ESTUDIO GEOTECNICO.docx

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS FACULTAD DE INGENIERIA PUENTESING. LUIS SARAVIA

ESTUDIO GEOTECNICO

INVESTIGACION GEOTECNICAPARA EL DISEÑO DEL PUENTE SOBRE EL RIO AGUNA

GRUPO No. 2Fernando Romeo Espinoza Guerra 200614985Victor Adolfo Barrios 2004-13487Gustavo Adolfo Velásquez Juárez 200113438Michella Ciani Hidalgo 200714893

Guatemala, 22 de Abril de 2013

INTRODUCCION

Se puede definir la geotecnia como el conjunto de técnicas, tanto de campo como de laboratorio, que permiten conocer el terreno para utilizarlo adecuadamente como elemento de construcción, bien directamente como material (en caminos, canales, etc.), bien como soporte de una estructura determinada (cimentaciones).

A la Geotecnia se le llama con frecuencia “Mecánica del Suelo”, puede parecer en algunos casos como una rama de la Geología aplicada, mientras que, en realidad es una adaptación de un conjunto de teorías de la mecánica racional; siendo las principales elasticidad, plasticidad y hidráulica.

Para aplicar los métodos de la Mecánica del Suelo, el proyectista necesita conocer en la forma más precisa posible, y con los mínimos detalles, el medio sobre el que va a trabajar, y para ello hay que reconocer el suelo.

Esta idea de reconocimiento del suelo implica, ante todo, una idea de descripción física de la materia propiamente dicha, con todas las sutilezas que ello comporta; aspecto visual, color, consistencia, estructura, espesor de las capas, inclinación, estratificación, nivel freático, etc. Toda esta información debe ir completada con ensayos de laboratorio identificación y/o resistentes, a efectos del posterior calculo.

En lo referente a la naturaleza de la obra, en Guatemala se contienen parámetros para el análisis Geotécnico Normalizados. La norma AGIES NSE 2.1-10, bajo el título de Estudios Geotécnicos y de Microzonificación, es la que hace referencia a estos parámetros.

ESTUDIOS GEOTÉCNICOS

OBJETIVOS

Establecer las características geotécnicas, es decir, la estratigrafía, la identificación y las propiedades físicas y mecánicas de los suelos para el diseño de cimentaciones estables.

ALCANCES

El estudio debe considerar exploraciones de campo y ensayos de laboratorio, cuya cantidad será determinada en base a la envergadura del proyecto, en términos de su longitud y las condiciones del suelo. Los estudios deberán comprender la zona de ubicación del puente, estribos, pilares y accesos.

Los Estudios geotécnicos comprenderán:

Ensayos de campo en suelos y/o rocas. Ensayos de laboratorio en muestras de suelo y/o roca extraídas de la zona. Descripción de las condiciones del suelo, estratigrafía e identificación de los estratos de suelo o

base rocosa. Definición de tipos y profundidades de cimentación adecuados, así como parámetros

geotécnicos preliminares para el diseño del puente a nivel de anteproyecto. Dependiendo de la envergadura del proyecto y del tipo de suelo se podrán realizar ensayos de

refracción sísmica, complementados por perforaciones o excavaciones de verificación en sustitución a los trabajos antes mencionado.

Presentación de los resultados y recomendaciones sobre especificaciones constructivas y obras de protección.

REPUBLICA DE GUATEMALA

MINISTERIO DE COMUNICACIONES, INFRAESTRUCTURA Y VIVIENDA

DIRECCION GENERAL DE CAMINOS

INVESTIGACION GEOTECNICA

PARA EL DISEÑO DEL PUENTE

SOBRE EL RIO AGUNA

Guatemala, enero del 2008

OIGING. FEDERICO KOOSE

INFORME GEOTECNICO PUENTE RIO AGUNA

C O N T E N I D O

HOJA No.

1 INTRODUCCIÓN............................................................................................................................................2

2 LOCALIZACION DEL PUENTE AGUNA....................................................................................................4

3 PERFORACIONES Y OBTENCIÓN DE MUESTRAS.................................................................................5

4 GEOLOGIA DEL SITIO..................................................................................................................................94.1 SONDEO AGU-1......................................................................................................................................104.2 SONDEO AGU-2......................................................................................................................................11

5 ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN............................................................................................................115.1 CAPACIDAD SOPORTE PERMISIBLE.................................................................................................125.2 COTAS DEL FONDO DE LA CIMENTACION.....................................................................................135.3 EXCAVACION Y RELLENO ESTRUCTURAL...............................................................................13

6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.............................................................................................15

ANEXOS

FOTOGRAFIAS CAJAS DE MUESTRAS

SONDEO AGU-1 0.00 a 18.00 m

SONDEO AGU-2 0.00 a 15.00 m

1


1. INTRODUCCIÓN

Este trabajo comprende el Estudio e Investigación de Suelos efectuado para el diseño de la

cimentación del nuevo Puente sobre el Río Aguna, ubicado sobre la carretera CA-2,

Departamento de Escuintla, como parte de los trabajos que actualmente realiza la empresa

CC, en el proyecto Diseño y Construcción de la Ampliación a Cuatro Carriles de la Ruta

Centroamericana 02 (CA-02) del tramo Siquinalá – Cocales.

El estudio tiene por objeto el análisis de la cimentación del puente, la obtención de la cota del

fondo de la cimentación y la determinación de la capacidad soporte permisible del suelo de

fundación para la misma.

El concepto del nuevo puente prácticamente similar al actual, consiste en una estructura

soporte de concreto de aproximadamente 15 m de largo, con 8 m de ancho de rodadura, con 2

puntos de apoyo (solamente los estribos).

Para obtener los alcances anteriores, se realizaron 2 perforaciones con recuperación continua

y (sondeos AGU-1 en la margen izquierda de 18.00 m de profundidad y AGU-2 en la margen

derecha de 15.00 m de profundidad).

Los materiales encontrados en superficie

y en los primeros 4.50 m de profundidad,

consisten en limos arenosos y arcillosos

con pocos bloques de rocas,

corresponden al material de relleno de

aproximación del puente existente,

yaciendo se encuentran capas de lahar

de rocas volcánicas con matriz

limoarenosa, y a mayor profundidad se

encuentran capas de arena limosa poco

cementada con pocos bloques de roca.

La investigación de campo y de laboratorio fue realizada en los meses de noviembre y

diciembre del 2007.

2


2. LOCALIZACION DEL PUENTE AGUNA

El sitio del puente Aguná a construirse, se localiza sobre la carretera litoral del Pacífico CA-2,

en el kilómetro 99+035 km, en el Departamento de Escuintla. El puente actual se localiza

ligeramente aguas abajo del alineamiento propuesto para el nuevo puente (ver fotografía de la

portada).

Las siguientes figuras presentan la localización del puente:

FIGURA 1MAPA DE LOCALIZACION DEL PUENTE SOBRE EL RIO AGUNÁ

COCALES

SITIO PUENTE RIO AGUNA

CA-2

SANTA LUCIA COTZ.

3


FIGURA 2IMAGEN PROVINCIAS FISIOGRAFICAS DE GUATEMALA

PROVINCIA VOLCANICA

PLANICIE COSTERA

HONDURAS

EL SALVADOR

BELICE

MEXICO

PROYECTO

CORDILLERA CENTRAL

TIERRAS BAJAS DEL PETEN

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3. PERFORACIONES Y OBTENCIÓN DE MUESTRAS

Para determinar las características del suelo de fundación donde se apoyará el puente se

efectuaron 2 sondeos rotativos con obtención continua de muestra, de 18.00 y 15.00 m de

profundidad respectivamente, para un total de 33.00 m metros lineales de perforación, los

sondeos fueron denominados AGU-1 y AGU-2. La posición de las perforaciones dentro del sitio

se muestra en la figura No.4, y su localización en el terreno fue efectuada por personal de FCC

Construcciones S.A.

Los sondeos a rotación fueron efectuados por Rodio - Swissboring Guatemala, para la

ejecución de los mismos se utilizó una máquina perforadora LongYear 38, se perforó con

muestreadores HQ con diámetro de la muestra de 63 mm, agua como fluido y brocas de

diamante. La obtención de las muestras alteradas se hizo por percusión, a intervalos de 1.00 m

aproximadamente, midiendo simultáneamente la Penetración Standard (SPT – ASTM D-1586).

Las muestras fueron preparadas, y colocadas en frascos de vidrio y en cajas de plástico para

su debida identificación y clasificación.

FIGURA 3

PUENTE EXISTENTE

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MAPA UBICACIÓN DE PERFORACIONES

Cuadro No.1

CARACTERISTICAS DE LOS SONDEOS

SONDEO ELEVACION(m)

COORDENADAS

AGU-1 (18.00 m prof.)303.44 * N 1587662.708 – E 705617.785

AGU-2 (15.00 m prof.)303.37 * N 1587649.012 – E 705654.725

* Las elevaciones están sujetas a revisión, fueron proporcionadas por el cliente

La identificación visual y clasificación

de los suelos, y la profundidad de la

toma de las muestras obtenidas en

cada uno de los sondeos con máquina,

así como los resultados de la

penetración standard (SPT) efectuada

en los sondeos con máquina se indican

en los registros de perforación del

Anexo 1.

4. GEOLOGIA DEL SITIO

El sitio del proyecto se localiza en el límite de las Provincias Fisiográficas; PLANICIE

COSTERA y VOLCANICA (ver figura No.2), en donde el aporte de materiales provenientes de

la Cadena Volcánica (acarreo por ríos, lahares y erupciones volcánicas), se han depositado y

formado una amplia y extensa planicie aluvial, de pendiente constante y baja hacia el sur, y

están compuestos por bloques de roca, brechas, gravas, arenas y hacia la parte cercana al mar

Pacífico por arenas finas y limosarcillosos y depósitos marino-continentales (materiales de

transición costera, estuarios, deltas, canales, manglares, etc). La PROVINCIA VOLCANICA en

las cercanías a la PLANICIE COSTERA, se caracteriza por tener materiales granulares como

brechas, lahares, con clastos lávicos en una matriz tobacea y limo arenosa, con variaciones en

el grado de cementación.

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Propiamente en el sitio del proyecto, los materiales del basamento donde debe cimentarse las

estructuras de apoyo del puente, están compuestas por lahares, consistentes en bloques de

rocas lávicas, con una matriz arenosa, en parte limosa, de baja cementación.

El río es relativamente pequeño, y sus caudales son bajos, y no han causado al momento

daños en el puente existente, en tal sentido y debido a que el proyecto consiste en ampliar la

carretera con un nuevo puente similar y ligeramente aguas abajo del actual, es recomendable

su construcción sin realizarle modificaciones al puente actual.

El material de relleno tiene más de 10 m de

espesor, y consisten en capas de limo arenoso

y arcilloso con pocos fragmentos de roca, los

aletones de concreto parecen estar diseñados

para trabajar como pilas de apoyo y de

retención del relleno de aproximación. Esto

podría implicar que las estructuras del puente

propuesto se ubiquen hacia atrás de los altones,

con lo cual tendría una mayor longitud.

Aguas abajo del puente se tiene una pequeña presa de derivación y un canal de riego en la

margen izquierda, debe considerarse estas estructuras para la construcción del puente, y será

necesario de modificar o construirse una nueva presa y un cambio en el trazo inicial del canal.

Hacia aguas abajo el cauce del río Aguná se abre, no se tienen información de crecidas que

han dañado o alcanzado las partes altas del actual puente.

A continuación se presenta una descripción de la estratigrafía de cada perforación, en el Anexo

2 se adjuntan los registros de perforación de cada uno de los sondeos, así mismo el Anexo 3

contiene fotografías de las cajas de muestras.

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4.1. SONDEO AGU-1

Se ubicó en la margen izquierda del río Aguná, la

profundidad total fue de 18.00 m, los primeros 4.10 m

corresponden al relleno de aproximación del actual

puente en la margen izquierda y al suelo residual de

los materiales yacientes, están compuestos por limo

arcilloso con arena, café oscuro, con roca de pómez

pequeña a media, medio plástico, suave a muy

suave (resultados de ensayos SPT de medio firme a

muy firme ), de 4.10 a 11.70 m se encontró una capa

de lahar, consistente en bloques de rocas lávicas,

ligera a fuertemente alteradas, con tamaños de hasta

35 cm de largo, de 4.10 a 6.20 el porcentaje de finos

en la muestra es del 15 al 50% (posiblemente son

arenas sueltas con poco limo), y hasta 11.70 m son del 25 al 95%, entre 11.70 y hasta el final

del sondeo a 18.00 m, se reduce la presencia y tamaño de bloques de roca, básicamente se

tiene arena con limo y bloques de roca dispersos de hasta 25 cm de largo, mayoría son del 6

cm de largo.

4.2. SONDEO AGU-2

La profundidad total fue de 15.00 m, se

localiza la margen derecha del río Aguna,

los primeros 4.30 m consisten en capas y

lentes de limo arenoso y limo arcilloso, los

cuales son parte del relleno de

aproximación del actual puente y de

alteración de los materiales laharicos

yacientes, la plasticidad es alta, alto

contenido de humedad, en esta capa se

puedo obtener una muestra alterada, a la

cual se le realizó un ensayo de Corte Directo (ver los resultados específicos), de 4.30 a 8.00 m

se tiene un lahar, compuesto por fragmentos lávicos sueltos, ligera a moderadamente

alterados, de hasta 30 cm de largo, en una matriz arenosa, no cementante, de 9.00 a 15 m

AGU-2

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(final del sondeo) se tiene una lahar arenoso, de grano fino, medio a grueso, con pequeños

fragmentos de roca de hasta 10 cm de largo, promedio 2 cm

5. ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN

De acuerdo con el esquema del puente propuesto, la estructura principal tiene una longitud de

aproximadamente 20.00 m, de una luz, y se ubicará paralelo y ligeramente aguas abajo del

actual puente.

El puente deberá ser similar al actual, con 2 estribos, vigas de concreto, y rellenos de

aproximación altos y largos, los materiales donde se deberán apoyar las estructuras del nuevo

puente son lahares, que constituyen materiales sueltos en una matriz arenosa y limosa.

Como resultado de las características de la estructura estratigráfica del subsuelo, de la

cercanía del actual puente, del tipo y peso de la estructura del puente que se desea construir,

se considera que debe utilizarse cimentación directa.

El nivel freático, al final de la época de lluvia en la cual se realizaron los sondeos, se estima

que será similar a la del nivel de agua actual o al que tenga el nivel del río Aguná durante la

época lluviosa o seca. Este nivel afectará en parte el comportamiento de la cimentación,

especialmente en el proceso constructivo, y muy especialmente sí se utiliza cimentación directa

en los estribos.

Los materiales laharicos se caracterizan por tener bloques de roca lávicos con tamaños

máximos de 30 cm, con una matriz arenosa (grano medio) y presencia de limo en lentes, la

matriz s encuentra dispersa en forma poco cementante, por sus características, condiciones y

profundidad y densidad se estima podrían causar problemas más de capacidad soporte que de

asentamientos.

La recomendación del nivel de desplante es a 6.00 m debajo del nivel de las perforaciones

(cota 297 aproximadamente), en este caso el subsuelo estará siempre saturado y sumergido,

para los cálculos de la carga permisible y asentamientos del suelo de fundación, se tomó en

cuenta la sumergencia de las estructuras abajo del nivel freático.

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5.1. CAPACIDAD SOPORTE PERMISIBLE

En caso de utilizar cimentación directa, se utilizaría como capacidad soporte permisible de

diseño un valor promedio de 35 T/m2 a 6.00 m de profundidad, para un ángulo de fricción

interna de 25º y para un asentamiento teórico máximo de 2.5 cm, tomando en cuenta la

condición de sumergencia y profundidad del nivel freático. El factor de seguridad utilizado es de

3.

Para la estimación de la carga permisible que podría soportar el suelo, trasmitida al mismo por

cimientos de diversos tamaños en la cimentación directa, se consideró las fórmulas de

K.Terzahi.

Es importante considerar en caso de un sismo, las cargas verticales permanentes podrían

incrementarse un 33%.

5.2 COTAS DEL FONDO DE LA CIMENTACION

Las cotas de cimentación deberán ser analizadas por el Ingeniero Estructural en función del

peso de la estructura y la esbeltez de los apoyos, siempre considerando apoyarse en las

brechas volcánicas.

En ambas márgenes los tipos de materiales son similares en litología y profundidad, se

recomienda que el fondo de la cimentación sea la cota 297 (según mapa topográfico del

cliente), y que sean a la misma profundidad que las del puente existente.

Estas profundidades mínimas son estimadas y por lo tanto, el fondo de los cimientos de las

estructuras, podría profundizarse más a juicio del Ingeniero Estructural o por requerimiento

de las estructuras.

5.3 EXCAVACION Y RELLENO ESTRUCTURAL

Debido a los niveles considerados para la rasante del puente será necesario efectuar trabajos

de movimiento de tierras consistentes básicamente en la excavación y relleno necesarios para

alcanzar las cotas de cimentación de las estructuras y las de la subrasante del pavimento del

puente.

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Adicionalmente deberán construirse los rellenos estructurales localizados en la parte posterior

de los muros de contención. Se recomienda que los rellenos estructurales se construyan de

acuerdo con las Especificaciones que se indican a continuación.

Los materiales seleccionados a utilizarse en la construcción de los rellenos estructurales, solos

o uniformemente bien mezclados con otros materiales, deberán ser de buena calidad y tener

un CBR no menor de 40 a un grado de compactación del 95% según el Método AASHTO T-

180 (AASTHO Modificado). El tamaño máximo del agregado no debe exceder de 3.0 pulgadas.

Deberán tener un Límite Líquido e Índice Plástico no mayor de 35 y de 8 respectivamente,

siempre que cumplan con las especificaciones del CBR.

Después que la excavación ha sido completada, deberá escarificarse la superficie del fondo de

la excavación en un mínimo de 15 cm y el material remanente deberá ser homogeneizado,

humedecido, tendido y compactado hasta alcanzar un grado de compactación no menor del

90% según el Método AASHTO T-180-86 (AASHO Modificado), en forma similar a lo

especificado para la preparación de la subrasante, solo que compactada al 90% y no al 95%.

Como alternativa, si el suelo del fondo de la excavación se encuentra homogéneo y húmedo en

exceso, éste se dejaría orear hasta alcanzar la humedad de la compactación de campo

especificada, y únicamente se compactaría y conformaría hasta las cotas o niveles

especificados para el fondo de la excavación.

Los rellenos estructurales construidos con materiales adecuados, deberán hacerse por capas

de espesor uniforme compactado entre 20 y 25 cm ( 25 y 30 cm suelto) dependiendo del

peso y características del equipo vibratorio a utilizar, con materiales homogeneizados,

humedecidos o aireados previamente según la estación de año en que estos se construyan

(lluviosa o seca), los cuales deberán esparcirse, conformarse y compactarse hasta alcanzar

cada capa un grado de compactación uniforme no menor del 90% según el Método AASHTO

T-180 (AASHO Modificado). Estos rellenos deberán colocarse sobre el fondo de excavaciones

debidamente preparadas como antes se indica.

Se recomienda además que los taludes de los terraplenes se conformen con una pendiente 2 a

1 (2 horizontal : 1 vertical), o como máximo con una pendiente 1.5 a 1 (1.5 horizontal : 1

vertical).

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Se hace notar que es muy importante que la compactación de los rellenos se efectúe en forma

uniforme y controlada, con materiales homogéneos en calidad y contenido de humedad, y con

el equipo de compactación adecuado, en este caso vibratorio como antes se indica. Este

control deberá hacerse por determinaciones periódicas del grado de compactación obtenido en

cada capa, por medio de ensayos de laboratorio y campo efectuados con personal de

laboratorio especializado y calificado.

Debido a lo difícil de obtener una compactación uniforme y eficiente durante la estación

lluviosa, tanto del fondo de la excavación, como de los materiales del relleno estructural, se

recomendaría que las excavaciones, y especialmente los rellenos se hagan durante la

estación seca. En casos muy esporádicos, de hacerlo en la estación lluviosa, estos rellenos se

deberán proteger con cobertores plásticos (membranas de polietileno), y con buenos drenajes

superficiales eficientes.

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Como resultado de las características de la estructura estratigráfica del subsuelo, del tipo y

peso de la estructura del puente que se desea construir, se considera que puede utilizarse

cimentación directa (zapatas continuas).

Aunque no se tiene información sobre la cimentación del actual puente, se recomienda en caso

de utilizarse cimentación directa y siempre que este apoyada en los lahares con roca, se

recomienda que el fondo de la cimentación propuesta se coloque a las mismas cotas del

puente existente.

No se recomienda utilizar pilotes a percusión debido a la presencia de bloques de rocas, duros

y continuos, no permitirán la penetración de los pilotes.

Se debe considerar y dejarse operativamente (después de la construcción) la presencia de una

pequeña PROYECTO de derivación y un canal de riego, el cual se utiliza para las operaciones

de riego de caña de azúcar de la zona.

El actual puente tiene unos aletones de concreto que sirven de apoyo del relleno de

aproximación y funcionan como pilas del actual puente, debe evaluarse su inferencia con los

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apoyos del nuevo puente, es muy probable que no se deban modificar, y que para el nuevo

puente los apoyos se coloquen atrás de estas estructuras.

La capacidad soporte admisible de los materiales indicados es de 35 T/m2 a una profundidad

de 6.00 desde el nivel de las perforaciones o a la cota 277 según el mapa del cliente.

Para la determinación de la presión activa del suelo en muros de contención en voladizo, y

sobre los estribos del puente, pueden utilizarse los siguientes valores, un ángulo de fricción de

34º y un peso del suelo de 114 lb/pie3. El suelo de atrás de los muros o estribos del puente,

deberá drenarse adecuadamente, para evitar la condición de saturación, que podría aumentar

el valor de las fuerzas sobre los muros producidas por el mismo.

Es importante no modificar los actuales escarpes o taludes del río, los cuales son estables, sin

embargo en caso durante la construcción del puente se generaran desprendimientos,

fisuramientos, etc, se tendrían que colocar elementos, que eviten la erosión y socavación de

los materiales rocosos, esto puede obtenerse con la cobertura por medio de concreto lanzado,

colocación de mallas, gaviones, muros anclados, etc.

Las cotas máximas recomendadas para colocar el fondo de los nuevos cimientos, son

estimadas, y por lo tanto el fondo de estos elementos podría profundizarse más a juicio del

Ingeniero Estructural o por requerimiento de las estructuras.

Si durante la excavación para la cimentación de las estructuras se observan condiciones en el

suelo diferente a las encontradas en las perforaciones e indicadas en esta Investigación, o se

hacen cambios en las condiciones analizadas para la cimentación o construcción de la obra

que modifiquen los conceptos y recomendaciones de este Estudio, deberá inmediatamente

notificarse al personal de nuestra Firma para que se hagan los nuevos análisis y las

recomendaciones necesarias y pertinentes que el caso amerite para asegurar la estabilidad de

la obra objeto de este trabajo.

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