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CENTRO DE SERVICIO DISEÑO
Informe de Diseño
Proyecto: PG Pailas II
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
Consecutivo CSD: 2013-089
Número de Orden de Servicio: 9112-13-012
Consecutivo Informe de Diseño: CSD-ID-2014-049
Áreas Participantes
Ingeniería Geológica – CS Diseño
Ingeniería Geotécnica – CS Diseño
Junio, 2014
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049
CONTROL DE ELABORACIÓN, REVISIÓN Y APROBACIÓN
CONTROL DE CAMBIOS
Versión Apartado
Modificado Fecha de
Modificación Justificación
1
2
Elaboró Dependencia Firma Fecha
Ing. Karol Cruz Lizano Área de Ingeniería Geotécnica
Geol. Natalia Montes Ruiz
Área de Ingeniería Geológica
Revisó Dependencia Firma Fecha
Ing. Rafael Kauffmann Incer
Área de Ingeniería Geotécnica
Geol. Edwin Zamora Núñez
Área de Ingeniería Geológica
Aprobó Dependencia Firma Fecha
Ing. Mauricio Varela Ramírez
Área de Ingeniería Geotécnica
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 1
INDICE DE CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................ 4
2. METODOLOGÍA .................................................................................................. 6
3. DESCRIPCIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ........................................................... 7
3.1. Trabajo de campo ......................................................................................... 7
3.2. Trabajo de laboratorio ................................................................................... 9
4. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................ 9
4.1. Geología Regional ........................................................................................ 9
4.1.1. Flujos Piroclásticos Guachipelín (Formación Pital) .............................. 10
4.1.2. Lavas del actual Rincón de la Vieja...................................................... 11
4.1.3. Debris Avalancha ................................................................................. 11
4.2. Perfil típico del terreno y nivel freático ........................................................ 11
4.2.1. Descripción de trincheras exploratorias ............................................... 11
4.2.2. Descripción geológica de perforaciones a rotación .............................. 14
4.2.3. Ensayos con presiómetro Menard y dilatómetro Goodman .................. 18
4.2.4. Perfiles geofísicos de refracción sísmica ............................................. 19
4.2.5. Descripción de perfiles geofísicos de resistividad eléctrica .................. 22
4.3. Geología Local ............................................................................................ 23
4.3.1. Debris Avalanche del Rincón de la Vieja (Lahar): ................................ 25
4.3.2. Brecha superior .................................................................................... 26
4.3.3. Lavas (del actual Rincón de la Vieja) ................................................... 28
4.3.4. Brecha inferior ...................................................................................... 29
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4.3.5. Flujo de Pómez (ignimbrita) ................................................................. 30
4.4. Condición de nivel freático y las aguas subterránea ................................... 31
4.5. Resultados de los ensayos de laboratorio ................................................. 31
5. CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA ............................................................ 36
5.1. Clasificación de la roca intacta ................................................................... 36
5.1.1. Trabajo realizado.................................................................................. 36
5.1.2. Análisis de resultados .......................................................................... 36
5.1.3. Criterio de ruptura de la roca intacta .................................................... 44
5.2. Clasificación del macizo rocoso .................................................................. 45
5.2.1. Resistencia al corte del macizo rocoso ................................................ 46
5.2.2. Deformabilidad del macizo rocoso ....................................................... 48
6. MODELO GEOLÓGICO-GEOTÉCNICO DEL TERRENO ................................ 48
7. ANÁLISIS Y DISEÑO GEOTÉCNICO ............................................................... 51
7.1. Capacidad de soportante ............................................................................ 51
7.2. Cálculo de asentamientos ........................................................................... 56
7.3. Análisis de estabilidad de taludes en corte y relleno .................................. 58
7.4. Relleno de sustitución ................................................................................. 63
7.5. Recomendaciones constructivas y excavaciones ....................................... 65
7.6. Parámetros de diseño sísmico .................................................................... 65
8. AMENAZAS NATURALES POTENCIALES ...................................................... 65
8.1. Amenaza volcánica ..................................................................................... 65
8.2. Amenaza sísmica y fallamiento .................................................................. 67
8.3. Emanación de gases .................................................................................. 70
9. CAPACIDAD DE INFILTRACIÓN DEL TERRENO ........................................... 72
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9.1. Tasa de Infiltración y Velocidad de Infiltración ............................................ 72
10. CONCLUSIONES ............................................................................................ 73
GEOLÓGICAS ...................................................................................................... 73
MODELO DE REFRACCIÓN SÍSMICA ................................................................ 73
MODELO GEOELÉCTRICO ................................................................................. 74
MODELO GEOLÓGICO GEOTÉCNICO ............................................................... 74
AMENAZAS NATURALES POTENCIALES .......................................................... 77
11. RECOMENDACIONES GENERALES ............................................................ 78
12. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 80
13. ANEXOS ......................................................................................................... 82
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
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1. INTRODUCCIÓN
A solicitud del Ing. Didier Ugalde Rodriguez, Coordinador de Construcción del
Proyecto Geotérmico Las Pailas, se realizó el estudio geológico geotécnico del
sitio donde se construirá la casa de máquinas del Proyecto Geotérmico Pailas II.
El informe fue realizado por la Ing. Karol Cruz Lizano y Geol. Natalia Montes Ruíz,
revisado por el Ing. Rafael Kauffmann Incer y el Geol. Edwin Zamora Núñez,
pertenecientes a las Áreas de Ingeniería Geotécnica e Ingeniería Geológica, y
aprobado por el Ing. Mauricio Varela Ramírez, perteneciente al Área de Ingeniería
Geotécnica, con esto se avala la calidad del presente informe.
El sitio en estudio se encuentra en la provincia de Guanacaste, cantón de Liberia y
distrito Curubandé, entre las coordenadas entre las coordenadas CRTM05: 352
643 E / 1189 863 N, 352 705 E / 1189 967 N, 352 826 E / 1189 894 N y 352 765 E
/ 1189 789 N de la hoja topográfica Curubandé 1: 50 000.En la figura 1 se muestra
la distribución de la edificación en planta.
Figura 1. Ubicación de la zona de estudio de Casa de Máquinas II
(Tomado y modificado de la Hoja Topográfica Curubandé 1: 50 000)
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
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Para la construcción de la casa de máquinas se dispone de un terreno con un área
aproximada de 17 500 m2. La topografía natural de la zona es ondulada con
pendientes naturales entre el 7% y 10%. Se propone realizar una terraza para la
ubicación de casa de máquinas a una elevación de 670 msnm, lo cual generaría
taludes de corte entre 10 m y 15 m de altura. La ubicación de las diferentes obras
a construir se muestra en la figura 2.
Figura 2. Ubicación de las obras y movimiento de tierras para la construcción de la casa de
máquinas de PG Pailas II
Este estudio tuvo como principal objetivo la evaluación de las condiciones de
aptitud del terreno para la construcción de la Casa de Máquinas de Pailas II para
lo cual se consideraran las características litológicas y el establecimiento de las
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
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propiedades y características geomecánicas de los materiales donde se cimentará
el edificio, así como determinar la capacidad soportante admisible del terreno,
asentamientos probables y potenciales amenazas naturales que puedan afectar
directamente el proyecto. También, se brindan algunas recomendaciones
constructivas para la cimentación de dicha estructura y cortes de excavación.
En este informe se hace una descripción de los alcances del estudio, luego se
describe la metodología para la obtención de la información; se presentan los
resultados de los ensayos de campo y laboratorio, se describe el modelo
geotécnico del lugar y por último se realiza el análisis de capacidad de carga y
asentamientos.
Debido a que una de las limitantes es que el estudio es puntual respecto a todas el
área que abarca el proyecto, es conveniente informar al Área de Ingeniería
Geotécnica cualquier variación o diferencia observada durante las excavaciones
con respecto a lo expuesto en este informe.
En síntesis, después de analizar e interpretar los resultados obtenidos de los
ensayos de campo y laboratorio, se concluye que el terreno es apto para cimentar
las estructuras propuestas, siempre y cuando se acaten las recomendaciones
contenidas en este informe.
2. METODOLOGÍA
Este estudio se realizó en tres etapas, la primera correspondió al trabajo de campo
mediante la realización de 5 trincheras exploratorias con la obtención de muestras
para pruebas de laboratorio, 2 perforaciones a rotación y 4 perfiles geofísicos,
además se realizó el reconocimiento y descripción de las condiciones generales
de la geología, topografía y de las posibles amenazas potenciales presentes en el
sitio; la segunda etapa abarcó las pruebas de laboratorio para caracterizar los
materiales encontrados; y la tercera etapa consistió en el análisis geológico y
geotécnico para establecer un modelo.
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3. DESCRIPCIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
La investigación se dividió en tres partes, la primera enfocada al trabajo de campo,
la segunda a los ensayos de laboratorio y la tercera etapa correspondiente al
análisis de los resultados.
3.1. Trabajo de campo
La primera etapa del trabajo de campo consistió en la ejecución de 5 trincheras
exploratorias para determinar la condición de los materiales más superficiales y la
obtención de muestras para ensayos de laboratorio. La segunda etapa fue
realizada por el Área de Exploración subterránea y consistió en la realización de 2
perfiles geofísicos a una profundidad de 50 m con una longitud de 250 y dos
perfiles eléctricos a una profundidad de 50 m con una longitud de 140 m para el
estudio de malla tierra; con el objetivo de completar el modelo geológico
geotécnico del sitio y para obtener la resistividad del terreno para el diseño de
malla tierra. Una tercera etapa consistió en la ejecución de 2 perforaciones a
rotación con una profundidad entre los 40 m a 45 m para definir el modelo
hidrogeológico del sitio, además en estas perforaciones se efectuaron pruebas con
presiómetro Menard y dilatómetro Goodman para determinar las características de
deformabilidad del medio. La ubicación de los sitios de exploración se muestra en
la figura 3. En la tabla 1 se detalla la profundidad total de los sondeos y sus
coordenadas. Los resultados de la clasificación visual de las trincheras se
muestran en el apartado 4.1.1.
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Figura 3. Ubicación de sitios de exploración en casa de máquinas de PG Pailas II
Tabla 1. Ubicación en coordenadas CRTM05 y profundidad de sondeos
Sondeos Profundidad (m) Norte Este
T1 4,50 1189886,35 352762,95
T2 6,10 1189926,07 352790,11
T3 4,80 1189866,63 352645,62
T4 3,70 1189864,82 352680,07
T5 5,00 1189838,30 352747,67
PER-01 45,00 1189905,81 352766,76
PER-02 40,00 1189858,77 352699,57
PGI-01 50,00 1189977,04 352817,91
PGI-02 50,00 1189764,25 352686,59
PGII-01 50,00 1189936,27 352645,84
PGII-02 50,00 1189805,02 352858,66
PEI-01 50,00 1189944,21 352695,63
PEI-02 50,00 1189870,71 352814,81
PEII-01 50,00 1189886,68 352660,06
PEII-02 50,00 1189813,18 352779,24
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3.2. Trabajo de laboratorio
El trabajo de laboratorio consistió en realizar ensayos a las muestras obtenidas de
las trincheras exploratorias y perforaciones a rotación, con el fin de clasificar y
determinar las propiedades de los materiales. Los ensayos efectuados fueron
clasificación mediante el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS) y
Proctor para muestras que se obtuvieron en sacos a una profundidad de 0,60 m a
4,80 m para la trinchera 3 y a una profundidad de 4,80 m a 6,00 m para la
trinchera 2. A los núcleos extraídos de las perforaciones se les realizaron pruebas
de resistencia a compresión simple, carga puntual, tracción brasileña y velocidad
de onda (P).
Con los resultados de estas pruebas y la exploración de campo tanto del área de
ingeniería geotécnica, geológica, como del área de exploración subterránea se
realizó el análisis para establecer las condiciones del sitio y las propiedades
geomecánicas representativas de los materiales.
4. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
4.1. Geología Regional
Por la localización del sitio de estudio en el flanco SW del volcán Rincón de la
Vieja, la geología del área corresponde con materiales de origen volcánico. De
acuerdo con ICE (2005), en los alrededores del sitio de estudio afloran las
siguientes unidades geológicas informales: Debris Avalancha, Lavas del actual
Rincón de la Vieja y Flujos Piroclásticos Guachipelín (Formación Pital), como
puede observarse en la Figura 4.
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Figura 4. Geología del Campo Geotérmico Las Pailas, donde se señala la ubicación de Casa
de Máquinas de Pailas II (Tomado y modificado de Chavarría et. al,. 2010 )
4.1.1. Flujos Piroclásticos Guachipelín (Formación Pital)
De acuerdo con ICE (2005) esta unidad aflora principalmente en el sector sur, en
los ríos Blanco y Colorado y sureste en el río Negro y quebrada Yugo, ver Figura
4. Está constituida por depósitos de caída (tobas blancas estratificadas hasta
masivas), oleadas piroclásticas, flujos piroclásticos y en su base depósitos fluvio
lacustres. El origen de estos flujos de pómez está relacionado a la actividad
explosiva periódica, con varios pulsos eruptivos, asociados a la formación del
Campo de Domos de Cañas Dulces (Zamora et al., 2004). Por la naturaleza de
sus componentes es una formación poco permeable, existen estratos que se
alteran con facilidad, autosellando fracturas y porosidades (ICE (2005). El espesor
de esta unidad es de 75 m y su edad es pleistocena (Zamora et al., 2004).
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4.1.2. Lavas del actual Rincón de la Vieja
Como se observa en la Figura 4 afloran hacia el este del área de estudio. Formada
por lavas y en menor proporción tobas, las lavas son de composición andesítica
basáltica, gris oscuro cuando están sanas y rojizas por alteración, con
meteorización esferoidal, se presentan masivas o lajeadas (Zamora et al., 2004).
El material tobáceo está formado por fragmentos poligenéticos inmersos en una
matriz de tonalidad café y beige, con una granulometría que varía de arenisca fina
a gruesa (ICE, 2005). De acuerdo con (Zamora et al., 2004) el espesor de esta
unidad es de 170 m.
4.1.3. Debris Avalancha
De acuerdo con (ICE, 2005), consiste en un material heterogéneo y masivo;
poligenético, conformado por clastos métricos a decamétricos subangulares de
origen lávico de composición predominantemente andesítica, basáltica y
escoriácea sumidos en una matriz con granulometrías que varían de arcillas a
arena fina, frecuentemente de alta plasticidad (Zamora et al.,2004). En la zona se
reconoce su característica topografía tipo hummocky, de morfología plana con
algunos montículos y lomas de baja altura. (ICE, 2005)
4.2. Perfil típico del terreno y nivel freático
4.2.1. Descripción de trincheras exploratorias
Con base en la exploración realizada y correlacionando lo observado durante la
excavación y muestreo de trincheras, se puede decir que el terreno es bastante
homogéneo con respecto a la estratigrafía y que en todas las trincheras realizadas
se encontraron materiales similares.
De acuerdo a los resultados de la investigación en las trincheras exploratorias se
puede considerar que el sitio en estudio se encuentra compuesto por 3 capas de
suelo bien definidas:
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Capa A: Correspondiente a la capa vegetal compuesta por cenizas volcánicas con
presencia de raíces pequeñas, con contenido de humedad medio y con espesores
de 0,00 m hasta 1,20 m.
Capa B: Corresponde básicamente a lahares constituido por una matriz limo
elástico arenoso de color café amarillento. Existe presencia de bloques lávicos
angulosos, subredondeados y subangulosos sanos de buena calidad con un
tamaño que varía desde los 30 cm hasta los 2,0 m, con un 3% a un 10% de
bloques con tamaños mayores a los 70 cm. El material presenta consistencia
media a blanda, plasticidad media con LL de 60% y LP de 38%, y una humedad
natural de 45%. Esta capa tiene un espesor variable de 2,50 m a 4,20 m y la
matriz clasifica como limo elástico arenoso (MH) de acuerdo al Sistema Unificado
de Clasificación de Suelos.
Capa C: Corresponde igualmente a depósitos laháricos con una matriz limosa con
arena de color café amarillenta con presencia de bloques subredondeados y
subangulares sanos de buena calidad. En esta capa aparecen bloques lávicos
alterados cuyo tamaño es menor a los 30cm, cuenta con un 5% de bloques con
tamaños mayores a los 70 cm. El material presenta consistencia media a dura a
partir de los 4,00 m; la plasticidad es media con LL de 45% y LP de 32% y una
humedad natural de 35% (humedad media). Esta capa se investigó a espesores
de 0,80 m a 1,30 m y la matriz clasifica como limo con arena (ML) de acuerdo al
Sistema Unificado de Clasificación de Suelos.
No se evidencia la presencia de nivel freático a la profundidad alcanzada en las
trincheras realizadas en el mes de octubre, pero esta condición podría variar para
otra época del año. En la figura 5 se presenta la estratigrafía típica del sitio en
estudio observada en la excavación de las trincheras exploratorias hasta una
profundidad máxima de 6,10 m. En la figura 6 se presenta evidencia de los
tamaños máximos y mínimos de bloques, así como consistencia de la matriz
observados en un talud muy cercano al sitio de investigación, el cual presenta la
misma estratigrafía descrita en las trincheras exploratorias. Este talud tiene una
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altura aproximada de 8 m y una pendiente variable de 0,75H: 1V a 0,5H:1V y
permite ver algunos desprendimientos de material por erosión superficial.
Figura 5. Perfil estratigráfico típico del terreno donde se construirá la casa de máquinas del
Proyecto Geotérmico Pailas II
Figura 6. Talud observado en sitio a 2 km de la Casa de Máquinas del PG Pailas II, el cual
presenta la misma estratigrafía descrita en las trincheras exploratorias
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4.2.2. Descripción geológica de perforaciones a rotación
Perforación 1 (PP-1):
La Perforación 1 se encuentra ubicada en las coordenadas: 352 761 E / 1189 904
N CRTM-05, el nivel freático se localizó a los 10 m de profundidad. En la figura 7
se puede observar la ubicación de la perforación y el perfil estratigráfico
establecido para la zona de estudio.
0 m - 14.95 m, Lahar: Bloques de lava sana de hasta 20 cm, de color gris
azulado, en matriz de suelo areno arcilloso color café oscuro a rojizo-anaranjado
por óxidos de hierro, con ocasionales clastos de diferente composición y de
tamaño milimétrico a centimétrico. Al final del tramo (11.55 m - 14.95 m) la roca
presenta una coloración rosada a blanquecina y una completa alteración a arcillas,
con presencia de biotita y líticos en los que se observan plagioclasas y
posiblemente piroxenos.
14.95 m – 28.45 m, Brecha: matriz de roca color gris azulada a verdosa-
amarillenta, con presencia abundante de azufre y fuerte olor. Los fragmentos son
lávicos angulares a subredondeados, de color gris a azul verdoso, ocasionalmente
rojizos, con tamaños desde milimétricos hasta máximo 10 cm, variables
cantidades de pirita y fracturas rellenas con ceolita. Por sectores presenta una
leve silicificación y también fuerte alteración arcillosa de color rosado a blancuzco
y gran cantidad de pirita.
28.45 m – 35.85 m, Lava: color gris claro, sana, con algunas fracturas rellenas
con ceolita, abundante pirita y ocasionalmente alteración color rojizo y verde.
35.85 m – 41.10 m, Brecha: roca con fuerte alteración color verdosa que
localmente genera bandeamiento, levemente silicificada, abundante pirita y
moderada fracturación con rellenos de ceolitas. Se observan fragmentos lávicos
de color rojizo de hasta 10 cm. Se observan muy tenuemente estrías de falla en
algunas de las fracturas. En este tramo se observó también una fuerte alteración
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con azufre que se hizo más evidente con el paso de los días y al estar expuesto el
material a la intemperie generando una coloración amarillenta fuerte.
41.10 m – 45 m: Flujo de pómez: de 41.10 m a los 42.00 m se tiene una
transición al flujo de pómez que consiste en una ceniza color café-grisáceo
completamente fracturada con presencia clastos milimétricos de líticos y pómez de
hasta 3 cm de diámetro y abundante pirita tanto en las en las fracturas como en la
matriz, luego continúa una toba gris blancuzca con fragmentos de pómez, escorias
y líticos de diferentes coloraciones tamaños desde mm hasta 6 cm de tamaño
máximo.
Perforación 2 (PP-2):
La Perforación 2 se encuentra ubicada en las coordenadas: 352 698 E / 1189 857
N CRTM-05, el nivel freático se localizó a los 11 m de profundidad. En la figura 7
se puede observar la ubicación de la perforación y el perfil estratigráfico
establecido para la zona de estudio.
0.0 m – 14.10 m, Lahar: Bloques lávicos angulares de hasta 5 cm y
esporádicamente de 50 cm que flotan en una matriz limo-arenosa hasta limo-
arcillosa de color rojiza a anaranjada por oxidación, con presencia de líticos de
variada coloración y tamaño milimétrico. De 11.45 m a 15.10 m existe una
transición a una roca fuertemente alterada a arcillas, textura arenosa hasta
arcillosa en algunos tramos, coloraciones blancuzcas a rosadas hasta amarillentas
y rojizas por oxidación, con fracturas milimétricas rellenas con óxidos.
14.10 m – 23.10 m, Brecha: Bloques lávicos sub-redondeados de hasta 5 cm, de
color rojizo en matriz en grisácea clara con minerales de plagioclasas, piroxenos y
líticos de tamaño milimétrico. La roca presenta diferentes estados de alteración se
presentan tramos bastante sanos y otros con fuerte alteración, con arcillificación y
abundante pirita. Algunas fracturas se encuentran rellenadas por ceolitas y por un
material de color verdoso. En algunas se observan de forma tenue estrías de
fallas.
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23.10 m - 33.70 m, Lava: roca color gris claro, sana, con minerales de plagioclasa
y piroxenos, con presencia de abundante pirita, leve a moderada fracturación con
rellenos de ceolitas, pirita y un material verdoso.
33.70 m – 38.70 m: Brecha: Los bloques son lávicos, angulares a
subredondeados con tamaños desde milimétricos y hasta 3 cm, de diferente
coloración y diferente estado de alteración en una matriz color gris oscuro-azulado
que presenta oquedades, abundante pirita y presencia de fracturas con rellenos de
ceolitas y pirita, fuerte alteración, arcillificación y coloración verdosa que parece
rellenar fracturas. Por tramos la roca presenta alteraciones mucho más fuertes.
38.70 m – 40 m: Flujo de pómez: Roca de color gris-blancuzca hasta café,
textura arenosa y presencia de pirita, con fragmentos ígneos angulares a sub-
redondeados, líticos de variada coloración y pómez de hasta 5 cm.
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Figura 7. Perfil estratigráfico de acuerdo a perforaciones
Lahar
Brechas
Lavas
Brechas
Flujo de Pómez
No se investiga
NF
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4.2.3. Ensayos con presiómetro Menard y dilatómetro Goodman
En las perforaciones a rotación se ejecutaron ensayos con presiómetro Menard y
dilatómetro Goodman con el propósito de establecer las propiedades de
deformación de los materiales in situ. Los resultados del módulo de deformación
obtenidos en ambos ensayos se presentan en las tablas 2 y 3.
Como se observa en la tabla 2, el lahar presenta un módulo de elasticidad,
medidos en campo, que varían entre 16,92 MPa a 57,02 MPa, con un valor
promedio de 34 MPa.
Tabla 2. Resultados de ensayos con presiómetro Menard en el lahar
Prueba Perforación Prof.(m) Material Módulo de elasticidad
(MPa)
Presión última (kPa)
Presión de fluencia
(kPa)
1 1 3,00 Lahar 16,92 1481 685
2 2 10,30 Lahar 27,90 3055 934
3 2 11,80 Lahar 57,02 5157 1602
Promedio 34 3231 1074
Como se observa en la tabla 3 los valores del módulo de elasticidad medidos en
campo para las brechas varían de 920,76 MPa a 2954,66 MPa con un valor
promedio de 1958,41 MPa; para las lavas varían entre 5679,50 MPa a
9542,37 MPa con un valor promedio de 7909,64 MPa y para los depósitos de
flujos de pómez los valores varían de 150 MPa a 851,23 MPa con un valor
promedio de 343,80 MPa.
Tabla 3. Resultados de ensayos con dilatómetro Goodman en el macizo rocoso
Prueba Perforación Dirección Prof. (m) Material E (Mpa)
1 1 E-O 43.65 Pómez 158,45
2 1 N-S 44 Pómez 150,00
3 1 E-O 38.4 Brechas 1717,93
4 1 N-S 38 Brechas 1890,77
5 1 E-O 35 Lavas 9542,37
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Tabla 3. Resultados de ensayos con dilatómetro Goodman en el macizo rocoso
(Continuación)
Prueba Perforación Dirección Prof. (m) Material E (Mpa)
6 1 N-S 34.5 Lavas 9542,37
7 1 E-O 19.4 Brechas 2954,66
8 1 N-S 19 Brechas 1798,35
9 2 E-O 29.35 Lavas 8230,74
10 2 N-S 29 Lavas 6932,64
11 2 E-O 24.8 Lavas 5679,50
12 2 N-S 24.5 Lavas 7530,19
13 2 E-O 20 Brechas 2804,03
14 2 N-S 19.7 Brechas 2650,20
15 2 E-O 39.8 Pómez 588,81
16 2 N-S 39 Pómez 851,23
17 2 E-O 35.8 Brechas 920,76
18 2 N-S 35.5 Brechas 930,56
Valores promedio
Brechas 1958,41
Lavas 7909,64
Pómez 437,12
4.2.4. Perfiles geofísicos de refracción sísmica
Se realizaron dos perfiles de refracción sísmica los cuales corresponden con los
perfiles P-1 y P-3, orientados de forma transversal. Los perfiles están constituidos
por tres tiros cada uno, distribuidos en dos orillas y un centro, la profundidad de los
huecos para las detonaciones es de 1 a 1,5 m. Se determinó la presencia de 2
capas sísmicas las cuales se resumen en la tabla 4.
Perfil 1 (PGI-01 – PGI-02): se orienta de forma SW-NE, está constituido por 24
geófonos distanciados cada 10 m entre sí, presenta una longitud total de 230 m; el
geófono 1 está ubicado en el estacionamiento 0+030 y el 24 en el estacionamiento
0+260. En la figura 8 se muestra el trazado del Perfil 1.
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Figura 8. Perfil 1, orientación SW-NE, 230 m de longitud
Capa 1: corresponde a una capa superficial asociada a suelos y depósitos de
avalanchas volcánicas y lahares (debris flow). Presenta velocidades Vp de 0,5
km/s y espesores que rondan entre 5 m a 13 m. Geométricamente presentan una
forma tabular continua, con una leve disminución hacia el sector de mayor
elevación.
Capa 2: se asocia a tobas soldadas y/o coladas de lavas saturadas con
velocidades Vp de 3,0 km/s.
Perfil 3 (PGII-01 – PGII-02): presenta una orientación NW-SE. Está constituido
por 24 geófonos distanciados cada 10 m entre sí, presenta una longitud total de
230 m; el geófono 1 está ubicado en el estacionamiento 0+260 y el geófono 24 en
el estacionamiento 0+030. En la figura 9 se muestra el trazado del Perfil 2.
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CSD-ID-2014-049 21
Figura 9. Perfil 2, orientación NW-SE, 230 m de longitud.
Capa 1: corresponde a una capa superficial con velocidades Vp de 0,5 km/s, cuyo
espesor ronda los 9 a 11 m. Se asocia a suelos y depósitos de avalanchas
volcánicas y lahares (debris flow). Presentan una forma tabular continua, con
espesores relativamente constantes a lo largo del perfil.
Capa 2: corresponde a la capa profunda con una velocidad Vp de 3,1 km/s, se
asocia a tobas soldadas y/o coladas de lavas saturadas. Se localiza a partir de los
9-12 m de profundidad.
Se realizaron los mismos perfiles 1 y 3 mediante el método de polarización
inducida para conocer el detalle de la resistividad eléctrica, pero además se
realizaron dos perfiles (P2 y P4) con el mismo método, pero paralelos al perfil 3 y
de una longitud menor. Todos los perfiles tuvieron una separación entre los
sensores eléctricos de 10 m, lo cual, gracias al modelado 2D y a la configuración
utilizada permiten obtener una resolución tanto vertical como horizontal de 5 m,
aproximadamente.
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 22
Perfil 1 y 3: Perfiles resistivos transversales de 300 m y 280 m de longitud
respectivamente, y de 50 m de profundidad. El punto de inicio real de los perfiles
es en el estacionamiento 0+030. Los perfiles en detalle se muestran en los anexos
6, 7, 8 y 10.
Perfil 2 y 4: Perfiles resistivos de 200 m de longitud y 50 m de profundidad. El
punto de inicio real de los perfiles es en el estacionamiento 0+030. Los perfiles en
detalle se muestran en los anexos 9 y 11.
Tabla 4. Litología de acuerdo a ensayos de refracción sísmica
Capa Vp (km/s) Espesor (m) Posible Litología
1 0,5 5 - 13 Suelos, avalanchas volcánicas, lahares (debris flow)
2 3,0 – 3,1 - Tobas soldadas y/o coladas de lavas
4.2.5. Descripción de perfiles geofísicos de resistividad eléctrica
Esencialmente se trata de un modelo de 3 capas geoeléctricas principales
resumidas en la tabla 5. En todos los perfiles se debe considerar que los extremos
forman parte de condiciones de frontera, así por ejemplo las altas resistividades
(mayores a 150 Ohm-m) que se muestran en los extremos del perfil 3 y
parcialmente en el perfil 2 son básicamente por la distorsión que sufre el modelo
por esas condiciones.
Tabla 5. Litología de acuerdo a ensayos de resistividad eléctrica
Capa Resistividad (Ohm-m) Espesor (m) Posible Litología
1 40 a 100 5 a 20 Suelos y bloques de lava sueltos
2 10 a 40 5 a 30 Tobas, bloques de lava y brechas alteradas
3 50 a 200 - Tobas y brechas
Capa 1: corresponde a una capa superficial asociada a suelos y bloques de lava
sueltos, cuyas tonalidades en el modelo resistivo están entre amarillas, verde claro
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 23
y verde. Presenta resistividades entre 40 y 100 Ohm-m, con un espesor variable
entre 5 m y 20m, aproximadamente.
Capa 2: esta capa presenta resistividades entre 10 y 40 Ohm-m con tonalidades
en el modelo entre rojas y cafés, la cual aflora en el perfil 3 y en perfil 4 no tiene
fondo. Posee un espesor aproximado entre 5 m y 30m, y corresponde
probablemente a tobas, bloques de lava y brechas, todas alteradas. Debido a las
bajas resistividades que presenta esta capa es ideal para la ubicación de la malla
de puesta a tierra.
Capa 3: esta capa se evidencia de mejor forma en los perfiles 1 y 3, sin embargo
aparece en todos los perfiles. Presenta resistividades que varían entre 50 y 150m,
aproximadamente. Esto se asocia con tobas y brechas.
Se observan anomalías conductoras menores a 20 Ohm-m (color rojo) de fondo,
así por ejemplo por debajo del estacionamiento 0+190 del perfil 1 y se evidencian
también en el perfil 3. Esto se asocia con brechas y/o tobas, ambas alteradas y/o
con temperatura.
4.3. Geología Local
Con respecto a la estratigrafía y unidades aflorantes en el sitio de estudio, se
realizaron observaciones de los alrededores de la zona y se corroboró con la
información obtenida de las dos perforaciones a rotación realizadas, descritas en
el apartado 4.2.2 y mostradas en la figura 7.
Por el ambiente de depositación de estos materiales, se presenta, en general para
todas las unidades encontradas, una fuerte alteración de tipo hidrotermal que, de
acuerdo con el informe petrográfico (ICE, 2014) realizado para 4 muestras
obtenidas, a diferentes profundidades, en ambas perforaciones realizadas,
presenta características ácidas, evidenciado por la presencia de minerales
característicos de esta paragénesis como lo son arcillas como la caolinita y la
alunita determinados en los análisis difractométricos, así como pirita y azufre
nativo.
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 24
De acuerdo con las perforaciones y ensayos de geofísica realizados en el sitio de
estudio y en correlación con el informe (ICE, 2012) la estratigrafía del sitio esta
conformada por las siguientes unidades descritas de la más superficial a la más
profunda, las cuales se muestran el Mapa Geológico del Campo Geotérmico Las
Pailas en la Figura 10:
Figura 10. Mapa Geológico del Campo Geotérmico Las Pailas (ICE, 2005 )
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4.3.1. Debris Avalanche del Rincón de la Vieja (Lahar):
Como se observa en las fotografías de los alrededores del área de estudio, que se
presentan en la Figura 11, se encontraron bloques lávicos, centimétricos a
métricos, angulares, que en un corte cercano se observan flotando en una matriz
areno-arcillosa de color rojizo, estos materiales pueden correlacionarse con la
unidad de Debris Avalanche (lahar) del Rincón de la Vieja, ver Figura 4.
Figura 11. En la fotografía de la izquierda se observa un corte de terreno en el camino hacia
el sitio de Casa de Máquinas Pailas II, donde se observa parte del depósito lahárico presente
en la zona. Las fotografías de la derecha corresponden con bloques aislados que
sobresalen en el terreno de los alrededores pertenecientes al mismo depósito
De acuerdo con las perforaciones consiste en bloques angulares de lava, sana, de
tamaño centimétrico y esporádicamente de hasta 50 cm, de color gris azulado,
que flotan en una matriz de suelo limo-arenoso hasta limo-arcilloso, de color café
oscuro a rojizo-anaranjado, como se muestra en la Figura 12, con presencia de
líticos de diferente composición y de tamaño milimétrico a centimétrico. De
acuerdo con el estudio geofísico (ICE, 2013), la refracción sísmica define para
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 26
esta capa una velocidad de 0.5 km/s, coincidente con materiales como lahares y
una resistividad eléctrica de 40 a 100 Ohm-m que se correlaciona con bloques de
lava sueltos. Hacia la base de esta unidad, en el contacto del lahar con la unidad
brechosa, la roca presenta una transición a una roca completamente alterada a
arcillas, con textura arenosa, de color rosada a blanquecina hasta amarillentas y
rojizas por oxidación, con presencia de líticos en los que se pueden observar
algunas plagioclasas y posiblemente máficos. Ocasionales fracturas milimétricas
rellenas con óxidos. El espesor máximo determinado mediante las perforaciones
es de 15.10 m.
Figura 12. Detalle de la litología de la Unidad de Lahares encontrada en las perforaciones
PP-1 y PP-2
4.3.2. Brecha superior
Consiste en una roca color gris azulada cuando está sana hasta verdosa-
amarillenta y con presencia de olor a azufre en los tramos con intensa alteración
hidrotermal, la cual se puede observar en la Figura 13. Los bloques son
principalmente lávicos, angulares a subredondeados, de color gris a azul verdoso,
ocasionalmente rojizos, con tamaños desde milimétricos hasta máximo 10 cm, que
Perforación 2 (PP-2)
Perforación 1 (PP-1)
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 27
flotan en una matriz grisácea clara con minerales de plagioclasas, piroxenos y
líticos de tamaño milimétrico. Se presentan algunas fracturas rellenas por ceolitas
y posiblemente haloisita, una arcilla de color verde, formada por alteración y
determinada a partir de los análisis con el difractómetro. En ocasiones se
observan de forma tenue estrías de fallas. La roca presenta diferentes estados de
alteración, desde bastante sanos hasta otros con fuerte alteración a arcillas y algo
de silicificación, coloraciones rosado a blancuzco y gran cantidad de pirita. De
acuerdo con el informe petrográfico de la muestra PP1-2, éstas presentan un
carácter ácido. El espesor determinado de acuerdo a las perforaciones es de
13.35 m.
De acuerdo con la geofísica realizada en el lugar, esta unidad se correlaciona con
la capa dos definida como tobas, coladas de lava y brechas alteradas, con una
velocidad Vp de 3.0 a 3.1 km/s y una resistividad de 10 a 40 Ohm-m.
Posiblemente constituya parte de la colada de lava y por lo tanto se asocia a las
Lavas del actual Rincón de la Vieja.
Figura 13. Detalle de la brecha en la perforaciónes PP-1
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4.3.3. Lavas (del actual Rincón de la Vieja)
Consiste en una lava andesítica (posiblemente también de carácter intermedio-
ácido por correlación con las brechas), color gris claro cuando está sana, como se
observa en la Figura 14 y en ocasiones color rojizo por alteración, leve a
moderada fracturación, con rellenos de ceolitas, minerales arcillosos como la
haloisita (de color verde) y abundante pirita. Se correlaciona con las Lavas del
actual Rincón de la Vieja. El espesor medido para esta unidad a partir de las
perforaciones es de 7.4 m.
A partir del estudio geofísico se determina que esta tercera capa presenta
resistividades entre 50 y 150 Ohm-m lo que se asocia con tobas y brechas. No se
define una tercera capa en los perfiles de refracción sísmica.
Figura 14. Detalle de la las lavas en las perforaciónes PP-1 (izquierda) y PP-2 (derecha)
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4.3.4. Brecha inferior
Matriz de roca color gris oscuro-azulado, los fragmentos consisten en bloques
lávicos, angulares a subredondeados de color rojizo y tamaños desde milimétricos
y hasta 10 cm, de diferente coloración y diferente estado de alteración, algunos
sectores con alteraciones más fuertes y coloración verdosa por la presencia de
arcillas como la haloisita y que, localmente, genera zonas con bandeamiento,
como se aprecia en la Figura 15, zonas con fuerte arcillificación y leve
silicificación, abundante pirita. Moderada fracturación con rellenos de ceolitas y
pirita. Se observan muy tenuemente estrías de falla en algunas de las fracturas.
Dentro de esta unidad, en la perforación 1 se detectó una fuerte alteración con
azufre que se hizo más evidente con el paso de los días y al estar expuesto el
material a la intemperie generando una coloración amarillenta fuerte. El espesor
determinado es de 5.25 m según las perforaciones. De nuevo esta unidad se
considera parte de la unidad de Lavas del Rincón de la Vieja.
Figura 15. Detalle de la las brechas en las perforación PP-2 (izquierda) y alteración de color
verdosa en las brechas de la PP-1 (derecha)
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 30
4.3.5. Flujo de Pómez (ignimbrita)
Consiste en una matriz de ceniza, textura arenosa, color gris-blancuzca, con
presencia de pirita y fragmentos de pómez de hasta 5 cm, escorias y líticos ígneos
angulares a sub-redondeados de diferentes coloraciones, tamaños desde
milimétricos hasta 6 cm de tamaño máximo, como se detalla en la Figura 16. El
primer tramo de esta unidad en la perforación 1, consiste en una matriz tobácea
color café-grisáceo completamente fracturada con presencia clastos milimétricos
de líticos y pómez de hasta 3 cm de diámetro y abundante pirita tanto en las en las
fracturas como en la matriz. En la perforación 2 presenta una fuerte alteración a
arcillas y coloraciones gris-café hasta verdosas. El espesor medido para esta
unidad, según la profundidad alcanzada en las perforaciones, es de 3.9 m, sin
embargo la litología continuaba al finalizar las perforaciones. Este flujo piroclástico
se correlaciona con los Flujos Piroclásticos Guachipelín (Formación Pital).
Figura 16. Detalle del flujo de pómez en la perforación PP-1 (izquierda) y PP-2 (derecha)
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4.4. Condición de nivel freático y las aguas subterránea
Las mediciones de la profundidad del nivel freático realizadas en las dos
perforaciones durante el mes de octubre del 2013 oscilan entre 8.40 m y 11.15 m
de profundidad, lo que corresponde, de acuerdo con la geología encontrada en el
sitio, con materiales laháricos de la unidad de Debris Avalanche del Rincón de la
Vieja, materiales que por sus características permiten el almacenamiento y tránsito
del agua y por lo tanto el desarrollo del acuífero libre presente en la zona. Sin
embargo, es importante tomar en cuenta que la profundidad de estos niveles
puede disminuir en períodos de mayor intensidad de lluvias.
De acuerdo con ICE (2005), por la naturaleza del reservorio geotérmico, es común
encontrar rocas alteradas hidrotermalmente en los alrededores de las áreas con
potencial para el desarrollo de las aguas subterráneas como lo son los sitios
donde afloran rocas permeables, constituyendo así, zonas potenciales de recarga
acuífera, sin embargo, la alteración meteórica disminuye esta capacidad de
infiltración del agua superficial.
Según los mismos autores, las nacientes de la zona se caracterizan como
bicarbonatadas y sulfatadas (por aporte de CO2 y H2S de vapor y gas de origen
profundo), no obstante, existe una capa sello de excelentes condiciones, que aísla
el reservorio geotérmico de las aguas más superficiales.
4.5. Resultados de los ensayos de laboratorio
De las trincheras exploratorias se obtuvieron muestras representativas de los
materiales para ensayos de laboratorio, los resultados obtenidos se presentan en
la tabla 6. De acuerdo a estos resultados, la clasificación SUCS de los materiales
encontrados hasta los 6,10 m corresponden a limos elásticos arenosos (MH) y
limos con arena (ML). Los porcentajes de humedad varían de 35% a 45%, el límite
líquido entre 45 y 60, el límite plástico entre 32 y 38 y el índice de plasticidad entre
13 y 22.
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 32
De acuerdo a estudios anteriores que se han realizado en la zona, se puede
asumir que este tipo de materiales presenta una resistencia a la compresión
uniaxial de 0,32 MPa y un módulo de deformación de 34 MPa.
Para evaluar la posibilidad de que el material producto del proceso de excavación
pueda ser utilizado en la conformación de rellenos se muestreó material
recuperado de las trincheras excavadas en el sitio.
En la tabla 6 se indican los resultados de los ensayos de compactación Proctor
que se realizaron para muestras obtenidas de las capas B y C. Únicamente se
está considerando el comportamiento de la matriz y bloques milimétricos más
alterados.
Usualmente este tipo de materiales presentan buenas características de
compactación y su comportamiento en rellenos o terraplenes es estable, siempre y
cuando se realice un adecuado proceso de compactación.
Tabla 6. Resultados de los ensayos de laboratorio, muestras trincheras exploratorias
Trinchera Muestra Capa Descripción Prof. (m) %PAS 200
LL LP IP %W SUCS Wopt (%)
dmáx
(kN/m3)
3 M1 B Limo elástico
arenoso 0,60 – 4,80 69 60 38 22 45 MH 34,7 12,97
2 M2 C Limo con arena 4,80 – 6,10 81 45 32 13 35 ML 31,5 13,86
También, de las perforaciones a rotación se obtuvieron muestras tipo núcleos
representativos de cada una de las capas, para de igual manera realizar los
ensayos de laboratorio. Para determinar la resistencia del material se realizan
ensayos de compresión inconfinada y tracción brasileña y para determinar la
velocidad de propagación de ondas se realizan ensayos de velocidad de onda p.
Como se observa en la tabla 7, la resistencia a compresión inconfinada para las
brechas varía de 3,74 MPa y 139,33 MPa; para las lavas varía de 10,91 MPa a
171,86 MPa y los depósitos de flujos de pómez del orden de 7,89 MPa. El Módulo
de elasticidad para las brechas varía entre 823 MPa y 24988 MPa; para las lavas
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CSD-ID-2014-049 33
entre 5377 MPa y 31530 MPa y para los depósitos de flujos de pómez 823 MPa.
La densidad seca para las brechas varía entre 14,93 kN/m3 y 27,53 kN/m3; para
las lavas varía entre 26,26 kN/m3 y 32,96 kN/m3 y para los depósitos de flujos de
pómez 14,93 kN/m3.
Tabla 7. Resultados de compresión inconfinada, muestras perforaciones a rotación
Capa Material ID Prof. (m) seco (kN/m3) c (MPa) E(MPa)
Capa 2 Brechas P1-M1 19,25 16,85 6,72 1919
Capa 2 Brechas P1-M2 24,4 21,29 11,49 3268
Capa 2 Brechas P1-M3 27,2 18,10 10,13 3425
Capa 3 Lavas P1-M4 28,1 32,96 129,51 23346
Capa 3 Lavas P1-M5 28,6 27,15 114,54 22434
Capa 3 Lavas P1-M6 28,8 26,26 93,13 12521
Capa 3 Lavas P1-M7 30,4 27,38 171,86 21182
Capa 3 Lavas P1-M8 30,9 26,85 63,28 21182
Capa 3 Lavas P1-M9 31,6 27,46 108,22 22863
Capa 4 Brechas P1-M10 39 16,51 12,34 3546
Capa 2 Brechas P1-M11 17 15,83 3,74 855
Capa 2 Brechas P2-M1 20,6 27,53 139,33 24988
Capa 2 Brechas P2-M2 22,8 25,95 30,94 11133
Capa 2 Brechas P2-M3 23 27,32 98,25 24224
Capa 3 Lavas P2-M4 27,4 27,55 107.59 23374
Capa 3 Lavas P2-M5 28,15 27,55 81,87 19122
Capa 3 Lavas P2-M6 29,2 27,31 156,38 31530
Capa 3 Lavas P2-M7 31,85 28,01 87,61 26037
Capa 3 Lavas P2-M8 32 27,93 127,81 19240
Capa 3 Lavas P2-M9 32,5 27,03 10,91 5377
Capa 4 Brechas P2-M10 37,9 19,65 9,51 3272
Capa 4 Brechas P2-M11 38,2 16,70 4,76 1276
Capa 5 Dep. Flujos de Pómez P2-M12 38,4 14,93 7,89 823
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CSD-ID-2014-049 34
Como se observa en la tabla 8, la tracción brasileña para las brechas varía entre
0,1 MPa y 14,4 MPa, en general estos materiales presentan resistencias de muy
débil a débil; para las lavas varía entre 7,7 MPa y 18,0 MPa, representando
resistencias altas a muy altas; y para los depósitos de flujos de pómez se obtuvo
un valor promedio de 1,65 MPa, lo cual representa una resistencia débil.
Tabla 8. Resultados de tracción brasileña, muestras perforaciones a rotación
Capa Material ID Prof. (m) t (MPa) Resistencia
Capa 2 Brechas P1-M1 19,3 1,1 Muy débil
Capa 2 Brechas P1-M2,1 24,4 1,9 Débil
Capa 2 Brechas P1-M2,2 24,4 1,3 Muy débil
Capa 2 Brechas P1-M3 27,2 3,3 Débil
Capa 3 Lavas P1-M4,1 28,1 14,7 Muy alta
Capa 3 Lavas P1-M4,2 28,1 8,6 Alta
Capa 3 Lavas P1-M5 28,6 11,6 Muy alta
Capa 3 Lavas P1-M6 28,8 14,0 Muy alta
Capa 3 Lavas P1-M7 30,4 7,7 Alta
Capa 3 Lavas P1-M9,1 31,6 11,8 Muy alta
Capa 3 Lavas P1-M9,2 31,6 12,3 Muy alta
Capa 4 Brechas P2-M10,1 39,0 1,5 Muy débil
Capa 4 Brechas P2-M10,2 39,0 1,2 Muy débil
Capa 2 Brechas P2-M11,2 17,0 0,2 Muy débil
Capa 2 Brechas P2-M11,2 17,0 0,1 Muy débil
Capa 2 Brechas P2-M1 20,6 14,4 Muy alta (Transición lavas)
Capa 3 Lavas P2-M4,1 27,4 17,8 Muy alta
Capa 3 Lavas P2-M4,2 27,4 16,2 Muy alta
Capa 3 Lavas P2-M6 29,2 18,0 Muy alta
Capa 3 Lavas P2-M7 31,9 16,1 Muy alta
Capa 3 Lavas P2-M8 32,0 15,4 Muy alta
Capa 3 Lavas P2-M9,1 32,5 19,0 Muy alta
Capa 3 Lavas P2-M9,2 32,5 15,7 Muy alta
Capa 5 Dep. Flujos de Pómez P2-M12,1 38,4 1,8 Débil
Capa 5 Dep. Flujos de Pómez P2-M12,2 38,4 1,5 Muy débil
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CSD-ID-2014-049 35
Como se observa en la tabla 9, la velocidad de onda (p) para las brechas varía
entre 1721 m/s y 5135 m/s; para las lavas entre 4431 m/s y 5477 m/s y para los
depósitos de flujos de pómez 2375 m/s.
Tabla 9. Resultados de onda Vp, muestras perforaciones a rotación
Capa Material ID Prof. (m) s (kN/m3) Vp (m/s)
Capa 2 Brechas P1-M1 19,25 18,65 2729
Capa 2 Brechas P1-M2 24,40 21,29 2463
Capa 2 Brechas P1-M3 27,20 18,10 2693
Capa 3 Lavas P1-M4 28,10 32,96 5236
Capa 3 Lavas P1-M5 28,60 27,15 5350
Capa 3 Lavas P1-M6 28,80 26,14 4431
Capa 3 Lavas P1-M7 30,40 27,38 5477
Capa 3 Lavas P1-M8 30,90 26,85 5156
Capa 3 Lavas P1-M9 31,60 27,46 5473
Capa 4 Brechas P1-M10 39,00 16,46 2487
Capa 2 Brechas P1-M11 17,00 15,83 1721
Capa 2 Brechas P2-M1 20,60 27,53 5135
Capa 2 Brechas P2-M2 22,80 25,95 4466
Capa 2 Brechas P2-M3 23,00 27,32 4781
Capa 3 Lavas P2-M4 27,40 27,55 5088
Capa 3 Lavas P2-M5 28,15 27,55 5229
Capa 3 Lavas P2-M6 29,20 27,31 5417
Capa 3 Lavas P2-M7 31,85 28,01 5275
Capa 3 Lavas P2-M8 32,00 27,93 5321
Capa 3 Lavas P2-M9 32,50 27,95 5286
Capa 4 Brechas P2-M10 37,90 19,65 3016
Capa 4 Brechas P2-M11 38,20 16,70 2298
Capa 5 Dep. Flujos de Pómez P2-M12 38,40 14,93 2375
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5. CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA
5.1. Clasificación de la roca intacta
5.1.1. Trabajo realizado
Para clasificar la roca intacta se realizaron ensayos de laboratorio a las muestras
obtenidas de las perforaciones 1 y 2. En la tabla 10, se muestra el tipo y número
de ensayos realizados.
Tabla 10. Resumen de ensayos de roca intacta
Ensayo Cantidad
Resistencia a compresión simple 23
Carga puntual 26
Tracción brasileña 23
Velocidad de onda (P) 23
5.1.2. Análisis de resultados
Las características analizadas de los materiales se pueden dividir en propiedades
índice, propiedades de resistencia, propiedades de deformabilidad y velocidad de
onda primaria. La tabla 11 resume los valores tomados como representativos y el
rango de valores y su desviación estándar.
Tabla 11. Resumen de propiedades de roca intacta
Material Propiedad Promedio Desviación estándar
Rango
Propiedades índice
Brechas
Densidad seca, s (kN/m3) 20,75 4,57 14,93 – 27,53
Gravedad específica, Gs 2,02 0,47 1,55 – 2,74
Razón de vacios, e 0,003 0,005 0,000 – 0,014
Absorción, A (%) 12,28 8,43 0,52 – 24,63
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Tabla 11. Resumen de propiedades de roca intacta (Continuación)
Material Propiedad Promedio Desviación estándar
Rango
Propiedades índice
Lavas
Densidad seca, s (kN/m3) 27,83 8,21 26,26 – 32,96
Gravedad específica, Gs 2,72 0,06 2,54 – 2,77
Razón de vacios, e 0,003 0,006 0,000 – 0,019
Absorción, A (%) 0,991 0,612 0,48 – 2,28
Pómez
Densidad seca, s (kN/m3) 14,93 - -
Gravedad específica, Gs 1,50 - -
Razón de vacios, e 0,007 - -
Absorción, A (%) 21,11 - -
Propiedades de resistencia
Brechas
Resistencia a la compresión simple, c (MPa)
30,46 46,99 3,74 – 139,33
Resistencia a carga puntual, Is50 1,87 1,91 0,03 – 5,67
Resistencia a la tracción, t (MPa) 3,64 5,37 0,10 – 14,40
Lavas
Resistencia a la compresión simple, c (MPa)
104,39 42,54 10,91 – 171,86
Resistencia a carga puntual, Is50 2,95 2,16 0,14 – 5,05
Resistencia a la tracción, t (MPa) 14,09 3,29 7,70 – 18,00
Pómez
Resistencia a la compresión simple, c (MPa)
7,89 - -
Resistencia a carga puntual, Is50 1,0 - -
Resistencia a la tracción, t (MPa) 1,65 - -
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Tabla 11. Resumen de propiedades de roca intacta (Continuación)
Material Propiedad Promedio Desviación estándar
Rango
Propiedades de deformabilidad
Brechas Módulo de elasticidad, E (MPa) 7157,18 9309,16 823,00 – 24988,00
Razón de Poisson, µ 0,30 - -
Lavas Módulo de elasticidad, E (MPa) 20684,00 6567,02 5377,00 – 31530,00
Razón de Poisson, µ 0,25 - -
Pómez Módulo de elasticidad, E (MPa) 823 - 823
Razón de Poisson, µ 0,35 - -
Velocidad de onda primaria
Brechas Velocidad de onda (p), Vp (m/s) 3178,90 1174,14 1721,00 – 5135,00
Lavas Velocidad de onda (p), Vp (m/s) 5228,25 277,47 4431,00 – 5477,00
Pómez Velocidad de onda (p), Vp (m/s) 2375 - -
A partir de los resultados se pueden realizar varias relaciones entre las
propiedades de los materiales y la profundidad que permitan verificar la
congruencia de los resultados obtenidos. A continuación se presentan y comentan
algunos gráficos de estas relaciones establecidas para este propósito.
El figura 17 muestra la variación de la resistencia a la compresión simple en
función de la absorción del material, donde se puede apreciar que al aumentar la
absorción del material hay una reducción de la resistencia a la compresión.
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Figura 17. Variación de la resistencia a la compresión simple con la absorción
En la figura 18 una tendencia previsible donde a mayor densidad seca, se obtiene
mayor resistencia. Sin embargo, un factor importante a considerar en este caso
que afectan la tendencia son las microfisuras que podría tener el núcleo de roca
intacta.
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Figura 18. Variación de la resistencia a la compresión simple en función de la densidad seca
En el figura 19 no se presentan la misma tendencia de comportamiento en los
ensayos de resistencia a la compresión simple y de carga puntual efectuados al
mismo tipo de material. En el caso de los ensayos de carga puntual se presenta
mucha dispersión de datos.
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
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Figura 19. Variación de la resistencia a la compresión simple y la carga puntual
En el figura 20 se puede observar que para el material tipo brecha la resistencia a
la compresión simple no varía con la profundidad, para el material tipo lava se
observan variaciones de la resistencia a la compresión simple para profundidades
similares.
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Figura 20. Variación de la resistencia a la compresión simple con la profundidad
En el figura 21 se observa que para el material tipo brechas la tracción brasileña
no varía con la profundidad, para el material tipo lava se observan variaciones de
la tracción brasileña para profundidades similares.
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Figura 21. Variación de la tracción brasileña vs la profundidad
Con respecto a la clasificación de la roca intacta se utilizó la clasificación
propuesta por Deere y Miller en 1966. Como se observa en la figura 22, el rango
de variación de los datos según su módulo relativo es de moderado a muy bajo
para las brechas y de moderado a media para las lavas. En general puede
indicarse que la unidad geotécnica de brechas está asociada a resistencias bajas
a muy bajas y la unidad geotécnica de lavas está asociada a resistencias de
moderadas a medias. Para los depósitos de flujos de pómez la cantidad de
muestras no es representativa, pero en general las resistencia de este material
podría asociarse a valores muy bajos.
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
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Figura 22. Clasificación de roca intacta según Deere y Miller, 1966
5.1.3. Criterio de ruptura de la roca intacta
Un criterio de ruptura es un modelo matemático que describe la respuesta del
material cuando es sujeto a esfuerzos. Para este estudio se presenta tanto el
criterio para la roca intacta como para el macizo rocoso, aunque por los materiales
encontrados tiene mayor interés el comportamiento del macizo rocoso.
Para la roca intacta el criterio de ruptura de Hoek y Brown (1980), se define como:
√
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Dónde:
Esfuerzos principales mayor y menor de ruptura.
Resistencia a compresión simple
Constante que depende de las propiedades de la matriz rocosa, se
obtiene de biografía existente al no tener datos de ensayos a
compresión triaxial.
A continuación los criterios de ruptura para la roca intacta obtenidos con el
programa Rocdata de la empresa Rocscience:
Tabla 12. Criterios de ruptura para la roca intacta
Material
Resistencia a la compresión inconfinada,
ci (MPa)
Criterio
Brechas 30,46 19 √
Lavas 104,39 25 √
Flujos de pómez 7,89 10 √
5.2. Clasificación del macizo rocoso
Debido a que los materiales que se encontrarán en la excavación y construcción
de la Casa de Máquinas corresponden con brechas, lavas y flujos de pómez, se
efectuará el análisis únicamente para estas unidades geotécnicas.
Para realizar esta caracterización, se utiliza la información topográfica, geofísica,
geología de superficie y ensayos geotécnicos de campo y laboratorio.
Con el objetivo de establecer la calidad de las unidades geotécnicas y determinar
las propiedades de la masa rocosa, se utilizó el Índice Rock Mass Rating (RMR)
de Bieniawski de 1989 y el Índice Geológico de Resistencia (GSI), los cuales son
criterios basados en la información de medios fracturados. Para las unidades de
brechas y depósitos de flujos de pómez, estos sistemas tienen sus limitaciones,
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
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pues son materiales que generalmente presentan muy pocas fracturas. Por lo
anterior estos criterios de clasificación se aplica tratando de representar la realidad
del macizo en campo, basados en la experiencia y criterio técnico.
Este sistema de clasificación no es aplicable para macizos laháricos, por lo tanto
para la determinación de los parámetros de diseño de esta unidad se realizaron
ensayos de campo y laboratorio y se compararon con los parámetros establecidos
para el estudio de suelos de PG Pailas II, el cual presenta los mismos materiales.
Además se utiliza como alternativa el criterio de ruptura de Hoek y Brown de
2002, este criterio permite obtener una estimación de las propiedades de la masa
rocosa.
Los resultados obtenidos a partir del sistema RMR se detallan en los anexos 3 y 4.
A manera de resumen se tiene que para el material tipo brecha se indica el valor
de RMR varía entre 18 y 57, correspondiendo a un macizo clase III y IV, esto
representa una masa rocosa de condición media a mala. Para el material tipo lava
el valor de RMR varía entre 43 y 70, que corresponde a un macizo clase II y III, lo
cual representa una masa rocosa de condición buena a media. Para el material
depósitos de flujos de pómez el RMR varía entre 24 y 34, siendo un macizo de
clase IV, lo que representa una masa rocosa de condición mala.
5.2.1. Resistencia al corte del macizo rocoso
Los criterios de resistencia empíricos son los más utilizados en la práctica para
establecer el probable comportamiento en cuanto a la resistencia al corte que
tiene un macizo rocoso, esto debido a que se ajustan adecuadamente a los
resultados de ensayos de laboratorio y campo. Para este trabajo se utiliza el
criterio de Hoek y Brown (1980):
√
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Dónde:
Esfuerzos principales mayor y menor de rotura.
Resistencia a compresión simple de la matriz rocosa
Constantes adimensionales que dependen de las propiedades del
macizo rocoso, del tipo de roca y de la frecuencia y características de
las discontinuidades. Los valores de “m” y “s” pueden obtenerse a partir
del índice RMR con las siguientes expresiones:
Sustituyendo valores se obtuvo el criterio de ruptura para los diferentes materiales
del macizo rocoso:
Tabla 13. Criterios de ruptura para el macizo
Brechas Lavas Depósitos de flujos de
pómez
0,68 9,42 0,023
19 25 10
0,5 0 0,8
RMR 44 63 36
1,32 5,38 0,13
0,0006 0,0084 1,57e-5
Criterio ruptura
√ √ √
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5.2.2. Deformabilidad del macizo rocoso
La deformabilidad del macizo rocoso se determinó mediante ensayos directos con
el presiómetro Menard y dilatómetro Goodman que se practicaron en las
perforaciones 1 y 2, y también mediante de los resultados de la clasificación
geomecánica del macizo.
Los resultados de los módulos de deformación obtenidos de los ensayos de
campo mediante el presiómetro Menard y dilatómetro Goodman se presentaron en
el las tablas 2 y 3 del apartado 4.1.3, indicándose un módulo de deformación
promedio para los lahares de 34 MPa, para las brechas de 1958,41 MPa, para las
lavas de 7909,64 MPa y para los depósitos de flujos de pómez de 437,12 MPa.
Para obtener los módulos de deformación a partir de la clasificación geomecánica
se utilizaron las siguientes ecuaciones:
E = 2RMR – 100, para RMR > 50; Bieniawski (1978)
E = 10 (RMR-10)/40, para RMR < 50; Serafim y Pereira (1983)
Dónde:
E: es el módulo de deformación in situ en GPa.
Sustituyendo los valores de RMR de cada material (sección 5.2) en las ecuaciones
anteriores se obtiene que el módulo de deformación para las brechas varía
1584,89 MPa a 14000,00 MPa, para las lavas varía entre 2000,00 MPa a
40000,00 MPa y para los depósitos de flujos de pómez entre 1883,65 MPa y
3981,07 MPa, de estos resultados se puede concluir que los rangos de valores
son bastantes altos, pero que las ecuaciones son útiles para obtener una primer
estimación de los módulos de elasticidad.
6. MODELO GEOLÓGICO-GEOTÉCNICO DEL TERRENO
El terreno designado para la construcción de Casa de Máquinas del PG Pailas II
tiene un área aproximada de 17 500 m2. La topografía natural de la zona es
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ondulada con pendientes naturales entre 7% y 10%. Se propone realizar una
terraza para la ubicación de Casa de Máquinas a la elevación de 670 msnm, lo
cual generaría taludes de corte entre 10 m y 15 m de altura. Para la cimentación
de las estructuras de Casa de Máquinas se propone un nivel de desplante a 8 m
del nivel de terraza propuesto. Los detalles de la excavación propuesta se
presentan en los anexos 13 al 16.
La definición del modelo geológico geotécnico del terreno se define a partir de la
topografía, geofísica, geología de superficie y ensayos geotécnicos de campo y
laboratorio. Las propiedades de los lahares se determinaron a partir de la literatura
existente debido a la dificultad de obtener muestras. Las propiedades geotécnicas
de las litologías presentes en la zona se indican en la tabla 14. La geología
asociada al sitio en estudio se presenta en los anexos 13 al 16.
Tabla 14. Resumen de propiedades geotécnicas de los materiales
Tipo de material Propiedad Macizo
Lahares
Cohesión (MPa) 0,1
Ángulo de Fricción (°) 16
Resistencia a compresión uniaxial (MPa) 0,32
Resistencia a tracción (MPa) 0,032
Módulo de deformación (MPa) 34
Razón de Poisson 0,40
Densidad Seca (kN/m3) 14
Densidad Total (kN/m3) 16
Brechas
Cohesión (MPa) 1,35
Ángulo de Fricción 29
Resistencia a compresión uniaxial (MPa) 0,68
Resistencia a tracción (MPa) 0,013
Módulo de deformación (MPa) 710,04
Razón de Poisson 0,30
Densidad Seca (kN/m3) 20,75
Densidad Total (kN/m3) 23
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Tabla 14. Resumen de propiedades geotécnicas de los materiales (Continuación)
Tipo de material Propiedad Macizo
Lavas
Cohesión (MPa) 7,52
Ángulo de Fricción (°) 41
Resistencia a compresión uniaxial (MPa) 9,42
Resistencia a tracción (MPa) 0,163
Módulo de deformación (MPa) 9354,08
Razón de Poisson 0,25
Densidad Seca (kN/m3) 27,83
Densidad Total (kN/m3) 27,83
Dep. Flujos de Pómez
Cohesión (MPa) 0,13
Ángulo de Fricción (°) 12
Resistencia a compresión uniaxial (MPa) 0,02
Resistencia a tracción (MPa) 0,001
Módulo de deformación (MPa) 24,58
Razón de Poisson 0,35
Densidad Seca (kN/m3) 14,93
Densidad Total (kN/m3) 17
Relleno tipo lastre
Cohesión (MPa) 0,01
Ángulo de Fricción (°) 30
Módulo de deformación (MPa) 135
De acuerdo a la exploración y ensayos realizados se define un modelo geológico
geotécnico conformado por 5 capas las cuales se describen a continuación:
Capa 1: corresponde a una capa superficial asociada a suelos y bloques de lava
sueltos (lahares) con espesores que varían entre 5 m y 14 m, aproximadamente.
Para los lahares se estableció una cohesión de 0,1 MPa y un ángulo de fricción
de 16 °. Además, según resultados de ensayos geotécnicos y de estudios previos
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realizados en la zona, se determina que el material tiene una resistencia a la
compresión inconfinada de 0,32 MPa y un módulo de deformación de 34 MPa.
Capa 2: esta capa presenta un espesor aproximado entre 8 m y 16 m y
corresponde a materiales tipo brechas. Se establece que el material tiene una
cohesión de 1,35 MPa, un ángulo de fricción de 29°, una resistencia a la
compresión inconfinada de 0,68 MPa y un módulo de deformación de 710,04 MPa.
Capa 3: esta capa tiene un espesor aproximado entre 7 m y 20 m, y corresponde
a materiales tipo lavas. Se establece que el material tiene una cohesión de
7,52 MPa, un ángulo de fricción de 41°, una resistencia a la compresión
inconfinada de 9,42 MPa y un módulo de deformación de 9354,08MPa.
Capa 4: El material de esta capa corresponde a brechas, similares a las de la
capa 2. Posee un espesor aproximado entre 2,5 m y 11 m.
Capa 5: Este material se asocia con depósitos de flujos de pómez el cual tiene
una cohesión de 0,13 MPa, un ángulo de fricción de 12°, una resistencia a la
compresión inconfinada de 0,02 MPa y un módulo de deformación de 24,58 MPa.
No se pudo determinar el espesor total de esta capa.
En los anexos 13 al 16 se presentan los detalles de los perfiles de excavación con
el respectivo modelo geotécnico.
7. ANÁLISIS Y DISEÑO GEOTÉCNICO
7.1. Capacidad de soportante
La capacidad de soportante se estimará para la unidad geológica denominada
lahares que es donde estarán cimentadas las obras.
Para determinar la capacidad soportante del terreno se utilizó la teoría de
Meyerhof, la cual estaba basada en el análisis de equilibrio de Terzaghi pero
tomando en cuenta factores de carga, profundidad e inclinación:
qult=
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Dónde:
C = Cohesión del lahar estimada en 0,1 MPa a partir del estudio de suelos
realizado para PG Pailas I
q = esfuerzo efectivo a nivel de desplante de la cimentación
= peso específico del suelo de cimentación
B = ancho de la cimentación de acuerdo a lo indicado por el Área de Ingeniería Estructural
Fcs, Fqs, Fs = Factores de forma
Fcd, Fqd, Fd = Factores de profundidad
Fci, Fqi, Fi = Factores de inclinación de carga, en este caso en particular la carga es vertical
Nc, Nq, N = Factores de capacidad de carga en función del ángulo de fricción interna
Se considera que las obras estarán cimentadas en la capa de lahar, por lo tanto
los valores de resistencia a utilizar para este material son los indicados en la tabla
14.
La capacidad de soporte determinada para las diferentes estructuras mediante la
ecuación de Meyerhof son las siguientes:
Tabla 15. Capacidad de soporte del lahar
Estructura Dimensiones cimientos (m)
Nivel de desplante (m)
qadm (KPa) Presión estructura
(KPa)
Casa de Máquinas 28 m x 8,5 m 8 756,8 10,39
Torres de enfriamiento 106 m x 18 m 1,5 522,2 26,7
Transformadores 8 m x 6 m 1 675,6 21,5
Condensador 14 m x 8,5 m 1,5 643,0 20,59
Adicionalmente, para el caso específico de la fundación de Casa de Máquinas, se
realizó un análisis numérico de esfuerzos y deformaciones por medio del
programa de diferencias finitas FLAC. El modelo numérico desarrollado permitió
evaluar factores de seguridad asociados a la excavación de los taludes para la
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fundación de la Casa de Máquinas y también permitió estimar la capacidad de
soporte del medio sobre el que se cimentará la estructura.
El modelo incluyó la topografía original del sitio, antes de la excavación de la
terraza, con el fin de contar en el modelo con esfuerzos iniciales que reflejaran un
estado de esfuerzos cercano al existente en el sitio. La excavación, tanto de la
terraza como para alcanzar la elevación de la fundación de la estructura se
efectuó en etapas de no más de 2,0 m verticales. Esto permite que no se
produzcan cambios importantes en los esfuerzos presentes en el medio que
puedan conducir a inestabilidades numéricas.
Adicionalmente, con el objetivo de estimar la capacidad de soporte del material de
fundación de la Casa de Máquinas, se aplicó un procedimiento que consistió en
imponer una velocidad muy baja y constante, expresada en metros por iteración, a
los nodos que representan la fundación de la estructura y registrar la resistencia
del suelo al desplazamiento. Se alcanza la capacidad de soporte cuando la
resistencia de la malla de diferencias finitas deja de aumentar y se mantiene
constante, indicando que alcanzó la resistencia última.
En la figura 23 se presenta una vista en planta del sitio donde se construirá Casa
de Máquinas y se señala el perfil seleccionado para el análisis numérico realizado.
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
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Figura 23. Vista en planta del sitio de Casa de Máquinas y ubicación de perfil de análisis
En la figura 24 se muestra la geología asociada al perfil utilizado para el análisis
numérico que aparece en la figura 23. Las propiedades de los materiales son las
indicadas en la tabla 14. De acuerdo a la geología la Casa de Máquinas estará
cimentada sobre un espesor de lahar que varía entre 0,75 m y 1,4 m y seguida por
una capa de material tipo brechas de 10 m de espesor aproximadamente.
En la figura 25 se muestra la malla de diferencias finitas definida en el programa
FLAC para analizar la fundación de Casa de Máquinas.
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
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Figura 24. Perfil geológico
Figura 25. Modelo de diferencias finitas en el FLAC
Del análisis con el FLAC se obtuvo la figura 26 que muestra la curva de esfuerzo
bajo la fundación de la casa de máquinas en función del desplazamiento. Se
observa que aproximadamente a los 550 kPa se produce una inflexión en la curva
que indica que la delgada capa de lahar está llegando a su límite de resistencia y
a partir de ese punto le transmite el esfuerzo a la brecha, la cual es mucho más
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 56
rígida y resistente. Sin embargo, el desplazamiento alcanzado es de
aproximadamente 2,5 cm por lo que se recomienda considerar el esfuerzo de 550
kPa como carga última. La capacidad de soporte admisible para un factor de
seguridad de 3 es de 183 kPa para la delgada capa de lahar y de 9200 kPa para la
brecha una vez que se transmiten los esfuerzos a esta capa.
Figura 26. Gráfico de esfuerzo en función del desplazamiento impuesto a los nodos de la
fundación
De acuerdo a los análisis de capacidad de soporte realizados el terreno es apto
para colocar las estructuras propuestas.
7.2. Cálculo de asentamientos
Los asentamientos de cimentaciones generalmente se producen inmediatamente
aplicada la carga, por consolidación y por compresión secundaria. Los
asentamientos instantáneos o inmediatos se producen por la colocación de la
carga y se dan en un período de 7 días aproximadamente. Los asentamientos por
consolidación dependen del tiempo, y pueden tomar meses y hasta años.
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Para determinar los asentamientos instantáneos y por consolidación de la obra
principal se utilizó el programa Settle 3D de Rocscience. Las propiedades de
deformabilidad y consolidación de las rocas y suelos se determinaron a partir de
los resultados de laboratorio para las rocas y a partir de la literatura existente para
los lahares, estas propiedades se presentan en la tabla 16.
Tabla 16. Propiedades de deformabilidad y consolidación de los materiales
Propiedad Relleno Concreto
Pobre
Lahar
6 m
Lahar
6 m a 14 m Brechas Lavas Pómez
(kN/m3) 20 21 16 16 20,75 27,83 14,93
Cc - - 0,25 0,15 - - -
Cr - - 0,04 0,03 - - -
OCR - - 2 4 - - -
Relación de Poisson μ 0,25 0.2 0,40 0,40 0,3 0,25 0,35
Relación de vacíos eo - - 1,1 0,55 - - -
Módulo de Elasticidad (kPa)
135000 2452000 34000 50000 710040 9354080 24580
De acuerdo al análisis realizado para los tamaños de cimientos y esfuerzos a
transmitir se presentaran los siguientes asentamientos:
Tabla 17. Asentamientos de las estructuras principales
Estructura Dimensiones cimientos (m)
Esfuerzo a transmitir
(KPa)
Instantáneo
(cm)
Consolidación
(cm)
Total
(cm)
Casa de máquinas 28 m x 8,5 m 10,39 0,08 1,48 1,56
Torres de enfriamiento 106 m x 18 m 26,7 0,66 2,65 3,31
Trafos 6 m x 8 m 21,5 0,25 7,58 7,83
Condensador 14 m x 8,5 m 20,59 0,28 3,82 4,10
Debido a la importancia del equipo que se debe colocar en Casa de Máquinas y al
bajo rango de tolerancia en cuanto a asentamientos del equipo se recomienda
excavar hasta llegar al contacto con el material tipo brecha y rellenar hasta
alcanzar el nivel de desplante requerido, colocando un concreto pobre de
105 kg/cm2 de resistencia a la compresión a los 28 días, con un espesor de 50 cm
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para disminuir los asentamientos por consolidación. Realizando esta sustitución de
material se generarían únicamente asentamientos elásticos de 0,05 cm.
Los asentamientos se deben verificar de acuerdo a los rangos de aceptación y
criterio estructural según el Cuadro 3.5 del Código de Cimentaciones de Costa
Rica (Asociación Costarricense de Geotecnia, 2004, p.49). Se recomienda realizar
un control de asentamientos durante el proceso constructivo y durante un período
razonable de operación.
7.3. Análisis de estabilidad de taludes en corte y relleno
El análisis de estabilidad de los taludes se realizó con la ayuda de los programas
SLIDE de Rocscience. El análisis se llevó a cabo en el talud ubicado en el sector
noreste y sureste de la Casa de Máquinas. La construcción del modelo se realiza
basada en la topografía generada por la excavación del movimiento de tierras y
con las propiedades de los materiales indicadas en las tablas 14 y 16, para así
determinar el factor de seguridad de la superficie de falla más probable.
Inicialmente se realizó el análisis de la estabilidad global del talud de corte a largo
plazo con las propiedades de los materiales, donde se obtienen factores de
seguridad para la superficie de falla superiores a 1,5 para el análisis en condición
estática y seudoestática, como se muestra en las figuras 27 y 28 respectivamente;
lo que garantiza la estabilidad global y local de los taludes si se utilizan cortes con
pendiente de 1H:1V.
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Figura 27. Talud de corte con bermas, Superficie de falla y factor de seguridad 3,12;
condición estática
Figura 28. Talud de corte con bermas, Superficie de falla y factor de seguridad de 2,18;
condición seudoestática
También, se realizó el análisis de la estabilidad global del talud de relleno con las
propiedades de los materiales, donde se obtienen factores de seguridad
superiores a 1,5 para el análisis en condición estática y en condición
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seudoestática, como se muestra en la figura 29 y 30 respectivamente; lo que
garantiza la estabilidad global del talud si se utilizan pendientes de 2H: 1V.
Figura 29. Talud de relleno, Superficie de falla y factor de seguridad 3,03; condición estática
Figura 30. Talud de relleno, Superficie de falla y factor de seguridad 2,24; condición
seudoestática
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Tanto en los taludes de corte como de relleno deben ser protegidos contra la
acción del agua de escorrentía superficial y en consecuencia de la erosión, por lo
tanto se deben revegetar.
Para el caso específico de la excavación de los cimientos de casa de máquinas se
realizó un análisis con la ayuda del programa FLAC. Se modeló la excavación
hasta el nivel de la terraza 670 msnm y posteriormente hasta el nivel de fundación
662 msnm en etapas de aproximadamente 2 m, con el fin de evitar inestabilidades
numéricas provenientes de cambios bruscos de los esfuerzos dentro del modelo.
Se modeló un descenso del nivel freático dentro de la zona de excavación, pero
en los alrededores se mantuvo constante. Esta es una situación conservadora y
solo se presentaría en caso que la permeabilidad del lahar fuera muy baja y la
excavación se realizara en un período tan corto que no permitiera el abatimiento
del nivel freático. En estas condiciones se efectuó un el cálculo de la estabilidad
de las paredes de la excavación. En la figura 31 se muestran los vectores de
velocidad y las zonas que se encuentran en estado de fluencia por tracción que se
obtendrían para el deslizamiento más probable del talud, cuyo factor de seguridad
es de 1,21.
Figura 31. Resultado del cálculo del factor de seguridad para el final de la excavación con
nivel freático alto
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En la figura 32 se muestra el resultado al calcular el factor de seguridad para una
condición en la cual se ha logrado abatir el nivel freático alrededor de la
excavación. El factor de seguridad calculado fue de 2,48, lo cual garantiza la
estabilidad del talud. El modo de falla es similar al del nivel freático alto que
aparece en la figura 18, se presenta un estado de fluencia por tracción en los
elementos cercanos al talud vertical. Aunque en este caso también aparecen
algunos puntos en fluencia por cortante.
Figura 32. Resultado del cálculo del factor de seguridad para el final de la excavación con el
nivel freático abatido
Aunque el talud que generará la excavación se presentara estable bajo las
condiciones analizadas, es importante reforzar y asegurar la estabilidad mediante
la colocación de pernos pasivos así como sistemas de drenaje de 6 m de longitud
para abatir el nivel freático conforme se avanza en la excavación. De acuerdo a lo
indicado en el detalle del anexo 17 y a lo especificado en la tabla 18.
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Tabla 18. Especificaciones de sostenimiento y drenaje
Pantalla de concreto
Espaciamiento horizontal de pernos (m) 3
Espaciamiento vertical de pernos (m) 1,5
Espesor de pantalla de concreto (mm) 100
Resistencia a la compresión del concreto (kg/cm2) 285
Tipo de malla electrosoldada MW26xMW26
Pernos
Longitud (m) 4
Varilla # 8
Grado 60
Diámetro de perforación (mm) 75
Placas
Ancho de placa (mm) 300
Espesor de placa (mm) 20
Tipo de varilla para refuerzo de placas 3
Grado 60
Cantidad 1
7.4. Relleno de sustitución
Cualquier relleno que deba realizarse para sustituir un material de propiedades no
adecuadas, para cimentar las principales estructuras, debe estar constituido por
material seleccionado y debe cumplir con las siguientes características:
o Clasificar como material no plástico (NP), es decir no debe contener partículas
plásticas.
o No debe contener materia orgánica (troncos y ramas), grumos ni terrones de
arcillas.
o Partículas duras y durables de piedras, gravas, tobas o lastres, tamizados o
triturados para obtener el tamaño y la graduación requerida.
o Debe tener la siguiente graduación:
Porcentaje pasando la malla 3 pulgadas (76.2 mm): 100%.
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CSD-ID-2014-049 64
Porcentaje pasando la malla No. 4 (4.75 mm): 40 - 100%.
Porcentaje pasando la malla No. 40 (0.425 mm): 10 - 70%.
Porcentaje pasando la malla No. 200 (0.075 mm): 0 – 20%.
Si se desea emplear algún otro material, será necesario efectuar ensayos de
laboratorio que permitan caracterizarlos y definir si se acepta o no como material
de sustitución.
Otros aspectos importantes del relleno de sustitución son la colocación y la
compactación, por lo que a continuación se presentan algunas consideraciones
que deben tenerse en cuenta:
a. El material debe extenderse y colocarse en capas de espesor no mayor a los
0,25 m.
b. La humedad del material a colocar no debe ser inferior o superior en 3% de la
humedad óptima de compactación.
c. El porcentaje de compactación no debe ser inferior al 95% del Proctor
estándar o de la densidad máxima del ensayo de densidad relativa.
d. La compactación se efectuará por medio de equipo mecánico vibratorio,
iniciando desde los bordes hacia el centro del relleno y manteniendo traslapes
discontinuos en los sitios compactados.
e. Cada vez que se concluya una capa del relleno debe ser verificada
topográficamente.
f. Se debe realizar un control de la compactación, para garantizar la
homogeneidad del relleno, principalmente para evitar problemas asociados a
asentamientos.
g. Este procedimiento será repetitivo para cada capa del relleno, hasta alcanzar
el nivel establecido previamente.
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7.5. Recomendaciones constructivas y excavaciones
En cuanto a los taludes de relleno la pendiente recomendada es 2H:1V y para los
taludes de corte la pendiente recomendada es 1H:1V, lo cual garantiza la
estabilidad. Para los taludes en corte se recomienda la construcción de bermas a
cada 5 m de altura para garantizar la estabilidad del talud; esta berma debe tener
contra pendiente y un adecuado manejo de agua de escorrentía superficial. Para
evitar los procesos de erosión de los taludes se recomienda revegetar.
7.6. Parámetros de diseño sísmico
De acuerdo al Código Sísmico de Costa Rica (2010), el proyecto se localiza en la
provincia de Guanacaste, Cantón de Liberia, en una zona sísmica III y el suelo se
clasifica como S3. Con base en lo anterior se establece, en el mismo código, una
aceleración pico efectiva de diseño de 0.36 g, como parámetro de la sacudida
sísmica correspondiente a un período de retorno de 475 años.
8. AMENAZAS NATURALES POTENCIALES
8.1. Amenaza volcánica
De acuerdo con (Soto et. al, 2003) el volcán Rincón de la Vieja es el centro
volcánico más grande y único activo de la Cordillera de Guanacaste.
Históricamente su actividad se ha caracterizado por frecuentes emisiones de
gases y vapores, erupciones freáticas y freatomagmáticas periódicas,
acompañadas normalmente por lahares calientes. Además, flujos piroclásticos
prehistóricos se han mapeado hasta unos 10 km de distancia del cráter activo y
depósitos de actividad subpliniana se presentan en el flanco WSW producto de la
dirección predominante del viento.
Una de las grandes erupciones de las últimas dos décadas ocurrió en diciembre
de 1966 cuando bloques, bombas y cenizas destruyeron la vegetación a más de 2
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 66
km del cráter así como retumbos fuertes con una columna negra y densa de unos
5 Km. de altura. (Paniagua et. al, 1996).
De acuerdo con (ICE, 2005), quizás la mayor explosión ocurrió el 17 de enero de
1967, que generó una capa de ceniza que, cerca del cráter, midió unos 100 cm de
espesor, eliminó la vegetación y se dispersó hasta 2 km, además alrededor del
cráter, había bombas y bloques.
Entre otras actividades de erupciones pequeñas, se registran en febrero de 1983
nuevas erupciones freáticas que afectaron un área pequeña 2 km al sur y al este
del cráter activo. Una actividad mayor en marzo de 1984, que cubrió un área de 4
km2 al sur y sureste del cráter activo y generó corrientes de lodo de 10 a 15 km de
largo que bajaron por los drenajes al norte del volcán. El 1 de abril de 1987 hubo
otra erupción freática y lahares en los ríos Azufroso y Pénjamo. Una de las
principales explosiones de acuerdo con ICE (2005) se presentó el 8 de mayo de
1991, con una columna de cenizas y vapor que alcanzó 5 km de altura y originó
lahares hacia el norte (ríos Pénjamo, Azul y Azufroso), que destruyeron los
puentes. Nuevamente en noviembre de 1995 hubo fuertes erupciones de gases y
vapores, rocas (bombas y bloques) con diferentes ángulos y oleadas rasantes de
cenizas y vapor, con la subsecuente generación de lahares, de nuevo en los ríos
Azul, Pénjamo y Azufrada y daños considerables en los puentes y finalmente, en
febrero de 1998 el volcán Rincón de la Vieja hizo una nueva erupción generando
lahares que se distribuyeron por los mismo ríos en el flanco norte del volcán, que
se afectaron en eventos anteriores. Las erupciones fueron freáticas, sin aporte de
nuevo magma.
Según (ICE, 2005) dado que el Rincón de la Vieja es un volcán activo, con
erupciones importantes en tiempos prehistóricos e históricos y puesto que desde
1998 no ha tenido ninguna erupción importante (freatomagmática o magmática),
se podría especular que dentro del lapso de vida útil de las obras (unos 100 años)
se genere un periodo eruptivo importante. Sin embargo, por la ubicación de las
obras, las condiciones topográficas y la dirección de los vientos, los efectos
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 67
directos probablemente serían mínimos o nulos, tal y como se desprende de los
estudios vulcanológicos (tefroestratigrafía, mapeo geovulcanológico, análisis
computacional). Los efectos indirectos o apenas perceptibles a corto plazo, en el
caso de una erupción moderada podrían ser la caída de ceniza fina, lluvia ácida y
eventualmente lahares que se encaucen por el Río Colorado.
8.2. Amenaza sísmica y fallamiento
De acuerdo con (ICE, 2005) las fuentes sísmicas más importantes para el caso del
Proyecto Geotérmico Las Pailas lo constituyen, en primer lugar, el proceso de
subducción de la placa del Coco bajo la placa Caribe, los sistemas de fallamiento
local, dentro de los cuales se encuentran las fallas activas Cote-Arenal, Bagaces,
Chiripa, Caño Negro y Coyol-Guape y finalmente las estructuras caldéricas como
las del Rincón de la Vieja, Miravalles y Tenorio, ver detalle en la Figura 33.
Figura 33. Lineamientos regionales y localización del Campo Geotermico Pailas (Tomado y
modificado de Chavarría et. al, 2010)
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Como ya es conocido, Costa Rica está situada dentro de una región
tectónicamente activa, caracterizada, principalmente, por el proceso de
subducción de la placa del Coco bajo la Caribe a lo largo de la Fosa
Mesoamericana, por lo que la zona de Guanacaste, al igual que el resto del país,
está expuesta a la ocurrencia periódica de terremotos y a una alta tasa de
sismicidad. En el pacífico norte a este proceso de subducción se le han
identificado dos zonas sísmicas con potencial para generar sismos importantes de
hasta M= 7,7 (Climent et. al, 2003).
Según (ICE, 2005) de los datos de sismos superficiales de las redes sismológicas
locales del ICE en Miravalles y Las Pailas se observan varios focos de actividad
sísmica importantes que se concentran principalmente en una caldera al suroeste
del volcán Rincón de la Vieja, en la caldera de Miravalles, entre los macizos
Miravalles y Tenorio y al sureste del macizo de Tenorio.
Como se observa en la Figura 34 y de acuerdo con Taylor (2004) la mayoría de
microsismos se localizan dentro de la caldera de Guachipelín, sin embargo no se
ha logrado definir que esta sismicidad sea disparada por las actividades de
perforación de los pozos a lo largo de las zonas de falla.
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CSD-ID-2014-049 69
Figura 34. Localización de microsismos (ML ≤ 2,0, con profundidades entre 1,0 y 5,5 km) en
el área de Campo Geotérmico Las Pailas. (Tomado y modificado de Arias, 2002)
Con respecto al fallamiento local, de acuerdo con Climent et. al, (2003), éste se
caracteriza por la generación de sismos de magnitudes locales intermedias
(5,0≥ML≤6,5) y de foco superficial (5 ≥ Z ≤ 20 km). En el caso del sitio donde se
ubica el Proyecto Geotérmico Las Pailas, históricamente se reportan intensidades
máximas (MM) de VI-VII (ICE, 2005). Según los mismos autores, las fallas Cote-
Arenal, Bagaces y Chiripa se consideran de menor potencial sísmico por
encontrarse mucho más alejadas del área del proyecto, mientras que La Falla
Coyol Guape (orientada NW-SE, con aproximadamente 7 km de longitud y que
une las manifestaciones termales Las Pailas y Las Hornillas), Falla Caño Negro y
el proceso de subducción son las fuentes sísmicas de mayor relevancia para el
proyecto y para las cuales se evaluaron varios escenarios sísmicos. A partir de
esa información, se determinó que la amenaza sísmica en el P.G. Pailas está
controlada por la ocurrencia de un evento sísmico en la falla Caño Negro y se
esperaría que la aceleración pico del terreno tenga un valor alrededor del 50 % de
la aceleración de la gravedad.
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8.3. Emanación de gases
Debido al cambio de color con el tiempo en las muestras obtenidas en las dos
perforaciones ejecutadas se solicitó determinar la posibilidad de emanaciones de
Dioxido de carbono (CO2) y Sulfuro de hidrógeno (H2S), posterior a la excavación
para conformar la plazoleta.
En total se realizaron cincuenta sondeos a lo largo del perímetro del área
designada para Casa de Máquinas, y adicionalmente, se realizaron medidas
directamente sobre los pozos de perforación a rotación. La distribución de dichos
muestreos se presenta en la figura 35.
Figura 35. Ubicación de muestreo de gases.
Los resultados obtenidos de estas mediciones no mostraron ningún indicio de
manifestaciones de flujo continuo de gas tal como se muestra en las figura 36,
donde los valores de CO2 varían entre 200 y 400 ppm en toda la periferia,
incrementándose este valor únicamente en la medida realizada en la sondeos2
con 1400 ppm. Considerando a las concentraciones de 450 ppm e inferiores de
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CSD-ID-2014-049 71
CO2 como el nivel base ambiental, se concluye que no se encontraron niveles
anómalos.
En el sondeo 2 se observó una concentración intermedia de 3400 ppm, sin
embargo después de un tiempo no superó la lectura de 300 ppm. En los pozos los
valores obtenidos, mostraron un comportamiento fluctuante por debajo de la base
ambiental, como se muestra en la figura 36.
Por otra parte, los resultados obtenidos de H2S tampoco mostraron presencia de
algún tipo de manifestación de este gas. Y en ningún caso se superó el nivel base
ambiental (0,014 ppm) (figura 9).
Figura 36. Magnitudes de concentración de gases.
Además las mediciones en las perforaciones fueron variables, y casi en la
totalidad correspondieron a “bolsas o atrapamientos” de CO2.
Para la malla tierra se debe considerar los posibles efectos de corrosión.
Finalmente se recomienda repetir el control de gases una vez que se realice el
destape y las excavaciones.
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9. CAPACIDAD DE INFILTRACIÓN DEL TERRENO
Para determinar la capacidad de infiltración que tiene el lahar encontrado en la
zona de investigación se realizó una prueba de infiltración siguiendo lo establecido
en el Código de Instalaciones Hidráulicas y Sanitarias en Edificaciones del Colegio
Federado de Ingenieros y Arquitectos. Esta prueba consiste en hacer mediciones
directas de las variaciones del nivel del agua en el tiempo producto de la
infiltración del agua en el terreno, con esto se estimará la velocidad de infiltración.
9.1. Tasa de Infiltración y Velocidad de Infiltración
De acuerdo a los datos de la prueba la tasa de infiltración es T = 100 min/cm, y la
velocidad de infiltración es Vp = 1,00 x 10-7 m/s según el procedimiento descrito en
las Normas de Presentación, Diseño y Construcción para Urbanizaciones y
Fraccionamientos de Acueductos y Alcantarillados.
Considerando que la cantidad de personas que utilizarían la edificación son 10 con
un gasto por persona por día de 162 l/día, para una velocidad de infiltración de
1,00 x 10-7 m/s la geometría del campo de infiltración necesaria es la siguiente:
Ancho de zanja: 0,60 m
Espesor de grava bajo el tubo infiltrante: 0,90 m
Perímetro efectivo: 1,30 m
Longitud total de zanjas: 144,12 m
Separación entre zanjas: 3,24 m
Área de infiltración: 466,60 m2
Se recomienda buscar otra alternativa para el manejo de las aguas negras, que no
requiera un área de infiltración, ya que la requerida en este caso en particular es
muy grande.
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10. CONCLUSIONES
Con base en los análisis realizados se concluye lo siguiente:
GEOLÓGICAS
1. La geología del área corresponde con materiales de origen volcánico,
específicamente, consiste en lahares, lavas y brechas lávicas, así como
flujos piroclásticos que, por el ambiente de depositación, presentan en
general una fuerte alteración de tipo hidrotermal. La presencia de arcillas
como la caolinita y la haloisita, así como minerales como la alunita,
marcasita, pirita y el azufre nativo evidencian ambientes con características
ácidas.
2. De acuerdo con mediciones del nivel freático se determina que en la zona
se localiza un acuífero libre correspondiente al lahar de la unidad de Debris
Avalanche del Rincón de la Vieja, este nivel freático se localizó en promedio
a unos 8 m de profundidad, sin embargo, es importante considerar que la
profundidad podría disminuir en períodos de mayor intensidad de lluvias.
MODELO DE REFRACCIÓN SÍSMICA
1. El modelo de refracción sísmica presenta dos capas, una superficial con
velocidades Vp de 0,5 km/s, y una profunda con velocidades Vp de 3,0 a
3,1 km/s.
2. La capa superficial se asociada a suelos y depósitos de avalanchas
volcánicas y lahares (debris flow), presenta una velocidad Vp relativamente
muy baja de 0,5 km/s, en comparación con la velocidad Vp de la capa basal
(3,0-3,1 km/s).
3. La roca basal se asociada a tobas soldadas y/o coladas de lavas con
velocidades Vp de 3,0 a 3,1 km/s, este elevado rango de velocidad se debe
posiblemente a que la roca se encuentra saturada a partir del contacto con
la capa superficial.
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CSD-ID-2014-049 74
4. El espesor mínimo registrado por los depósitos superficiales asociados a
suelos y depósitos de avalanchas volcánicas y lahares (debris flow) es de
5 m y se localiza en los sector de mayor pendiente del perfil 1 (P-1); por el
contrario en los sectores intermedios de ambos perfiles se registran los
mayores espesores de aproximadamente 11 m a 13 m.
5. Los depósitos superficiales presentan espesores considerables (5 m - 13 m)
y bajas velocidades Vp (0,5 km/s) que los caracterizan con condiciones
geomecánicas malas a muy malas.
6. La primera capa de baja velocidad Vp (0,5 km/s) y de importante espesor,
puede eventualmente generar problemas de asentamiento en la
cimentación de la estructura de la Casa de Máquinas.
MODELO GEOELÉCTRICO
1. El modelo geoeléctrico corresponde a tres capas, la primera con
resistividades entre 40 y 100 Ohm-m asociada a suelos y bloques de lava
sueltos, la segunda con resistividades entre 10 y 40 Ohm-m asociada a
tobas, bloques de lava y brechas, todas alteradas; y la última con
resistividades entre 50 y 200 Ohm-m asociada con tobas y brechas.
2. El método de polarización inducida pudo detectar anomalías conductoras
asociadas a materiales alterados que no fue posible detectar mediante la
refracción sísmica, lo cual evidencia el beneficio de la complementación de
los métodos.
3. La interfaz entre las capas 1 y 2 posiblemente corresponde con el nivel
freático local, de ahí hacia abajo la roca probablemente se encuentra
saturada.
MODELO GEOLÓGICO GEOTÉCNICO
1. El suelo donde se pretende construir la Casa de Máquinas del PG Pailas II
presenta la estratigrafía descrita en el apartado 6 Modelo geológico
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 75
geotécnico del terreno, donde se presentan las propiedades de cada uno de
los materiales que son utilizadas para el análisis y diseño geotécnico.
2. El terreno donde se cimentaran las estructuras corresponde a un depósito
de lahares cuya matriz son suelos tipo limo elástico arenoso y limos con
arena de consistencia media a dura.
3. De acuerdo a la clasificación del macizo rocoso el material tipo brecha se
asocia a un valor de RMR entre 18 y 57, lo cual corresponde a un macizo
clase III y IV, lo cual representa una masa rocosa de condición media a
mala. El material tipo lava se asocia a un valor de RMR entre 43 y 70, lo
cual corresponde a un macizo clase II y III, esto es una masa rocosa de
condición buena a media. El material depósitos de flujos de pómez se
asocia a un valor de RMR entre 24 y 34, lo cual corresponde a un macizo
de clase IV, que representa una masa rocosa de condición mala.
4. De acuerdo al análisis de capacidad de carga considerando una única capa
de lahar, la capacidad de carga admisible del terreno varía entre 522,2 kPa
y 756,8 kPa.
5. De acuerdo al análisis numérico de esfuerzo y deformación por medio del
programa de diferencias finitas FLAC, realizado específicamente para la
cimentación de Casa de Máquinas, se estima una capacidad de carga
admisible para la delgada capa de lahar de 183 kPa y de 9200 kPa para la
capa inferior, brechas.
6. A pesar de que el material denominado lahar presenta condiciones
geomecánicas malas, los análisis de capacidad de carga garantizan que el
terreno es apto y tendrá un comportamiento adecuado para la construcción
de las diferentes estructuras propuestas en Casa de Máquinas.
7. Los asentamientos elásticos varían de 0,08 cm a 0,66 cm y por
consolidación de 1,48 cm a 7,58 cm los cuales se presentan en la tabla 14,
generando asentamientos totales de 1,56 cm a 7,83 cm. Estos
asentamientos se deben verificar de acuerdo a los rangos de aceptación y
criterio estructural según el Cuadro 3.5 del Código de Cimentaciones de
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CSD-ID-2014-049 76
Costa Rica (Asociación Costarricense de Geotecnia, 2004, p.49). Se
recomienda realizar un control de asentamientos durante el proceso
constructivo y durante un período razonable de operación.
8. De acuerdo al análisis de estabilidad de taludes, el talud ubicado en el
sector noreste y sureste de la Casa de Máquinas permanecerán estables
siempre y cuando se realice la construcción de bermas a cada 4 m con
pendientes de 1H:1V.
9. En el caso de los taludes de relleno con una altura de 1,70 m, en la terraza
para las torres de enfriamiento, se mantendrán estables, si se utilizan
pendientes de 2H:1V.
10. Tanto en los taludes de corte como de relleno deben ser protegidos contra
la acción del agua de escorrentía superficial y en consecuencia de la
erosión, por lo tanto se deben revegetar.
11. Para la conformación de la terraza y para la cimentación de cualquier
estructura se recomienda utilizar rellenos de sustitución tipo lastre, con las
características indicadas en el apartado 8.4.
12. De acuerdo al Código Sísmico de Costa Rica (2010), el proyecto se localiza
en la provincia de Guanacaste, Cantón de Liberia, en una zona sísmica III y
el suelo se clasifica como S3. Con base en lo anterior se establece, en el
mismo código, una aceleración pico efectiva de diseño de 0.36 g, como
parámetro de la sacudida sísmica correspondiente a un período de retorno
de 475 años.
13. Para la malla tierra se debe considerar los posibles efectos de corrosión.
14. Para el caso específico de Casa de Máquinas se logra obtener taludes de
corte estables siempre y cuando se proteja el talud con la colocación de
pernos pasivos, así como colocar tuberías de drenaje para asegurar abatir
el nivel freático conforme se avanza en la excavación tal como se detalla en
la tabla 16 del apartado 8.3 y en el anexo 17.
15. De acuerdo a las pruebas de infiltración realizadas en la capa de lahar, la
tasa de infiltración es de 100 min/cm con una velocidad de infiltración de
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1,00 x 10-7 m/s. Se recomienda buscar otra alternativa para el manejo de
las aguas negras, que no requiera un área de infiltración, ya que para este
caso en particular es muy grande.
AMENAZAS NATURALES POTENCIALES
1. Por su localización, el proyecto presenta una potencial amenaza volcánica
que, de acuerdo con los registros históricos podría estar representado por
emisiones de gases y vapores, erupciones freáticas y freatomagmáticas
acompañadas por lahares calientes, así como flujos piroclásticos y actividad
de tipo subpliniano. Dado que desde 1998 no ha tenido ninguna erupción
importante (freatomagmática o magmática), se podría esperar que dentro
del lapso de vida útil de las obras se genere un periodo eruptivo importante
y los efectos podrían ser la caída de ceniza fina, lluvia ácida y
eventualmente lahares que se encaucen por el Río Colorado.
2. Con respecto al potencial sísmico y fallamiento en la zona, Costa Rica está
situada dentro de una región tectónicamente activa por lo que está
expuesta a la ocurrencia periódica de terremotos y a una alta tasa de
sismicidad. Se consideran como las fuentes sísmicas más importantes el
proceso de subducción de la placa del Coco bajo la placa Caribe, las fallas
activas Cote-Arenal, Bagaces, Chiripa, Caño Negro y Coyol-Guape y
finalmente las estructuras caldéricas como las del Rincón de la Vieja,
Miravalles y Tenorio.
3. En el sitio donde se ubica el Proyecto Geotérmico Las Pailas,
históricamente se reportan sismos con intensidades máximas (MM) de VI-
VII y se determinó que la principal amenaza sísmica está controlada por la
ocurrencia de un evento sísmico en la falla Caño Negro, donde se esperaría
que la aceleración pico del terreno tenga un valor alrededor del 50 % de la
aceleración de la gravedad.
4. De acuerdo al estudio realizado sobre posibles riesgos de emanaciones de
gases en la zona de estudio no se mostró ningún indicio de manifestaciones
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
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de flujo continuo de gas. Considerando a las concentraciones de 450 ppm e
inferiores de CO2 como el nivel base ambiental, se concluye que no se
encontraron niveles anómalos.
5. Los resultados obtenidos de H2S tampoco mostraron presencia de algún
tipo de manifestación de este gas. Y en ningún caso se superó el nivel base
ambiental (0,014 ppm).
11. RECOMENDACIONES GENERALES
1. Las mallas de puesta a tierra deben seguir algún protocolo de prevención a
la corrosión.
2. Realizar mediciones para el control de gases una vez que se finalice el
destape y las excavaciones.
3. A pesar que en las recomendaciones del estudio geofísico se recomienda
sustituir el terreno de fundación sobre el cual se pretende cimentar la casa
de máquinas pues se establece que el lahar presenta condiciones
geomecánicas malas, de acuerdo a los análisis geotécnicos realizados se
garantiza que el material es apto para la construcción de las obras y tendrá
un comportamiento adecuado.
4. Aunque en el estudio geofísico se recomienda que la malla tierra se ubique
dentro de la capa geoeléctrica N° 2, la cual corresponde al material tipo
brechas, constructivamente es más factible seguir algún protocolo de
prevención a la corrosión.
5. Debido a la importancia de los elementos a colocar en la casa de máquinas,
a los bajos rangos de aceptación de asentamientos y a la delgada capa de
lahar existente debido al movimiento de tierras, se recomienda sustituir este
material por un relleno de concreto pobre de 0.5 m de espesor para nivelar
el terreno y asegurar que solo se presenten asentamientos inmediatos, los
cuales son muy pequeños.
6. Aunque el talud de excavación para los cimientos de casa de máquinas se
presentan estables bajo las condiciones analizadas en el presente informe,
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 79
se recomienda proteger el talud con la colocación de pernos pasivos, así
como colocar tuberías de drenaje para asegurar abatir el nivel freático
conforme se avanza en la excavación tal como se detalla en la tabla 16 del
apartado 8.3 y en el anexo 17.
7. Se recomiendan taludes con pendientes de 1,0H:1,0 V para taludes de
corte. Si se requieren taludes de corte con alturas mayores a los 4,0 m es
recomendable construir bermas intermedias de alivio. En cuanto a los
taludes de relleno la pendiente recomendada es 2,0H:1,0 V para el material
tipo lastre.
8. Se recomienda la construcción de cunetas de concreto en la base de los
taludes y contracunetas de concreto en la parte superior de los mismos y en
las bermas intermedias para realizar la recolección del agua de escorrentía
superficial y generada por el abatimiento del nivel freático. Adicionalmente
los taludes deben ser protegidos mediante la siembra de vegetación
adecuada a la zona.
9. Las bermas intermedias deben contar con una contrapendiente entre un
3% y un 5% para garantizar un flujo adecuado del agua de escorrentía
hacia las cunetas.
10. El diseño de la estructura de Casa de Máquinas que se encuentra a un
nivel de excavación de 662 msnm debe adecuarse para que sea capaz de
resistir las fuerzas de empuje del agua y supresión o bien construir un
sistema de evacuación de las aguas producto de los drenajes.
11. No se prevén problemas de surgencia de agua a nivel de terraza (670
msnm), en caso que en invierno se presente esta situación, se recomienda
la construcción de pozos de drenaje a lo largo de la misma, para el diseño y
distribución de los mismos se debe consultar al Área de Exploración
Subterránea del Centro de Servicio de Diseño.
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 80
12. BIBLIOGRAFÍA
1. Asociación Costarricense de Geotecnia, 2009.Código de Cimentaciones de Costa Rica, 2. Ed. Cartago: Editorial Tecnológica de Costa Rica.
2. Colegio Federado de Ingenieros & Arquitectos, 2003. Código Sísmico de
Costa Rica 2002. Cartago: Editorial Tecnológica de Costa Rica.
3. Peck, R. Hanson, W. y Thornburn, T. Ingeniería de cimentaciones. Editorial Limusa. México. 1988.
4. Das, Braja. Principios de Ingeniería de cimentaciones. 4ta edition. Editorial International Thomson. México. 2001.
5. Das, Braja. Fundamentos de Ingeniería geotécnica. Editorial International Thomson. México.
6. Chavarría, L., Mora, O., Hakanson, E., Galves, M., Rojas, M., Molina, F. & Murillo, A., 2010: Geologic Model of the Pailas Geothermal Field, Guanacaste, Costa Rica.
7. Climent, A., Salgado, D., Slob, S. & van Westen, C., 2003: Amenaza Sísmica y Vulnerabilidad Física en la ciudad de Cañas, Guanacaste, Costa Rica. Capacity Building For Natural Disaster Reduction (CBNDR)/Regional Action Program For Central America (RAPCA).
8. Das, Braja. Principios de Ingeniería de cimentaciones. 4ta edition. Editorial International Thomson. México. 2001.
9. Das, Braja. Fundamentos de Ingeniería geotécnica. Editorial International Thomson. México.
10. Instituto Costarricense de Electricidad (ICE), 2005: Estudio de Impacto Ambiental Proyecto Geotérmico Las Pailas. Tomo 1. Centro de Servicio Recursos Geotérmicos
11. Instituto Costarricense de Electricidad (ICE), 2012: Geología e Hidrogeología de los pozos de la Casa de Máquinas del Centro de producción Geotérmica Las Pailas, Guanacaste. Costa Rica. Centro de Servicio Exploración Subterránea
12. Instituto Costarricense de Electricidad (ICE), 2013: Estudio geofísico de refracción sísmica y resistividad eléctrica en el sitio de la futura Casa de
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 81
Máquinas del PG Pailas II. Informe Técnico. Área de Geofísica, CS Exploración Subterránea.
13. Instituto Costarricense de Electricidad (ICE), 2014: Petrografía de 4 muestras pozos PP1 y PP2 (Pailas II). Centro de Servicio Diseño.
14. Paniagua, S., Salazar, L., Kussmaul, S., Monge, Alfonso & Obando L., 1996: Síntesis de la amenaza volcánica y estimación básica del riesgo del volcán Rincón de la Vieja, Cordillera de Guanacaste, Costa Rica. Escuela Centroamericana de Geología, Universidad de Costa Rica.
15. Peck, R. Hanson, W. y Thornburn, T. Ingeniería de cimentaciones. Editorial Limusa. México. 1988.
16. Soto, Gerardo., Alvarado, G. & Goold, S., 2003: Erupciones < 3800 a.P. del Volcán Rincón de la Vieja, Costa Rica. Rev. Geol. Amér. Central, 29: 67-86.
17. Taylor, W., 2004: Características físicas del reservorio en el Campo Geotérmico Las Pailas estimadas con base en datos sismológicos, estructurales y relaciones de Poisson. Rev. Geol. Amér. Central, 31: 31-44.
18. Zamora, N., Méndez, J., Barahona, M. & Sjöbohm, L., 2004: Volcano-Estratigrafía asociada al campo de domos de Cañas Dulces, Guanacaste. Costa Rica. Rev. Geol. Amér. Central, 30: 41-58.
19. Instituto Costarricense de Electricidad (ICE), 2013: Estudio geofísico de
refracción sísmica y resistividad eléctrica en el sitio de la futura casa de máquinas del Proyecto Geotérmico Pailas II. Centro de Servicio de Diseño.
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13. ANEXOS
Número de Anexo
Título
1 Clasificación RMR perforación 1
2 Clasificación RMR perforación 2
3 Descripción perforación 1
4 Descripción perforación 2
5 Lámina 1. Planta de ubicación de Perfiles geofísicos
6 Lámina 2. Perfil 1 (P-1) Refracción Sísmica
7 Lámina 3. Perfil 3 (P-3) Refracción Sísmica
8 Lámina 4. Perfil 1 (P1) Resistividad Eléctrica
9 Lámina 5. Perfil 2 (P2) Resistividad Eléctrica
10 Lámina 6. Perfil 3 (P3) Resistividad Eléctrica
11 Lámina 7. Perfil 4 (P4). Resistividad Eléctrica
12 Planta
13 Perfil excavación, perforaciones
14 Perfil excavación, casa de máquinas
15 Perfil excavación, tubería de enfriamiento
16 Perfil excavación, casa de máquinas y tubería de enfriamiento
17 Detalle de colocación de drenajes
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 83
1 X: 352762.95 Y: 1189904.17
ID MATERIAL TRAMO (m) Recup. (m) CS (MPa) RQD (%)Separación
diaclasas (m)
Long.
Discontinuidad
(m)
Abertura
(mm)Rugosidad Relleno Alteración
Estado
general
Orientación
discontinuidades
Medias
12.34
-1 - - -
40.40
Medias
MediasSeco
1 SuaveBlando menor a
5 mm
Ligeramente
alterada
Ligeramente
alterada
Blando menor a
5 mmSuave1
98.17 43.70 0.45 2 1 Medias
2.10 - 4.0
98.17 93.02 1.08 2
Seco
Seco
Ligeramente
alterada
Medias
Ligeramente
alterada
Medias
Ligeramente
alterada
Seco Medias
MediasSecoLigeramente
alterada
SuaveBlando menor a
5 mm
Ligeramente
alterada
1Ligeramente
rugosa
Blando menor a
5 mm
-
BR
ECH
AS
= C
apa
4
Seco
2
Blando menor a
5 mm
Blando menor a
5 mm
Blando menor a
5 mm
Blando menor a
5 mm
Blando menor a
5 mm
4.54
29.31
Seco
0.2845.29
98.17
35.66 - 37.70 12.34
12.34 90.32
Seco
Ligeramente
alterada50.80 0.28 2
19
20
37.70 - 38.70
17
18
Ligeramente
rugosa
Blando menor a
5 mm
Ligeramente
alterada
2.15
1.98
0.93
21
22
29.65 - 32.15
32.15 - 33.50
33.50 - 35.66
0.06 2
20.41
9
10
11
12
13
14 22.20 - 24.00
20.70 - 22.20
14.50 - 17.50
19.00 - 20.70
3
4
5
6
7
8
0.82 2 1
86.0059.1427.00 - 28.00
28.00 - 29.65 90.91
5.718.25
1.00 2 1
5.12 31.16
LAV
AS
= C
apa
3
2.5
1.35
Medias
MediasBlando menor a
5 mm
Ligeramente
alterada
Ligeramente
rugosa1
1Ligeramente
rugosa
0.30 2 1Ligeramente
rugosa
MediasSeco21.80
Ligeramente
alterada
Seco
Seco
Ligeramente
alterada
Ligeramente
rugosa12
Ligeramente
rugosa
10.0 - 11.50
11.50 - 14.50
9.50 - 10.0
7.00 - 9.50
5.50 - 7.00
4.0 - 5.50
PROYECTO
0.00 - 1.50
COORDENADAS CRTM05PERFORACIÓN #
1
2 1.50 - 2.10
LAH
AR
ES =
Cap
a 1
- - -25 43.00 - 45.00 - 60.80 0.06 2 1 - -
DEP
. FLU
JOS
DE
PÓ
MEZ
=
Cap
a 524 40.00 - 43.00 - 20.58 0.06 2 1 - - - - -
23 38.70 - 40.00 66.92 0.06 1 - - - - -1.3
2.77
15 24.00 - 27.00 50.00 0.75 2 1Ligeramente
rugosa
120.3316
BR
ECH
AS
= C
apa
2
1.65
1
17.37
4.83 29.33 0.50 2
17.50 - 19.00
112.39
1.5
1.76
2.9
REGISTRO FOTOGRÁFICO DE PERFORACIÓN 1
DATOS
PG PAILAS II
1.9
1.38
1.7
1.5
1.75
MediasSecoBlando menor a
5 mm
Ligeramente
rugosa
Nivel de desplante 662 msnm, profundidad 17.34 m
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 84
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 85
1 X: Y:
ID MATERIAL TRAMO (m) CS RQD Separación
diaclasas
Long.
Discontinuidad Abertura Rugosidad Relleno Alteración
Estado
general
Orientación
discontinuidadesRMR CLASE
CALIDAD
MACIZO
1189904.17352762.95
Mala
25 43.00 - 45.00 15 13 8 4 1 0 0 0 -70 34 IV Mala
0
0 -70 24 IV
23 38.70 - 40.00 2 13 8
24 40.00 - 43.00 15 3 8 4 1 0 0
4 1 0 0
-7 28 IV Mala0 0 0 0
-70 21 IV Mala
-7 62 II Buena0 2 5 15
-7 38 IV Mala15
37.70 - 38.70 2 20 8 4 1
0 2 535.66 - 37.70 2 6 10 4 1
33.50 - 35.66 7 20 15 4 1
0 2 5
-7 53 III Media
32.15 - 33.50 7 6 10 4 1
3 2 5 15
-7 43 III Media1519
20
21
22
29.65 - 32.15 7
COORDENADAS CRTM05
18 13 10 4 1
13
14
15
16
17
PERFORACIÓN #
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
1415201228.00 - 29.65
27.00 - 28.00 7 17 10 4 1
424.00 - 27.00
14106
Media
BuenaII70-7
3 2 5 -715
15523
57 III
22.20 - 24.00 2 3 15 4 1
141513
43 III Media
MediaIII55-7
3 2 5 15
15523
-7
120.70 - 22.20 15523
-7 40 IV19.00 - 20.70 1 6 10 4 1 Mala
MalaIV40-7
3 2 5 15
14106217.50 - 19.00
Media
MediaIII41-7
3 2 5 15
15523
-7 42 III14.50 - 17.50 1 3 15 4 1
11.50 - 14.50
10.0 - 11.50
9.50 - 10.0
7.00 - 9.50LAH
AR
ESB
REC
HA
S
5.50 - 7.00
4.0 - 5.50
2.10 - 4.0
LAV
AS
BR
ECH
AS
DEP
. FLU
JOS
DE
PÓ
MEZ
PROYECTO PG PAILAS II
CLASIFICACIÓN RMR
1.50 - 2.10
0.00 - 1.50
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 86
1 X: Y:
ID MATERIAL TRAMO (m) CS RQD Separación
diaclasas
Long.
Discontinuidad Abertura Rugosidad Relleno Alteración
Estado
general
Orientación
discontinuidadesRMR CLASE
CALIDAD
MACIZO
PROYECTO PG PAILAS II
PERFORACIÓN # COORDENADAS CRTM05 352762.95 1189904.17
CLASIFICACIÓN RMR
1 0.00 - 1.50
3 2.10 - 4.0
2 1.50 - 2.10
5 5.50 - 7.00
4 4.0 - 5.50
7 9.50 - 10.0
6 7.00 - 9.50
9 11.50 - 14.50
8 10.0 - 11.50
11 17.50 - 19.00 12 3 10 4
10 14.50 - 17.50 12 3 10 4
1 3
6
48 III Media2 5 15 -7
III Media2 5 15 -7 51
Media2 5 15
1
1 3
5 15 -7 51
4
III Media
III Media
Media
41
13 20.70 - 22.20 12 6 10 4 1 3 2
-7 51 III12 19.00 - 20.70 12
1 3
3
50 III
15 24.00 - 27.00 4 6 8 4 1
1 3 2 5 15 -714 22.20 - 24.00 4 13 10
2 5 15 -7
53 III Media
Media
17 28.00 - 29.65 7 13 10 4 1 3 2
2 5 15 -7 46 III16 27.00 - 28.00 7 6 10
19 32.15 - 33.50 12 13 8 4
5 15 -7
18 29.65 - 32.15 7 13 8 4 3
4
1 3
0
51 III Media2 5 15 -7
III Media2 5 15 -7 53
Media2 5 15
1
1
5 15 -7 64
0
III Media
II Buena
Muy mala
43
21 35.66 - 37.70 12 17 15 4 1 0 2
-7 58 III20 33.50 - 35.66 12
1 0
3
18 V
23 38.70 - 40.00 2 3 15 4 1
0 0 0 0 0 -722 37.70 - 38.70 2 3 20
2 5 15 -7
0 0 -7 21 IV Mala
Media
25 43.00 - 45.00 2 6 20 0 0 0 0
2 5 15 -7 43 III24 40.00 - 43.00 2 6 15 4
LAH
AR
ESB
REC
HA
SLA
VA
SB
REC
HA
DEP
. FLU
JOS
DE
PÓ
MEZ
13 10 4
6 10 4
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 87
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 88
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 89
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 90
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 91
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 92
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 93
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 94
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 95
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 96
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 97
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 98
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 99
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 100
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 101
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 102
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 103
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
CSD-ID-2014-049 104
Exploración geotécnica en el sitio de casa de máquinas
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