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• Daniel Molina Muñoz

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17714

R y V Ingenieros ®

INFORME DE MECÁNICA DE SUELOS

PROYECTO DE AMPLIACIÓN UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL MAULE AV. SAN MIGUEL Nº3605 COMUNA DE TALCA VII REGIÓN

CLIENTE: UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL MAULE.

Santiago, Febrero de 2017.

Licenciado las Peñas Nº 4909

Ñuñoa

Santiago

Fono 22245 33 62

2

R y V Ingenieros ®

INDICE CONTENIDO

pág.

1 1.1 1.2 1.3 1.4

Introducción Objetivos y Alcances del Estudio Características del Proyecto Marco de referencia Plano de Ubicación de prospecciones

3 3 3 4 5

2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6

Antecedentes de Mecánica de Suelos Antecedentes generales del suelo Exploración Geotécnica de Suelos Caracterización del subsuelo Modelo Estratigráfico Situación de la napa freática Perfil estratigráfico

6 6 8 9 9 12 12

3. 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7

Propiedades de diseño Parámetros geotécnicos de diseño Capacidad de soporte y constante de balasto Clasificación sísmica del suelo Capacidad de infiltración del terreno Parámetros para el diseño estructural de pavimentos Parámetros de la densidad del suelo Parámetros para el cálculo de empujes

13 13 14 17 20 20 21 21

4 4.1 4.2 4.3

Determinación de los valores de las fuerzas de empuje Muros subterráneos arriostrados por losas Muros de contención no arriostrados Empuje pasivo

23 23 25 26

5 5.1 5.2

Antecedentes para el diseño de Fundaciones Sistema de fundaciones recomendado Definición del sello de fundaciones

27 27 27

6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5

Especificaciones técnicas Especificaciones técnicas para fundaciones y radieres Especificaciones técnicas para rellenos Recomendaciones para la seguridad al interior de la obra Recomendaciones para no afectar a los vecinos y espacios públicos Limitaciones de este estudio

28 28 30 31 32 33

Anexo Nº 1: Estratigrafía Anexo Nº 2: Ensayos de Infiltración Anexo Nº 3: Informe Velocidad de Ondas de Corte Anexo Nº 4: Informe de Sondaje Geotécnico Anexo Nº 5: Ensayos de Laboratorios

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34 38 40 41 42

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1.

Introducción

1.1

Objetivos y Alcances del Estudio

El presente informe contiene los resultados y conclusiones del Estudio de Mecánica de Suelos, solicitado a R y V Ingenieros ®, de acuerdo con los requerimientos del proyecto de construcción de cuatro edificios educacionales a emplazarse en Av. San Miguel Nº3605, comuna de Talca, VII Región.

Ilustración con ubicación del terreno El estudio tiene como base el conocimiento global de los suelos de la zona, características y antecedentes del proyecto y la exploración geotécnica. Su objetivo es cuantificar las propiedades geo-mecánicas del suelo, tales como capacidad de soporte, constantes de reacción, parámetros para diseño de pavimentos y clasificación sísmica del terreno. Además, a partir de los parámetros obtenidos, se elaboran recomendaciones para definir sistemas de fundaciones, preparación de superficie para pavimentos y radieres, procedimientos para excavaciones, y las recomendaciones y especificaciones técnicas para el correcto diseño, construcción y control de las obras. 1.2

Características del Proyecto - Destino

: Educacional.

- Terreno

: Plano de una superficie aproximada de 6240 m2.

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- Geometría : 2 edificios de planta de 1000 m2 c/u con 4 a 5 pisos y con uno a dos subterráneos. 2 edificios de planta de 500 m2 c/u con 2 pisos y con uno a dos subterráneos. - Estructura : Hormigón Armado. 1.3

Marco de referencia El estudio se realiza sobre la base de los antecedentes: -

Cliente : Universidad Católica del Maule Contacto : Sr. Juan Martínez.

A continuación, se resumen los antecedentes que definen el marco de referencia del estudio, incluyendo la geometría de la red de exploración diseñada para cumplir los objetivos del estudio. a) Presupuesto del Estudio, elaborado por R y V Ingenieros ®, debidamente aceptado por el cliente. En él se definen los alcances y características del estudio y su respectivo Informe de Mecánica de Suelos. b) Visitas a terreno y exploración geotécnica a cargo del Sr. Mauricio Astorga en representación de esta oficina, los días 12,14 y 15 de diciembre de 2016. c) Inspección visual de muestras extraídas del terreno. d) Informe de Velocidades de Onda Nº509 emitido por Ingeniería Geo Ondas Ltda. e) Informe de laboratorios Nº3876-0-16 emitido por laboratorios Onegeotecnia. f) Informe de laboratorios Nº112.039 emitido por laboratorios Tecnolab Ltda. g) Informe de Sondaje Geotécnico Nº248 emitido por Tecnolab Prospecciones Ltda. h) Antecedentes del proyecto proporcionados por el cliente o Plano de ubicación con fecha 04.11.2016 i) Otros estudios geotécnicos realizados en el sector. Modificaciones en el proyecto original, pueden introducir cambios importantes en el estudio. Eventualmente, puede ser necesario reorientar la exploración geotécnica, introduciendo nuevos puntos de exploración o profundidades de exploración mayores.

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1.4

Plano de ubicación de prospecciones

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2.

Antecedentes de Mecánica de Suelos

2.1

Antecedentes generales del suelo

2.1.1 Antecedentes geomorfológicos La comuna de Talca se encuentra ubicada en la zona centro de la VII región, específicamente en la cuenca del río Maule. Se encuentra inmersa en la estructura de relieve conocida como depresión intermedia y a una altura media de 102 m. s. n. m. Este valle presenta una leve pendiente que principalmente va de oriente - poniente. Talca está limitado al norte por el río Lircay, al oriente por la Cordillera de los Antes, al sur por el río Maule y poniente se encuentra el río Claro. Los suelos de la zona se formaron en el período Pleistoceno y corresponden a depósitos piroclásticos principalmente riolíticos, asociados a calderas de colapso. Estos suelos son típicos de la Depresión Intermedia y valles que se internan en la precordillera de Los Andes y que se extienden entre las regiones V a VII.

Esquema de la geología del sector

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2.1.2

Antecedentes geográficos

La comuna de Talca se emplaza en la cuenca del rio Maule cuyo relieve está caracterizado por una intensa acción de volcanes y glaciares, que han permitido la formación de lagunas cordilleranas, entre las que destaca la Laguna de Teno, ubicada a los pies del volcán El Planchón. Los dos elementos más importantes del relieve de esta zona, que son las cordilleras de Los Andes y de la Costa, se encuentran cortadas por numerosos valles creados por ríos que tienen un origen andino. El Valle Longitudinal es producto de la constante depositación de material, en forma de cono fluvioglaciovolcánicos, proveniente de la cordillera de Los Andes. La Cordillera de la Costa se presenta con alturas mucho menores, a las mencionadas en cuencas del norte y más aisladas, lo que permite la formación de valles en su interior. Las Planicies Litorales, toman importancia en esta zona, ya que tienen un ancho medio de 5 Km., y solo se ven interrumpidas por la desembocadura de ríos. La cuenca del río Maule tiene una superficie de 20.295 Km2, ubicada entre los paralelos 34º 50` y 36º 30` de latitud sur y los meridianos 70º 22´ - 72º 47´ longitud oeste. Sus límites naturales son la Cordillera de Los Andes por el oriente, la cuenca del río Mataquito por el norte, y por el sur lo es la cuenca del río Itata. En términos administrativos esta cuenca se encuentra emplazada en la parte sur región del Maule, en su totalidad.

2.1.3 Eventos naturales que pudiesen afectar la calidad del suelo En la siguiente imagen se muestra la zona que se pueden ver afectadas por los sismos y su magnitud, de acuerdo a los registros que se tienen.

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Fuente: Unidad de Gestión de Información Territorial UGIT, Gobierno Regional del Maule.

2.2

Exploración geotécnica de suelos

La exploración geotécnica se inició con el análisis de los antecedentes del proyecto y un reconocimiento de superficie, destinados a definir la situación global del terreno. Acorde a los antecedentes contenidos en el marco de referencia y las conclusiones del reconocimiento de superficie, la exploración que se detalla en el croquis de la sección 1.4, quedó compuesta por dos calicatas de 8.50 m de profundidad y dos calicatas de 3.00 m de profundidad, destinadas a determinar las propiedades de los suelos de fundación. Las calicatas, excavadas manualmente, fueron inspeccionadas y sometidas a muestreo por personal de esta oficina, levantándose el registro estratigráfico que se entrega en el Anexo Nº1 y se resume en la sección 2.3. Dados los tipos de suelos encontrados y la naturaleza de las obras, se obtuvieron muestras perturbadas e inalteradas, las que fueron analizadas y seleccionadas para definir el programa de ensayes que fue desarrollado por laboratorios especializados. Adicionalmente, y para dar cumplimiento a la norma Nch433 y DS61 se realizaron mediciones de velocidad de onda de corte mediante el método MASW, y un sondaje de 30m de profundidad, cuyos informes se adjuntan en los Anexos Nº3 y Nº4, respectivamente.

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2.3

Caracterización del subsuelo

El subsuelo de la zona donde se emplazará la estructura, está formado en primer lugar por una capa vegetal contaminada. Bajo este estrato se observa suelo natural arcilloso cementado de color café, plasticidad alta y consistencia firme. A continuación, se observa arena arcillosa cementada de color café, plasticidad baja y consistencia firme. Finalmente, en las calicatas 1 y 2, se observa arena limpia de color gris amarillento, de cementación alta y compacidad alta. La composición y características de los suelos detectados, permiten que sean trabajables con herramientas y maquinarias tradicionales, empleadas en las faenas de construcción.

2.4

Modelo Estratigráfico

De acuerdo con la información obtenida de la exploración, el subsuelo presenta un perfil compuesto por las siguientes unidades estratigráficas fundamentales, cuyas características y dimensiones se entregan a continuación. UNIDAD U1 : Cobertura Vegetal Las profundidades entre las que se extiende este estrato se detallan en la tabla siguiente: 2 3 4 Calicata Nº 1 S1 Desde, [m] 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Hasta, [m] 0.30 0.30 0.30 0.30 0.55

UNIDAD U2 : Arcilla de plasticidad media a baja, humedad baja y color café. Suelo de estructura migajón, de porosidad baja y consistencia firme, con aproximadamente entre 28% y 38% de arena. Existe presencia de raíces y raicillas en contenido bajo. No presenta agrietamiento y no se observan características expansivas. De acuerdo con el sistema USCS, clasifica como CL. Las profundidades entre las que se extiende este estrato se detallan en la tabla siguiente: 2 3 4 Calicata Nº 1 S1 Desde, [m] 0.30 0.30 0.30 0.30 0.55 Hasta, [m] 1.50 1.50 1.90 1.20 1.55

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UNIDAD U3 : Arena arcillosa cementada de grano medio a grueso, plasticidad baja, humedad media y color café. Posee una cementación alta y una consistencia firme. Contiene un porcentaje de finos de aproximadamente entre 19% y 35%. No se observan raíces ni raicillas. De acuerdo con el sistema USCS, clasifica como SC, SM a SC-SM. Las profundidades entre las que se extiende este estrato se detallan en la tabla siguiente: 2 3 4 Calicata Nº 1 Desde, [m] 1.50 1.50 1.90 1.20 Hasta, [m] 3.80 3.70 3.00 3.00

S1 -

UNIDAD U4 : Arena limpia de grano medio, humedad media y color gris amarillento. Posee una cementación alta y una compacidad alta. Contiene un porcentaje de finos de aproximadamente entre 11% y 14%. No se observan raíces ni raicillas. De acuerdo con el sistema USCS, clasifica como SP-SM, SW-SM a SM. Las profundidades entre las que se extiende este estrato se detallan en la tabla siguiente: 2 Calicata Nº 1 Desde, [m] 3.80 3.70 Hasta, [m] 8.50 8.50

3 -

4 -

S1 1.55 16.55

Nota: Debido a la dureza y cementación de los estratos arenosos no fue posible realizar ensayo de CPT. UNIDAD U5 : Grava de plasticidad baja, estructura homogénea, compacidad muy densa, sin presencia de materia orgánica. Presenta un lente de suelos finos con arena color café claro a oscuro entre los 23.00m y 24.8m de profundidad. De acuerdo con el sistema USCS, clasifica como GP. Las profundidades entre las que se extiende este estrato se detallan en la tabla siguiente: Calicata Nº Desde, [m] Hasta, [m]

1 -

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2 -

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3 -

4 -

S1 16.55 30.00

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2.4.1 Registro fotográfico Calicata Nº1

Calicata Nº2

Calicata Nº3

Calicata Nº4

Sondaje S1

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2.5

Situación de la napa freática

A la fecha de la exploración de las calicatas, 12,14 y 15 de diciembre de 2016, la napa freática no fue detectada dentro de las profundidades. A la fecha de exploración del sondaje geotécnico, entre los días 27 y 29 de diciembre de 2016, el nivel de agua al interior del sondaje geotécnico fue detectado a un nivel máximo medido de 5.8m de profundidad. Este nivel no corresponde a la napa freática propiamente tal, dado que se ve influenciada por el agua de inyección para realizar el sondeo. Sólo se informa la situación detectada a la fecha de exploración, desconociéndose su variación estacional y a través del tiempo, tema que escapa a esta especialidad. 2.6

Perfil Estratigráfico

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3.

Propiedades de diseño

Los parámetros que se incluyen en este capítulo, se fundan en las observaciones de terreno, la experiencia del consultor en los suelos de la zona y los resultados de los ensayes de laboratorio. 3.1

Parámetros geotécnicos de diseño

3.1.1 Parámetros de Resistencia al Corte. En la tabla siguiente se entregan los parámetros que describen el comportamiento general del suelo para cada unidad, bajo los antecedentes antes mencionados; para su determinación se contó con ensayos de corte directo, compresión no confinada y los resultados de los ensayes SPT conforme a la formulación de Sanglerat y Meyerhoff.

Concepto

Símbolo Unidades

Peso unitario húmedo Cohesión Ángulo de fricción interna

Arcilla

Arena Arcillosa

Arena Limpia

U2

U3

U4

( g h)

[Ton/m³]

1,80

1,75

1,60

( c)

[Ton/m²]

2,0

1,5

1,0

( fn)

[°]

20

30

35

3.1.2 Módulo de elasticidad Para obtener el valor del módulo de elasticidad se utilizó la correlación de Schmertmann para suelos granulares:

Donde: E: Módulo de elasticidad. = 6, para arenas medias. N= 21 Número menor de golpes SPT, obtenido de sondaje a nivel de sellos de fundación. A partir de esto el valor se obtiene el valor del módulo de elasticidad: E= 252 (kg/cm2) =2520 (t/m2)

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3.2

Capacidad de soporte y constante de balasto

3.2.1

Capacidad de soporte

Para determinar la capacidad de soporte última se utilizó la fórmula de Meyerhof que relaciona la capacidad de soporte del suelo con el número de golpes del ensayo SPT:

Donde: Qamm Kd SPT D B

: Capacidad última de carga. : Kd= 1+ 0.33*(D/B), Kd ≤ 1.33. : Número de golpe en el centro del estrato. : Profundidad de la fundación o cimentación. : Ancho de la fundación o cimentación. La capacidad de soporte admisible está dada por la siguiente fórmula:

Donde: qa Qamm FS

: Capacidad de carga admisible. : Capacidad última de carga. : Factor de seguridad. Para caso estático es 3 y para caso sísmico es 2.5.

Dada la formulación planteada anteriormente, se recomienda limitar la capacidad de soporte admisoble a los valores entregados a continuación: Capacidad de soporte (kg/cm²) Estática Sísmica

Unidad Estructuras de un subterráneo apoyadas en arena arcillosa U3 Estructuras de dos subterráneos apoyadas en arena limpia U4

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1.50

2.00

4.00

5.60

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3.2.2

Constante de balasto

Para determinar el módulo de elasticidad se utilizó la formulación de Skempton Giroud:

Donde: E: Módulo de elasticidad. v= 0.3, módulo de corte. B= 30cm, ancho de fundación. I12= 0.82, factor de forma para zapatas cuadradas. La constante de balasto estática básica para una placa de 30x30cm es: K0.3 = 11,25,(Kg/cm3) La constante de balasto indicada anteriormente, corresponde a una placa de 30cm de diámetro, por lo que al considerar una fundación de dimensiones, en planta, de B x L (siendo B=Ancho, en cm y L=Longitud, en cm), estos valores deben ser corregidos de acuerdo a la siguiente expresión:

Donde: KBXB: Constante de balasto fundación cuadrada de lado B. KBXL: Constante de balasto fundación BxL. K0.3: Constante de balasto, placa circular 30cm [ensayo]. L: Largo fundación (cm). B: Ancho fundación [lado menor] (cm). - Para estimar la constante de balasto al giro se debe multiplicar el valor estático por 2.5.

La constante de balasto se recomienda limitarla a: Constante de Balasto mínima (kg/cm3) Estática Sísmica 1.50 3.70

Unidad Arena

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3.2.3

Cálculo de asentamientos

Para determinar el asentamiento elástico de las fundaciones se deberá considerar la siguiente formula:

S elast 

qo * (1   2 ) * B * I  E

Donde: q0 : Presión de la fundación sobre el terreno. : Coeficiente de Poisson. B: Ancho de la fundación. E: Módulo de Young. I: Factor de forma definido por la tabla siguiente: Factores de forma a utilizar en expresiones de asentamientos L/B I 1.0 0.82 1.5 1.06 2.0 1.20 5.0 1.70 >10.0 2.10 L : Lado mayor de la fundación B: Lado Menor de la fundación El asentamiento máximo admisible de las estructuras deberá ser aquel que garantice un comportamiento elástico del suelo de fundación y la estructura sea capaz de asumir estos asentamientos. En base a lo anterior se recomienda considerar un asentamiento elástico admisible dado por el menor valor de: a) Sadm < 2.54cm (1“) b) Sadm < L/500 Donde L es la distancia entre las fundaciones o vanos más cercanos.

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3.3

Clasificación sísmica del suelo a) Velocidades de Onda

La medición de velocidades de onda de corte Vs mediante el método sísmico MASW, entrega como resultado los valores ponderados de velocidad de onda de corte para los primeros 30m (Vs30) bajo el nivel actual de terreno, cuyo resumen se presenta a continuación: Velocidades Perfil Nº 1

Velocidades Perfil Nº 2

De acuerdo a lo anterior, se ha obtenido los valores ponderados de velocidad de onda de corte para los primeros 30m (Vs30) bajo el nivel actual de terreno, obteniendo los siguientes resultados: Perfil Nº 1: Vs30 = 396 m/s Perfil Nº 2: Vs30 = 400 m/s

b) Sondaje Geotécnico A continuación se entrega los resultados del sondaje realizado: SONDAJE Nº 1 (napa freática: 5.8m) Profundidad (m)

Profundidad SPT Material

Desde

Hasta

0.00

0.55

0.55

1.00

1.00

5.00

N

N1 (normalizado a 1kg/cm2)

Desde (m)

Hasta (m)

Relleno

-

-

-

--

Limo

0.55

1.00

22

No aplica

1.55

2.00

15

22

2.55

3.00

29

39

3.55

4.00

23

28

4.55

5.00

22

25

Arena limosa

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5.00

6.00

10.00 12.00

13.00

3.3.1

6.00

10.00

12.00 13.00

16.00

Arena limpia

5.55

6.00

21

22

6.55

7.00

30

30

7.55

8.00

43

41

8.55

9.00

53

49

9.55

10.00

57

51

10.55

11.00

59

51

11.55

12.00

R

Rechazo

12.55

13.00

62

50

13.55

14.00

63

49

14.55

15.00

66

50

15.55

16.00

71

52

Arena limpia

Arena limpia Arena limosa

Arena limpia

16.00

17.00

Arena limpia

16.12

-

R

Rechazo

17.00

19.00

Grava natural

-

-

-

No aplica

19.00

22.00

Grava natural

-

-

-

No aplica

22.00

27.00

Grava natural

-

-

-

No aplica

27.00

30.00

Grava natural

-

-

-

No aplica

Potencial de Licuación

Durante un sismo se generan cargas horizontales las cuales se representan como cargas cíclicas en un elemento de suelo. Cuando los suelos no cohesivos - saturados se ven expuestos a estas cargas cíclicas, en condiciones no drenadas, se genera exceso de presión de poros lo que reduce los esfuerzos efectivos, que a su vez disminuye completamente la resistencia al corte del suelo. Los investigadores H.B Seed e I.M Idriss (1971) fueron los pioneros en proponer un método para evaluar el potencial de licuación de arenas, basados en el índice de penetración estándar (SPT). Este método es conocido como el “método simplificado” para determinar el esfuerzo de corte inducido. Este método ha evolucionado a lo largo de los años, siendo mejorado por Idriss y Boulanger (2008) y su última actualización realizada por Boulanger e Idriss (2014). Además se utilizó el método simplificado Liquefaction Resistance of Soils: Summary Report from the 1996 NCEER and 1998 NCEER/NSF Workshops on Evaluation of Liquefaction Resistance of Soils.

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Con los resultados de los ensayos SPT y granulometría obtenida de las muestras extraídas por el sondaje, se ha evaluado el potencial de licuación del suelo considerando sismo de 8.8 MW y una aceleración de 0.40g. Sondaje Nº1: Profundidad SPT Desde (m) -

Hasta (m) -

0.55

F.S Licuación

Profundidad SPT

F.S Licuación

--

Desde (m) 8.55

Hasta (m) 9.00

2.00

1.00

2.00

9.55

10.00

2.00

1.55

2.00

1.52

10.55

11.00

2.00

2.55

3.00

2.00

11.55

12.00

Rechazo

3.55

4.00

2.00

12.55

13.00

2.00

4.55

5.00

2.00

13.55

14.00

2.00

5.55

6.00

1.70

14.55

15.00

2.00

6.55

7.00

2.00

15.55

16.00

2.00

7.55

8.00

2.00

23.00

24.00

2.00

Dado que los resultados de FS son mayores a 1.0, se descarta el fenómeno de licuación de las arenas. Conclusiones finales análisis sísmico:

De acuerdo a los resultados de los ensayos de medición de velocidad de ondas, donde se cumple que Vs30 ≥350 m/s, lo indicado en el decreto Minvu Nº 61, y los resultados del sondaje geotécnico, donde se descarta el fenómeno de licuación y se cumple que todos los N1 son mayores a 30golpes/pie con un máximo de 5m con número de golpes entre 20 y 29 golpes/pie. El suelo clasifica como TIPO D. No es posible clasificar este suelo como tipo C dado que presentan valores de N1 menores a 40 golpes/pie.

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3.4

Capacidad de infiltración del terreno

Para determinar la capacidad de infiltración del terreno, se hizo una medición directa del coeficiente de infiltración mediante el método de Porchet, obteniéndose el siguiente resultado:

Calicata

Profundidad del ensayo (m)

1 4

8.50 3.00

Infiltración Suelo Seco (mm/Hr.) 96 Impermeable

Infiltración Suelo Saturado (mm/Hr.) 35 Impermeable

Del registro de ensayo se deduce el valor informado para la tasa de infiltración, sin embargo, con la finalidad de evitar la colmatación prematura, se recomienda reducir el valor de diseño. Este valor es indicativo de un punto específico del suelo ensayado. Sólo tiene validez para el pre-dimensionamiento de los sistemas de drenaje y debe ser verificado una vez realizadas las excavaciones en los puntos de emplazamiento definitivo de sistemas de drenaje.

3.5

Parámetros para el Diseño Estructural de Pavimentos

Para reunir los antecedentes necesarios del proyecto de pavimentación se realizó un estudio del material existente. Se extrajeron muestras representativas de los estratos superiores, las que fueron inspeccionadas visualmente para definir ensayos de clasificación, Proctor y Relación de Soporte California (C.B.R.). Los resultados se incluyen a continuación:

Calicata

Profundidad

Material (USCS)

Valor C.B.R. Para 0,2” [%]

[m]

Valores Óptimos Próctor Modificado Humedad Densidad Óptima Seca máx. [%] [t/m3]

1

0.80

CL

11

11.6

1.83

2

0.80

CL

13

10.3

1.90

3

0.80

CL

15

12.1

1.90

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3.6

Parámetros de la densidad del suelo

Para el análisis de la compactación natural del suelo, se obtuvo dos muestras inalteradas de la calicata N°1 para el ensayo de densidad natural seca. Posteriormente, se extrajo una muestra representativa del estrato para enviar a laboratorio y realizar el ensayo de Próctor modificado o Densidad Relativa según contenido de finos.

Calicata

Profundidad

Material (USCS)

DNS [g/cm3]

[m]

Valores Óptimos Próctor Modificado Humedad Densidad Óptima Seca máx. [%] [t/m3]

1

8.00

SW-SM

1.453

11.6

1.795

3

2.50

SC

1.675

9.5

1.831

De lo anterior, se concluye que el material ensayado tiene las siguientes compactaciones: Calicata 1 3 3.7 3.7.1

Compactación [%] 81 91.4

Parámetros para el cálculo de empujes Empujes de suelo natural a) Taludes horizontales aguas arriba de muros de contención En la tabla siguiente se entregan los valores de los coeficientes de empujes para el caso simplificado, caracterizado por planos verticales tanto en la superficie frontal y en el trasdós del muro de contención, adicionalmente, se asume que el suelo retenido aguas arriba del muro presenta una superficie horizontal, con pendiente nula.

Arcilla Concepto Coef. de empuje en reposo Coef. de empuje activo Coef. de empuje sísmico Coef. de empuje pasivo

Símbolo Unidades (K 0 ) [1] (K a ) [1] ( DKs ) [1] (K p ) [1]

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U2 0,66 0,49 0,16 2,04

Arena Arcillosa U3 0,50 0,33 0,12 3,00

Arena Limpia U4 0,43 0,27 0,11 3,69

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3.7.2

Empujes de relleno (rellenos granulares)

Por condiciones de arquitectura y de diseño, es probable que algunos muros estén sujetos a los empujes generados por los rellenos trasdós (rellenos laterales) que se efectúen (ver Sección 6.1). Estos rellenos deberán ser de material granular, cuyas características se describen en la Sección 6.2.1, de los cuales se tienen los siguientes parámetros. a) Taludes en los cuales existe un relleno entre el muro y el terreno natural Considerando que detrás de todos los muros de contención existirá un relleno con material granular. En la tabla siguiente se entregan los valores de los coeficientes de empujes para el caso simplificado, caracterizado por planos verticales tanto en la superficie frontal y en el trasdós del muro de contención.

Concepto

Simbolo

CASO 1

CASO 2

Relleno Granular compactado detrás de muro de contención

Relleno Granular sin compactación detrás de muro de contención

2,20

2,00

0,45

0,58

Coef. Sísmico según NCh 433

(g h) (C r)

Coef. de empuje en reposo

(K 0 )

0,38

0,43

Coef. de empuje activo

(K a )

0,23

0,25

Coef. de empuje sísmico

(ΔKs )

0,08

0,09

Peso Unitario húmedo (ton/m³)

Caso 1: Rellenos granulares, roca chancada o grava compactada en capas de 25 cm al 90% del ensayo Próctor Modificado. Estos empujes se recomienda considerarlos en sectores donde exista un espacio mínimo de 1.00 m para compactar detrás de los muros de contención proyectados. Las condiciones de estos rellenos se establecen en la Sección 6.2.1. Caso 2: Rellenos granulares, roca chancada o grava por volteo y sin compactación. Estos empujes se recomienda considerarlos en sectores donde no existe espacio suficiente para compactar o taludes peligrosos en la inmediación que pueda generar peligro con la vibración. Las condiciones de estos rellenos se establecen en la Sección 6.2.1. NOTA: EN EL CASO DE UTILIZAR RELLENOS CON DISTINTAS CARACTERÍSTICAS, SE TENDRÁ QUE ENVIAR A ESTA OFICINA LOS ENSAYOS DEL MATERIAL PARA REALIZAR LOS CÁLCULOS PARA LOS VALORES DE LOS EMPUJES.

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4.

Determinación de los valores de las fuerzas de empuje

4.1

Muros de Subterráneos arriostrados por losas

Los empujes laterales que actuarán sobre las obras, tendrán las siguientes magnitudes. TODOS LOS VALORES QUE SE ENTREGAN SON PARA UNA UNIDAD (U1) DE LONGITUD Y CONSIDERA UNA SUPERFICIE HORIZONTAL DEL TERRENO CONTENIDO SOBRE EL MURO.

Z

H

Reposo

a)

Sobrecarga

Sísmico

Napa Freática

Empuje Estático Coeficiente de empuje estático Presión en reposo (Z) Sobrecarga Napa Freática (sólo caso Z > Dw)

g=

: Ko = (ver tabla) 1 : o = g · Ko · Z : q = Ko · q : nf = gw· (Z - Dw)

gh

(Caso sin napa; H ≤ Dw)

(gsat – 1)

(Caso con napa; H ≥ Dw))

1

Donde: Ko Z q

: Coeficiente de empuje en reposo. : Profundidad a la que se evalúa el empuje : Sobrecarga. gh Peso Unitario Húmedo del material. gsat : Peso unitario saturado del material. gw Peso unitario del agua. Dw : Profundidad a la que aparece la napa freática.

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b)

Empuje Sísmico

De acuerdo con lo especificado en la norma de diseño sísmico de edificios, NCh 433 Of 96 modificada el 2009, el empuje sísmico sobre los muros arriostrados superiormente, debe ser calculado de la siguiente manera:

s = 0.3 · Cr · g · H · Ao/g gh

(Caso sin napa; H ≤ Dw)

gsat – Dw/ H (gsat - gh)

(Caso con napa; H ≥ Dw)

g = *

Donde:

 s

: Presión sísmica H : Altura del muro gh Peso unitario húmedo del suelo, en estado natural gsat : Peso unitario saturado del suelo Ao : Aceleración efectiva Cr : Coeficiente sísmico según NCh 433. Esta presión, “s”, debe considerarse como uniformemente distribuida. Fuerza Total de empuje sobre el muro: Ft = s · H

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4.2

Muros de contención no arriostrados

Z

H

Activo a)

Sobrecarga

Sísmico

Napa Freática

Empuje estático Coeficiente de empuje activo Presión Activa (Z) Sobrecarga Napa Freática (sólo caso Z>Dw)

 g1=

: Ka 1 : o = g · Ka · Z : q = Ka · q : nf = gw· (Z - Dw)

gh

(caso sin napa; Z < Dw)

(gsat – 1)

(caso con napa; Z ≥ Dw)

Donde: Ka Z q

: Coeficiente de empuje activo : Profundidad a la que se evalúa el empuje : Sobrecarga. gh Peso unitario Húmedo del material gsat : Peso unitario saturado del material gw Peso unitario del agua Dw : Profundidad a la que aparece la napa freática.

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b)

Empuje sísmico Coeficiente de empuje sísmico: DKhs = (ver tabla) 

s = g · DKhs · (H-Z)

 g2 =

gh

(caso sin napa; Z < Dw)

gsat

(caso con napa; Z ≥ Dw)

Donde:  s Z H gh gsat 4.3

: Presión sísmica para la profundidad Z. : profundidad : altura del muro : Peso unitario húmedo del suelo, en estado natural : Peso unitario saturado del suelo

Empuje pasivo

El empuje pasivo a considerar en la zona enterrada de los muros de contención se calculará de acuerdo a la siguiente formulación:

Z’

50 cm

Zona enterrada del muro de contención

p (Z’)

p (Z’) = Kp*g*Z’ [ton/m2]

(despreciar los primeros 50 cm)

Donde:  p (Z’) : Kp : g : Z’ :

Empuje pasivo, [Ton/m2] Coeficiente de Empuje Pasivo Peso unitario húmedo del material, [Ton/m3] Profundidad de enterramiento del muro, [m] (Despreciar los primeros 50cm)

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5.

Antecedentes para el diseño de fundaciones

5.1

Sistema de fundaciones recomendado

Dadas las características de los suelos y el tipo de estructura a fundar, se recomienda el empleo de fundaciones superficiales tradicionales, compuestas por zapatas corridas o aisladas apoyadas sobre el suelo natural, de acuerdo a lo indicado en 5.2.1. 5.2

Definición del sello de fundaciones

5.2.1 Suelo de apoyo y nivel de sello de fundaciones Todas las fundaciones se deberán apoyar en el suelo definido por la unidad U3 o U4 correspondientes a suelo arenoso, respetando los valores admisibles mencionados en la sección 3.2. El sello de fundación deberá definirse penetrando un mínimo de 20cm en el estrato seleccionado. Bajo esta condición se concluye que el nivel de sello deberá encontrarse, a una profundidad mínima de 1.40m a 2.10m bajo el nivel original del terreno, en los suelos arenosos de la unidad U3 o a una profundidad de 3.90m a 4.00m en caso de fundarse en la unidad U4. La cota de sello de fundación se mantendrá en el valor proyectado por cálculo y el sello de excavación se profundizará hasta penetrar 20cm en la unidad U3 o U4. La diferencia entre el sello de excavación y de fundación se rellenará con hormigón H10 o superior. 5.2.2 Requisitos para el sello de fundaciones Una vez definidos el material y la profundidad del sello de fundaciones, éste deberá cumplir las siguientes condiciones: -

El nivel del sello de fundaciones, además de cumplir con los requisitos mínimos de penetración, deberá cumplir con el enterramiento mínimo definido por el cálculo estructural y la arquitectura, el que no podrá ser inferior a 1.20m, medidos desde el nivel de piso terminado al interior y al exterior de las edificaciones.

-

Para cada unidad estructural contenida en el proyecto, el sello de fundaciones deberá ser homogéneo y estar constituido por un solo tipo de material, a fin de garantizar continuidad de rigideces y evitar asentamientos diferenciales que puedan traducirse en agrietamiento o fractura de estructuras.

-

El sello de fundaciones deberá ser plano y horizontal.

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6.

Especificaciones técnicas

6.1

Especificaciones técnicas para fundaciones y radieres 1.- Escarpe: Previo al inicio de las excavaciones se deberá realizar un escarpe. Este consistirá en la excavación y retiro parcial de material inadecuado. Sin embargo, se sugiere realizar un escarpe preliminar de al menos 30cm. El material escarpado debe ser transportado de inmediato a botadero autorizado, con la finalidad de evitar que contaminen las excavaciones o su uso en rellenos dentro de la obra. Para compensar el material retirado, se deberá rellenar con material granular compactado. Especificaciones del material y método de compactación se entregan en 6.2.1. Las calicatas realizadas, son indicativas de los puntos explorados, por lo que se desconoce la variación de profundidades de la cubierta vegetal (U1) en todo el terreno. 2.- Método de excavación Las faenas de excavación para las fundaciones se podrán realizar en forma mecanizada, pero los últimos 20 cm. se deberán efectuar en forma manual, a objeto de minimizar la sobre excavación y evitar la alteración excesiva de la estructura natural del suelo. Estas se deben efectuar de acuerdo a las dimensiones y emplazamiento indicados en los planos de proyecto. Antes de su inicio se debe contar con la aprobación de los Arquitectos. Los procedimientos de excavación deberán planificarse de manera que provoquen la menor alteración del terreno natural y evitar la sobre excavación. 3.- Tratamiento del sello de excavación: El perfilado de las excavaciones deberá incluir la horizontalidad del sello y la verticalidad de las paredes. Antes de proceder al emplantillado, se deberá limpiar el sello extrayendo el material suelto producto de las excavaciones y todo material extraño que se encuentre en él. 4.- Rellenos de penetración y tratamiento de la sobre excavación bajo el sello de fundación. En la sección 5.2. se especifican las condiciones para el nivel del sello de fundaciones. Particularmente, las señaladas en 5.2.1, imponen profundidades que pueden superar los requisitos de enterramiento obtenidos de la arquitectura y el cálculo estructural. En tal caso, se sugiere definir el sello a la condición de enterramiento y suplir la diferencia de nivel, con las condiciones de penetración mediante “rellenos de penetración”, constituidos por hormigón de calidad H10 o superior.

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5.- Precauciones con las zonas fundadas a distinto nivel: De existir zonas fundadas a distinta profundidad, lo que podría provocar que los bulbos de presiones de las fundaciones que se encuentren apoyadas más arriba sobrecarguen fundaciones a distinto nivel. Dichas zonas deberán quedar fundadas siempre sobre el mismo estrato descrito en 5.2.1, pudiendo escalonar el sello de fundación, siempre y cuando el bulbo de presiones no intervenga los muros de las zonas inferiores. En términos geométricos el bulbo de presión está definido por dos rectas que nacen desde los vértices inferiores de la fundación, inclinados 30º con respecto a la horizontal. Dicho bulbo de fundación no debe ser intervenido, ya que las estructuras que lo intercepten serán sobrecargadas.

6.- Recepción de sellos: Luego de cumplidas las etapas anteriores, se debe solicitar al Mecánico de Suelos la recepción de los sellos de excavación. 7.- El Contratista deberá velar por la conservación de los puntos de referencia (P.R.), debiendo proceder a su reemplazo y nivelación cuando resulten dañados o desplazados, informando a la ITO al respecto.

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6.2

Especificaciones técnicas para rellenos

6.2.1 Rellenos Estructurales (relleno bajo radieres y pavimentos) 8.- En la ejecución de rellenos estructurales podrá emplearse un material granular grueso, limpio, del tipo "estabilizado", cuya curva granulométrica deberá estar dentro del siguiente rango: Criba o malla ASTM 2” 1” 3/8” Nº 4 Nº 10 Nº 40 Nº 200

% en peso pasando 100 55-100 40-70 35-65 20-50 10-30 0-15

También es posible emplear grava integral proveniente de ríos, esteros, limitando el tamaño máximo a 4” un contenido de finos bajo malla Nº200 inferior a 10%. EL MATERIAL SELECCIONADO DEBERÁ SER APROBADO PREVIAMENTE POR EL SUSCRITO, Y DEBERÁ SER RESPALDADO CON ENSAYES DE PERTINENTES OBTENIDOS DENTRO DE LOS ULTIMOS 60 DIAS, EMITIDOS POR UN LABORATORIO CERTIFICADO INN. Los ensayes a ejecutar deberán ser los siguientes: 9.-

Granulometría Límites de consistencia Clasificación de suelos Densidad de partículas sólidas Humedad natural Proctor Modificado o Densidad Relativa.

El material deberá ser esparcido en capas horizontales de espesor uniforme y según el contenido de fino se tendrá que proceder de la siguiente forma: 

En caso de que el material que pasa la malla Nº200 sea mayor al 12%, deberá humedecerse homogéneamente hasta lograr el valor óptimo del ensayo Próctor Modificado con una variación máxima de ±2% y luego

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compactarlo hasta alcanzar una densidad no inferior al 95% de la D.M.C.S. del ensayo de Próctor Modificado. 

6.3

En caso de que el material que pasa la malla Nº200 sea menor al 12%, el material tendrá que ser compactado hasta lograr una Densidad Relativa del 80%.

10.-

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 que se utilizará, en todo caso éste no podrá ser superior a 25cm.

11.-

El avance deberá ser parejo, de modo tal que no se produzcan desniveles superiores a 0,50m entre sectores contiguos.

12.-

Si el tamaño de la excavación lo permite, se recomienda el uso de rodillo de 1000 kg. de peso estático o superior. Se debe limitar la energía del rodillo ya que puede afectar a las construcciones vecinas y producir daños.

13.-

Cada capa deberá ser aprobada por la ITO y no podrá ser recubierta antes que ésta dé por aceptada la densidad.

14.-

Inicialmente, los controles de densidad se realizarán por lo menos cada 100m² por capa, comprobada la eficacia del operador y el procedimiento, podrán extenderse a 150m² por capa y, finalmente hasta 300m² por capa. Serán llevados a cabo, por un laboratorio especializado de reconocida calidad, que cuente con la aprobación previa de la ITO.

15.-

En el caso de rellenos laterales, se realizarán controles de granulometría, y solo el último metro de material instalado, será compactado de acuerdo a los requisitos antes mencionados.

16.-

Los controles de densidades se deberán efectuar por un laboratorio especializado de reconocida calidad, que cuente con la aprobación previa de la ITO.

Recomendaciones para la seguridad al interior de la obra. 17.-

Taludes de Excavación temporales: Las excavaciones provisorias, hasta el nivel de sello de fundación podrán realizarse en forma vertical, siempre y cuando no superen los 1.20m de profundidad. En caso de excavaciones más profundas, las excavaciones hasta el nivel del sello de fundación deberán tener un talud 2:1 (V:H), dejando al menos 1.00m de berma libre entre el borde del talud y los medianeros.

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En caso de que no se pueda garantizar la berma de seguridad, y existan estructuras adosadas, se deberá, avisar inmediatamente a esta oficina para proceder al desarrollo del proyecto de entibación y/o socalzado correspondiente.

6.4

18.-

Taludes definitivos Las excavaciones definitivas deberán ejecutarse con taludes de pendiente máxima 1:1(V:H), protegidos con vegetación de acuerdo al clima del lugar de emplazamiento, malla bizcocho anclada o shotcrete. LOS TALUDES PROVISORIOS Y DEFINITIVOS CUALQUIERA SEA SU INCLINACIÓN DEBERÁN SER APROBADOS POR EL MECÁNICO DE SUELOS, QUIEN PODRÁ DETERMINAR LA NECESIDAD DE ALGUN REFUERZO O FORTIFICACION.

19.-

Se deberá respetar lo indicado en al norma Nch 349 Of. 1999, Respecto de la seguridad en excavaciones. SE DEBE DAR CUMPLIMIENTO A TODAS LAS NORMAS CHILENAS DE SEGURIDAD EN EXCAVACIONES, Y EFECTUAR TODAS LAS ENTIBACIONES CORRESPONDIENTES.

Recomendaciones para no afectar a los vecinos y espacios públicos 20.-

La construcción de rellenos no deberá afectar la seguridad de las estructuras vecinas. En especial se deberá tener cuidado con los medianeros, que de ser necesarios, deberán ser reforzados o removidos previa autorización de los vecinos.

21.-

En caso que los taludes excavados se acerquen a construcciones existentes se debe verificar que entre la arista de la fundación más cercana al borde de él o los taludes, y el píe de estos, se pueda trazar una diagonal cuyo ángulo más desfavorable no puede ser superior a 30º respecto de la horizontal. En caso de dudas de aplicación de esta norma, o en caso que no exista el espacio suficiente para la generación de este ángulo, avisar inmediatamente a esta oficina para proceder al desarrollo del proyecto de entibación y/o socalzado correspondiente.

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6.5

Limitaciones de este estudio 22.-

Cambios de Arquitectura pueden invalidar total o parcialmente este informe, por lo tanto, antes de iniciar la construcción se debe remitir a esta oficina la versión de arquitectura a construir, y solicitar que revalidemos el informe de mecánica de suelos mediante documento suscrito por el autor del informe de suelos. De igual forma se debe proceder en caso de cambios de arquitectura durante el periodo de construcción.

Eduardo Errázuriz Amenábar Ingeniero Civil MSc. Ing. Geotécnica

EEA/mbm

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Anexo Nº 1: Estratigrafía

Calicata 1 Calicata

Horizonte Nº 0

1

Rango Profundidad 0

0.3

Espesor

0.3

1.5

0.3

3

1.5

3.8

3.8

8.5

Cobertura Vegetal

1.2

Arcilla de plasticidad baja, humedad baja y color café. Suelo de estructura migajón, de porosidad baja y consistencia alta, con aproximadamente 28% de arena. Existe presencia de raíces y raicillas en contenido bajo. No presenta agrietamiento y no se observan características expansivas. De acuerdo con el sistema USCS, clasifica como CL.

2.3

Arena arcillosa de grano grueso, plasticidad baja, humedad media y color café. Posee una cementación alta y una consistencia alta. No se observan raíces ni raicillas. De acuerdo con el sistema USCS, clasifica como SC.

4.7

Arena limpia de grano medio, humedad media y color gris amarillento. Posee una cementación alta y una compacidad alta. Contiene un porcentaje de finos de aproximadamente 11%. No se observan raíces ni raicillas. De acuerdo con el sistema USCS, clasifica como SP.SM a SW-SM.

1 2

Descripción visual

Observaciones A la fecha de exploración, Diciembre 12 de 2016, la napa freática no fue detectada dentro de las profundidades reconocidas

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Calicata 2 Calicata

Horizonte Nº 0

1

Rango Profundidad 0

0.3

Espesor

0.3

1.5

0.3

3

1.5

3.7

3.7

8.5

Cobertura Vegetal

1.2

Arcilla de plasticidad baja, humedad baja y color café. Suelo de estructura migajón, de porosidad baja y consistencia alta, con aproximadamente 38% de arena. Existe presencia de raíces y raicillas en contenido bajo. No presenta agrietamiento y no se observan características expansivas. De acuerdo con el sistema USCS, clasifica como CL.

2.2

Arena arcillosa de grano grueso, plasticidad media, humedad media y color café. Posee una cementación alta y una consistencia alta. No se observan raíces ni raicillas. De acuerdo con el sistema USCS, clasifica como SC.

4.8

Arena limpia de grano medio, humedad media y color gris amarillento. Posee una cementación alta y una compacidad alta. Contiene un porcentaje de finos de aproximadamente 11%. No se observan raíces ni raicillas. De acuerdo con el sistema USCS, clasifica como SPSM a SM.

2 2

Descripción visual

Observaciones A la fecha de exploración, Diciembre 15 de 2016, la napa freática no fue detectada dentro de las profundidades reconocidas

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Calicata 3 Calicata

Horizonte Nº 0

1

Rango Profundidad 0

0.3

Espesor

0.3

1.9

0.3

1.9

3

Cobertura Vegetal

1.6

Arcilla de plasticidad baja, humedad baja y color café. Suelo de estructura migajón, de porosidad baja y consistencia alta, con aproximadamente 32% de arena. Existe presencia de raíces y raicillas en contenido bajo. No presenta agrietamiento y no se observan características expansivas. De acuerdo con el sistema USCS, clasifica como CL.

1.1

Arena arcillosa de grano medio, humedad baja y color café. Posee una cementación alta y una compacidad alta. Contiene un porcentaje de finos de aproximadamente 19%. No se observan raíces ni raicillas. De acuerdo con el sistema USCS, clasifica como SC.

3

2

Descripción visual

Observaciones A la fecha de exploración, Diciembre 12 de 2016, la napa freática no fue detectada dentro de las profundidades reconocidas

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Calicata 4 Calicata

Horizonte Nº 0

1

Rango Profundidad 0

0.3

Espesor

0.3

1.2

0.3

1.2

3

Cobertura Vegetal

0.9

Arcilla de plasticidad media, humedad baja y color café. Suelo de estructura migajón, de porosidad baja y consistencia alta, con aproximadamente 30% de arena. Existe presencia de raíces y raicillas en contenido bajo. No presenta agrietamiento y no se observan características expansivas. De acuerdo con el sistema USCS, clasifica como CH.

1.8

Arena arcillosa de grano medio, humedad media y color café. Posee una cementación alta y una compacidad alta. Contiene un porcentaje de finos de aproximadamente 35%. No se observan raíces ni raicillas. De acuerdo con el sistema USCS, clasifica como SC-SM.

4

2

Descripción visual

Observaciones

A la fecha de exploración, Diciembre 14 de 2016, la napa freática no fue detectada dentro de las profundidades reconocidas

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Anexo Nº 2: Ensayo de Infiltración

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Anexo Nº 3: Informe Velocidad de Ondas de Corte

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Anexo Nº 4: Informe de Sondaje Geotécnico

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Anexo Nº 5: Ensayos de Laboratorio

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