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Informe Técnico - Memoria de cálculo estructural v 1.0 / pág. i

“DIMENSIONAMIENTO Y RECOMENDACIONES TÉCNICAS PARA FUNDACIÓN DE ESTRUCTURAS,

EXCAVACIONES Y RELLENOS”

Planta Depuradora de líquidos cloacales de la ciudad de Santiago del Estero

INFORME TÉCNICO

Informe Técnico - Fundaciones v 1.0 / pág. ii

DIMENSIONAMIENTO Y RECOMENDACIONES TÉCNICAS PARA FUNDACIÓN DE ESTRUCTURAS,

EXCAVACIONES Y RELLENOS

Planta Depuradora de líquidos cloacales de la ciudad de Santiago del Estero

INFORME TÉCNICO

Versión 1.0

Agosto 2013

ÍNDICE

1. ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE LAS EXCAVACIONES ................................ 3

1.1. INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 3

1.2. PROPIEDADES DE LOS SUELOS ....................................................................................................... 3

1.3. MÉTODO DE CÁLCULO ................................................................................................................... 3

1.4. SUPERFICIE DE DESLIZAMIENTO CRÍTICA ......................................................................................... 4

1.5. ANÁLISIS DE ESTABILIDAD .............................................................................................................. 4

1.6. CONCLUSIONES ............................................................................................................................. 5

2. RELLENOS ........................................................................................................ 6

3. VERIFICACIÓN DE CAPACIDAD DE PILOTES ............................................... 8

4. DISTRIBUCION Y DIAMETRO DE PILOTES .................................................. 17

5. MÉTODO CONSTRUCTIVO DE PILOTES CON LODO BENTONÍTICO ........ 18

5.1. TAREAS PREVIAS ........................................................................................................................ 18

5.2. REPLANTEO ................................................................................................................................ 18

5.3. PERFORACIÓN CON LODO BENTONÍTICO ........................................................................................ 18

5.4. ARMADURAS ............................................................................................................................... 18

5.5. HORMIGONADO ............................................................................................................................ 19

6. INYECCIONES DE PRECARGA DE PILOTES ............................................... 20

6.1. GENERALIDADES ......................................................................................................................... 20

6.2. EQUIPOS ..................................................................................................................................... 20

6.3. PROCEDIMIENTO .......................................................................................................................... 20

Informe Técnico - Fundaciones v 1.0 / pág. 3

1. ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE LAS EXCAVACIONES

1.1. INTRODUCCIÓN

Con el objeto deverificar la estabilidad de los taludes de las excavaciones, se realizaron los cálculos correspondientes, utilizando para ello el método de Bishop simplificado y un software específico para estos cálculos.

Los parámetros físicos y de resistencia al corte de los suelos involucrados se tomaron del Estudio Geotécnico del Ing. Tomas Eugenio Lucio y Asociados de fecha mayo de 2009, en el que se hicieron calicatas y un sondeo con ensayos SPT.

Para futuras verificaciones deberán realizarse estudios más amplios que los indicados en el informe referido.

1.2. PROPIEDADES DE LOS SUELOS

Los suelos existentes corresponden a arenas limosas (SM) en los primeros dos metros y arenas (SP) con muy bajo contenido de finos hasta los 7,00 y 8,00 m.

El nivel freático se estableció a los 2,25 m de profundidad en la fecha del estudio.

El peso unitario a humedad natural es de 14,4 kN/m3 (1,44 t/m3).

Los parámetros de resistencia al corte determinados en un ensayo de corte directo, son los siguientes:

Angulo de fricción interna (φ) = 25,50° (Para el cálculo se adopta 25°)

Cohesión = 0,00

1.3. MÉTODO DE CÁLCULO

Para efectuar los cálculos de estabilidad se utilizó el Método de BISHOP por ser el más

apropiado para el tipo de suelos finos.

Se empleó el programa SLOPE 2006 para analizar todas las condiciones del estudio.

Para cada análisis se efectuaron 25 círculos de deslizamiento por medio de superficies

circulares generadas al azar, con iniciación y terminación de estas superficies en un

rango predeterminado de progresivas de la estructura.

Como resultado de estos análisis el programa da las coordenadas de la superficie del

círculo de menor factor de seguridad y el valor del mismo.


1.4. SUPERFICIE DE DESLIZAMIENTO CRÍTICA

En presencia de medios homogéneos no hay métodos a disposición para individualizar la superficie de deslizamiento crítica y se debe examinar un elevado número de superficies potenciales.

En el caso que se supongan superficies de forma circular la búsqueda se hace más sencilla, ya que después de haber colocado una malla de centros constituida por m líneas y n columnas se examinan todas las superficies que tengan como centro el nudo genérico de la malla m x n y radio variable en un determinado rango de valores tales de examinar superficies cinemáticamente admisibles.

1.5. ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

El estudio de estabilidad se realizó para las condiciones enumeradas más arriba y cuyo desarrollo se indica a continuación.

Se analizaron dos alturas de talud de 4 y 6 m respectivamente con pendientes 1V:2H.

- Método de análisis utilizado: Bishop simplificado

Numero de rebanadas: 25

Tolerancia: 0.0001

Numero mximo de iteraciones: 50

Valor de prueba inicial de FS: 1

- Análisis de las aguas subterráneas

Para el análisis se considera el suelo con humedad natural ya que deberá deprimirse el

nivel freático para poder ejecutar las excavaciones.

- Opciones de superficie

Tipo de superficie: Circular

Método de búsqueda: Cuadricula

Radio Incremento: 10

- Mínimos Globales

- FS Mínimo: 0.92

- Centro : 22.834, 44.374

- Radio : 16.803

- Izquierda punto final superficial : 27.944, 28.367

- Derecho punto final superficial : 32.751, 30.810


El factor de seguridad mínimo indicado solo afectaría un espesor muy pequeño en la parte superior del talud. En la figura siguiente se muestra el talud de 6 m de altura y puede verse como el factor de seguridad aumenta rápidamente su valor en las proximidades de la parte superior, con escasa afectación al mismo.

1.6. CONCLUSIONES

El talud adoptado de 1V:2H es estable en las condiciones analizadas, es decir con humedad natural y con los parámetros determinados en la etapa de estudio. Para la etapa de obra será necesario verificar los parámetros y condiciones estipulados para los cálculos aquí presentados.

Slice Número

Ancho [m]

Peso [kN]

Cohesión [kPa]

Base ángulo

de fricción [grados]

Cizalla estrés [kPa]

Shear Strength

[kPa]

Base estrés

normal [kPa]

Pore presión

[kPa]

Eficaz estrés

normal [kPa]

1 0.192301 0.0494301 0 25 0.111358 0.102942 0.220759 0 0.220759

2 0.192301 0.144724 0 25 0.324159 0.299659 0.642622 0 0.642622

3 0.192301 0.23284 0 25 0.518496 0.479309 1.02788 0 1.02788

4 0.192301 0.313689 0 25 0.694448 0.641962 1.37669 0 1.37669

5 0.192301 0.387173 0 25 0.852077 0.787678 1.68918 0 1.68918

6 0.192301 0.453191 0 25 0.991445 0.916513 1.96547 0 1.96547

7 0.192301 0.511636 0 25 1.1126 1.02851 2.20565 0 2.20565

8 0.192301 0.562395 0 25 1.21558 1.12371 2.40982 0 2.40982

9 0.192301 0.605348 0 25 1.30044 1.20215 2.57803 0 2.57803

10 0.192301 0.640367 0 25 1.36719 1.26386 2.71035 0 2.71035

11 0.192301 0.667318 0 25 1.41585 1.30884 2.80682 0 2.80682

12 0.192301 0.68606 0 25 1.44643 1.33711 2.86745 0 2.86745

13 0.192301 0.696443 0 25 1.45896 1.34869 2.89227 0 2.89227

14 0.192301 0.698307 0 25 1.45341 1.34356 2.88127 0 2.88127

15 0.192301 0.691485 0 25 1.42977 1.32171 2.83443 0 2.83443

16 0.192301 0.675797 0 25 1.38806 1.28315 2.75172 0 2.75172

17 0.192301 0.651055 0 25 1.32822 1.22783 2.6331 0 2.6331

18 0.192301 0.617057 0 25 1.25024 1.15575 2.47851 0 2.47851

19 0.192301 0.573591 0 25 1.15408 1.06686 2.28789 0 2.28789

20 0.192301 0.520428 0 25 1.0397 0.961125 2.06114 0 2.06114

21 0.192301 0.457327 0 25 0.907059 0.838504 1.79818 0 1.79818

22 0.192301 0.384031 0 25 0.756092 0.698947 1.4989 0 1.4989

23 0.192301 0.300266 0 25 0.586745 0.542399 1.16318 0 1.16318

24 0.192301 0.205736 0 25 0.398954 0.368801 0.790896 0 0.790896

25 0.192301 0.0964921 0 25 0.185651 0.17162 0.36804 0 0.36804


Altura de talud: 6,00 m - Pendiente: 1V:2H

2. RELLENOS

La mayor parte de las estructuras están construidas por debajo del nivel del terreno natural (cota 177,10) sobre losas de hormigón.

Para conformar la plataforma de trabajo para la construcción de pilotes se genera una excavación para lograr las diferentes cotas de los cabezales.

Una vez que los cabezales estén terminados, entre la cota de base de la excavación y los cabezales se ejecutará un relleno de suelo compactado dejando 5cm hasta la cota de apoyo de losa, espacio que se completará con hormigón de limpieza, a fin de obtener una superficie de trabajo uniforme y resistente sobre la cual se construirá la losa de la base de la estructura que corresponda.


Al finalizar la excavación para los trabajos de pilotaje, se hará una compactación de la superficie remanente con un grado equivalente al 90 % de la densidad del ensayo Proctor modificado.

Al concluirse la estructura de pilotes, se realizará el relleno de toda la excavación en capas de no más de 25 cm hasta lograr la densidad requerida. Este relleno se continuará posteriormente una vez terminada toda la estructura, hasta la cota del terreno natural.

En el caso de rellenos por encima del terreno natural, o terraplenes que tienen carácter de definitivos, la compactación deberá ser más rigurosa, por lo que se tendrá que utilizar un grado de compactación equivalente al 95 % del Proctor modificado.


3. VERIFICACIÓN DE CAPACIDAD DE PILOTES


4. DISTRIBUCION Y DIAMETRO DE PILOTES

UNIDAD DE TRATAMIENTO

DIAMETRO DE PILOTE

cm

CÁMARA DE CARGA DE INGRESO 60/90

DESENGRASADOR 60

CÁMARA DE REJAS FINAS Y DESARENADORES - CAMARA DE INGRESO 50

CÁMARA DE REJAS FINAS Y DESARENADORES - CANAL DE REJAS 60

CÁMARA DE REJAS FINAS Y DESARENADORES - TRAMO DE TOLVAS 60

CÁMARA DE REJAS FINAS Y DESARENADORES - CÁMARA DE SALIDA 50

ESTACIÓN DE BOMBEO DE ARENA - CÁMARA HUMEDA 60

ESTACIÓN DE BOMBEO DE ARENA - CÁMARA DE VÁLVULAS 60

CÁMARA DISTRIBUIDORA SEDIMENTADORES PRIMARIOS (CÁMARA 1) 60

CÁMARA DISTRIBUIDORA TANQUE DE AIREACIÓN ( CÁMARA 2) 60

CÁMARA DISTRIBUIDORA SEDIMENTADORES SECUNDARIOS ( CÁMARA 3) 60

TANQUES DE AIREACIÓN 60

SEDIMENTADORES PRIMARIOS 60

SEDIMENTADORES SECUNDARIOS 60

EB DESAGÜES PLANTA 60

CÁMARA DE CONTACTO 60

ESPESADOR DE BARROS 60/90

DIGESTOR PRIMARIO 80

DIGESTOR SECUNDARIO 80

CISTERNA DE RESERVA DE AGUA POTABLE 50

MEDIDOR DE CAUDALES 60

En el caso de CÁMARA DE CARGA E INGRESO, para los pilotes centrales se adoptan pilotes de 90cm de diámetro y para los esquineros de 60cm.

En el caso de ESPESADOR DE BARROS, para los pilotes de la tolva central se adoptan pilotes de 90cm de diámetro y para los demás de 60cm.


5. MÉTODO CONSTRUCTIVO DE PILOTES CON LODO BENTONÍTICO

5.1. TAREAS PREVIAS

a) Obtenido el Estudio Geotécnico, se tomarán los siguientes datos:

i. Corte estratigráfico y nivel de la capa freática.

ii. Características mecánicas del suelo.

iii. Grado de agresividad del suelo.

iv. Profundidad proyectada para la cimentación.

b) Limpiar y nivelar la superficie de trabajo, dejando una anchura conveniente para

el trabajo de la maquinaria a utilizar.

Una vez que se realizan dichas tareas previas, se procede con las actividades que componen el procedimiento desde el inicio de la construcción de pilotes hasta su culminación.

5.2. REPLANTEO

Para construir los pilotes es necesario hacer un replanteo de la zona y ubicar mediante aparatos topográficos el centro de cada pilote. Se indicará la ubicación, la profundidad de perforación y de desplante, dicha referencia deberá mantenerse vista todo el tiempo que sea necesario.

5.3. PERFORACIÓN CON LODO BENTONÍTICO

En situaciones en que no se puede proteger la excavación con tubería, y en que las paredes de la perforación son inestables, se utilizan lodos bentoníticos.

Estos lodos ejercen presiones hidrostáticas que ayudan al sostenimiento de las paredes. Siempre deben controlarse las propiedades de los lodos por su viscosidad, densidad, PH, contenido de áridos.

Cuando se aplica lodos bentonítico se requiere el montaje de una planta productora de lodos al ritmo requerido para el proyecto, requiere una planta desarenadora, equipos de bombeo especiales para recircular lodos desde el fondo de la perforación, un laboratorio de campo y técnicos especializados capaces de medir en todo momento las características de los lodos y las implicaciones de las mismas para las actividades de perforación y colado de los pilotes.

Antes de perforar el lodo bentonítico se testea para saber si está en condiciones de usarse, controlando la densidad y viscosidad, del “cake” y el pH, y el tenor de arena. En casos especiales se adicionan productos químicos para mejorar sus condiciones, corrigiendo la acidez del agua, aumentando la densidad de la masa, etc.

5.4. ARMADURAS

Los pilotes generalmente trabajan a compresión, la armadura es similar a la de las columnas o pilares. Sin embargo, es necesario que la armadura sea capaz de soportar la


flexión que se produce en el transporte del izado del pilote como también los esfuerzos por flexión producidos por las fuerzas horizontales.

La armadura se compone de barras longitudinales colocadas en la periferia y de estribos transversales o espirales en algunos casos.

En aquellos casos donde las longitudes y el diámetro de la armadura de los pilotes son grandes, se le amarran en posición diametral dos ganchos en el extremo superior de la armadura, es decir, el extremo que servirá como cabeza del pilote. La finalidad de los rigidizadores es que la armadura permanezca sin deformarse, y evitar movimientos o desplazamiento tanto del acero longitudinal como transversal.

Cuando ya se tiene listo el elemento estructural, se procede a conectar los ganchos con los de la grúa para transportarlo hasta la excavación.

Cuando se trata de pilotes pequeños, el manejo y transportación del elemento se puede realizar mediante personas, sin embargo debe tomarse en cuenta la manipulación cuidadosa para evitar deformaciones

La armadura deberá quedar 20 cm. retirada del fondo de la excavación para lo cual será necesario colocar en su extremo superior varillas de diámetro considerable, de tal manera que puedan soportarla.

Una vez colocada la estructura, deberá rectificarse el alineamiento horizontal a través de la brigada topográfica y utilizando las referencias de diseño.

5.5. HORMIGONADO

Para iniciar el proceso de colado del hormigón, se verifica si la perforación contiene azolves o recortes sedimentados en el fondo. Es necesario hacer una limpieza cuidadosa, mediante herramientas apropiadas, como por ejemplo utilizando un “air lift”.

El colado se realizará por procedimientos que eviten la segregación del hormigón y la contaminación del mismo con el lodo estabilizador de la perforación o con derrumbes de las paredes de la excavación. Se llevará un registro de la localización de los pilotes, las dimensiones relevantes de las perforaciones, las fechas de perforación y de colado, la profundidad y los espesores de los estratos y las características del material de apoyo.

La puesta en obra del hormigón se realiza mediante un tubo sumergido. El tubo se baja al fondo de la excavación, luego se vuelca el hormigón en la capacidad de la tolva, se retira el tapete y en forma continua se inicia el llenado del pilote. El volumen de hormigón que se carga por tolva se desliza hacia el fondo desplazando el lodo hacia el exterior (superficie).

A medida que va penetrando el hormigón y se eleva el nivel; es necesario ir sacando el tubo, pero procurando que siempre permanezca sumergido uno o dos metros.


6. INYECCIONES DE PRECARGA DE PILOTES

6.1. GENERALIDADES

El objetivo principal de esta operación es producir la "predeformación" del suelo a una presión ligeramente mayor a la de servicio a fin de evitar deformaciones posteriores bajo la acción de la estructura.

Se efectúa mediante los circuitos (tuberías) de inyección, sujetos a la armadura e insertados en la celda especial de precarga. Se utilizan cañerías de polipropileno de ¾ o 1” de diámetro.

La precarga se constituye mediante inyecciones de lechada (una o múltiples) a una presión igual a la tensión de punta de servicio más 10,00 t/m2 y mantenida el tiempo necesario para asegurar su adecuada infiltración.

Se controla simultáneamente no exceder el número de bolsas de cemento por pilote, efectuando un detallado seguimiento mediante planillas donde se indica: diámetro del pilote, presión de media y máxima, tiempos de inyección, numero de bolsas de cemento utilizadas, etc.

A los fines prácticos, puede aceptarse que en la punta de los pilotes se genera un bulbo, obtenido por la consolidación provocada por la precarga, de área en planta igual a aproximadamente una y media (1,5) vez la del fuste.

6.2. EQUIPOS

Los equipos necesarios para la inyección de los pilotes se compondrán, mínimamente, de:

1. Una mezcladora y bomba inyectora de adecuadas características.

2. Una cañería para el transporte de la mezcla. La parte terminal estará provista de una

manguera armada de alta presión.

3. Un manómetro a colocarse a la salida de la bomba (para control).

4. Un manómetro a colocarse a la entrada de los caños puestos en el pilote y que se

encuentran conectados al disco de precarga.

6.3. PROCEDIMIENTO

A fin de realizar las inyecciones se deberá disponer en los pilotes y previo al hormigonado de los mismos:

1. Cámaras de carga en los cabezales de los mismos.

2. Cañerías necesarias para realizar la inyección de lechada cementicia.

3. Dispositivo antiretorno para que la lechada circule en una única dirección.

4. La celda de precarga se materializa, constructivamente, de acuerdo a la

siguiente metodología definida a partir del diámetro del pilote:


i. Para < 0,80 m., efectuada la perforación, se coloca el árido (piedra partida)

vertido.

ii. Para > 0,80 m. se coloca un canasto cilíndrico de igual diámetro, de tejido

metálico, colocado inferiormente a ella, lleno de piedra partida 1:3, que

asegurara la inyectabilidad del volumen puesto inmediatamente por debajo del

pilote y una uniforme distribución del empuje también en los suelos de

granulometría muy fina.

La mezcla de inyección estará constituida por agua y cemento portland normal, con una dosificación A/C = 1, pudiendo utilizar al comienzo de la inyección una dosificación A/C = 1,5.

Antes de proceder a la inyección de la lechada cementicia se realizará un enérgico lavado del circuito de inyección con agua.

Las etapas de inyección de lechada cementicia son las siguientes:

1. Bombeo de agua y enérgico lavado del circuito. Después de unos minutos de lavado

se pasará a la fase 2.

2. Mezcla, bombeo e inyección de una serie de pastones con A/C = 1,5. Cuando por el

caño de salida salga lechada, se deberá cerrar la válvula relativa y se comenzará la

inyección propiamente dicha. Anotando, mano a mano, las presiones alcanzadas, las

dosificaciones y las cantidades de lechada inyectada.

3. Mezcla, bombeo e inyección de una segunda serie de pastones con A/C = 1,0.

Siguiendo las mediciones especificadas en el punto 2. La inyección podrá terminar

antes de la fase 3 si se alcanza la presión requerida. Si la inyección está demasiado

lejos de la presión final prevista será oportuno lavar el circuito para intentar, después

de una oportuna parada, la terminación de la precarga (re-inyección).

Se permitirá la re-inyección de los pilotes, para alcanzar la presión de precarga establecida, de manera excepcional, no siendo en ningún caso la regla a seguir. La interrupción de la inyección se permitirá previo lavado con agua del circuito constituido por las cañerías y cámara. El lavado de efectuará por medio del equipo de bombeo y se considerará finalizado al salir agua limpia por el caño opuesto al de entrada.

El contratista deberá ejecutar en el predio de la obra un pilote de prueba para determinar in-situ la presión a se deberá alcanzar en la inyección de lechada cementicia.

La operación de inyección se monitoreará con nivel óptico o flexímetros con el objeto de registrar eventuales movimientos del pilote y corroborar el procedimiento contra el realizado de prueba.

Geol. Juan C. Malecki

Agosto 2013

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