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Municipalidad Distrital de Pichari ESTUDIO GEOTÉCNICO Y DE MECÁNICA DE SUELOS DEL AREA DE TERRENO PARA LA CONSTRUCCION

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ESTUDIO GEOTÉCNICO Y DE MECÁNICA DE SUELOS DEL AREA DE TERRENO PARA LA CONSTRUCCION DE AULAS EN LA I.E.P. Nº 38392 PICHARI BAJA 1.- ASPECTOS GENERALES.1.1.- Ubicación y Acceso.La evaluación geotécnica y de mecánica de suelos, se realizó sobre un sector de terreno plano, de forma triangular y de un área aproximada de 1,080.62 metros cuadrados, el mismo que se ubica al centro de la propiedad, de la Institución Educativa Nº 38392 Pichari Baja. La propiedad, que incluye al área evaluada, tiene su frontis hacia una avenida principal, sin nombre, de fluida circulación en la localidad. El área de estudio, políticamente pertenece al poblado de Pichari Baja, distrito de Pichari, provincia La Convención y departamento Cusco, siendo las coordenadas de ubicación U.T.M. aproximadas, de la calicata Nº 2 (centro del área evaluada), las siguientes: 8’ 615,418 Norte 626,218 Este 579 m.s.n.m. Partiendo de la ciudad de Ayacucho, mediante carretera asfaltada-afirmada se llega a la localidad de San Francisco, ubicada en la margen izquierda del río Apurimac y perteneciente a Ayacucho en un tiempo aproximado de 05 horas Luego se pasa el puente Inter. departamental sobre el río Apurimac y se llaga a la localidad de Kimbiri que pertenece al Cusco. Siguiendo por la margen derecha del río Apurimac, aguas abajo, se llega a la localidad de Pichari aproximadamente 30 minutos; de aquí se pasa a Pichari Baja en un tiempo aproximado de 5 minutos en camioneta.

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1.2.- Objeto del Estudio.Mediante observaciones de campo, levantamiento superficial, mapeo y toma de muestras en calicatas y ensayos de laboratorio de mecánica de suelos, el objetivo principal del presente estudio ha sido determinar la estratigrafía y condiciones geotécnicas del terreno de fundación, para que se puedan diseñar en forma apropiada las estructuras de cimentación de las nuevas aulas de la I.E.P. Nº 38392 Pichari Baja. 1.3.- Método de Trabajo.1.3.1. Trabajo de Campo.- Reconocimiento y levantamiento geológico-geotécnico del área de estudio - Ejecución de 03 calicatas ubicadas en lugares apropiados del terreno. - Mapeo y toma de muestras en el fondo de cada calicata - Determinación de procesos geodinámicos de mayor incidencia - Relación de la geología local con la regional - Toma de fotografías 1.3.2. Trabajo de Gabinete.- Interpretación de la información de campo - Pruebas de laboratorio en cada muestra de las calicatas - Interpretación de resultados de pruebas de laboratorio - Cálculo de capacidades portantes - Elaboración del plano de ubicación - Elaboración del plano geológico-geotécnico - Elaboración de la sección Geológica-geotécnica - Elaboración de sección estratigráfica - Elaboración del informe del Estudio 2.- ASPECTOS GEOLÓGICOS.-

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Municipalidad Distrital de Pichari 2.1.- GEOLOGÍA GENERAL DE LA ZONA.En la zona de Pichari Baja, afloran mayormente rocas sedimentariasmetamórficas y depósitos secundarios de origen aluvial y coluvial, cuyas edades van del paleozoico al cuaternario reciente. De la más antigua a la mas moderna, se tienen las siguientes: 2.1.1. Gupo Cabanillas Las rocas del grupo Cabanillas son las que se exponen con mayor extensión en la región y llegan hasta las cercanías del área de estudio, hacia el NE. Consiste en dos miembros, uno superior constituido por una alternancia de areniscas cuarzosas y limolitas pizarrosas, y otro inferior con una intercalación de limolitas pizarrosas de color negro y estructura laminar y con menor proporción de areniscas cuarzosas. El miembro inferior de este grupo, es decir areniscas cuarzosas y limonitas, constituye el basamento en la zona de Pichari Baja y por ende en el área de estudio, las mismas que por alteración y meteorización in situ y/o transporte, han dado lugar a cuantiosos depósitos secundarios recientes. 2.1.2. Depósitos Recientes Constituyen el suelo superior de la localidad de Pichri Baja, y son el producto de la alteración y meteorización de las areniscas y limonitas del grupo Cabanillas, los que se encuentran dispuestos en extensas terrazas laterales casi horizontales, a lo largo del cauce del río Apurimac. Se trata de conglomerados de matriz gravosa-limosa que adhiere a grandes fragmentos redondeados de roca arenisca de hasta 0.70 a 1.00 metro de diámetro, que en conjunto tienen una moderada consistencia. En el área de estudio se presentan con una potencia estimada de más de 10 metros, y constituyen el suelo de fundación para el implante de las estructuras de cimentación de las aulas a construir. La consistencia de este material es variable en la zona, siendo menor cerca de las márgenes del río Apurimac y mayor a medida que se aleja de ellas-

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Municipalidad Distrital de Pichari El material fluvial de arrastre y deposición reciente, se halla distribuido en playas en el fondo del lecho del río, que, a la altura de Pichari Baja, lo extraen para su uso como agregados de concreto, por su buena calidad.

2.2.- GEOLOGÍA LOCAL DEL AREA DE ESTUDIO Del levantamiento superficial a la escala 1/500 y del mapeo de 03 calicatas, se ha podido determinar la siguiente secuencia estratigráfica, para el terreno del área constructiva proyectada: Superficialmente se halla una delgada capa de material orgánico de 0.30 a 0.70 metros de espesor, a manera de cobertera, de color gris, baja consistencia y moderada humedad. . Por debajo de la capa superficial orgánica, se expone un potente horizonte de material conglomerático que se estima en mayor de 10 metros, constituido por una matriz gravosa limosa que adhiere a fragmentos redondeados de roca arenisca (bolones), que en conjunto tiene una textura heterogenia y una moderada consistencia y estabilidad. Este horizonte conglomerático, es el resultado de la erosión y acumulación lateral del río Apurimac, a través del tiempo, sobre las areniscas y limonitas del grupo Cabanillas, dando lugar a extensas terrazas de material fragmentado y redondeado de diferente granulometría, ubicadas en ambas márgenes del cauce. En este tipo de material conglomerático, se implantarán las estructuras de cimentación de las nuevas aulas que se proyectan construir. Por debajo del potente horizonte conglomerático y a una profundidad no determinada, deben existir las areniscas y limolitas intactas del grupo Cabanillas, que es el basamento de la zona. 2.2.- GEODINAMICA EXTERNA En general, todos los procesos de geodinámica externa están relacionados a factores fisiográficos, litológicos, hidrológicos y climáticos, que son inherentes a cada región.

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Municipalidad Distrital de Pichari De acuerdo a su altitud y según la clasificación de W. Kooppen, a la zona de Pichari Baja le corresponde un clima de Sábana (Aw), que se manifiesta a lo largo del valle del río Apurimac y se caracteriza por ser cálido, lluvioso y húmedo, con precipitaciones en todas las estaciones del año, siendo más intensas en los meses de Octubre a Enero. Debido a las características climáticas y dependiendo de la pendiente y consistencia del terreno, se van a desarrollar procesos geodinámicos, tales como deslizamientos, derrumbes, asentamientos, inundaciones y erosión de suelos, con diferente grado de intensidad. Las características del área de estudio, es decir muy poca pendiente del terreno (terraza sub horizontal) y moderada a buena consistencia de material de fundación, se prevé que la acción geodinámica externa va ser muy reducida, por lo que la estabilidad de las aulas proyectadas, está garantizada. 3.- ASPECTOS GEOTECNICOS.3.1.- UBICACIÓN Y MAPEO DE CALICATAS.Se han ubicado 03 calicatas de exploración dispuestas adecuadamente en el área destinada a la construcción de nuevas aulas en la Institución Educativa de Pichari Baja, y se excavaron hasta una profundidad promedio de 1.80 metros con bastante dificultad por las características de bolonería del terreno. Del fondo de cada calicata se tomó una muestra de material para su estudio, selección y envío al laboratorio de Mecánica de Suelos, para los ensayos correspondientes. El mapeo detallado de cada calicata, ha arrojado la siguiente información estratigráfica: Calicata N° 1 (C1).De 0.00 metros hasta 0.30 metros, se expone una delgada capa de material orgánico de color gris oscuro a negro, con raíces de pastos, de aspecto limoso, mala consistencia y poca humedad. De 0.30 metros a 1.50 metros (fondo de calicata), se presenta una grava arenosa y limosa, algo arcillosa, de color gris a marrón claro, compuesta de una matriz

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Municipalidad Distrital de Pichari gravo-arenosa que engloba a bolones de roca arenisca, redondeados, color pardo, competentes y con diámetros hasta de 0.50 metros. A medida que se profundiza en la excavación, la matriz cambia de color a marrón claro y se torna más arcillosa. Las paredes de la calicata se muestran estables y consistentes, con poca humedad y aspecto granular heterogenio.

Calicata N° 2 (C2).De 0.00 metros hasta 0.70 metros, se expone una capa mayor de material orgánico de color negruzco y con raíces de pastos, aspecto limoso, baja consistencia y poca humedad. De 0.70 metros a 1.80 metros (fondo de calicata), se presenta una grava arenosa de color gris oscuro y de aspecto conglomerático, con regular proporción de bolones de roca, compuesta de una matriz gravo-arenosa que engloba a bolones de arenisca cuarzosa, adheridos a una matriz arenosa de moderada consistencia. Las paredes de la calicata tienen buena estabilidad y poca humedad. Los bolones de roca son semi redondeados con diámetros de hasta .0.50 metros en una proporción del orden del 30%. El terreno donde ubica la calicata, así como el de toda el área evaluada, es relativamente plano y está cubierta casi íntegramente por pastizales. El color negruzco de la matriz y los bolones de arenisca, permiten deducir que las rocas originales (grupo Cabanillas) fueron areniscas y pizarras. Calicata N° 3 (C3).De 0.00 metros hasta 0.40 metros, existe una delgada capa de material orgánico cubierta íntegramente de pastizales, de color gris a negruzco, aspecto limoso, baja consistencia y moderada humedad. De 0.40 metros a 2.10 metros (fondo de calicata), se expone una grava arenosa algo arcillosa, de aspecto conglomerático, con una matriz fina que adhiere a fragmentos grandes de arenisca, de forma redondeada, con dimensiones de hasta

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Municipalidad Distrital de Pichari 0.50 metros de diámetro, que en profundidad dificulta la excavación de la calicata. El material en las paredes de la calicata, se muestra estable y con moderada consistencia. A medida que se profundiza, la proporción de bolones de roca se incrementa con respecto a la matriz. 3.2.- ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN 3.2.1. Condiciones de Cimentación.En base a la investigación de campo y al análisis de las características y estratigrafía del terreno de fundación, se deduce que presenta buenas condiciones de cimentación, debido a su condición granular conglomerática y su consistencia semi compacta a compacta. 3.2.2. Profundidad y Tipo de Cimentación.Por los resultados de los ensayos de laboratorio, trabajos de campo, perfiles estratigráficos y teniendo en cuenta las características físico-mecánicas del terreno de fundación, donde se construirán las nuevas aulas de la I.E.P. Nº 38392 de Pichari Baja, se concluye que las cimentaciones serán superficiales, del tipo zapatas aisladas y/o cimientos corridos simples, desplantados en suelo natural del tipo gravoso limoso “GM” en estado compacto, a la profundidad mínima de 0.90 metros, medida a partir del nivel de la superficie del terreno. 3.3. INTERPRETACIÓN DE PRUEBAS DE MECANICA DE SUELOS.Para la evaluación geotécnica del material de fundación del área constructiva, se han ejecutado 3 calicatas, dispuestas adecuadamente para que representen al total del área en referencia. En el fondo de cada calicata se tomó una muestra de material para las pruebas correspondientes. Los resultados de las pruebas de laboratorio de granulometría y densidad, para los parámetros que se indican, han dado los siguientes valores: Calicata (C1)

Calicata (C2)

Calicata (C3)

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Municipalidad Distrital de Pichari Límite Líquido

:

39.4

40.2

------

Límite Plástico

:

30.1

29.0

N. P.

Índice de Plasticidad

:

9.3

11.2

N..P.

Clasificación S.U.C.

:

GM

GM

GM

Clasificac.AASHTO :

A-2-4(0)

A-2-6(1)

A-1-b(0)

Densidad húmeda (gr/cm3) :

1.85

1.82

1.87

Densidad seca (gr/cm3) :

1.68

1.65

1.72

Para las pruebas de corte directo, se han tomado parte de las muestras obtenidas en el fondo de las calicatas. Las pruebas en mención han dado los siguientes resultados, para los parámetros que se indican: Calicata (C1)

Calicata (C2) Calicata (C3)

Angulo de Fricción (Ø) :

32°

32º

33º

Cohesión (c) (kg/cm2) :

0.02

0.02

0.00

3.4. CALCULO DE LA CAPACIDAD PORTANTE ADMISIBLE.Para determinar la capacidad portante admisible del terreno, se han considerado las condiciones físico-mecánicas del material de fundación (Muestras tomadas en las calicatas C1, C2 y C3 del área de construcción), que representan las condiciones mas favorables y las menos favorables respectivamente y se han propuesto dimensiones recomendables para la cimentación. El cálculo correspondiente se ha efectuado con la teoría de Terzaghi y, por tratarse de suelos estables y compactos, se ha utilizado la que corresponde al caso de “Falla General”, que tiene la siguiente formula:

q adm. Donde:

1 = ------- (c Nc + g Df Nq + 0.4g B N g) FS

q adm.

= Capacidad de carga admisible (Kg. / cm2)

c

= Cohesión (Kg. / cm2)

g

= Densidad natural del suelo (gr. / cm3)

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Municipalidad Distrital de Pichari Df

= Profundidad de la cimentación (m.)

B

= Ancho de la zapata (m.)

Nc, Nq, Ng = Coeficientes de capacidad de carga en función de ø FS

= Factor de seguridad.

Ø

= Angulo de fricción interna.

Al área de la Calicata C1, muestra M1, le corresponde los siguientes parámetros: Densidad natural del suelo húmedo (grs. / cm3)

:

gh = 1.85

Densidad natural del suelo seco (grs. / cm3)

:

gs = 1.68

Ángulo se fricción interna

:

ø =

32º

Cohesión (Kg. / cm2)

:

c=

0.02

Profundidad de cimentación (m.)

:

Df =

0.90

Ancho de la Zapata (m.)

:

B=

1.20

Factor de Seguridad

:

FS=

Con los que se obtiene la siguiente capacidad portante admisible: q adm.= 1.83 Kg/cm2

C1

Al área de la Calicata C2, muestra M1, le corresponde los siguientes parámetros: Densidad natural del suelo húmedo (grs. / cm3)

:

gh = 1.82

Densidad natural del suelo seco (grs. / cm3)

:

gs = 1.65

Ángulo se fricción interna

:

ø=

32º

Cohesión (Kg. / cm2)

:

c=

0.02

Profundidad de cimentación (m.)

:

Df =

0.90

Ancho de la Zapata (m.)

:

B=

1.20

Factor de Seguridad

:

FS=

3

Con los que se obtiene la siguiente capacidad portante admisible: : q adm.= ø = 1.80 30ºKg/cm2

C2

Al área de la Calicata C3, muestra M1, le corresponde los siguientes parámetros: “MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS DE EDUCACIÓN PRIMARIA DE LA I.E. N° 38392 MX-P DE PICHARI BAJA, DISTRITO DE PICHARI- PROVINCIA LA CONVENCIÓN-CUSCO"

Municipalidad Distrital de Pichari Densidad natural del suelo húmedo (grs. / cm3)

:

gh = 1.87

Densidad natural del suelo seco (grs. / cm3)

:

gs = 1.72

Ángulo se fricción interna

:

ø=

33º

Cohesión (Kg. / cm2)

:

c=

0.01

Profundidad de cimentación (m.)

:

Df =

0.90

Ancho de la Zapata (m.)

:

B=

1.20

Factor de Seguridad

:

FS=

3

Con los que se obtiene la siguiente capacidad portante admisible: q adm.= 1.90 Kg/cm2

C3

Se recomienda, diseñar la estructuras de cimentación con la menor de las capacidades portantes calculadas, o sea de 1.80 Kg/cm2, ya que está sujeta a un factor de seguridad igual a 3. De acuerdo al valores resultantes de capacidad portantes, se propone que las cimentaciones sean superficiales del tipo de zapatas aisladas y/o cimientos corridos simples, desplantadas en un suelo natural tipo grava limosa (Conglomerático) “GM”, a una profundidad mínima de 0.90 metros, medidos a partir del nivel de la superficie del terreno La obtención de parámetros de capacidad de carga y las normas aplicadas, son como siguen: Nombre

Símbolo

Ensayo

Ángulo de fricción interna

Ø

Corte directo

ASTM D-3080

Cohesión

c

Corte directo

ASTM D-3080

Densidad natural

g

Cono de arena

ASTM D-1556

Coeficientes de carga

Nc, Nq, Ng Tablas

Norma

Tablas

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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 1.- El área de ubicación de la I.E.P. Nº 38392 de Pichari Baja, políticamente pertenece al anexo de Pichari Baja, distrito de Pichari, provincia de La Convención y departamento de Cusco. 2.-

El área constructiva, motivo de evaluación, tiene una superficie relativamente plana, una forma triangular y una extensión aproximada de 1,080.62 metros cuadrados, y se ubica dentro de la propiedad de la Institución Educativa Pichari Baja.

3.-

El suelo de fundación es una grava arenosa de aspecto conglomerático con bolones de roca, que ha resultado de la alteración y meteorización de areniscas, de limonitas y en menor grado de pizarras, que pertenecen al grupo litológico Cabanillas.

4.- Los ensayos granulométricos, clasifican al material de fundación, constituido por gravos limosas con bolones de roca, como un suelo granular de tipo “GM”, con buenas condiciones de cimentación. “MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS DE EDUCACIÓN PRIMARIA DE LA I.E. N° 38392 MX-P DE PICHARI BAJA, DISTRITO DE PICHARI- PROVINCIA LA CONVENCIÓN-CUSCO"

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5.- En base a los parámetros de densidad, ángulo de fricción y cohesión, conseguidos mediante ensayos, y para una profundidad de cimentación de 0.90 metros y ancho de zapata de 1.20 metros, se ha calculado una capacidad portante promedio de 1.84 Kg/cm2. 6.- De acuerdo al valor obtenido de capacidad portante calculada, es recomendable que las estructuras de cimentación sean del tipo de zapatas aisladas y/o cimientos corridos simples. 7.- En el diseño de las estructuras de cimentación, se recomienda considerar el valor mas bajo de las capacidades portantes calculadas, es decir de 1.80 Kg/cm2, ya que está sujeto a un factor de seguridad igual a 3. 8.-

Las características del área de evaluación geotécnica, como baja pendiente del terreno y moderada consistencia del material de fundación, se prevé que la acción geodinámica va se muy reducida, lo que garantiza la estabilidad y la ausencia de riesgos en las aulas a construir. PLANOS Y ANEXOS: 

Plano Geológico-Geotécnico local



Secciones Geotécnicas A-A’



Perfil estratigráfico del terreno de fundación.



Reportes de pruebas de Mecánica de suelos



Fotografías del área de estudio

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Foto Nº 1 (0235) Pabellón de aulas que muestra el nombre de la Institución Educativa (I.E.P. Nº 30392 Pichari Baja) cuyo frontis da a una avenida principal sin nombre, bastante transitable en la zona.

Foto Nº 2 (0234) “MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS DE EDUCACIÓN PRIMARIA DE LA I.E. N° 38392 MX-P DE PICHARI BAJA, DISTRITO DE PICHARI- PROVINCIA LA CONVENCIÓN-CUSCO"

Municipalidad Distrital de Pichari Parte de los pabellones antiguos de la Institución Educativa, que actualmente se hallan en malas condiciones de habitabilidad, sin embargo se siguen utilizando como aulas y otros ambientes de servicio

Foto Nº 3 (0227) Ubicación de la calicata Nº 1 adyacente a un pabellón antiguo, sobre un terreno plano y cubierto de pastizales. Se puede observar el material granular y los bolones de roca extraídos de la calicata.

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Municipalidad Distrital de Pichari Foto Nº 4 (0233) Perfil estratigráfico mostrado por la calicata Nº 1. Se observa la capa superficial de material orgánico y, hacia el fondo el material gravoso con bolones de roca, del cual se obtuvo la muestra.

Foto Nº 5 (0222) Lugar de ejecución de la calicata Nº 2 en la parte frontal de otro pabellón antiguo, donde se aprecia al material extraído consistente en grava arenosa con regular cantidad de bolones de roca.

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Municipalidad Distrital de Pichari Foto Nº 6 (0226) La vista permite observar la profundidad de la calicata Nº 2, existiendo en el fondo de la misma grandes bolones de roca en una matriz gravosa arenosa, que dificultan la excavación de la calicata.

Foto Nº 7 (0215) Punto de ubicación de la calicata Nº 3, sobre un terreno plano que se extiende hasta el límite de la propiedad. Se observa que el material extraído contiene un mayor número de bolones de roca con respecto a la matriz.

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Foto Nº 8 (0219) Profundidad de la calicata Nº 3, que al fondo expones el material de fundación con las mismas características conglomeráticas heterogéneas, del cual se tomó la muestra para los ensayos de laboratorio

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