CÓDIGO DEL PROYECTO
44-6217-01
INFORME PRELIMINAR DE MECÁNICA DE SUELOS SISTEMA DE AP Y AS MAITENCILLO, ETAPA 3
TÍTULO DEL INFORME
REVISIÓN N°
A
CONTROL DE CAMBIOS INTERNOS Revisión N°
Elaborado Por
Fecha
Revisado Por
Fecha
Comentario
A
GEA, MSG
21-04-2017
CPL
21-04-2017
Para Revisión interna
B
ELABORADO POR
REVISADO POR
APROBADO POR
GEA, MSG
CPL
PVS
FECHA ELABORACIÓN
FECHA REVISIÓN
FECHA AUTORIZACIÓN PARA ENTREGA
21-04-2017
21-04-2017
21-04-2017
FIRMA ELABORADO
FIRMA REVISOR
FIRMA QUE AUTORIZA
REVISIÓN
A
ÍNDICE DE CONTENIDOS 1
2
3
4
5
6
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 4 1.1
Objetivos y Alcances del Estudio ................................................................................................ 5
1.2
Documentos de Referencia ......................................................................................................... 5
ANTECEDENTES DEL SITIO ............................................................................................................... 6 2.1
Geología Local ............................................................................................................................ 6
2.2
Geomorfología ............................................................................................................................. 7
2.3
Riesgos Geológicos ..................................................................................................................... 8 2.3.1 Riesgo Volcánico ............................................................................................................... 8 2.3.2 Riesgo Sísmico ................................................................................................................. 8 2.3.3 Riesgo Geomorfológico e Hidrogeológico..................... Hidrogeológico.............................. .................. .................. .................. .................. ................ ....... 9
CAMPAÑA GEOTÉCNICA ................................................................................................................. 10 3.1
Descripción de Exploración de Terreno .................. ........................... ................... ................... .................. .................. .................. .................. ........... .. 10
3.2
Ensayos de Terreno y de Laboratorio ....................................................................................... 11
3.3
Descripción de los Suelos Existentes .................. ........................... ................... ................... .................. .................. .................. .................. .............. ..... 12
3.4
Situación de la Napa Freática ................................................................................................... 12
PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE CAMINOS ........................................................................... 13 4.1
Clasificación Sísmica ................................................................................................................. 13
4.2
Profundidad Mínima del Sello de Fundación ................. .......................... ................... ................... .................. .................. .................. .............. ..... 13
4.3
Parámetros Geotécnicos de Diseño .......................................................................................... 13
4.4
Capacidad de Soporte ............................................................................................................... 14
4.5
Empujes de Suelo en Estructuras ............................................................................................. 14
4.6
Estructuras Enterradas Tipo Cajón ........................................................................................... 15
4.7
Ensayos Químicos ..................................................................................................................... 18
TALUDES EN EXCAVACIÓN ............................................................................................................. 19 5.1
Metodología y criterio de diseño ............................................................................................... 19
5.2
Taludes Temporales .................................................................................................................. 19
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PARA LA CONSTRUCCIÓN ...................................................... 21 6.1
Remoción del Material Ubicado sobre el Sello de Excavación Especificado ......................... ........................... .. 21
6.2
Método de Excavación .............................................................................................................. 21
6.3
Tratamiento del Sello de Excavación ........................ ................................. .................. .................. .................. ................... ................... .................. ......... 22
6.4
Relleno Estructural para Fundación .................. ........................... .................. ................... ................... .................. .................. .................. ................. ........ 22 6.4.1 Material ............................................................................................................................ 22 6.4.2 Colocación ....................................................................................................................... 23
ÍNDICE DE CONTENIDOS 1
2
3
4
5
6
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 4 1.1
Objetivos y Alcances del Estudio ................................................................................................ 5
1.2
Documentos de Referencia ......................................................................................................... 5
ANTECEDENTES DEL SITIO ............................................................................................................... 6 2.1
Geología Local ............................................................................................................................ 6
2.2
Geomorfología ............................................................................................................................. 7
2.3
Riesgos Geológicos ..................................................................................................................... 8 2.3.1 Riesgo Volcánico ............................................................................................................... 8 2.3.2 Riesgo Sísmico ................................................................................................................. 8 2.3.3 Riesgo Geomorfológico e Hidrogeológico..................... Hidrogeológico.............................. .................. .................. .................. .................. ................ ....... 9
CAMPAÑA GEOTÉCNICA ................................................................................................................. 10 3.1
Descripción de Exploración de Terreno .................. ........................... ................... ................... .................. .................. .................. .................. ........... .. 10
3.2
Ensayos de Terreno y de Laboratorio ....................................................................................... 11
3.3
Descripción de los Suelos Existentes .................. ........................... ................... ................... .................. .................. .................. .................. .............. ..... 12
3.4
Situación de la Napa Freática ................................................................................................... 12
PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE CAMINOS ........................................................................... 13 4.1
Clasificación Sísmica ................................................................................................................. 13
4.2
Profundidad Mínima del Sello de Fundación ................. .......................... ................... ................... .................. .................. .................. .............. ..... 13
4.3
Parámetros Geotécnicos de Diseño .......................................................................................... 13
4.4
Capacidad de Soporte ............................................................................................................... 14
4.5
Empujes de Suelo en Estructuras ............................................................................................. 14
4.6
Estructuras Enterradas Tipo Cajón ........................................................................................... 15
4.7
Ensayos Químicos ..................................................................................................................... 18
TALUDES EN EXCAVACIÓN ............................................................................................................. 19 5.1
Metodología y criterio de diseño ............................................................................................... 19
5.2
Taludes Temporales .................................................................................................................. 19
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PARA LA CONSTRUCCIÓN ...................................................... 21 6.1
Remoción del Material Ubicado sobre el Sello de Excavación Especificado ......................... ........................... .. 21
6.2
Método de Excavación .............................................................................................................. 21
6.3
Tratamiento del Sello de Excavación ........................ ................................. .................. .................. .................. ................... ................... .................. ......... 22
6.4
Relleno Estructural para Fundación .................. ........................... .................. ................... ................... .................. .................. .................. ................. ........ 22 6.4.1 Material ............................................................................................................................ 22 6.4.2 Colocación ....................................................................................................................... 23
6.4.3 6.4.4 6.5
Compactación ................................................................................................................. 24 Control ............................................................................................................................. 24
Relleno para Fundación de las Conducciones ........... .................... .................. ................... ................... .................. .................. ................. ........ 24 6.5.1 Material ............................................................................................................................ 24 6.5.2 Compactación ................................................................................................................. 25 6.5.3 Control ............................................................................................................................. 25
ANEXO 1: REPORTE TERRENO Y FOTOGRAFÍAS DE CALICATAS ............... ........................ .................. .................. .................. ........... .. 26
Índ ic e de Figu ras
Figura 1.1: Ubicación Etapa 3 Red R ed AP y AS Maitencillo, ESVAL S.A. (Fuente: Elaboración Propia). ......... ......... 4 Figura 2.1: Carta Geológica Etapa 3 Red AP y AS Maitencillo, Valparaíso (Fuente: Ref. [3]) ................. ..................... .... 7 Figura 2.2: Riesgo Volcánico, Región Re gión Valparaíso, Chile (Ref. [6]) .......................... ................................... .................. .................. .................. ........... 8 Figura 2.3: Carta de Inundación por Tsunami, Sector de Maitencillo (Fuente: Ref. [8]) de acuerdo a Ubicación de Etapa Constructiva N°3. .......................................................................................................... 9 Figura 3.1: Ubicación Calicatas Etapa 3 Red AP y AS Maitencillo, ESVAL S.A. (Fuente: Elaboración Propia). ........................................................................................................................................................ 11 Figura 4.1: Esquema Empujes Considerados .................. ........................... .................. ................... ................... .................. .................. .................. .................. ........... .. 15 Figura 4.2: Método Análisis Estructuras Enterradas E nterradas (Ref. [9]). .................. ........................... .................. .................. .................. .................. ............. .... 16 Figura 4.3: Factor Adimensional de Variación en Profundidad, (3.1003.501(3) B, Ref. [9]). ................. ...................... ..... 17 Figura 5.1: Análisis Anál isis de Estabilidad Estático para una Excavación Máxima de 3 m. .................. ........................... ................. ........ 20 Figura 5.2: Análisis de Estabilidad Pseudo -Estático para una Excavación Máxima de 3 m. ................ ..................... ..... 20
Índ ic e de Tabl as
Tabla 3.1: Coordenadas de Ubicación de Calicatas Etapa 3 (Coordenadas: UTM, Datum WGS-84, Zona 19H; Fuente: Elaboración Propia). .............................................................................................................. 10 Tabla 3.2: Estratigrafía General Trazado del Proyecto. ............ ..................... .................. ................... ................... .................. .................. .................. ........... .. 12 Tabla 4.1: Parámetros Geotécnicos de Diseño................... ........................... .................. ................... ................... .................. .................. .................. ................. ........ 13 Tabla 4.2: Parámetros Geotécnicos de Fundación. .................. ........................... ................... ................... .................. .................. .................. .................. ........... .. 14 Tabla 4.3: Coeficientes de Empuje de Diseño ....................... ................................ ................... ................... .................. .................. .................. .................. .............. ..... 14 Tabla 4.4: Parámetros para el Diseño de Estructuras Enterradas. .................. ........................... .................. .................. .................. ................ ....... 16 Tabla 6.1: Granulometría de d e Material de Relleno Masivo. .......... ................... .................. .................. .................. .................. ................... ................... ......... 23
1
INTRODUCCIÓN
Dentro del marco del Proyecto de la Ingeniería de Detalle de Sistemas de Agua Potable (AP) y Aguas Servidas(AS) de Maitencillo, comuna de Puchuncaví, V región de Valparaíso, se contemplan cuatro (4) etapas de construcción a cargo de la empresa sanitaria ESVAL S.A. La red de agua potable y alcantarillado se compone de varias obras para las Conducciones, Plantas Elevadoras Aguas Servidas (PEAS), Estanques y una Planta de Tratamiento de Aguas Servidas. El presente informe abarca la Etapa 3 de la red de AP y AS de Maitencillo, cuya área de influencia se indica en la Figura 1.1.
Figura 1.1: Ubicación Etapa 3 Red AP y AS Maitencillo, ESVAL S.A. (Fuente: Elaboración Propia).
4
1.1
Objetivos y Alcances del Estudio
El estudio tiene por objeto la entrega de los antecedentes recopilados, especificaciones y análisis detallado de todas las prospecciones y ensayos realizados para la elaboración del presente informe de mecánica de suelos del sector que contempla la Etapa 3 del proyecto “Sistema de agua potable y aguas servidas Maitencillo” . Todo esto a partir del reconocimiento del subsuelo mediante la ejecución de calicatas, ensayos geotécnicos in situ y de laboratorio. Respecto a los alcances del presente informe, éste comprende la entrega de los parámetros necesarios para el diseño de fundaciones de plantas elevadoras de aguas servidas (PEAS), fundaciones de conducciones y parámetros de excavación para la ejecución de las obras del sistema de agua potable y aguas servidas al cual hace referencia el presente documento. 1.2
Documentos de Referencia
Entre los antecedentes técnicos utilizados para la elaboración del presente informe se destacan los siguientes: [1] NCh. 1508 Of. 2014. Geotecnia - Estudio de Mecánica de Suelos. [2] NCh. 433 Of. 96 mod. 2009. Diseño Sísmico de Edificios. [3] NCh.2369Of.2003. Diseño Sísmico de Estructura e Instalaciones Industriales. [4] Servicio Nacional de Geología y Minería, 2003, Mapa Geológico de Chile: Versión Digital. [5] Servicio Nacional de Geología y Minería, 1996, Geología de las Hojas Quillota - Portillo. Pág. 87, 122 [6] Servicio Nacional de Geología y Minería, 2011, Peligros Volcánicos de Chile, Serie Geológica Ambiental N°13. [7] Ilustre Municipalidad de Zapallar, 2010, Estudio de Riesgos y Protección Ambiental, Modificación Plan Regulador Comunal de Zapallar, Nov. 2010, Pág. 3. [8] Servicio Hidrográfico y Oceanográfico de la Armada de Chile, 2011, Carta de Inundación por Tsunami, Zapallar, Cachagua, La Laguna y Maitencillo, referida a evento del año. 1 ra Edición 2011. [9] Instrucciones y Criterios de Diseño, Manual de Carreteras Chileno, Volumen 3, Edición 2016. [10] Especificaciones Técnicas Generales de Construcción, Manual de Carreteras Chileno, Volumen 5, Edición 2016.
5
2 2.1
ANTECEDENTES DEL SITIO Geología Local
El sector de emplazamiento del proyecto corresponde principalmente a depósitos de sedimentos poco consolidados de la Formación Caleta-Horcón (Th) y a sedimentos eólicos antiguos o paleodunas (PQd), (Ref .[5]). La Formación Caleta-Horcón (Th) del periodo Mioceno-Plioceno está compuesta por sedimentos poco consolidados de areniscas, en partes arcillosas por arcillolitas y limolitas poco consolidadas, que aparecen a lo largo de todo el acantilado costero entre Maitencillo y Horcón Sin embargo hacia el Norte y en la localidad de La Laguna es posible observar niveles de coquinas (suelo formado básicamente a partir de la acumulación de restos de caparazones de organismos marinos) intercalados en las areniscas. La Formación de sedimentos eólicos antiguos o paleodunas (PQd) se reconocen a todo lo largo de la costa en lugares discretos desde el norte del río Quilimarí hasta el límite sur de la hoja Quillota en el sector de Concón. Igualmente incluyen gravas finas y arenas aluviales (PQd(a)) al Este de Maitencillo, en el sector alto del Estero Puchuncaví y del Estero Pucalán, al Este de Quintero; dichos depósitos de carácter aluvial se habrían originado por el lavado y erosión del relieve inmediatamente ubicado al Este. Las paleodunas cubrirían toda la parte Centro de Maitencillo y aparecen hacia el Sur-Este cubriendo la Formación Confluencia (Tc), la cual corresponde a conglomerados, areniscas, brechas y limonitas poco consolidadas continentales, también cercanas en el tiempo a las peleodunas. Estos sedimentos cuaternarios (PQd) forman superficies suavemente onduladas que cubren parcialmente las terrazas costeras, depositándose sobre los materiales de la Formación Horcones y sobre unidades más antiguas tales como las granodioritas y tonalitas de las Superunidades Cochoa (sector de Concón) y Mincha (sector entre Quintero y la punta Guallarauco). Los cortes de la carretera, algunas quebradas y ocasionalmente la acción erosiva de las aguas lluvias que originan pequeñas cárcavas, exponen estos sedimentos correspondientes a arenas poco consolidadas, de colores ocres, muy bien seleccionadas y con evidencia de estratificación entrecruzada frecuente; el espesor puede variar desde unos centímetros hasta alrededor de 10 metros como es el caso de las paleodunas entre Pichicuy y Longotoma. Normalmente la superficie superior es convexa u ondulada y sólo cubierta por suelo actual, siendo quizás estas formas onduladas testimonio de una morfología de dunas en media luna. Su distribución, casi siempre relacionada a sectores a sotavento de playas o al norte de las puntas, indica que se habrían acumulado según un régimen de viento muy similar al actual, es decir, con una componente predominante de vientos en dirección NE. Las unidades más antiguas estratificadas e intrusivas de la Superunidad Mincha (Jmi(2)) aparecen al Este de Maitencillo. Estos materiales intrusivos constituyen la franja más occidental de los intrusivos del Meso-Cenozoico y conforman gran parte de la cordillera de la Costa Planicies litorales que afloran a lo largo de la Cordillera de la Costa en este sector y son a su vez cubiertas por depósitos eólicos cuaternarios y/o pleistocenos que enmascaran su distribución tierra adentro.
6
En la Figura 2.1 se presenta la Carta Geológica del sector y se indica la Etapa 3 en estudio.
Figura 2.1: Carta Geológica Etapa 3 Red AP y AS Maitencillo, Valparaíso (Fuente: Ref. [3]) 2.2
Geomorfología
El proyecto en términos generales se encuentra emplazado en arenales entre el límite de la comuna de Puchuncaví y la desembocadura del Estero de Campiche y el Estero Catapilco, donde se encuentran depósitos de sedimentos no consolidados pertenecientes al periodo pleistoceno y depósitos eólicos antiguos que refleja la acción constante del viento sur oeste que afecta la zona. Su geomorfología ha sido modelada por la erosión constante, lo que ha generado grandes depósitos de arenas no consolidadas conformando lo que se llaman dunas de arena.
7
2.3
Riesgos Geológicos
En el presente apartado se incluye la información recopilada de los distintos riesgos geológicos e hidrogeológicos que pudieran afectar el sector donde se emplazará el futuro proyecto de ESVAL S.A. 2.3.1 Riesgo Volcánico De acuerdo a los antecedentes recopilados de la región de Valparaíso no existe una exposición al peligro volcánico en comparación de otras regiones del país, ya que no existe evidencia de actividad volcánica desde el periodo del Mioceno en la región comprendida entre los 17° y 33° latitud sur, correspondiente a zona entre la IV y V regiones de Chile.
Figura 2.2: Riesgo Volcánico, Región Valparaíso, Chile (Ref. [6]) 2.3.2 Riesgo Sísmico Debido a la convergencia tectónica que produce la subducción de la placa de Nazca bajo la placa Sudamericana Chile presenta una gran actividad sísmica. En dicho contexto la región central de Chile se ha visto afectada por diversos sismos con daños socioeconómicos registrados. Históricamente se conocen grandes sismo que han afectado la zona central del país, el último de ellos se registró en Marzo de 1985 con una magnitud de 8,0 Mw, siendo el sismo de mayor intensidad ocurrido en Julio de 1730 con una magnitud 8,8 Mw (Ref .[7]).
8
Respecto al Peligro Sísmico, de la información recopilada se desprende que el proyecto del presente estudio se ubica en una zona con alta probabilidad de riesgo sísmico, con una aceleración máxima probable de 0,40 g de acuerdo a la Zonificación Sísmica de Chile (Ref. [2]). 2.3.3 Riesgo Geomorfológico e Hidrogeológico El sector presenta un nulo riesgo de inundación por un tsunami de gran tamaño (basado en mayor evento histórico ocurrido en la zona) que podría afectar la zona de Maitencillo según lo establecido por el Servicio Hidrográfico y Oceanográfico de la Armada, Figura 1.1.
Figura 2.3: Carta de Inundación por Tsunami, Sector de Maitencillo (Fuente: Ref. [8]) de acuerdo a Ubicación de Etapa Constructiva N°3.
9
3
CAMPAÑA GEOTÉCNICA
3.1
Descripción de Exploración de Terreno
Con fecha 28 de Marzo al 12 de Abril de 2017 se realizó la prospección del subsuelo mediante la ejecución de 3 calicatas de entre 2,1 a 2,6 m de profundidad, mediante excavación manual y en algunos casos con apoyo de retroexcavadora. A medida que se excavaron las calicatas se tomaron muestras de los estratos identificados para la realización de los ensayos de laboratorio definidos. Cada punto utilizado para realizar las calicatas fue georreferenciado mediante el uso de GPS de mano OREGON 550, el cual posee una sensibilidad de ± 5 m. Las coordenadas de las calicatas se presentan en la Tabla 3.1. Tabla 3.1: Coordenadas de Ubicación de Calicatas Etapa 3 (Coordenadas: UTM, Datum WGS-84, Zona 19H; Fuente: Elaboración Propia). Calicata
Coordenadas UTM WGS84 (m)
Profundidad (m)
C-24
Este 272498
Norte 6385667
C-29
272264
6386066
2,10
C-34
272601
6386105
2,60
PEAS9
272541
6385154
Pendiente
PEAS10
272719
6386289
Pendiente
2,10
En la Figura 3.1 se presenta la ubicación de las calicatas.
10
Figura 3.1: Ubicación Calicatas Etapa 3 Red AP y AS Maitencillo, ESVAL S.A. (Fuente: Elaboración Propia). En Anexo 1 se encuentran las descripciones visuales de las calicatas, perfiles estratigráficos y fotografías. 3.2
Ensayos de Terreno y de Laboratorio
En función de los suelos excavados se pudo determinar en todas las calicatas efectuadas se realizaron densidades in situ mediante el método del Cono de Arena en el nivel de fundación definido en cada punto por la oficina de Ingeniería. Para el estudio de mecánica de suelos de la zona se realizaron los siguientes ensayes de laboratorio a cada una de las calicatas de la Etapa 3:
Análisis Granulométrico Clasificación del Suelo USCS-AASHTO Humedad Natural Límites de Atterberg Peso Específico de Partículas Compresión no Confinada (*) Consolidación (**) Corte Directo (***)
(*) Ensayo realizado en calicata PEAS9 (**) Ensayo realizado en calicata PEAS10 (***) Ensayo realizado en calicata C-29.
11
3.3
Descripción de los Suelos Existentes
De acuerdo a las observaciones en terreno y a la espera de los ensayos de laboratorio, los materiales detectados corresponden a arena pobremente graduada con pocos finos. En términos generales, la zona donde se emplazarán las futuras obras en esta Etapa 3 se puede estimar un perfil estratigráfico descrito en la Tabla 3.2, a partir de la información obtenida de las calicatas C-24, C-29, C-34, PEAS9 y PEAS10. Tabla 3.2: Estratigrafía General Trazado del Proyecto. Unidad
3.4
Profundidad
Descripción
U-1
De 0,00 y 0,90 m
Relleno compuesto por Arena Limosa, con gravas aisladas tamaño máximo 2" de cantos redondeados, de color café grisáceo, estrato de compacidad alta, humedad baja y plasticidad baja a nula. Se observa presencia de material nylon, fierros, plásticos y cristales aislados.
U-2
Suelo natural compuesto por Arena Limosa, de estructura homogénea, de De 0,90 a 2.60 m color café, de compacidad alta, humedad baja, plasticidad de baja a nula. Se observan raicillas aisladas.
U-3
De 2.60 a 5,00 m Pendiente
Situación de la Napa Freática
A la fecha de la exploración no se detectó Nivel Freático en ninguna calicata de la Etapa 3. Sólo se informa de la situación detectada a la fecha de exploración, desconociéndose su variación estacional y a través del tiempo, tema que escapa a esta especialidad.
12
4 4.1
PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE CAMINOS Clasificación Sísmica
La zona donde se emplazaran las estructuras diseñadas, corresponde a la Zona Sísmica 3. De acuerdo al valor de la densidad relativa obtenido y los criterios de clasificación del suelo de acuerdo a la Norma (Ref. [3]) es posible indicar que el suelo clasifica como suelo Tipo III (A la espera de resultados de laboratorio, corresponde a un posible Tipo III).
4.2
Profundidad Mínima del Sello de Fundación
Para la ejecución de las obras correspondientes al proyecto de ESVAL “Red de Agua Potable y Aguas Servidas, Maitencilloʺ, el sello de excavación ( ) mínimo recomendado es 1,70 m para el sector de las conducciones en la Etapa 3, eliminando el relleno artificial existente. Para las PEAS no se cuenta con información más allá de los 2,60 m por lo que de forma preliminar se estima su sello de fundación ( ) para dichas estructuras a los 5 m de profundidad en terreno natural competente .
conducciones ≥ 1,60 [m] conducciones ≥ 1,70 [m] PEAS ≥ 5,00 [m] Adicionalmente, en caso de encontrar relleno artificial, este debe ser removido completamente hasta alcanzar el estrato competente. 4.3
Parámetros Geotécnicos de Diseño
De acuerdo a los ensayos de laboratorio realizados hasta la fecha a las muestras obtenidas de las calicatas, se obtuvieron los siguientes parámetros geotécnicos necesarios para la elaboración del diseño de las fundaciones y los análisis de estabilidad de taludes de corte. Tabla 4.1: Parámetros Geotécnicos de Diseño. Etapa 3 Clasificación USCS
Unidades Conducciones (p)
PEAS (p)
[T/m2]
0,4
(p)
Ángulo de Fricción Interna, φ
[°]
32 (e)
32 (e)
Densidad Relativa, DR Peso Unitario, γ
[%]
70 (e)
(p)
[T/m ]
1,6 (e)
1,6 (e)
[%]
7
(p)
400 (e)
1000 (e)
Cohesión, c
Humedad Natural, ω Módulo de Elasticidad, E
3
2
[kg/cm ]
13
Módulo de Poisson, ν
Etapa 3 Unidades Conducciones PEAS 0,33 (e) 0,33 (e)
Capacidad de Carga al 80% de la DR
[%]
50 (e)
50 (e)
(e): estimado, a la espera de resultados de ensayo de corte directo . (p): parámetro pendiente a la espera de resultados de laboratorio. 4.4
Capacidad de Soporte
Deberá verificarse que las presiones máximas generadas por las cargas aplicadas por la estructura al suelo no superen los valores admisibles entregados a continuación: Tabla 4.2: Parámetros Geotécnicos de Fundación. Etapa 3 Capacidad de Soporte (estático) (e) Capacidad de Soporte (sísmico) (e) Constante de Balasto Vertical (e)
4.5
Unidades Conducciones PEAS [kg/cm2] 1,00 4,00 2 [kg/cm ] 1,50 6,00 2 [kg/cm ] 1,00 5,00
Empujes de Suelo en Estructuras
Los empujes laterales que actuarán sobre muros o cualquier elemento de contención necesario para la ejecutar los trabajos tendrán los siguientes coeficientes de empuje de acuerdo al ángulo de fricción del suelo y coeficientes de aceleración. Un esquema de cada empuje se presenta en la Figura 4.1. Los coeficientes de empujes obtenidos se presentan en la Tabla 4.3. Para el cálculo del incremento sísmico en sistemas no arriostrados (falla cuña activa) de la teoría de Mononobe-Okabe se consideran coeficientes de aceleración de 0,20 y 0,10 para direcciones horizontal y vertical, respectivamente. Tabla 4.3: Coeficientes de Empuje de Diseño Coeficientes
Valor (e)
Empuje en Reposo ( )
0,50
Empuje en Activo ( )
0,31
Empuje Pasivo ( )
5,60
Incremento Sísmico ( )
0,19
(e): parámetros estimados, a la espera de resultados de laboratorio . En sistemas arriostrados por losas, la componente sísmica del empuje que entrega normativa Chilena (Ref. [2]) se calcula mediante la siguiente expresión:
14
= 0,3 ℎ / Considerando suelos sueltos se tiene = 0,70 por lo que para la zona sísmica y tipo de suelo se tiene el siguiente esfuerzo adicional en función de la altura del muro ℎ :
= 0,3 ℎ / = 0,15 × ℎ [T/m2] Es de tener en cuenta que de proyectar estructuras en suelos saturados sin arriostramiento, con predominancia de la falla activa, se debe considerar como densidad del suelo en el empuje activo la densidad boyante del suelo, y sumar la componente hidrostática a la carga obtenida por separado.
Figura 4.1: Esquema Empujes Considerados 4.6
Estructuras Enterradas Tipo Cajón
De acuerdo a las directrices entregadas por el Manual de Carreteras Vol. 3 (Ref. [9]) en esta sección se entregan los parámetros que permiten estimar las solicitudes sísmicas del suelo que contiene estructuras enterradas, en especial pero no únicamente las que comprenden el diseño de plantas elevadoras de aguas servidas (PEAS), cuyos sellos de fundación alcanzan los 7 m de profundidad aproximadamente. El método de análisis consiste en un modelo cinemático para el análisis sísmico de estructuras enterradas a partir de la formulación propuesta por Kuesel para el Metro de San Francisco, utilizada en 1971 para el Metro de Santiago. En este, la estructura se conecta al suelo circundante a través de resortes que representan la interacción suelo-estructura. La demanda sísmica se incorpora a través de la desangulación sísmica . Las propiedades de rigidez de los resortes se representan a través de la constante . Luego, sobre estos se imponen los desplazamientos sísmicos producidos por la desangulación. Un esquema extraído de la Ref. [9] se presenta en la Figura 4.2.
15
En este documento se entregan los parámetros que permiten llevar a cabo el método aproximado, a través de la desangulación sísmica promedio. Para la zona sísmica y los suelos encontrados se cuenta con los siguientes parámetros a utilizar en el punto 3.1003.501(3) de la Ref., presentados en la Tabla 4.4.
Figura 4.2: Método Análisis Estructuras Enterradas (Ref. [9]). Tabla 4.4: Parámetros para el Diseño de Estructuras Enterradas. Parámetros
Unidad
Valor
Aceleración Máxima Superficie
g
0,50
Desangulación de Diseño
%
0,20
Factor de Rigidez
[T/m2,5]
2000
En función de estos parámetros, se calculan los resortes de interacción horizontal entre el muro y el suelo, a través de las siguientes relaciones.
= × ℎ [T/m/m] Donde es el resorte por metro de ancho del muro, ℎ el espesor de cada capa considerada en el análisis discreto y el resorte por unidad de área, determinado de:
16
=
[T/m2 /m] √
Con la altura del cajón y profundidad al centro de la capa, ambos en metros. El coeficiente se determina de la Tabla 4.4. El factor de variación en profundidad se extrae de la siguiente Figura.
Figura 4.3: Factor Adimensional de Variación en Profundidad, (3.1003.501(3) B, Ref. [9]). En función de la estructura proyectada y habiendo determinado los resortes de interacción horizontal se debe imponer la demanda de desplazamientos a través de la desangulación sísmica promedio. Los resortes se deben definir en un nivel de precarga dado por el empuje en reposo, determinado para la arena saturada de Maitencillo (densidad 1,6 [T/m 3]) y razón de Poisson = 0,33 como:
() =
′ () + = 0,50 × (1,6 − 1,0) + 1,0 = 1,3 × [T/m2] 1−
Luego la carga estática en el resorte se obtiene multiplicando este esfuerzo por el ancho de cada capa. Del análisis anterior, se obtendrán distintos empujes a la izquierda o derecha del cajón, dependiendo de la dirección considerada del sismo. Posteriormente se calculan deformaciones sísmicas y esfuerzos en los elementos de la estructura proyectada.
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4.7
Ensayos Químicos
De acuerdo a los ensayos químicos realizados a las muestras hasta la fecha, se observa que los suelos que parten desde la costa hacia el interior de Maitencillo poseen un contenido de sales solubles totales igual a 0,059%, 0,011% de cloruros y 0,022% de sulfatos en la muestra ensayada.
18
5 5.1
TALUDES EN EXCAVACIÓN Metodología y criterio de diseño
Capítulo queda sujeto a cambios a la espera de resultados de laboratorio.
Para evaluar la estabilidad de la excavación en la zona de emplazamiento del proyecto se ha optado por determinar los factores de seguridad al deslizamiento mediante la metodología de equilibrio límite, utilizando para este fin el software Slide de Rocscience. El análisis se ha realizado mediante la metodología de Bishop Simplificado, considerando superficies de fallas circulares. En la prospección realizada en la zona se observó la existencia de una napa freática que mantenga saturado el material, por lo tanto para efectos del análisis de estabilidad se considera la presencia de sub-presiones asociadas a un nivel freático tal que genere saturación global de los taludes excavados, afloramiento de aguas locales en ellos. Los efectos de un eventual aumento de humedad local se han incorporado en términos de densidad, utilizando un valor de densidad natural equivalente a la del suelo saturado. La estabilidad se evaluó mediante los métodos estático y pseudo-estático. Este último que considera coeficientes sísmicos horizontal y vertical, representando a las fuerzas de inercia inducidas por una solicitación dinámica. Para el diseño de taludes temporales se han adoptado los siguientes valores de coeficiente sísmico horizontal y vertical, asociado a un sismo moderado:
Coeficiente sísmico horizontal, Kh: 0,20 Coeficiente sísmico vertical, Kv: 0,10
El coeficiente sísmico horizontal y vertical fue calculado por el Método de Coeficiente Sísmico indicado en la Ref. [9]. Los criterios de aceptabilidad quedan definidos de acuerdo a los siguientes factores mínimos de seguridad al deslizamiento del tipo circular:
5.2
Caso estático > 1,5 Caso sísmico > 1,2
Taludes Temporales
En las Figura 5.1 y Figura 5.2 se presentan los resultados obtenidos respecto a los factores de seguridad estático y pseudo-estático para las excavaciones en sector en sector de Proyecto. Para el talud de la excavación se ha considerado el uso de un banco de altura máxima de 3 m del cual respecto a los resultados obtenidos de los análisis de estabilidad, el talud que cumple con los criterios de diseño mínimo es de 1,3H : 1V y un ancho de berma mínimo de 2 m para alcanzar mayor profundidad se recomienda realizar banqueo hasta alcanzar los 6 m de profundidad para el sector del proyecto en la etapa de construcción N°3.
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En caso de tener problemas de dimensiones para efectuar las excavaciones, se recomienda realizar el proceso mediante la entibación del suelo, cuyo cálculo se debe realizar considerando los empujes de suelo entregados en este informe.
Figura 5.1: Análisis de Estabilidad Estático para una Excavación Máxima de 3 m.
Figura 5.2: Análisis de Estabilidad Pseudo-Estático para una Excavación Máxima de 3 m.
20
6
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PARA LA CONSTRUCCIÓN
En el presente Informe Técnico se dan a conocer recomendaciones respecto a la construcción de las Obras. Las especificaciones señaladas en este documento deberán ser empleadas como estándares mínimos a cumplir en la construcción de las obras. Además, se deberá cumplir con las normas técnicas vigentes así como con las prácticas habituales de buen diseño y construcción de las obras civiles ejecutadas. Se deberán tomar las medidas pertinentes respecto a la seguridad de las personas y equipos de trabajo, como también las medidas de seguridad, de prevención y señaléticas necesarias para efectuar los trabajos en lugares públicos donde exista constante movimiento de vehículos y/o personas. Cualquier situación no prevista en el presente informe o modificación que se desee realizar a su contenido deberá ser consultada y aprobada por esta oficina. Si al momento de construir se detecta cualquier indicio de zonas o “bolsones” de suelo natural
de mala calidad y/o distinto a los reconocidos a la fecha, se deberá notificar a la inspección técnica para que esta adopte las medidas correctivas necesarias. Cualquier duda o aclaración deberá ser consultada directamente a esta oficina. 6.1
Remoción del Material Ubicado sobre el Sello de Excavación Especificado
La remoción de material superficial deberá ser total y hasta alcanzar el estrato natural requerido que servirá de apoyo del relleno estructural de acuerdo a lo señalado en el presente informe para soporte de las conducciones. Se contempla un escarpe de 20 [cm] como mínimo, salvo para casos donde se encuentre relleno no controlado, en donde será necesario remover todo este material. Considerando en el primer caso un sobre-ancho hacia el exterior del perímetro igual al espesor del mejoramiento. 6.2
Método de Excavación
Los trabajos de excavaciones se realizaran utilizando equipo mecanizado hasta alcanzar 20 [cm] sobre la cota del sello de excavación definido, se culminará la excavación de manera controlada hasta la profundidad restante, con objeto de minimizar la sobre excavación, evitar la alteración excesiva de la estructura natural del suelo y ajustar la excavación a las dimensiones especificadas en los planos. Los procedimientos de excavación deberán planificarse de manera que provoquen la menor alteración del terreno natural y eviten la sobreexcavación. En caso de que ocurra sobreexcavación, se deberá realizar relleno granular controlado según indicaciones de este informe.
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En aquellos sectores donde la calidad del material expuesto al nivel de sello de fundación no cumpla con estas condiciones, se procederá a excavar y sustituir dicho material por relleno estructural, características de material que se presentan en sección 6.4. Los excedentes de excavación, materiales inadecuados para fundación y escombros deberán ser transportados a depósitos autorizados. Los sellos de excavación y/o fundación deberán estar limpios, compactados y nivelados, exentos de materia orgánica, pozas de agua, materiales deleznables, fragmentos de roca, y material suelto. Previo a ser cubiertos, los sellos de excavación y de fundación deberán ser inspeccionados y aprobados por un especialista, con el objeto de verificar que las hipótesis del proyecto se cumplen (calidad del material de fundación y propiedades relevantes para diseño de fundaciones). 6.3
Tratamiento del Sello de Excavación
Una vez descubierto el sello de excavación, posterior al escarpe y las excavaciones que conforman el fondo de fundación, se procederá a su compactación por medio de pasadas de una placa compactadora de 60 kN. La placa compactará traslapando al menos 1/3 de la placa entre fajas de paso. El material del sello deberá alcanzar una compactación del 95% de la DMCS obtenida mediante el ensayo Proctor Modificado u el 80% de la DR. El control de compactación se chequeará de acuerdo a lo estipulado por empresa sanitaria. No pudiendo alcanzar el 95% de la DMCS, se recomienda realizar mejoramiento con material granular con la finalidad de fundar las conducciones. El perfilado de las excavaciones deberá incluir la pendiente establecida en los planos del sello y el talud necesario de las paredes de la excavación para resguardar la seguridad durante los trabajos. Además, se deberá limpiar el sello extrayendo el material suelto producto de las excavaciones y todo material extraño que se encuentre ubicado en el sello de excavación. 6.4
Relleno Estructural para Fundación
6.4.1 Material En la ejecución del relleno estructural para la fundación de estructuras se podrá emplearse un material granular grueso, limpio, y con contendido de fino, cuya curva granulométrica deberá estar dentro del siguiente rango:
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Tabla 6.1: Granulometría de Material de Relleno Masivo. Criba o malla ASTM
%, en peso pasando
3"
100
N° 4
25 - 100
N° 200
0 - 20
I.P.
Máximo 6%
El material seleccionado deberá ser aprobado previamente por esta oficina y deberá ser respaldado por ensayes pertinentes, emitidos por un laboratorio certificado INN.
El material no debe contener residuos orgánicos.
Debe cumplir con un mínimo de “equivalente de arena” del 20%.
El porcentaje que pasa por la malla #200 no debe exceder los dos tercios de los porcentajes que pasan por la malla #4. El espesor de las capas de compactación del relleno estructural será de 20 [cm].
Densidad no inferior al 95% de la DMCS (Proctor Modificado) u 80% de la Densidad Relativa. El espesor de las capas a ser compactadas, así como el número de pasadas y la respectiva humedad de compactación deberá evaluarse mediante terraplenes de prueba hechos in situ. Los ensayos mínimos a realizar deberán ser los siguientes: -
Granulometría Límites de consistencia Clasificación de suelos Densidad de partículas sólidas Humedad natural Proctor modificado o Densidad Relativa.
Bajo ninguna circunstancia el material identificado como relleno no controlado (Unidad U-1) podrá ser utilizado para relleno de cualquier tipo. 6.4.2 Colocación El espesor de las capas será establecido de forma tal que pueda lograrse la densidad especificada en todo su espesor con el equipo de compactación, en todo caso éste no podrá ser superior a 30 [cm]. Se deberán descargar y esparcir los materiales de manera que no se produzca segregación granulométrica. La superficie de cada capa colocada deberá quedar lo más nivelada posible, para conseguir una compactación efectiva y uniforme de los rellenos.
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6.4.3 Compactación La compactación de cada capa de material que constituye el relleno de fundación del muro deberá ejecutarse en forma sistemática, ordenada, continua, y en general se deberá ejecutar en paralelo a la dirección de colocación del relleno. Se considera colocar el relleno con compactación controlada en capas de 30 [cm] de espesor máximo, y se compactará con equipo vibratorio hasta alcanzar un 95% de la DMCS en todo el espesor de la capa. Los rellenos se compactarán de acuerdo al número de pasadas de la placa compactadora de 60 kN evaluadas en las pruebas de compactación in situ. 6.4.4 Control El proceso de compactación deberá ser controlado por un laboratorio de mecánica de suelos reconocido oficialmente, el cual deberá certificar las capas que conforman el relleno, inicialmente cada 100 [m 2] y a medida que se estandarice el proceso de colocación y los resultados sean favorables cada 200 [m 2]. 6.5
Relleno para Fundación de las Conducciones
6.5.1 Material En la ejecución del relleno de apoyo para la fundación de las conducciones podrá emplearse un material granular, limpio, compuesto por arenas, correspondiente al estrato ubicado a partir de los 1,70 m. El material seleccionado deberá ser aprobado previamente por esta oficina y deberá ser respaldado por ensayes pertinentes, emitidos por un laboratorio certificado INN. El material que conforme la cama de apoyo deberá estar libre de desperdicios orgánicos o material compresible o destructible, no debe tener piedras o fragmentos de piedra mayores a 3⁄ " en diámetro, debiendo contar con la densidad y humedad optima correspondiente. 4 En sectores de terrenos normales y semirocosos, se recomienda apoyar las conducciones en material granular formando una cama de apoyo de las estructuras con un espesor mínimo de 0,10 m debidamente compactada o acomodada en caso de ser gravilla. En caso de encontrarse material arenoso no se exigirá cama de apoyo de las estructuras. En casos en que se encuentre roca, se recomienda una cama de apoyo en el fondo de la zanja compuesto por material descrito en párrafo anterior, con un espesor mínimo de 0,15 m. Se debe lograr una densidad no inferior al 95% de la DMCS (Proctor Modificado) u 80% de la Densidad Relativa. Los ensayos mínimos a realizar deberán ser los siguientes: -
Granulometría Límites de consistencia Clasificación de suelos
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-
Densidad de partículas sólidas Humedad natural Proctor modificado o Densidad Relativa.
Bajo ninguna circunstancia el material identificado como relleno no controlado (Unidad U-1) podrá ser utilizado para relleno de cualquier tipo. 6.5.2 Compactación La compactación de cada capa de material que constituye el relleno de fundación de las conducciones deberá ejecutarse en forma sistemática, ordenada, continua, y en general se deberá ejecutar en paralelo a la dirección de colocación del relleno. Se compactará con equipo vibratorio hasta alcanzar un 95% de la DMCS como mínimo en toda la cama de apoyo. 6.5.3 Control El proceso de compactación deberá ser controlado por un laboratorio de mecánica de suelos reconocido oficialmente, el cual deberá certificar el nivel de compactación según la cantidad establecida por la empresa sanitaria.
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ANEXO 1: REPORTE TERRENO Y FOTOGRAFÍAS DE CALICATAS
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Calicata C-24
Calicata C-29
