suficiente el nivel de fondo de excavación, hasta verificar que apoyen en condiciones homogéneas en el nivel geotécnico considerado. Por otra parte, debe indicarse que las consideraciones expuestas en el presente informe han sido deducidas de ensayos puntuales, constituyendo una extrapolación al conjunto del terreno de estudio en las condiciones actuales del subsuelo; por ello, se recomienda la inspección en obra durante la excavación, para verificar que las características aparentes del terreno se corresponden con las que han servido de base a este informe. 16. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Asociación Costarricense de Geotecnia. Código de Cimentaciones de Costa Rica. Editorial Tecnológica, 2da edición, 2009. - 21 / 22 -
Braja M. Das. Advanced Soil Mechanics. Third Edition, Taylor and Francis, 2008. Braja M. Das. Principles of Foundation Engineering. PWS Publishing Company, 1996. Colegio Federado de Ingenieros y de Arquitectos. Código Sísmico de Costa Rica. E. Juárez, A. Rico. Mecánica de Suelos, Tomo I y II. Editorial Limusa, México. González de Vallejo, L. Ingeniería Geológica. Prentice Hall, Madrid, 2002. Keller, G. Ingeniería de caminos rurales, USDA Forest Service, California, USA, 2008 Sowers, B. Introducción a la Mecánica de Suelos y Cimentaciones. Ed. Limusa, 1990. Terzaghi & Peck. Soil Mechanics in Engineering Practice. Ed. John Wiley & Sons, 1962. - 22 / 22 -
ANEXOS
ANEXO A RESUMEN DE LA EXPLORACION REALIZADA
Sondeo N : S-1 REGISTRO DE SONDEO Fecha : 31 dic 13 Profundidad: 5,05 m Sistema de Perforación: Perforador: Percusión, Norma ASTM D-1586-84 Téc. Mauricio M. Proyecto: Ubicación: Construcción de Estacion de Bomberos Villa Ligia - Daniel Flores, cantón Pérez Zeledón, provincia San José Ubicación (WGS-84) Latitud: Longitud: Elevación: Número Informe: - - - Propiedades del Suelo PROFUNDIDAD (m) NIVEL FREÁTICO DESCRIPCIÓN VISUAL N DE GOLPES S.P.T. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 N MUESTRAS % Particulas < 75 m HUMEDAD (%) LÍMITES DE ATTERBERG L.L. (%) I.P. (%) I.L. PESO UNITARIO (g/cm 3 ) COHESIÓN (kg/cm 2 ) CLASIFICACION S.U.C.S. 0,55 0,55 Limo arcilloso café rojizo claro, posee vetas amarillas y 1,45 rojas 1,45 No se determinó en la profundidad explorada 2,35 2,35 3,25 3,25 Limo arcillo arenoso café rojizo, posee vetas amarillas, 4,15 café y rojas, además de 4,15 partículas meteorizadas 26 30 SPT 72,3 25,0 88,3 28,7-1,2 15 35 46 46 SPT 51,7 33,6 90,4 32,5-0,7 40 48 47 49 MH MH 5,05 5,05 53 58 Fin del sondeo 5,95 5,95 6,85 6,85 7,75 7,75 8,65 8,65 9,55 9,55 10,45 10,45 OBSERVACIONES: SIMBOLOGIA: L.L. = Límite líquido Humedad = Humedad "in situ" MI = Muestra inalterada I.P. = Índice de plasticidad C. = Cohesión (Compresión Inconfinada) MNR = Muestra no recuperada I.L. = Índice de liquidez SPT = Muestra alterada recuperada con muestreador Tr = Trépano N.P. = No Plástico S.U.C.S. = Sistema Unificado de Clasificación de Suelos N = Número de golpes cada 30,5cm Peso Unitario = Peso unitario "in situ" % particulas < 75mm = Porcentaje de material que pasa la malla #200
REGISTRO DE SONDEO Sondeo N : Fecha : Profundidad: S-2 31 dic 13 5,95 m Sistema de Perforación: Perforador: Percusión, Norma ASTM D-1586-84 Téc. Mauricio M. Proyecto: Ubicación: Construcción de Estacion de Bomberos Villa Ligia - Daniel Flores, cantón Pérez Zeledón, provincia San José Latitud: - Ubicación (WGS-84) Longitud: - Elevación: - Número Informe: Propiedades del Suelo PROFUNDIDAD (m) NIVEL FREÁTICO DESCRIPCIÓN VISUAL N DE GOLPES S.P.T. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 N MUESTRAS % particulas < 75 m HUMEDAD (%) LÍMITES DE ATTERBERG L.L. (%) I.P. (%) I.L. PESO UNITARIO (g/cm 3 ) COHESIÓN (kg/cm 2 ) CLASIFICACION S.U.C.S. 0,55 0,55 18 36 SPT 92,9 43,7 92,5 31,6-0,5 MH 1,45 1,45 Limo arcilloso café rojizo claro, posee vetas amarillas y rojas No se determinó en la profundidad explorada 2,35 2,35 3,25 3,25 4,15 4,15 Limo arcillo arenoso café rojizo, posee vetas amarillas, café y rojas, además de 5,05 partículas meteorizadas 5,05 34 20 26 14 20 44 SPT 90,7 39,6 87,6 31,4-0,5 41 46 50 53 MH 5,95 5,95 Fin del sondeo 58 6,85 6,85 7,75 7,75 8,65 8,65 9,55 9,55 10,45 10,45 OBSERVACIONES: SIMBOLOGIA: L.L. = Límite líquido Humedad = Humedad "in situ" MI = Muestra inalterada I.P. = Índice de plasticidad C. = Cohesión (Compresión Inconfinada) MNR = Muestra no recuperada I.L. = Índice de liquidez SPT = Muestra alterada recuperada con muestreador Tr = Trépano N.P. = No Plástico S.U.C.S. = Sistema Unificado de Clasificación de Suelos N = Número de golpes cada 30,5cm Peso Unitario = Peso unitario "in situ" % particulas < 75mm = Porcentaje de material que pasa la malla #200
REGISTRO DE SONDEO Sondeo N : Fecha : Profundidad: S-3 31 dic 13 5,95 m Sistema de Perforación: Perforador: Percusión, Norma ASTM D-1586-84 Téc. Mauricio M. Proyecto: Ubicación: Construcción de Estacion de Bomberos Villa Ligia - Daniel Flores, cantón Pérez Zeledón, provincia San José Latitud: - Ubicación (WGS-84) Longitud: - Elevación: - Número Informe: Propiedades del Suelo PROFUNDIDAD (m) NIVEL FREÁTICO DESCRIPCIÓN VISUAL N DE GOLPES S.P.T. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 N MUESTRAS % particulas < 75 m HUMEDAD (%) LÍMITES DE ATTERBERG L.L. (%) I.P. (%) I.L. PESO UNITARIO (g/cm 3 ) COHESIÓN (kg/cm 2 ) CLASIFICACION S.U.C.S. 0,55 0,55 Limo arcilloso café, posee vetas amarillas y rojas 1,45 1,45 No se determinó en la profundidad explorada Limo arcilloso café rojizo claro, posee vetas amarillas y 2,35 rojas 2,35 3,25 3,25 4,15 Limo arcillo arenoso café 4,15 rojizo, posee vetas amarillas, café y rojas, además de partículas meteorizadas 5,05 5,05 9 12 SPT 93,1 55,4 86,8 24,1-0,3 18 30 34 SPT 95,7 43,2 90,7 32,4-0,5 27 49 52 61 61 60 54 MH MH 5,95 5,95 Fin del sondeo 59 6,85 6,85 7,75 7,75 8,65 8,65 9,55 9,55 10,45 10,45 OBSERVACIONES: SIMBOLOGIA: L.L. = Límite líquido Humedad = Humedad "in situ" MI = Muestra inalterada I.P. = Índice de plasticidad C. = Cohesión (Compresión Inconfinada) MNR = Muestra no recuperada I.L. = Índice de liquidez SPT = Muestra alterada recuperada con muestreador Tr = Trépano N.P. = No Plástico S.U.C.S. = Sistema Unificado de Clasificación de Suelos N = Número de golpes cada 30,5cm Peso Unitario = Peso unitario "in situ" % particulas < 75mm = Porcentaje de material que pasa la malla #200
REGISTRO DE SONDEO Sondeo N : Fecha : Profundidad: S-4 31 dic 13 8,20 m Sistema de Perforación: Perforador: Percusión, Norma ASTM D-1586-84 Téc. Mauricio M. Proyecto: Ubicación: Construcción de Estacion de Bomberos Villa Ligia - Daniel Flores, cantón Pérez Zeledón, provincia San José Ubicación (WGS-84) Número Informe: Latitud: - Longitud: - Elevación: - Propiedades del Suelo PROFUNDIDAD (m) NIVEL FREÁTICO DESCRIPCIÓN VISUAL N DE GOLPES S.P.T. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 N MUESTRAS % particulas < 75 m HUMEDAD (%) LÍMITES DE ATTERBERG L.L. (%) I.P. (%) I.L. PESO UNITARIO (g/cm 3 ) COHESIÓN (kg/cm 2 ) CLASIFICACION S.U.C.S. 0,55 0,55 Limo arcilloso café, posee vetas amarillas y rojas 1,45 1,45 15 41 SPT 97,1 42,8 98,9 38,4-0,5 22 38 MH Limo arcilloso café rojizo 2,35 claro, posee vetas amarillas y 2,35 rojas No se determinó en la profundidad explorada 3,25 3,25 4,15 4,15 5,05 5,05 Limo arcillo arenoso café rojizo, posee vetas amarillas, 5,95 café y rojas, además de 5,95 partículas meteorizadas 52 55 SPT 90,2 38,6 92,4 33,7-0,6 51 45 55 56 49 53 SPT 94,6 37,4 90,7 31,6-0,7 56 56 MH MH 6,85 6,85 57 56 7,75 7,75 62 70 Fin del sondeo 8,65 8,65 9,55 9,55 10,45 10,45 OBSERVACIONES: SIMBOLOGIA: L.L. = Límite líquido Humedad = Humedad "in situ" MI = Muestra inalterada I.P. = Índice de plasticidad C. = Cohesión (Compresión Inconfinada) MNR = Muestra no recuperada I.L. = Índice de liquidez SPT = Muestra alterada recuperada con muestreador Tr = Trépano N.P. = No Plástico S.U.C.S. = Sistema Unificado de Clasificación de Suelos N = Número de golpes cada 30,5cm Peso Unitario = Peso unitario "in situ" % particulas < 75mm = Porcentaje de material que pasa la malla #200
ANEXO B IMAGENES
Imágenes del terreno estudiado