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• John Rojas

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Estudio de Mecánica de Suelos del Proyecto: INSTALACIÓN DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO EN LAS LOCALIDADES DE SAN JUAN DE PAMPAS, SAN SEBASTIÁN DE MICARIN, SAN MARTIN Y SAN ANTONIO” DISTRITO DE CHAVIN DE PARIARCA, HUAMALÍES – HUÁNUCO Estudio de de Mecánica Mecánica de de Suelos Suelos Estudio

SAN ANTONIO SAN ANTONIO

OWNER H. SALVADOR SALAZAR

ESTUDIO DE SUELOS INDICE GENERAL 1. GENERALIDADES 1.1 OBJETIVO 1.2 UBICACIÓN 1.3 RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN 2. GEOLOGÍA Y SISMICIDAD EN EL ÁREA EN ESTUDIO 2.1 GEOLOGÍA REGIONAL 2.2 GEOMORFOLOGÍA 2.3 SISMICIDAD 2.3.1 PARÁMETROS SISMO–RESISTENTES 2.3.2 MAPA DE ZONIFICACIÓN SÍSMICA 3. INVESTIGACIÓN DE CAMPO 3.1 RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Y EXPLORACIÓN 3.1.1 DISTRIBUCIÓN DE LOS PUNTOS DE INVESTIGACIÓN 3.1.2 EXCAVACIÓN DE CALICATAS Y MUESTREO EFECTUADOS. 3.1.3 MUESTREO Y REGISTROS DE EXPLORACIONES 4. ENSAYOS DE LABORATORIO 4.1 CONTENIDO DE HUMEDAD ASTM D - 2216 4.2 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO ASTM D – 422 4.3 LIMITES LÍQUIDO Y PLÁSTICO ASTM D – 4318 4.4 ENSAYO DE CORTE DIRECTO ASTM D – 3080 4.5 AGRESIVIDAD DEL SUELO 5. PERFIL ESTRATIGRÁFICO 5.1 DESCRIPCIÓN DE LOS SUELOS 5.2 ESTRATIGRAFÍA DEL SUBSUELO 6. ANALISIS DE LA CIMENTACION 6.1 TIPO DE CIMENTACIÓN Y PROFUNDIDAD DE CIMENTACIÓN 6.2 ENSAYOS APROPIADOS PARA EVALUAR LA RESISTENCIA DEL SUELO 6.3 CÁLCULO DE CAPACIDAD ADMISIBLE 7. TEST DE PERCOLACION CAPACIDAD DE PERCOLACION OBTENIDA EN EL CAMPO 8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS [MEMORIA DE CÁLCULO Y ENSAYOS] [1]

1. GENERALIDADES 1.1

OBJETIVO

Entre los principales objetivos para la ejecución del proyecto tenemos: Efectuar el estudio de mecánica de suelos para la ejecución del proyecto: “INSTALACIÓN DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO EN LAS LOCALIDADES DE SAN JUAN DE PAMPAS, SAN SEBASTIÁN DE MICARIN, SAN MARTIN Y SAN ANTONIO” en la localidad de SAN ANTONIO, por medio de trabajos de campo a través de pozos de exploración o calicatas "a cielo abierto", ensayos de laboratorio Estándar con fines de identificación y clasificación, ensayos Especiales con fines de obtener los parámetros de resistencia, deformación y agresividad química de sus componentes; y labores de gabinete; en base a los cuales se definen los perfiles estratigráficos del subsuelo. El programa a seguir para este fin es el siguiente: 

Reconocimiento de campo.



Ejecución de Calicatas. Con un total de 5 calicatas a cielo abierto elaboradas.



Toma de muestras Disturbadas. De acuerdo a la variación de los estratos se tomaron un total de 5 muestras incluyendo una de agua para su análisis en el laboratorio.



Ejecución de Ensayos de Laboratorio.



Evaluación de los Trabajos de Campo y Laboratorio.



Perfiles Estratigráficos.



Cálculo de Capacidad Portante.



Conclusiones y Recomendaciones

1.2

UBICACIÓN

La zona de estudio se ubica en el centro poblado de San Antonio, distrito de Chavin de Pariarca, provincia de Huamalies, Departamento de Huánuco. El acceso es inmediato hasta la zona de estudio, se realiza por vía terrestre desde la ciudad de Huánuco de por una vía asfaltada hasta la localidad de Tingo Chico, y seguidamente por una vía afirmada hasta la ciudad de Chavin de Pariarca y desde ahí se tiene acceso por medio de vías afirmadas y/o caminos de herradura hasta los diferentes puntos de investigación.

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Imagen 01: Mapas de Ubicación del proyecto Fuente: Equipo de Mecánica de Suelos

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS [MEMORIA DE CÁLCULO Y ENSAYOS] [3]

1.3

RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN

Para el desarrollo del estudio y en conformidad a los términos de referencia se ha recopilado información cartográfica de campo y de las siguientes instituciones: 

Trabajo de campo: El cual consiste dentro del plan en la recopilación de información de calicatas e investigación del estudio de suelo fino, grueso y roca.



Instituto Geográfico Nacional (IGN).



Uso de Google Earth.

Obteniendo la siguiente información:

Figura 02. Ubicación del centro poblado y accesos. Fuente: Imagen Satelital de Google Earth

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Figura 03. Localidad de San Antonio. Vista panorámica Fuente: Imagen Satelital de Google Earth

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2. GEOLOGÍA Y SISMICIDAD EN EL ÁREA EN ESTUDIO La geología describe a rasgos generales y a nivel macro las características del terreno a nivel de suelo y subsuelo, permite conocer fallas y afloramientos rocosos presentes, lo cual permite tener una proyección del tipo de suelo presente, así también nos da a conocer históricamente como se ha comportado la orogénesis en el lugar y nos permite proyectar un comportamiento de los cambios geológicos que podrían suscitarse en la zona del proyecto. 2.1

GEOLOGÍA REGIONAL Se ha consultado las cartas del INSTITUTO GEOLOGICO MINERO Y METALURGICO, específicamente la carta número “19 – j” según el índice de cartas geológicas nacionales, en ella se puede encontrar las características generales de los suelos y afloramientos geológicos en la zona del proyecto. En la carta “19 – j” se ubica Al distrito de Chavin de Pariarca, específicamente al Centro Poblado de San Martin, dentro de la litoestratigrafía del complejo de marañón (pe-cm), se puede afirmar que el 100% del territorio de la zona del proyecto presenta este tipo de afloramiento, esta se puede apreciar en color naranja en la imagen de la carta geológica. Del complejo de marañón (pe-cm): Comprende afloramientos de rocas antiguas (Neoproterozoico) que se distribuyen desde la desembocadura hasta la altura del puente Pachas, aproximadamente. Está constituido esencialmente por esquistos y filitas en colores marrón a verdosos, la orientación de la esquestosidad tiene un rumbo N 85° E y buzamiento 50° NO.

Figura 4. Carta Geológica 19-j – Ubicación de zona del Proyecto. Fuente: Carta Geológica del Perú

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2.2

GEOMORFOLOGIA

La geomorfología de la zona en estudio el cual se ubica en la Cordillera Oriental de los Andes Peruanos, la cual tiene en el Perú Central una orientación predominante NO-SE. GEODINAMICA EXTERNA El tramo de carrretera entre Chavín de Pariarca y Tantamayo (Zona 11 en el plano) se ve afectado por las quebradas que lo cruzan y los manantiales que afloran en la zona, estando propensa a pequeños deslizamientos que interrumpirían el tránsito por la zona, siendo mayor el riesgo en temporadas de lluvias.

Figura 5. Vista de la zona de deslizamientos activos en el área de Quellkay – Chinchipon; se puede observar la zona de arranque y desprendimiento. Fuente: INGENMET, Boletín N° 67.

2.3

SISMICIDAD



PARÁMETROS SISMO–RESISTENTES

De acuerdo al Mapa de Zonificación Sísmica del Perú establecida en la Norma Técnica E.030 “Diseño Sismo Resistente” del Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE), el suelo en estudio se encuentra en la Zona 2 de sismicidad media. Según la N.T. E.030, las fuerzas sísmicas horizontales se pueden calcular de acuerdo a la siguiente relación:

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS [MEMORIA DE CÁLCULO Y ENSAYOS] [7]

 Z U  C  S  F   P R 

Donde: Z = 0.30 g. Factor de zona

S = 1.0 Factor para suelos rígidos (de acuerdo a Tabla 2.3) Tp(s) = 0.40 para suelos flexibles Tabla 1. Parámetros del Suelo Tipo

Descripción

tp(s)

S

S1

Roca o suelos muy rígidos

0.4

1.0

S2

Suelos intermedios

0.6

1.2

S3

Suelos flexibles o con estratos de gran espesor

0.9

1.4

S4

Condiciones excepcionales

*

*

(*) Los valores de Tp y S para este caso serán establecidos por el especialista, pero en ningún caso serán menores que los especificados para el perfil tipo S3. (Elaborado por: Norma Técnica E.030 Diseño Sismo Resistente) 

MAPA DE ZONIFICACIÓN SÍSMICA

Según los mapas de zonificación sísmica y mapa de máximas intensidades sísmicas del Perú y de acuerdo a las Normas Sismo-Resistentes del Reglamento Nacional de Edificaciones, la localidad de San Antonio, distrito de Chavin de Pariarca, provincia de Huamalies, Departamento de Huanuco se encuentra comprendida en la Zona 2, correspondiéndole una sismicidad intermedia y una intensidad de VI a VII en la escala Mercalli Modificada. Tal como podemos ver en la fig. 01 y fig. 02.

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AREA EN ESTUDIO

ZONA 3

Z =0.40

ZONA 2

Z =0.30

ZONA 1

Z =0.15

Fig. 01. Mapa de Zonificación Sísmica del Perú

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-81°

-79°

-77°

-75°

-73°

-71°

-69°

0°

0°

2°

2°

4°

4°

IX

6°

6°

VI

8°

8° XI

10°

10° X X

12°

12°

XI

14°

AREA EN ESTUDIO

14°

X

ESCALA DE INTENSIDADES MERCALI MODIFICADA MARZO 1994

16°

XI XI X

VI

IX

V

VIII

IV XI VALOR EXTREMO DE CARACTER LOCAL

VII 50

0

18°

50

100

KM

Fig. 02. Mapa de Intensidades Sísmicas del Perú.

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS [MEMORIA DE CÁLCULO Y ENSAYOS] [10]

3. INVESTIGACIÓN DE CAMPO Con la finalidad de caracterizar el terreno se realizó un programa de exploración de campo, las cuales citamos a continuación: 3.1

RECONOCIMIENTO DEL TERRENO Y EXPLORACIÓN

El trabajo de campo consistió en el reconocimiento del terreno en estudio, además de las áreas del entorno, localidades aledañas, de tal manera de poder determinar el tipo de exploración a realizar así como el número de ellas. Para determinar el programa de exploración, se ha verificado las Condiciones de Frontera establecidas en el Reglamento Nacional de Edificaciones (R.N.E.) y otras consideraciones aplicables a las obras secundarias según los términos de referencia. 

DISTRIBUCIÓN DE LOS PUNTOS DE INVESTIGACIÓN

Los puntos de investigación (Calicatas a cielo abierto) serán distribuidos de tal manera de investigar las características del suelo de fundación del terreno. De acuerdo al Reglamento Nacional de Edificaciones S050 se adopta desarrollar un punto de investigación para estructuras de concreto armado, un punto de investigación por km para obras lineales y test de percolación como mínimo 2 puntos, para el presente caso se requieren cinco (5) puntos de investigación. Los puntos de investigación fueron realizados mediante el sistema de calicata excavada a cielo abierto con herramientas manuales con profundidades máxima de 2.00 m, dependiendo de la estructura a cimentar o a la obra a proyectar. Las calicatas se numeraron del C-1 al C-5. En el siguiente cuadro se muestra la ubicación de las calicatas. CUADRO Nº 01: EXCAVACIÓN MANUAL A CIELO ABIERTO (CALICATAS) Descripción

Nº

Este

Norte

Cota (msnm)

C-01

Prof. (m) 1.60

Captación proyectada y existente

305737.00

8952436.00

3430.00

Línea de conducción

C-02

1.40

305606.00

305606.00

3414.00

Línea de conducción

C-03

1.50

305514.00

8952325.00

3400.00

UB.RESROCA

0

305420.00

8952342.00

3386.00

Redes

C-04

1.50

305317.00

8952670.00

3355.00

PTAR

C-05

2.00

305078.00

8952759.00

2250.00

Test de Percolación Test de Percolación

T-1 T-2

1.50 1.50

305235.00 305304.22

8952381.00 8952511.49

3330.00 3352.00

Reservorio proyectado

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS [MEMORIA DE CÁLCULO Y ENSAYOS] [11]



EXCAVACIÓN DE CALICATAS Y MUESTREO EFECTUADOS.

En la zona en estudio de la medida se realizaron en total 5 calicatas distribuidas a lo largo del Centro Poblado, Reservorio proyectado y Captación, hasta una profundidad entre 1.40 m y 2.50 m por debajo del terreno natural existente. Inmediatamente después de realizada la excavación se procedió a extraer las muestras representativas por cada estrato entre las 5 calicatas, las cuales serán reducidas mediante el cuarteo, en una cantidad suficiente para realizar los diversos ensayos. 

MUESTREO Y REGISTRO DE EXPLORACIONES

Paralelamente al muestreo se realizaron los registros de exploraciones, en los que se indican las diferentes características de los estratos subyacentes, tales como tipo de suelo, espesor del estrato, color, humedad, plasticidad, consistencia y/o compacidad, etc. En cada ubicación se registró el perfil estratigráfico del suelo de sub rasante, clasificando visualmente los materiales mediante el procedimiento de campo establecido por el sistema Unificado de Clasificación de suelos (S.U.C.S.). Cuando se detectó la presencia de cambios de las características de los materiales encontrados en la excavación, se tomó una muestra representativa para la evaluación e identificación correspondiente. De cada estrato de suelo identificado, se tomaron muestras representativas, las que convenientemente identificadas, fueron empaquetadas en bolsas de polietileno y trasladadas al laboratorio para efectuar ensayos de sus características físicas y mecánicas. Sobre la base de la clasificación visual de los suelos, se elaboró un perfil estratigráfico preliminar del tramo, el cual permitió determinar secciones de características similares, escogiéndose puntos representativos generales y específicos, los generales para determinar las características de los suelos predominantes y similares en las calicatas escogidas, y los específicos para determinar las características mecánicas de los suelos de sub rasante. Paralelamente al muestreo se realizaron los registros de exploraciones, en los que se indican las diferentes características de los estratos subyacentes, tales como tipo de suelo, espesor del estrato, color, humedad, plasticidad, consistencia y/o compacidad, etc.

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS [MEMORIA DE CÁLCULO Y ENSAYOS] [12]

Fotografía 01: Elaboración de calicata en fuente de agua (calicata C-01)

Fotografía 02: Perfil del suelo (calicata C-01)

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Fotografía 03: Elaboración de calicata en línea de conducción (calicata C-02)

Fotografía 04: Perfil del suelo (calicata C-02)

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS [MEMORIA DE CÁLCULO Y ENSAYOS] [14]

Fotografía 05: Elaboración de calicata en línea de conducción (calicata C-03)

Fotografía 06: Perfil del suelo (calicata C-03)

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS [MEMORIA DE CÁLCULO Y ENSAYOS] [15]

Fotografía 07: Elaboración de calicata en redes de distribución C-4

Fotografía 08: Perfil de suelo C-04)

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Fotografía 09: Elaboración de calicata en planta de tratamiento C-5

Fotografía 10: Perfil de suelo C-05

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Fotografía 11: Excavación para el ensayo de test de percolación (T-1)

Fotografía 12: Mediciones de percolación (T-1)

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Fotografía 13: Excavación para el ensayo de test de percolación (T-2)

Fotografía 14: Procedimiento de ensayo (T-2)

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4. ENSAYOS DE LABORATORIO 4.1. CONTENIDO DE HUMEDAD ASTM D – 2216 (VER ANEXO – RESULTADOS DE ENSAYOS DE LABORATORIO) 4.2. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO ASTM D (VER ANEXO – RESULTADOS DE ENSAYOS DE LABORATORIO) 4.3. LIMITES LÍQUIDO Y PLÁSTICO ASTM D – 4318 (VER ANEXO – RESULTADOS DE ENSAYOS DE LABORATORIO) La clasificación de los materiales ubicados en las calicatas, se indica en el cuadro siguiente: Descripción

Nº

Prof.

CLASIF.

(m)

Visual

TIPO MATERIAL

manual Captación proyectada y existente Línea de conducción Línea de conducción Reservorio proyectado Redes PTAR

1.60

ML

Limo de baja plasticidad gravoso de color plomo

C-02

1.40

GM

Grava limosa de color marrón claro

C-03 UB.RESROCA C-04

1.50

GM

Grava limosa con bloques de color amarillo

0

-

1.50

GM

Grava limosa con bloques de color marrón claro

C-05

2.00

GM

Grava limosa con bloques de color rojo oscuro

C-01

Roca Metamórfica de tipo esquisto

Cuadro 02 Resumen de ensayo estándar de laboratorio. Ensayo especial. Los resultados del análisis granulométrico, contenido de humedad y límites de consistencia, se muestran en el siguiente cuadro:

Calicata

Muestra

C-1

Prof.

Granulometría (%)

Límites (%)

C. H.

Clasificación

(m)

Grava

Arena

Finos

L.L.

I.P.

(%)

SUCS

1

1.60

4.69

41.84

53.47

NP

NP

28.7

ML

C-2

1

1.40

58.68

23.97

17.35

NP

NP

14.7

MG

C-3

1

1.50

53.18

17.75

29.07

NP

NP

11.2

MG

C-4

1

1.50

55.84

22.87

21.29

NP

NP

11.9

GM

C-5

1

2.00

44.41

38.52

17.07

NP

NP

9.7

GM

Cuadro 03 Resumen de ensayo estándar de laboratorio. Ensayo especial.

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS [MEMORIA DE CÁLCULO Y ENSAYOS] [20]

4.4. ENSAYO DE CORTE DIRECTO ASTM D – 3080 Este ensayo se realizó a la cimentación que se va a realizar, para nuestro caso la calicata C-23, donde se realizó el cálculo de la capacidad portante y el análisis de cimentaciones respectivo.

Calicata

Muestra

Prof. (m)

Clasificación SUCS

C-1

1

1.60

C-2

1

C-3

Corte Directo Cohesión c (Kg/cm2)

Angulo de Fricción (°)

ML

0.128

17.51

1.40

GM

---

---

1

1.50

GM

---

---

C-4

1

1.50

GM

---

---

C-5

1

2.00

GM

0.114

30.34

Cuadro 04 Resumen de ensayo estándar de laboratorio. Ensayo especial. 4.5 AGRESIVIDAD DEL SUELO En la zona estudiada no se ha encontrado la Napa Freática dentro de la zona activa de la cimentación ni se ha detectado la presencia de sales agresivas al concreto por lo que de acuerdo a las recomendaciones de América Concrete Institute (ACI 201) no se requiere adicionar protección a la cimentación fuera de la usual.

Imagen 06 Distribución de las calicatas elaboradas en las captaciones, líneas de conducción y el reservorio, localidad de San Antonio. (Fuente Google Earth)

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS [MEMORIA DE CÁLCULO Y ENSAYOS] [21]

5. PERFIL ESTRATIGRÁFICO 5.1

DESCRIPCIÓN DE SUELOS

El perfil del suelo es heterogéneo debido a que el relieve del terreno es sinuoso y ondulado y está formado por depósitos que pertenecen a la lito-estratigrafía del complejo de marañón (pe-cm), cuya composición se ha descrito en líneas arriba. Para todas las calicatas la primera capa de la estratigrafía es uniforme y se describe de la siguiente manera: El suelo es orgánico apto para la agricultura, esta capa llega hasta profundidades variables entre 0.20 y 0.40m. Para cimentar cualquier estructura estos materiales inadecuados deben ser removidos completamente, tal como indica la Norma Técnica de Edificaciones E.050, Suelos y Cimentaciones (Capítulo 4, Artículo 19). Se sugiere proyectar las tuberías para líneas de conducción, abducción y redes por debajo de este estrato. 5.2 

ESTRATIGRAFÍA DEL SUBSUELO CÁMARA DE CAPTACIÓN DE LADERA “MANANTIAL SAN ANTONIO” La exploración del lugar se efectuó en base a la calicata C-1. El terreno está conformado por un depósito de suelos orgánicos en la superficie. Luego continúa una capa de suelo tipo limo con grava de color amarillo (ML), en estado semicompacto y medianamente húmedo hasta una profundidad de 1.10 m; seguidamente se tiene una capa de suelo de partículas finas-Limo de baja plasticidad gravoso de color plomo (ML) en estado semicompacto y medianamente húmedo hasta una profundidad de 1.60 m, a partir de cual se encuentra un suelo gravoso de color crema oscuro hasta más allá de la profundidad investigada.



LÍNEA DE CONDUCCIÓN Y ADUCCIÓN La exploración del lugar se efectuó en base a las calicatas C-2 y C-3. El perfil típico presenta un depósito de suelos orgánicos en la superficie. Luego continúa una capa de suelos de partículas gruesas con finosGrava limosa de color marrón claro (GM), en estado semicompacto, húmedo hasta una profundidad de 1.40m, a partir de dicho estrato continua un suelo gravoso de color marrón claro hasta más allá de la profundidad investigada.



RESERVORIO APOYADO El reservorio de 24 m3 de volumen se cimentará en una zona rocosa de acuerdo al terreno disponible. El tipo de roca predominante es de tipo esquisto (roca metamórfica). A continuación se muestra una fotografía para constatar la existencia de la roca.

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS [MEMORIA DE CÁLCULO Y ENSAYOS] [22]

Fotografía 15: Zona de ubicación del reservorio apoyado, se observa la presencia de roca. 

REDES DE DISTRIBUCIÓN. La exploración del lugar se efectuó en base a la calicata C-4. El terreno está conformado por un depósito de suelos orgánicos en la superficie. Luego continúa una capa de suelos gruesas con finos con presencia de grava limosa con bloque de color marrón claro (GM), en estado de semicompacto, húmedo hasta una profundidad de 1.50m. A partir de dicho estrato continua un suelo gravoso de color

marrón claro hasta más allá de la profundidad investigada. 

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (PTAR) La exploración del lugar se efectuó en base a la calicata C-5. El terreno está conformado por un depósito de suelos orgánicos en la superficie. Luego continúa una capa de suelo de partículas gruesas con finos con presencia de grava limosa con bloque de color rojo oscuro (GM), en estado semicompacto y medianamente húmedo hasta una profundidad de 1.40 m; seguidamente se tiene una capa de suelo de partículas finas-grava limosa con bloques de color rojo oscuro (GM) en estado semicompacto y medianamente húmedo hasta una profundidad de 2m, a partir de cual se encuentra un suelo gravoso de color rojo oscuro hasta más allá de la profundidad investigada.

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS [MEMORIA DE CÁLCULO Y ENSAYOS] [23]

6. ANALISIS DE CIMENTACION A fin de obtener los parámetros de resistencia y deformación en la zona donde se planea cimentar las infraestructuras, se realizaron excavaciones de pozos o calicatas “a cielo abierto”, extracción de muestras, ensayos de laboratorio estándar con fines de identificación y clasificación, y ensayos especiales a fin de obtener los parámetros de resistencia y deformación. Para realizar el análisis de la Cimentación, se definieron los Tipos de suelos encontrados, las Características mecánicas de los Tipos de suelos, los perfiles estratigráficos del subsuelo y la Zonificación de Suelos basados en la información de campo. Por otro lado, de acuerdo a la Norma Técnica E.050 Suelos y Cimentaciones del Reglamento Nacional Edificaciones (R.N.E.), la presión admisible será la menor de la que se obtenga mediante: a) La aplicación de las ecuaciones de capacidad de carga por corte afectada por el factor de seguridad correspondiente. b) La presión que cause el asentamiento admisible. Asimismo, para el cálculo de la Capacidad Portante del terreno es necesario que esté definido el nivel de cimentación; para lo cual se efectuaron las calicatas de inspección. En este caso el cálculo se efectuará sobre la zona donde se asentará el reservorio. 6.1

TIPO DE CIMENTACIÓN Y PROFUNDIDAD DE CIMENTACIÓN

TIPO Y PROFUNDIDAD DE CIMENTACIÓN TIPO DE OBRA CAPTACION EN MANANTIAL RESERVORIO APOYADO

PROFUNDIDAD DE

ESTRATO DE APOYO DE

CIMENTACION (m)

LA CIMENTACION (m)

1.30

1.20

ML

2.50

1.50

ROCA METAMÓRFICA

2.50

1.50

GM

TIPO DE CIMENTACION

B (m)

TIPO PLATEA LOSA ARMADA CUADRADA

PLANTA DE TRAT. DE

LOSA ARMADA

AGUAS RESIDUALES

RECTANGULAR

6.2

ENSAYOS APROPIADOS PARA EVALUAR LA RESISTENCIA DEL SUELO



ENSAYOS APROPIADOS PARA EVALUAR LA RESISTENCIA AL CORTE DEL SUELO

Del ensayo de Corte Directo (ASTMD 3080), efectuado al estrato de apoyo se tiene:

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS [MEMORIA DE CÁLCULO Y ENSAYOS] [24]

RESUMEN DE PARAMETROS DE SUELOS

Descripción

Nº

Captación proyectada y existente Línea de conducción

Prof (m)

manual

C

t (gr/cc)

d (gr/cc)

Ø (°)

Kg/Cm2)

1.60

ML

1.89

1.85

17.51

0.128

C-02

1.40

GM

1.91

1.75

---

---

C-03

1.50

GM

1.91

1.64

---

---

0

ROCA

---

---

---

---

C-01

Línea de conducción

CLASIF. Visual

Reservorio proyectado UB.RES-ROCA Redes

C-04

1.50

GM

1.89

1.75

---

---

PTAR

C-05

2.00

GM

1.90

1.69

30.34

0.114



ENSAYO APROPIADO PARA EVALUAR ASENTAMIENTO TOTAL Y DIFERENCIALES

Por tratarse de Suelos de Clasificación SUCS: Gravas limosas (GM), los asentamientos serán evaluados mediante la metodología Elástica, en función a los resultados obtenidos complementado con Tablas de Correlación existentes. 6.3

CÁLCULO DE CAPACIDAD ADMISIBLE

A. APLICACIÓN DE ECUACIONES CAPACIDAD CARGA POR CORTE, K.TERZAGHI (1943) Luego se tiene, según la teoría del Karl Terzaghi, la Capacidad Portante Admisible se puede calcular mediante la siguiente relación:

Q adm



1.3  C.N C   d 1 .Df .N q  0.4   d 2 .B.N  F .S .

.......(.. )

Dónde: Q ult

: Capacidad última de carga

Q adm : Capacidad admisible de Carga = Q ult/F.S. F.S.

: Factor de seguridad = 3.0

C

: Cohesión del suelo

Ø

: Angulo de Fricción Interna del suelo

d1

: Peso unitario seco del suelo natural por encima de “Df”

d2

: Peso unitario seco del suelo natural por debajo de “Df”

Nc, Nq, N: Factores de capacidad de carga.

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS [MEMORIA DE CÁLCULO Y ENSAYOS] [25]

B. APLICACIÓN DE ECUACIONES CAPACIDAD CARGA EN ROCAS Se hará uso de códigos americanos como el CODIGO INGLES CP 2004/1972. En la siguiente tabla se muestra las presiones admisibles en roca:

La norma adopta la siguiente formulación: 𝑞𝑎𝑑𝑚 = 0,2 𝑞𝑢 Por lo que para rocas metamórficas de tipo esquisto, la capacidad admisible para la estructura cimentado sobre roca es:

𝒒𝒂𝒅𝒎 = 𝟔. 𝟎𝟎𝒌𝒈/𝒄𝒎𝟐 RESUMEN DE CAPACIDAD PORTANTE POR RESISTENCIA AL CORTE

ESTRUCTURA

Qult

Qadm

(Kg/cm2)

(Kg/cm2)

3.63

1.86

0.62

---

---

18.00

6.00

24.77

14.97

9.18

3.06

DF

B (m)

Ny

Nc

Nq

CAPTACION EN MANANTIAL

1.20

1.30

1.45

9.73

RESERVORIO APOYADO

1.50

2.50

---

1.50

2.50

12.75

PLANTA DE TRAT. DE AGUAS RESIDUALES

B. CÁLCULO DE PRESIÓN QUE CAUSE EL ASENTAMIENTO ADMISIBLE B.1 CÁLCULO DEL ASENTAMIENTO ADMISIBLE La distorsión angular aceptable para el tipo de estructura proyectada que establece la Norma Técnica E-050 “Suelos y Cimentaciones” del R.N.E. es de α1/500. El Asentamiento Diferencial (∆) se estima como el 75% del Asentamiento Total (T), es decir: ∆adm = (Tadm)*3/4, entonces, el Asentamiento Total Admisible será mayor en 4/3 el Asentamiento Diferencial Admisible: Tadm = 4/3x∆adm = 4/3x(2.54cm) = 1.90cm (también es factible utilizar el equivalente a Tadm total=1”=2.54cm).

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS [MEMORIA DE CÁLCULO Y ENSAYOS] [26]

Los asentamientos serán calculados mediante la siguiente relación:

qB (1   2 ) Si  If Es Donde: Si

:

Asentamiento Total probable (cm)

q

:

Presión de Trabajo (Kg/cm2),

B

:

Ancho de la Cimentación (cm)

If

:

Factor de Forma

u

:

Relación de Poisson = 0.30

E

:

Módulo de Elasticidad (Kg/cm2)

RESUMEN DE CAPACIDAD PORTANTE POR RESISTENCI AL CORTE Y ASENTAMIENTOS ESTRUCTURA

Qadm

B (m)

E (Tn/m2)

u

If

Si

(Tn/m2)

CAPTACION EN MANANTIAL RESERVORIO APOYADO PLANTA DE TRAT. DE AGUAS RESIDUALES

(cm)

0.62

1.20

200

0.3

1.00

0.34

6.00

1.50

---

---

---

---

3.06

1.50

250

0.3

1.00

1.67

Debido a que el Asentamiento Total obtenido es inferior al Asentamiento Total Admisible de: Tadm = 2.54cm, entonces, los Asentamientos Totales calculados están dentro del Límite máximo Permisible. Se adjuntan cálculos para otras dimensiones. Basado en los detalles de las progresivas, clasificación de los suelos, espesores de estratos y características mecánicas, se definió el perfil estratigráfico del proyecto, del cual se desprende la estratigrafía para la zona del reservorio.

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS [MEMORIA DE CÁLCULO Y ENSAYOS] [27]

7. TEST DE PERCOLACION Los efluentes de sistemas de unidades básicas de saneamiento con arrastre hidráulico no poseen las cualidades físico-químicas u organolépticas para ser descargados directamente a un cuerpo receptor. Para disminuir el riesgo de contaminación y daño a la salud pública se utiliza como tratamiento complementario las zanjas o pozos de percolación. Por ello, para el presente estudio, es necesario realizar la prueba de percolación para determinar la permeabilidad del suelo de la localidad en mención. OBJETIVOS 

Determinar la velocidad de infiltración del agua en el área escogida



Identificar las características del terreno donde se implementaría el sistema de campos de percolación.



Determinar la tasa de percolación.

MATERIALES       

Regla graduada transparente milimétrica. Cronometro graduado Lampas. Picos Espátula Flexómetro de 5 m. Arena gruesa.

RESULTADOS

Los resultados obtenidos de las pruebas de Percolación serán comparados con los tiempos de infiltración proporcionados por el RNE. CLASE DE TERRENOS - RAPIDO - MEDIOS - LENTOS

TIEMPO DE INFILTRACIÓN PARA EL DESCENSO DE 1 CM DE 0 A 4 MIN 1.00 cm/min - 0.25 cm/min DE 4 A 8 MIN 0.25 cm/min - 0.13 cm/min DE 8 A 12 MIN 0.13 cm/min - 0.08 cm/min

Los resultados obtenidos luego de las pruebas son los siguientes: POZO DE PERCOLACION T-1 UBICACIÓN DE PUNTO DE PRUEBA - POZO DE PERCOLACION T-1 DESCRIPCIÓN

NORTE

ESTE

PRUEBA N° 1

8952381.00

305235.00

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS [MEMORIA DE CÁLCULO Y ENSAYOS] [28]

RESULTADOS DE POZO DE PERCOLACION T-1 – HOYO DE PRUEBA T-1 H= 1.50M En este caso se ha tenido los primeros 15 cm el agua ha filtrado en menos de media hora después del periodo nocturno de expansión por lo que se ha tomado mediciones a cada 10 minutos por una hora. Intervalo

Descenso

Descenso

De

0

a

10

Min

10

Cm

100

mm

De

10

a

20

Min

10

Cm

100

mm

De

20

a

30

Min

6

Cm

60

mm

De

30

a

40

Min

6

Cm

60

mm

De

40

a

50

Min

6

Cm

60

mm

De

50 a 60 Min 5 Cm 50 mm Fuente: Datos procesados de test de Percolación

Descenso Máximo

= 1.00 cm/min [Infiltración rápidas]

Descenso Promedio

= 0.75 cm/min [Infiltración rápidas]

Descenso Mínimo

= 0.50 cm/min [Infiltración rápidas]

POZO DE PERCOLACION T-2 UBICACIÓN DE PUNTO DE PRUEBA - POZO DE PERCOLACION T-2 DESCRIPCIÓN

NORTE

ESTE

PRUEBA N° 2

8952511.49

305304.22

RESULTADOS DE POZO DE PERCOLACION T-1 – HOYO DE PRUEBA T-2 H= 1.50M En este caso se ha tenido los primeros 15 cm el agua ha filtrado en menos de media hora después del periodo nocturno de expansión por lo que se ha tomado mediciones a cada 10 minutos por una hora. Intervalo

Descenso

Descenso

De

0

a

10

Min

8

Cm

80

mm

De

10

a

20

Min

8

Cm

80

mm

De

20

a

30

Min

6

Cm

60

mm

De

30

a

40

Min

6

Cm

60

mm

De

40

a

50

Min

6

Cm

60

mm

De

50 a 60 Min 4 Cm 40 mm Fuente: Datos procesados de test de Percolación

Descenso Máximo

= 0.80 cm/min [Infiltración rápidas]

Descenso Promedio

= 0.60 cm/min [Infiltración rápidas]

Descenso Mínimo

= 0.40 cm/min [Infiltración rápidas]

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS [MEMORIA DE CÁLCULO Y ENSAYOS] [29]

En esta parte se procesa la información obtenida en el campo y toma de datos para obtener la velocidad de infiltración de los Pozos de Percolación Nº 01 Y Nº 02. TASA DE INFILTRACION POZO DE PERCOLACION N° 1 en H =1.50 m POZO DE PERCOLACION N° 2 en H = 1.50 m

cm/min 0.50 0.40

TASA DE INFILTRACION POZO DE PERCOLACION N° 1 en H =1.50 m POZO DE PERCOLACION N° 2 en H = 0.50 m

Min/cm 2.00 2.50

Para el cálculo de la Capacidad de percolación se realiza una interpolación de las velocidades de infiltración en la gráfica, así obtendremos un intervalo aproximado en las unidades (Lt/m 2*día) CAPACIDAD DE PERCOLACIÓN POZO DE PERCOLACION N° 2 en H =1.50 m POZO DE PERCOLACION N° 2 en H = 0.50 m

(Lt/m2*dia) 94.00 89.00

Curva para determinar la Capacidad de absorción del Suelo 140 120

R (L/m2/día)

100 80 60 40 20 0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Tiempo de Infiltración para el descenso de 1 cm. (min)

Grafica 2. Curva para la determinación de la capacidad de percolación a través de la velocidad de infiltración obtenida de los Pozos de Percolación Nº 01 Y Nº 02, San Antonio (Fuente: Reglamento Nacional de Edificaciones - I.S. 020) CAPACIDAD DE PERCOLACION DEL SUELO MEDIDA EN EL CAMPO

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS [MEMORIA DE CÁLCULO Y ENSAYOS] [30]

Mediante la elaboración de calicatas fue posible la determinación del perfil del suelo en zonas someras, así como también tomar muestras para su clasificación y capacidad de absorción que posee el suelo. Por su parte, la finalidad de las pruebas de infiltración realizadas en el campo, fue obtener la capacidad de percolación, ya que con ese valor se puede estimar la cantidad de agua que se puede infiltrar en el suelo, es decir, la capacidad que tiene el suelo de infiltrar agua. En Pozo de percolación Nº 01 a 1.50 m de profundidad, donde se realizó la prueba de infiltración se obtuvo un valor de 2.00 Min/cm, que se entendería como pasados 2 minutos el nivel de agua descendería un centímetro en el suelo en ese punto en particular. En este punto el tipo de suelo por su filtración es rápido. En el poso de percolación Nº 2, donde se realizó la prueba de infiltración a 1.50 m y se obtuvo un valor de 2.50 min/cm, que se entendería como pasados 2.50 minutos el nivel de agua descendería un centímetro en el suelo en ese punto en particular, clasificando al suelo por su filtración tipo rápida, ambos valores se son similares. Por lo que para los procesos del proyecto se tomara que la percolación en la zona es rápida. De esta manera obtenemos valores de infiltración hacia ambas partes (en la localidad de San Antonio) donde fueron elaboradas las calicatas, esto por ser el material variable en la localidad se toma el dato de capacidad de percolación más lenta, es decir el valor de 84 Lt/m2xdia, a una profundidad de 1.50 m. Al comparar estos valores con los resultados granulométricos obtenidos del laboratorio podemos confirmar los resultados. Esto es, que el tipo de suelo que existe limo arenoso con granulometría distinta, por lo que es evidente que la capacidad de infiltración rápida y altamente permeable en el punto.

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS [MEMORIA DE CÁLCULO Y ENSAYOS] [31]

8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 8.1 Conclusiones.  El área de estudio se encuentra ubicado al sur de la ciudad de Chavín de Pariarca, en la localidad de San Antonio, Distrito de Chavín de Pariarca, Provincia de Huamalies y Departamento de Huánuco.  En la carta "19-j" se ubica Al distrito de Chavín de Pariarca, específicamente al Centro Poblado de San Martín, dentro de la lito-estratigrafía del complejo de marañón (pe-cm), se puede afirmar que el 100% del territorio de la zona del proyecto presenta este tipo de afloramiento.  Para poder determinar el tipo de cimentación a utilizar, es necesario conocer las propiedades y características de cada uno de los suelos encontrados. Así como su granulometría, plasticidad, ángulo de fricción interna del suelo, cohesión, peso específico y otros.  Debido a la importancia que cobra la cimentación, la misma esta forzada a cumplir con ciertos parámetros geométricos, de presión, de conformación que responden a las características del suelo y de las cargas de la estructuras y los cuales se esbozaron a lo largo del trabajo. Por lo tanto el diseño de una cimentación no es algo que se realiza de manera intuitiva sino que cumple con una metodología de diseño que evalúa desde la forma de la cimentación hasta la profundidad que esta va comprender, así como también las características naturales del suelo.  El terreno es muy apto para construcciones puesto que los materiales utilizados por los pobladores y aledaños utilizan el mismo material para construcción de sus viviendas y otras de utilidad (cocinas artesanales y hornos).  El perfil de suelo para cada estructura es el siguiente: 

CÁMARA DE CAPTACIÓN DE LADERA “MANANTIAL SAN ANTONIO” La exploración del lugar se efectuó en base a la calicata C-1. El terreno está conformado por un depósito de suelos orgánicos en la superficie. Luego continúa una capa de suelo tipo limo con grava de color amarillo (ML), en estado semicompacto y medianamente húmedo hasta una profundidad de 1.10 m; seguidamente se tiene una capa de suelo de partículas finas-Limo de baja plasticidad gravoso de color plomo (ML) en estado semicompacto y medianamente húmedo hasta una profundidad de 1.60 m, a partir de cual se encuentra un suelo gravoso de color crema oscuro hasta más allá de la profundidad investigada.



LÍNEA DE CONDUCCIÓN Y ADUCCIÓN La exploración del lugar se efectuó en base a las calicatas C-2 y C-3. El perfil típico presenta un depósito de suelos orgánicos en la superficie. Luego continúa una capa de suelos de partículas gruesas con finosGrava limosa de color marrón claro (GM), en estado semicompacto, húmedo hasta una profundidad de

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS [MEMORIA DE CÁLCULO Y ENSAYOS] [32]

1.40m, a partir de dicho estrato continua un suelo gravoso de color marrón claro hasta más allá de la profundidad investigada. 

RESERVORIO APOYADO El reservorio de 24 m3 de volumen se cimentará en una zona rocosa de acuerdo al terreno disponible. El tipo de roca predominante es de tipo esquisto (roca metamórfica). A continuación se muestra una fotografía para constatar la existencia de la roca.



REDES DE DISTRIBUCIÓN. La exploración del lugar se efectuó en base a la calicata C-4. El terreno está conformado por un depósito de suelos orgánicos en la superficie. Luego continúa una capa de suelos gruesas con finos con presencia de grava limosa con bloque de color marrón claro (GM), en estado de semicompacto, húmedo hasta una profundidad de 1.50m. A partir de dicho estrato continuo un suelo gravoso de color

marrón claro hasta más allá de la profundidad investigada. 

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (PTAR) La exploración del lugar se efectuó en base a la calicata C-5. El terreno está conformado por un depósito de suelos orgánicos en la superficie. Luego continúa una capa de suelo de partículas gruesas con finos con presencia de grava limosa con bloque de color rojo oscuro (GM), en estado semicompacto y medianamente húmedo hasta una profundidad de 1.40 m; seguidamente se tiene una capa de suelo de partículas finas-grava limosa con bloques de color rojo oscuro (GM) en estado semicompacto y medianamente húmedo hasta una profundidad de 2m, a partir de cual se encuentra un suelo gravoso de color rojo oscuro hasta más allá de la profundidad investigada.

 Capacidad admisible de carga. RESUMEN DE CAPACIDAD PORTANTE POR RESISTENCI AL CORTE ESTRUCTURA

Si

DF

B (m)

Qadm (Kg/cm2)

CAPTACION EN MANANTIAL

1.20

1.30

0.62

0.34

RESERVORIO APOYADO

1.50

2.50

6.00

---

1.50

2.50

3.06

1.67

PLANTA DE TRAT. DE AGUAS RESIDUALES

(cm)

 El suelo es apto para drenaje por su percolación del tipo media para filtración de agua. De acuerdo a los resultados de la exploración del pozo de percolación Nº 01, a 150 cm de profundidad.

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS [MEMORIA DE CÁLCULO Y ENSAYOS] [33]

 De los ensayos de percolación realizados, se observa que la percolación es del tipo rápido, suelo velocidad de infiltración rápida, su capacidad de infiltración varía entre 89 y 94 Lt/m2xdía en diferentes puntos de la localidad de San Antonio.  Los materiales a utilizar han de ser traídos de una cantera cercana a la localidad para la construcción a la obra puesto que no cuentan con cantera de volumen para su explotación.  Agresividad de contenido químico es insignificante. 8.2 Recomendaciones.  Una vez que se haya efectuado la excavación hasta llegar a la profundidad del nivel de cimentación donde se proyecta colocar y apoyar las cimentaciones proyectadas, es recomendable que se efectúen previamente los trabajos de escarificado, perfilado, nivelación y compactación de la sub rasante al 95% de la Máxima Densidad Seca del ensayo Próctor Modificado, previos a la construcción de dichas cimentaciones.  Remover cobertura vegetal a fin de que no se introduzcan elementos contaminantes a los materiales de construcción ni a la obra en sí.  Para el diseño de muros de contención y calzadura, se utilizará un valor del coeficiente de empuje activo promedio de Ka=0.30 para la grava limosa GM, Ka = 0.44 para limo de baja plasticidad ML.  En cuanto a los taludes de excavación hasta profundidades de 2 metros, es recomendable la realización de un talud 3H: 2V, ya que el terreno es suficientemente estable. No se corta nivel freático pero esta puede sufrir cambios estacionales o como consecuencia de dilatados periodos de lluviosos o de sequía, en otras los costeros del canal pueden sufrir erosión lo cual hace necesario y recomendable eliminar continuamente el azolve del canal.  Dada las propiedades del suelo observada en la localidad de San Antonio es posible y recomendable la utilización del suelo como relleno ya que no es problemática, debido a que los suelos predominantes son gravas limosas, limos de baja plasticidad y limos arenosos.  El tipo de cemento a utilizar tipo I, ya que según datos de laboratorio tenemos valores insignificantes de sulfatos.

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS [MEMORIA DE CÁLCULO Y ENSAYOS] [34]