Propuesta de microzonificación geotécnica de la Finca ... · i universidad de costa rica facultad...

i

UNIVERSIDAD DE COSTA RICA

FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS

ESCUELA CENTROAMERICANA DE GEOLOGÍA

PROYECTO DE GRADUACIÓN PARA OPTAR POR EL GRADO DE

LICENCIATURA EN GEOLOGÍA

Propuesta de microzonificación geotécnica de la Finca Boschini,

San Josecito, Alajuelita: Estudio de estabilidad de taludes y

condiciones de cimentación.

POSTULANTE:

Geól. Daniela Fernández Agüero

Comité asesor:

Director de tesis: M.Sc. Rolando Mora (UCR)

Co-director de tesis: Lic. Luis Alonso González (UCR)

Co-director de tesis: M.Sc. Sonia Montero (INVU)

Diciembre, 2015.

Ciudad Universitaria Rodrigo Facio.

Propuesta de microzonificación geotécnica de la finca Boschini, San Josecito, Alajuelita: Estudio de estabilidad de taludes y condiciones de cimentación.

iii

PROPIEDAD INTELECTUAL Y DERECHOS DE AUTOR

Yo, Daniela Fernández Agüero, portadora de la Cédula de Identidad: 1 1431 0586,

soy conocedora de las sanciones legales con las que la Ley Penal de la República

de Costa Rica castiga el falso testimonio.

Doy bajo fé de juramento que soy estudiante de la Escuela Centroamericana de

Geología de la Universidad de Costa Rica y como requisito de graduación debo

defender mi proyecto de graduación para optar por el grado académico de

Licenciatura en Geología, cuyo título corresponde a: “Propuesta de

microzonificación geotécnica de la Finca Boschini, San Josecito, Alajuelita:

Estudio de estabilidad de taludes y condiciones de cimentación”.

Manifiesto que el mismo proyecto ha sido elaborado siguiendo las disposiciones

exigidas por la Universidad de Costa Rica, resultado del trabajo personal e

investigación en su totalidad, en el que no han participado personas ajenas a mi

Director, Co-Directores y Lector, instituciones ni organizaciones extrañas y que los

documentos utilizados están respectivamente citados.

------------------------------------------

Geól. Daniela Fernández Agüero

Diciembre, 2015.

San Pedro, Montes de Oca, San José, Costa Rica.


iv

“ Mira que te mando que te ESFUERCES y seas VALIENTE;

NO temas ni desmayes, porque Jehová tu Dios estará

contigo en dondequiera que vayas!! Josué 1:9”

A mis padres, a mi hermana, a Chris.


v

AGRADECIMIENTOS

Deseo manifestar mis agradecimientos a las personas que cooperaron de una u otra

manera a realizar este trabajo.

A mi comité asesor, M.Sc. Rolando Rolando Mora y al Lic. Alonso González por sus

innumerables consejos y por compartir conmigo todo su amplio conocimiento en el tema.

A M.Sc. Sonia Montero, presidenta ejecutiva del Instituto Nacional de Vivienda y

Urbanismo (INVU), por su cooperación y por su confianza para llevar a cabo el estudio

para un proyecto de tanta importancia para su institución y para la comunidad. A el M.Sc.

Giovanni Peraldo Huertas por sus consejos y cooperación en giras

Además, al personal del Laboratorio de Geotecnia de la Escuela Centroamericana de

Geología: Luis Meneses, Javier Alvarado, por su apoyo en giras y en la preparación de

los ensayos de laboratorio de geotecnia. A los asistentes del laboratorio: Sr. Daniel

Conejo, Sr. John Bryan Gutiérrez, Sr. Fabián Campos, Sr. Randall Carballo, Srta. Karla

Vázquez, Srta. María Fernanda Fonseca y Srta. Diana Quirós, por su cooperación en el

trabajo de campo y de laboratorio.

Al Dr. Lepolt Linkimer, director de la Red Sismológica Nacional (RSN), y al Dr. Oscar

Lücke, por facilitarme el préstamo de equipo geofísico especializado así como por sus

instrucciones y guías para su uso.

Al profesor Dr. Oscar Lücke, por su apoyo en el análisis de secciones delgadas y al

profesor Dr. Marco Barahona, por su apoyo en la sección de Hidrogeología del trabajo.


vi

INDICE GENERAL

Propiedad intelectual y derechos de autor .................................................................................. III

Agradecimientos ......................................................................................................................... V

Indice general ............................................................................................................................ VI

Indice de figuras ........................................................................................................................ IX

Indice de cuadros .................................................................................................................... XIV

Resumen .................................................................................................................................. XV

Introducción ................................................................................................................................. 1

Justificación ............................................................................................................................. 1

Ubicación ................................................................................................................................. 2

Objetivo general: ...................................................................................................................... 3

Objetivos específicos: .............................................................................................................. 3

Metodología: ............................................................................................................................ 5

Marco teórico: .............................................................................................................................. 6

Definiciones estabilidad de talud .............................................................................................. 6

Definiciones capacidad de soporte ........................................................................................ 13

Geología regional ...................................................................................................................... 18

Formaciones presentes en el aérea de estudio ...................................................................... 18

Formación Pacacua ........................................................................................................... 18

Formación Peña Negra ...................................................................................................... 19

Formación Coris ................................................................................................................. 19

Intrusivo y Cornubianitas de Escazú .................................................................................. 20

Formación Depósitos de Avalancha Ardiente ..................................................................... 21

Lahares y Cenizas ............................................................................................................. 21

Contexto geotectónico regional .............................................................................................. 23

Falla higuito: ...................................................................................................................... 23

Falla de escazú: ................................................................................................................. 23

Falla bello horizonte: .......................................................................................................... 24

Falla río azul: ..................................................................................................................... 24

Amenaza sísmica .................................................................................................................. 24

Aceleración sísmica ............................................................................................................... 26

Geologia local ............................................................................................................................ 28

Litologías presentes en el área de estudio ............................................................................ 28

Secciones delgadas del área de estudio ............................................................................ 29


vii

Geología estructural y amenazas naturales ........................................................................... 33

Aspectos estructurales del área de estudio ........................................................................ 33

Amenazas hidrometeorológicas ......................................................................................... 36

Deslizamientos .................................................................................................................. 37

Geomorfología ........................................................................................................................... 39

Geomorfología regional ......................................................................................................... 39

Procesos de remoción en masa: ........................................................................................ 39

Abanico coluvial: ................................................................................................................ 39

Geomorfología local .............................................................................................................. 41

Formas de origen denudacional de muy baja pendiente (4°-10°): ...................................... 41

Formas de origen denudacional de pendiente baja (10°-17°): ............................................ 41

Formas de origen denudacional pendiente moderada (17°-45°): ....................................... 41

Formas de origen denudacional de pendiente alta (45°-90°): ............................................. 41

Modelo topográfico del area ...................................................................................................... 48

Hidrogeología ............................................................................................................................ 54

Datos hidrogeológicos del entorno ......................................................................................... 54

Clasificación de suelos y porosidad. ...................................................................................... 57

Modelo hidrogeológico local y parámetros hidráulicos ........................................................... 57

Relación acuífero-ríos-quebradas ...................................................................................... 59

Pruebas de infiltración ........................................................................................................... 60

Tránsito de contaminantes ..................................................................................................... 60

Tiempo de tránsito vertical: ................................................................................................ 61

Tiempo de transito horizontal ............................................................................................. 62

Análisis de vulnerabilidad utilizando el método god ............................................................... 63

Análisis de vulnerabilidad utilizando el método god th ........................................................... 64

Geofísica ................................................................................................................................... 68

Prospección sísmica realizada: .............................................................................................. 68

Sísmica de refracción: ........................................................................................................... 69

Modelo geofísico .................................................................................................................... 73

Caracterización geotécnica del sitio ........................................................................................... 74

Pruebas realizadas ................................................................................................................ 74

Modelo geológico- geotécnico ............................................................................................... 76

Estabilidad del talud................................................................................................................... 84

Análisis de estabilidad en la condición actual del talud ......................................................... 84

Propuestas correctivas .......................................................................................................... 92

Estadística de resultados de la estabilidad del talud .............................................................. 99


viii

Capacidad de soporte .............................................................................................................. 108

Análisis de capacidad de soporte......................................................................................... 108

Resultados de capacidad de soporte ................................................................................... 112

Resultados .............................................................................................................................. 113

Microzonificación geotécnica ............................................................................................... 113

Discusion de resultados ........................................................................................................... 116

Conclusiones y recomendaciones........................................................................................ 116

Conclusiones ....................................................................................................................... 116

Estabilidad de talud .......................................................................................................... 116

Capacidad de soporte ...................................................................................................... 118

Recomendaciones ............................................................................................................... 119

Estabilidad de talud .......................................................................................................... 119

Capacidad de soporte ...................................................................................................... 120

Anexo 1: Ensayos de laboratorio ............................................................................................. 121

Anexo 2: Perforaciones ........................................................................................................... 124

Anexo 3: Pruebas de infiltración .............................................................................................. 134

Anexo 4: Tablas de carga admisible por perforacion ............................................................... 146

Anexo 5: Formulas de calculo de capacidad de carga ............................................................. 156

Anexo 6: Criterios de diseño. código geotécnico de taludes y laderas de costa rica. ............... 159

Anexo 7: Resultados de estabilidad de talud obtenidas del Slide 6.0 (cd anexo). .................... 163

Anexo 8: Analisis estadistico de la estabilidad de talud (cd anexo). ......................................... 164

Bibliografía .............................................................................................................................. 165


ix

INDICE DE FIGURAS

Figura 1: Ubicación del área de estudio……………………………………………………………..2

Figura 2: Tipos de superficies de ruptura en suelos……………………………………..…………6

Figura 3: Fuerzas que actúan sobre una dovela………………………………………………...….8

Figura 4: Métodos para aumentar el coeficiente de seguridad de taludes en suelos…………11

Figura 5: Pantalla múltiple de micropilotes…………………………………………..…………….12

Figura 6: Esquema de las partes de un anclaje…………………………………..……………….12

Figura 7: Esquema de las partes de la falla de punzonamiento…………………………..……..14

Figura 8: Geometría del sistema de fundación: zapata corrida………………………………….15

Figura 9: Geometría del sistema de fundación: zapata aislada……………………….…………16

Figura 10: Geometría del sistema de fundación: losa…………………………………………….16

Figura 11: Mapa geológico regional……………………………………………………………...…22

Figura 12: Fallamiento neotectónico de la zona de estudio……………………………..……….25

Figura 13. Valores esperados de periodo de retorno según el valor de aceleración sísmica

sostenida (2/3PGA)………………………………………………………………...………………….27

Figura 14: Afloramiento de Formación Peña Negra, talud del área de estudio Finca Boschinini

- Quebrada Chinchilla………………………………………………………………………..………..28

Figura 15: Fotografía 1. Sección 1. Nicoles cruzados (NX): Plagioclasa ideomórfica con típica

macla de Carlsbad…………………………………………………………………………………….30

Figura 16: (A) Fotografía 2 Sección 1. Nicoles paralelos (N//) y (B) Fotografía 3 Sección 1.

Nicoles cruzados (NX)……………………………………………………………...…………………30

Figura 17: (A) Fotografía 1 Sección 2. Nicoles paralelos (N//) y (B) Fotografía 2 Sección 2.

Nicoles cruzados (NX)………………………………………………………………….……………..31

Figura 18: (A) Fotografia 3 Sección 2. Nicoles cruzados (NX) y (B) Fotografía 4 Sección 2.

Nicoles cruzados (NX)…………………………………………………………………………..…….31

Figura 19: Fotografía 1. Sección 3. Nicoles cruzados (NX)…………………………….………..32

Figura 20: Fotografía 1. Sección 1. Nicoles cruzados (NX)………………………………………32

Figura 21: Izquierda: material con superficie pulida, espejo de Falla. Derecha: superficie y

material pulido in situ, Quebrada Chinchilla. (20/08/15)…………………………………….…….34


x

Figura 22: Izquierda: Plano de falla sobre el margen de la Quebrada Chinchilla. Derecha:

Material del margen de dicha quebrada, caótico posiblemente tectonizado. (20/08/15)……...34

Figura 23: Talud inestable de la Finca Boschini, posible superficie de falla, material

tectonizado. Obsérvese al inferior cauce de la Quebrada Chinchilla. (20/08/15)………………35

Figura 24: Panorámica desde la Quebrada Chinchilla, a la derecha el talud inestable de Finca

Boschini, a la izquierda viviendas sobre al margen de la quebrada. (20/08/15)………………..36

Figura 25: A la izquierda se observa deslizamiento colindante al área de estudio a Quebrada

Chinchilla, obsérvese torre en la cima en zona inestable. A la derecha se observa material

suelto reciente del talud inestable de la finca Boschini (20/08/15)………………………………38

Figura 26: Diferencia de altura en la nueva grieta encontrada en la cima del talud, altura

aproximada de 1.30m, largo de 10m y un ancho de 3m (20/08/15)……………………………..38

Figura 27: Esquema geomorfológico regional basado en el análisis de fotografías aéreas de la

línea Puriscal-Parrita 1:30 000.………………..………………………………………………..……40

Figura 28: Aspecto o dirección de las pendientes…………………………………………………42

Figura 29: Modelo de elevación digital del terreno………………………………………………..43

Figura 30: Clasificación de las pendientes en grados……………………………...……………..44

Figura 31: Clasificación de las pendientes en porcentajes……………………………………….45

Figura 32: Modelo de sombras de la zona de estudio…………………………………………….46

Figura 33: Mapa geomorfológico………………………………………………………………...….47

Figura 34: Visita de campo del Topógrafo Danilo Fernández G…………………………………48

Figura 35: Trabajo de campo para obtener la topografía del área………………………………49

Figura 36: Modelos topográfico con las 372 secciones transversales a la Quebrada Chinchilla

(Vista en planta)…………………………………………………………………………….………….50

Figura 37: Acercamiento de las secciones transversales a la Quebrada Chinchilla en el

modelo (Vista en planta)……………………………………………………………………………...50

Figura 38: Ejemplo de algunas de las secciones transversales realizadas……………….…...51

Figura 39: Perfiles seleccionados para posterior análisis de estabilidad…………………….…52

Figura 40: Modelo escénico del área de estudio elaborado en ArcScene de ArcGis utilizando

la topografía propia del proyecto……………………………………………………………………..53

Figura 41: Diagrama de vulnerabilidad a la contaminación del acuífero según método GOD

(Final en barras verdes) y GOD th (Final en barras rojas)…………………………………….….65

Figura 42: Mapa hidrogeológico…………………………………………………………………….66


xi

Figura 43: Columna estratigráfica de la zona obtenida de la información de pozos…………..67

Figura 44: Croquis de la ubicación de los 2 tendidos de geófonos (Perfiles)…………………..68

Figura 45: Croquis de los elementos de la refracción y reflexión sísmica del perfil 2………...69

Figura 46: Línea de geófonos para el perfil 1, línea de 46 metros con los geófonos cada 2

metros…………………………………………………………………………………………….……..70

Figura 47: Momento de disparo con martillo para la recolección de datos. B Computadora de

campo, equipo de geofísica utilizado para el proyecto…………………………………….………70

Figura 48: Modelo de velocidades y su respectiva delimitación en capas obtenido del tendido

numero 1………………………………………………………………………………………………..71

Figura 49: Modelo de velocidades y su respectiva delimitacion en capas obtenido del tendido

numero 2………………………………………………………………………………………………..72

Figura 50: Sondeo DPM……………………………………………………………………...………74

Figura 51: Muestreo de las capas de suelo…………………………………………………….….75

Figura 52: Ensayos de laboratorio…………………………………………………………..………75

Figura 53: Croquis de ubicación de los sondeos DPM, pruebas de infiltración, muestras de

suelo y ubicación del talud……………………………………………………………………..……..77

Figura 54: Gráficos de presión admisible en el estrato con reducción en función de la

profundidad para DPM1 y DPM 2 y la curva de mejor ajuste (Linea roja punteada)…………..78


profundidad para DPM3 y DPM 4 y la curva de mejor ajuste (Linea roja punteada)………..…79


profundidad para DPM5 y DPM 6 y la curva de mejor ajuste (Linea roja punteada)…………..80


profundidad para DPM7 y DPM 8 y la curva de mejor ajuste (Linea roja punteada)….……….81

Figura 58: Gráfico de presión admisible en el estrato con reducción en función de la

profundidad para DPM9 y la curva de mejor ajuste (Linea roja punteada)……………...………82

Figura 59: Modelo geológico-geotécnico propuesto……………………………………...……….83

Figura 60: Condiciones actuales del talud, con sismo (0,2 g). Método Janbu. Factor de

seguridad 1.620……………………………………………………………………………….……….86

Figura 61: Condiciones actuales del talud, sin sismo (0,0 g). Método Janbu. Factor de

seguridad 1.009. ………………………………………………………………………………...…….86


xii


seguridad 1.189. …………………………………………………………………………………….87


seguridad 1.189. …………………………………………………………………………………...….87


seguridad 1.131…………………………………………………………………………………….….88


seguridad 1.128. …………………………………………………………………………………...….88


seguridad 0.717. …………………………………………………………………………………...….89


seguridad 1.271. ………………………………………………………………………………...…….89


seguridad 1.159. ……………………………………………………………………………………....90


seguridad 1.483. ………………………………………………………………………………...…….90


seguridad 2.897. ………………………………………………………………………………...…….91


seguridad 2.682. ……………………………………………………………………………………....91

Figura 72: Propuesta de estabilidad A. ……………………………………………………….……95

Figura 73: Condiciones del talud estabilizado, propuesta A, carga sísmica 0.15g. Método

Janbu. Factor de seguridad 1,470.……………………………………………………………..……95

Figura 74: Propuesta de estabilidad B.………………………………………………..……………96

Figura 75: Condiciones del talud estabilizado, propuesta B, carga sísmica 0.15g. Método

Ordinay. Factor de seguridad 1,824.…………………………………………………………..……96

Figura 76: Propuesta de estabilidad C.……………………………………………………..………97

Figura 77: Condiciones del talud estabilizado, propuesta C, sin sismo (0,0 g). Método Ordinay.

Factor de seguridad 1,327.…………………………………………………...………………………97

Figura 78: Propuesta de estabilidad D………………………………………………….…………..98

Figura 79: Condiciones del talud estabilizado, propuesta D, carga sísmica 0.15g. Método

Ordinay. Factor de seguridad 1,851…………………………………………………………...…….98


xiii

Figura 80: Gráfico de distribución de los análisis de estabilidad para un talud con un factor de

seguridad de 1.4 y carga sísmica de 0.0, en doce perfiles diferentes de acuerdo a tres autores

distintos…………………………………………………………………………………………..……100


seguridad de 1.1 y carga sísmica de 0.05, en doce perfiles diferentes de acuerdo a tres

autores distintos………………………………………………………………………………………101



autores distintos……………………………………………………………………………………...102



autores distintos…………………………………………………………………………………..….103



autores distintos………………………………………………………………………………………104

Figura 85: Gráfico de distribución radial de doce perfiles diferentes alrededor de un factor de

seguridad de 1.1 para una carga sísmica de 0.15 a través de tres métodos distintos……....105

Figura 86: Gráficos de distribución radial de doce perfiles diferentes alrededor de un factor de

seguridad de 1.1 para una carga sísmica de 0.05, 0.1, 0.15, y 0.2 respectivamente, a través de

tres métodos distintos………………………………………………………………………………..105

Figura 87: Estratigrafía encontrada en la perforación 1, se ilustra configuración de la zapata

aislada con desplante de un metro, ancho de dos metros y largo de dos metros…………….109

Figura 88: A) Bulbo de propagación de los esfuerzos en profundidad. B) Cuña de ruptura..109

Figura 89: Estratigrafía encontrada en la perforación 1, se ilustra configuración de la zapata

corrida con desplante de un metro, ancho de tres metros y largo de 21.40 metros………….110

Figura 90: Bulbo de propagación de los esfuerzos en profundidad…………….……………..110

Figura 91: Cuña de ruptura en la zapata corrida…………………………………………………110

Figura 92: Estratigrafía encontrada en la perforación 1, se ilustra configuración de losa de

15m de ancho, 21,4m de largo y con desplante de un metro………………………………..….111

Figura 93: Bulbo de propagación de los esfuerzos en profundidad en losa…………………..111

Figura 94: Cuña de ruptura en losa………………………………………………………….…….111

Figura 95. Microzonificación………………………………………………………………………..114

Figura 96. Gráfico de uso recomendado del terreno…………………………………………….115


xiv

INDICE DE CUADROS

Cuadro 1: Objetivos específicos……………………………………………………………..……….3

Cuadro 2: Geometría de los sistemas de fundación………………………………………………17

Cuadro 3: Resultado de PGA para el parque central de la Ciudad de San José………..…….26

Cuadro 4: Periodo de retorno para diferentes valores de aceleración sísmica…………...……27

Cuadro 5: Datos de planos de falla encontrados en el campo…………………………………..33

Cuadro 6: Pozos registrados en un radio de 2000 m de las instalaciones del AP. Base de

datos SENARA………………………………………………………………………..……………….54

Cuadro 7.1: Descripción estratigráfica del pozo AB-2558…………………….………………….55

Cuadro 7.2: Descripción estratigráfica del pozo AB-1916…………………………….…………55

Cuadro 7.3: Descripción estratigráfica del pozo AB-2063…………………………….…………56

Cuadro 7.4: Descripción estratigráfica del pozo AB-2155………………………………..………56

Cuadro 7.5: Descripción estratigráfica del pozo AB-1149…………………………….………….57

Cuadro 8: Parámetros hidráulicos de los pozos…………………………………………….……..59

Cuadro 9: Resultados obtenidos de la pruebas de infiltración……………………………...……60

Cuadro 10: Aplicación del Método “GOD” en el análisis de la vulnerabilidad a la

contaminación del agua subterránea en el AP para el acuífero inmediato…………………...…63

Cuadro 11: Valores del factor de seguridad para el cálculo de la vulnerabilidad intrínseca,

según SENARA………………………………………………………………………………………..64

Cuadro 12: Propiedades físico-mecánicas de los suelos……………………………………….76

Cuadro 13: Resultados obtenidos de la evaluación del talud previa a estabilización obtenidos

del SLIDE V6.0. Obsérvese en rojo los valores bajo el factor de seguridad límite………..……85

Cuadro 14: Propuestas correctivas del talud…………………………………………………..…..93

Cuadro 15: Resultados obtenidos de factor de seguridad empleando modelos de

estabilización mediante terrazas……………………………………………………………………..94

Cuadro 16: Resumen de resultados de capacidad de soporte………………………..……….112

Cuadro 17: Porcentajes de uso recomendado del suelo…………………………………….….115


xv

RESUMEN

El presente estudio consiste en la realización de un modelo geotécnico que define las

características de cimentación y de estabilidad de taludes para la planificación,

desarrollo y mantenimiento de obras de bien social que el Instituto Nacional de Vivienda y

Urbanismo (INVU) proyecta en la Finca Boschini, ubicada en el distrito San Josecito, del

cantón de Alajuelita.

Regionalmente, se describen formaciones circundantes al área de estudio tales como

Pacacua, Peña Negra, Coris, Depósitos de Avalancha Ardiente, Lahares y Cenizas

Depósitos aluviales y coluviales y el Intrusivo y cornubianitas de Escazú. Además,

aspectos geotectónicos como la descripción de las fallas: Higuito, Escazú, Bello

Horizonte, Falla Rio Azul, y la amenaza sísmica relacionada a estas.

Localmente, se analizan las litologías presentes en el área de estudio, mediante

observación de campo y análisis de secciones delgadas. A la vez se describen en el sitio

aspectos estructurales locales, amenazas hidrometeorológicas y deslizamientos.

A nivel local y regional se describen aspectos geomorfológicos que incluyen análisis de

fotografías aéreas y modelos digitales realizados en el programa ArcGIS 10.0, que

permitieron con la ayuda de observaciones de campo y análisis bibliográfico, definir

unidades geomorfológicas. La elaboración de estos modelos se llevó a cabo sobre la

base topográfica realizada en el sitio con el uso de una estación total SOKIA.

Se elaboró un modelo hidrogeológico local con el cual se determinó un tránsito de

contaminantes bacteriano utilizando las pruebas de infiltración realizadas en el sitio.

Además se determinó la vulnerabilidad del acuífero mediante el método GOD y el GOD

(th) (Utilizado por SENARA) con resultados de vulnerabilidad baja y media

respectivamente.

Se realizó una caracterización geotécnica del sitio mediante pruebas de laboratorio

incluyendo 9 perforaciones DPM, análisis granulométrico, de porosidad, etc. Este modelo


xvi

geotécnico fue respaldado mediante prospección sísmica, específicamente sísmica de

refracción.

Posteriormente, utilizando este modelo geotécnico y sobre 12 perfiles topográficos

elaborados perpenticulares a la Quebrada Chinchilla, se realizó un análisis mediante el

programa SLIDE V6.0 para determinar las condiciones actuales de estabilidad del talud.

Este análisis reflejó sectores inestables por lo que posteriormente se exponen 4

propuestas correctivas con el fin de definir una configuración con el sistema berma-talud

que logre su estabilidad.

Además, se realizó un análisis de capacidad de carga admisible y de asentamientos con

el programa LoadCap. Se analizaron las 9 perforaciones DPM realizadas en la propiedad

en configuración de losa, zapata aislada, y zapata corrida, cada una de estas con

diferentes combinaciones de dimensiones tomadas de las características propias del

diseño del proyecto.

Tomando en cuenta resultados de la estabilidad de talud y el análisis de las condiciones

de cimentación se propone una microzonificación geotécnica del área de estudio. Dicha

microzonificación incluye la definición de áreas de influencia de cada perforación para

asociarla a su capacidad de soporte y asentamientos, además, áreas de retiro para

estabilización del talud (15m) y retiro de seguridad respecto a este (10m). Todo esto

representado en mapa y mediante gráficos.

PALABRAS CLAVE: Geología, Geotecnia, estabilidad de taludes, capacidad de soporte,

SLIDE, LoadCap, Finca Boschini, San Josecito, Alajuelita,

Propuesta de microzonificación geotécnica de la finca Boschini, San Josecito, Alajuelita: Estudio de estabilidad de taludes y condiciones de cimentación

1

INTRODUCCIÓN

Justificación

El presente estudio busca la realización de un modelo geotécnico para la planificación,

desarrollo y mantenimiento de obras de bien social que se proyectan en la localidad de

Alajuelita.

El INVU proyecta en la finca Boschini, ubicada en el distrito San Josecito, del cantón de

Alajuelita, la construcción de edificios multifamiliares que beneficiaran familias de bajos

recursos del área. A raíz de esto el INVU solicita un estudio geológico- geotécnico del

área de dicha finca. De esta necesidad surge la presente investigación como proyecto de

graduación, con el fin de identificar las características de cimentación y de estabilidad de

taludes para garantizar la seguridad de las personas que van a habitar estos

multifamiliares.

Se estudian aspectos geomorfológicos del área tal como taludes, laderas y otros

elementos geomorfológicos con el soporte de modelos geológicos, y geotécnicos para

llegar a una microzonificación geotécnica.

Este estudio permitirá a los personeros del INVU y a los encargados de la construcción,

contar con información técnica y a detalle de las áreas inestables, y las posibles técnicas

correctivas de ser necesario.

También les permitirá identificar y valorar los impactos (efectos) potenciales de la

inestabilidad del talud, sobre las futuras obras de infraestructura con el fin de aplicarlo en

el desarrollo de un mejor diseño de la obra, en consideración de las condiciones del

terreno.

En fin, el estudio funcionará como un instrumento más para la toma de decisiones, la

planificación, construcción de edificaciones, el desarrollo de obras en el área

salvaguardando siempre la integridad física de los habitantes y del ambiente.

Los resultados de la evaluación de la capacidad de soporte del terreno, así como las

técnicas de estabilización del talud en cuestión, serán enviados al Instituto Nacional de

Vivienda y Urbanismo (INVU) quienes serán los encargados de determinar si las

propuestas correctivas solicitadas son compatibles con la construcción de los edificios de

bien social de 6 pisos planteados para la zona de estudio.


2

Ubicación

El área de estudio se localiza en el sector de San Josecito, distrito de San Josecito (2),

cantón de Alajuelita (10), provincia de San José (01); entre las coordenadas Lambert

Costa Rica Norte 208 250-208 400N y 524450-521 650W.

Figura 1: Ubicación del área de estudio.


3

Objetivo General:

Analizar las características geológicas, geomorfológicas y geotécnicas de la Finca

Boschini, para elaborar un modelo geotécnico, con el fin de establecer las características

de estabilidad de las laderas y las condiciones de cimentación para futuras obras de bien

social que se pretenden desarrollar en el terreno.

Objetivos Específicos:

Cuadro 1: Objetivos específicos

Objetivo Actividad Meta Resultado:

Identificar las unidades geológicas presentes en la zona de estudio.

Revisión de bibliografía y mapas geológicos de la zona.

Mapeo de unidades de roca y contactos geológicos.

Recolección y análisis de secciones delgadas.

Descripción de las unidades geológicas presentes en la zona de estudio.

Analizar las diferentes litologías existentes

Mapa geológico a escala 1: 10 000 del área de estudio.

Describir la geomorfología presente en el área de estudio.

Revisión de la bibliografía y mapas geomorfológicos de la zona.

Análisis de fotografías aéreas.

Mapeo de las geoformas observadas en el campo.

Descripción de las unidades geomorfológicas presentes en la zona.

Emplear el sistema de información geográfica (ArcGis 10.1), para elaborar Modelos de elevación digital del terreno (DEM), mapas de pendientes y mapas de aspecto.

Identificar las unidades geomorfológicas.

Modelo de elevación digital del terreno (DEM) escala 1: 10 000 del área de estudio.

Mapa de pendientes en grados y porcentajes, escala 1: 10 000 del área de estudio.

Mapa de aspecto de la pendiente. Escala 1: 10 000 del área de estudio.

Mapa geomorfológico local a escala 1: 10 000.

Caracterización geotécnica del sitio

Realización de perforaciones dinámicas DPM: 9 Ensayos geotécnicos in situ.

Recolección de muestras para ensayos geotécnicos en el laboratorio. (3 muestras)

Análisis tridimensional de las características geotécnicas.

Modelo geotécnico

Perfiles, diagramas y modelos que muestren las posibles superficies de ruptura del talud


4

Determinación de los parámetros geotécnicos en el campo.

Sometimiento del modelo geotécnico a distintas cargas sísmicas, factores de seguridad y métodos según distintos autores: Ordinary, Bishop, Janbú, etc.

Simulación superficies de ruptura del talud empleando softwares especializados.

Determinación de las características geofísicas del sitio

Ensayos geofísicos in situ.

Sísmica de refracción

Identificar la respuesta ante las solicitaciones sísmica del área de estudio

Perfiles de tomografía sísmica a una profundidad no menor a los 15m

Modelo geofísico

Realización de las síntesis geológica, geotécnica, geomorfológica y geofísica del área de estudio

Comparar resultados de la investigación.

Identificar problemas geotécnicos.

Determinar la viabilidad de desarrollar obras civiles en el sitio y su distribución en el mismo.

Microzonificación geotécnica a escala 1: 10 000.

Realización de modelo correctivo del talud y determinar las recomendaciones de cimentación.

Modelar la condición de estabilidad utilizando diferentes técnicas de estabilización: remoción, abatimiento de nivel freático, anclajes, etc.

Establecer zonas con diferentes capacidades de soporte y las construcciones recomendadas para cada una.

Identificar el mejor diseño de talud y cimentaciones para soportar obras civiles.

Recomendación de diseño estable para el talud y de cimentación.


5

Metodología:

Revisión de artículos científicos, trabajos finales de graduación, campañas

geológicas y libros con información sobre el área de estudio y alrededores.

Revisión de literatura disponible sobre temas relacionados con capacidad de

soporte y estabilidad de taludes.

Revisión, estudio de los manuales de los programas de cómputo: SLIDE6.0

RockLab 1.0, DynamicProbing, y el LoadCap para su aplicación en el modelizado

de los taludes estudiados y del modelo geotécnico del área de estudio.

Giras al campo para realizar pruebas de capacidad de soporte (DPM), pruebas de

infiltración, topografía y sondeos geofísicos.

Recolección de muestras representativas de las unidades geológicas en el talud

para ensayos geotécnicos.

Realización de ensayos geotécnicos de laboratorio: corte directo, límites de

Atterberg, clasificación granulométrica, contenido de humedad, gravedad

específica y peso unitario.

Elaboración de modelo topográfico del área de estudio.

Elaboración del modelo hidrogeológico.

Realización de ensayos de campo para obtener parámetros geofísicos y

posteriores modelos de laboratorio.

Determinación del contexto estructural y de amenazas naturales del área.

Simulación de la estabilidad de talud empleando softwares especializados:

SLIDEV6, que permitan identificar las superficies de ruptura preferenciales para

determinada cargas por edificaciones y cargas sísmicas a lo largo del talud.

Análisis y estadística de resultados.

Elaboración de una propuesta correctiva basada en los modelos geotécnicos y las

superficies de ruptura establecidas. Lo anterior se realiza considerando diferentes

técnicas de estabilización: remoción, abatimiento de nivel freático, anclajes, etc.

Determinación de la capacidad de soporte mediante el análisis de las

perforaciones en software Load Cap.

Conclusiones y recomendaciones.

Realización de la microzonificación geotécnica.


6

MARCO TEÓRICO:

Definiciones estabilidad de talud

Debido al tema tratado en esta investigación, se requiere considerar los siguientes

términos y conceptos:

Talud:

Según, Suarez (1998), un talud es una masa de tierra que posee cierta pendiente y fue

conformada de forma artificial, a diferencia de una ladera que tiene origen natural. Según

Juárez y Rico (2007), son importantes desde el punto de vista de la ingeniería civil para la

construcción de vías de comunicación como canales, caminos o ferrocarriles, así como la

construcción de presas de tierra y las obras de protección contra la acción de los ríos.

Taludes en suelos:

Según, González et al., (2002), los taludes en suelos rompen generalmente a favor de

superficies curvas, con forma diversa condicionada por la morfología y estratigrafía del

talud (Figura 2).

-Puede ser aproximadamente circular (la más frecuente), con su extremo inferior en el pie

del talud, (deslizamiento de pie), cuando este está formado por terreno homogéneo o por

varios estratos de propiedades geotécnicas homogéneas.

-Puede ser casi circular pero pasando por debajo del pie del talud (deslizamiento

profundo).

Figura 2: Tipos de superficies de ruptura en suelos (González et al., 2002).


7

Movimientos en masas de suelos:

Según, Suarez (1998), las zonas montañosas tropicales son muy susceptibles a sufrir

problemas de deslizamientos de tierra debido a que generalmente, se reúnen cuatro de

los elementos más importantes para su ocurrencia, tales como son la topografía,

sismicidad, meteorización y lluvias intensas.

Análisis de estabilidad:

Los análisis de estabilidad permiten diseñar los taludes, mediante el cálculo de su factor

de seguridad, y definir el tipo de medidas correctoras o estabilizadoras que deben ser

aplicadas en caso de roturas reales o potenciales. Es necesario conocimiento geológico y

geo-mecánico de los materiales que forman el talud, de los posibles modelos o

mecanismos de rotura que pueden tener lugar y de los factores que influyen, condicionan

y desencadenan las inestabilidades (González et al., 2002),

Propiedades de los materiales:

Según, González et al., (2002), las propiedades resistentes de los materiales, suelos o

macizos rocosos, se obtienen mediante los ensayos in situ y de laboratorio adecuados y

la aplicación de criterios y correlaciones empíricas. Los ensayos de laboratorio más

característicos para el diseño o estudio de taludes son los de clasificación, identificación,

corte directo en suelos y discontinuidades y compresión simple, entre otros.

Métodos de análisis de estabilidad:

Métodos de equilibrio límite:

Según, Suarez (1998), los métodos de equilibrio para el análisis de la estabilidad de

taludes, han sido los más usados a través de los años por su simplicidad, ya que

requieren información sobre la resistencia de los suelos y no sobre la relación de

esfuerzo- deformación.


8

Factor de Seguridad:

Según, Suarez (1998), se estudia un cuerpo libre en equilibrio, partiendo de las fuerzas

actuantes y de las fuerzas resistentes que se requieren para producir el equilibrio.

Calculada esta fuerza resistente, se compara con la disponible del suelo o roca y se

obtiene una indicación del Factor de Seguridad.

Otro criterio es el de dividir la masa a estudiar en una serie de tajadas, dovelas o bloques

y considerar el equilibrio de cada tajada por separado. Una vez realizado el análisis de

cada dovela se analizan las condiciones de equilibrio de la sumatoria de fuerzas o de

momentos según la siguiente relación.

F.S. = Σ Resistencias al corte / Σ Esfuerzos al cortante

Equilibrio límite:

El sistema de equilibrio límite supone que en el caso de una falla, las fuerzas actuantes y

resistentes son iguales a lo largo de la superficie de falla equivalentes a un factor de

seguridad de 1.0 (Suarez, 1998).

El análisis se puede realizar estudiando directamente la totalidad de la longitud de la

superficie de falla o dividiendo la masa deslizada en tajadas o dovelas (Suarez, 1998).

(Figura 3)

Figura 3: Fuerzas que actúan sobre una dovela (Suarez, 1998).


9

Métodos de análisis de estabilidad de taludes (Suarez, 1998):

Ordinario o de Fellenius :

-Superficies de Falla: Circulares

-Equilibrio: De fuerzas

-Características: Este método no tiene en cuenta las fuerzas entre las dovelas y no

satisface equilibrio de fuerzas, tanto para la masa deslizada como para dovelas

individuales. Sin embargo, este método es muy utilizado por su procedimiento simple.

Muy impreciso para taludes planos con alta presión de poros. Factores de seguridad

bajos.

Bishop simplificado:

-Superficies de Falla: Circulares

-Equilibrio: De momentos

-Características: Asume que todas las fuerzas de cortante entre dovelas son cero.

Reduciendo el número de incógnitas. La solución es sobre determinada debido a que

no se establecen condiciones de equilibrio para una dovela.

Janbú Simplificado:

-Superficies de Falla: Cualquier forma de superficie de falla.

-Equilibrio: De fuerzas

-Características: Al igual que Bishop asume que no hay fuerza de cortante entre

dovelas. La solución es sobre determinada que no satisface completamente las

condiciones de equilibrio de momentos. Sin embargo, Janbú utiliza un factor de

corrección Fo para tener en cuenta este posible error. Los factores de seguridad son

bajos.

Morgenstern y Price:

-Superficies de Falla: Cualquier forma de superficie de falla.

-Equilibrio: Momentos y fuerzas

-Características: Asume que las fuerzas laterales siguen un sistema predeterminado.

El método es muy similar al método Spencer con la diferencia que la inclinación de la


10

resultante de las fuerzas entre dovelas se asume que varía de acuerdo a una función

arbitraria.

Análisis sísmico

Según, Suarez (1998), los eventos sísmicos son capaces de inducir fuerzas de gran

magnitud, de naturaleza cíclica, las cuales pueden producir la falla rápida de taludes y

laderas. Además, la resistencia al corte de un suelo puede reducirse a causa de cargas

oscilatorias que generan deformaciones cíclicas, o debido a la generación de presiones

altas de poros. La combinación entre la acción de las cargas sísmicas y la disminución de

la resistencia pueden producir una disminución general de la estabilidad.

Medidas de estabilización

González et al., (2002), define que cuando un talud ha sufrido rotura, o deformaciones

que impliquen riesgo de inestabilidad, deben adoptarse medidas de estabilización.

Las medidas estabilizadoras pueden consistir en:

Modificación de la geometría del talud:

Mediante la modificación de la geometría de los taludes se redistribuyen las fuerzas

debidas al peso de los materiales, obteniéndose una nueva configuración más estable.

Las actuaciones más frecuentes son (Figura 4).

-Disminuir la inclinación del talud.

-Eliminar peso de la cabecera del talud (“descabezamiento”)

-Incrementar peso en el pie del talud (“tacones” o escolleras)

-Construir bancos y bermas (escalonar el talud)


11

Figura 4: Métodos para aumentar el coeficiente de seguridad de taludes en suelos

(González et al., 2002).

Drenajes:

Las medidas de drenaje tienen por finalidad eliminar o disminuir el agua presente en el

talud y, por tanto, las presiones intersticiales que actúan como factor de sestabilizador en

las superficies de rotura y grietas de tracción. Además, el agua reduce las propiedades

resistentes en determinados tipos de materiales. Estas medidas son, generalmente, las

más efectivas, ya que el agua es el principal agente que desencadena los problemas de

inestabilidad de taludes, aumentando el peso de la masa inestable, elevando el nivel

freático y las presiones intersticiales, creando empujes hidrostáticos, reblandeciendo el

terreno, erosionando el pie del talud, etc. Los drenajes pueden ser:

-Drenajes superficiales: Mediante zanjas de drenaje y canalizaciones.

-Drenajes Profundos: Mediante drenes horizontales o “Californianos”, pozos o drenajes

verticales, galerías de drenaje y pantallas drenantes.


12

Aumento de la resistencia del terreno mediante la introducción en el talud de

elementos estructurales resistentes:

La introducción de elementos resistentes en el terreno tiene por finalidad aumentar la

resistencia al corte mediante alguno de los siguientes sistemas:

-Introduciendo elementos que mejoran la resistencia del terreno en la superficie de rotura

(por ejemplo pilotes o micropilotes; Figura 5).

Figura 5: Pantalla múltiple de micropilotes (González et al., 2002).

-Introduciendo elementos que aumentan las fuerzas tangenciales de rozamiento en la

superficie de ruptura (por ejemplo anclajes y bulones; Figura 6).

Figura 6: Esquema de las partes de un anclaje (González et al., 2002).


13

Construcción de muros u otros elementos de contención:

La construcción de muros se emplea para reforzar la zona de pie de los taludes, evitando,

además, la degradación en esta zona crítica frente a la estabilidad. Los muros se

construyen al pie de talud como elementos resistentes, de contención o sostenimiento,

siendo efectivos frente a las inestabilidades superficiales. Diferentes tipos:

-Los muros de gaviones: Muros flexibles que consisten en rellenos de fragmentos rocosos

o escollera contenidos en una malla de acero.

-Los muros de pantalla: Elementos de hormigón armado construidos in situ.

-Los muros de tierra armada: Formados por un paramento exterior prefabricado de

hormigón o chapas metálicas y un relleno de suelo.

-Los muros anclados: Muros reforzados con anclajes.

Definiciones capacidad de soporte

En vista al análisis para el diseño de cimentaciones se describen las siguientes

definiciones relacionadas a la capacidad de soporte.

Capacidad de soporte:

También conocida como capacidad de carga o estabilidad, es la capacidad del suelo para

soportar una carga sin que se produzcan fallas dentro de su masa. La capacidad de un

suelo para soportar una carga varía no solamente con la resistencia del suelo, sino

también con la magnitud y distribución de la carga (Sowers, 1972).

Carga última:

La capacidad de carga última se define como la presión ultima por unidad de área de la

cimentación que puede ser soportada por el suelo en exceso de la presión causada por el

suelo circundante al nivel de desplante de la cimentación (Das, 2006). Ver formula en

anexo 5.


14

Carga admisible:

La carga admisible de una cimentación se encuentra definida como la división de la carga

última entre un factor de seguridad que por lo general es de 3. Ver formula en anexo 5.

Factor de seguridad:

Según, Delgado (2000), el factor de seguridad es la relación numérica entre la carga

admisible y la carga ultima, dicha definición es compartida por Das (2006). Generalmente

como norma estándar se acepta un factor de seguridad que se encuentre en un intervalo

de 2 a 3, pero esto depende de la magnitud e importancia de la obra.

Presión admisible:

Después que una cimentación ha cumplido con los requisitos de ubicación y profundidad

mínima, debe satisfacer otras dos condiciones: primero debe ser adecuadamente segura

contra una falla dentro de la masa de suelo y segunda, el asentamiento de la cimentación

no debe poner en peligro la estructura. De los métodos desarrollados para el análisis de la

capacidad de carga y del asentamiento, se deduce claramente que estas dos condiciones

son independientes una de otra. Sin embargo, para el proyecto de una cimentación es

conveniente conocer la presión máxima que se puede aplicar al suelo sin exceder

ninguno de estos dos límites. Este máximo se conoce con el nombre de presión admisible

(Sowers, 1972).

Falla de punzonamiento en suelo no compactado:

Figura 7: Esquema de las partes de la falla de punzonamiento, Geostru (2010).

γ : Peso específico del suelo en la condición en que se encuentre

Nγ, Nc y Nq: Dependen del ángulo de fricción interna

C: Cohesión del suelo

ɸ: Angulo de fricción


15

Zapata combinada:

Según la necesidad de la obra muchas veces los elementos de forma geométrica simple

necesitan ser combinados para aprovechar el suelo en la mejor manera posible. Este tipo

de zapata en es útil en condiciones como:

- Las áreas de cimentación se traslapan al usar cimientos aislados contiguos.

- Cuando al usar zapatas aisladas resulten asentamientos diferenciales inadmisibles

entre los respectivos soportes estructurales.

- Cuando se logren economías constructivas: estructurales y de excavación

(Delgado, 2000).

Zapata corrida:

Son cimentaciones análogas a las combinadas, con la diferencia que su largo es mucho

mayor que su ancho, son empleadas para cargas lineales como muros de carga

(Delgado, 2000). Ver figura 8.

Figura 8: Geometría del sistema de fundación: zapata corrida. Leyenda en cuadro 2.

Geostru (2010).


16

Zapata aislada:

Son los elementos de soporte de las columnas. De acuerdo con las necesidades se

diseñan con formas geométricas sencillas y simétricas, entre ellas, la cuadrada la más

simple y preferible (Delgado, 2000). Ver figura 9.

Figura 9: Geometría del sistema de fundación: zapata aislada. Leyenda en cuadro 2.

Geostru (2010).

Losa:

Las losas de cimentación son conocidas también como placas de cimentación, es una

zapata combinada que puede cubrir el área entera bajo una estructura que soporte varias

columnas o muros. Las losas de cimentación se prefieren en suelos que tiene poca

capacidad de carga, pero que tienen que soportar cargas grandes de columnas o muros

(Das, 2006). Ver figura 10.

Figura 10: Geometría del sistema de fundación: losa. Leyenda en cuadro 2. Geostru

(2010).


17

Cuadro 2: Geometría de los sistemas de fundación.

Datos del sistema de cimentación

Zapata aislada y zapata corrida Losa

Longitud cimentación [m] L Longitud cimentación [m] L

Anchura cimentación [m] B

Base cimentación, derecha [m] BR Anchura cimentación [m] B

Base cimentación, izquierda [m] BL

Altura inferior cimentación [m] HI Altura inferior cimentación [m] HI

Altura superior cimentación [m] HS

Profundidad del plano de cimentación [m] D Profundidad del plano de cimentación [m] D

Altura de empotramiento [m] HF Altura de empotramiento [m] HF

Inclinación del plano de cimentación [°] IP Inclinación del plano de cimentación [°] IP

Asentamiento:

Cuando una carga, como es el peso de una estructura, se coloca sobre una superficie de

una masa del suelo, el suelo se deforma, produciéndose el asentamiento. Esta no es una

propiedad exclusiva de los suelos, sino que es compartida por todos los materiales. El

asentamiento del suelo producido por la carga proviene de dos causas: el cambio en la

relación de vacíos del suelo o roca y la distorsión o cambio de formas del suelo

inmediatamente debajo de la carga (Sowers, 1972).


18

GEOLOGÍA REGIONAL

Formaciones presentes en el aérea de estudio

Mediante recolección bibliográfica se determinaron las formaciones presentes en el área

de estudio y sus alrededores, siendo estas: Unidad Depósitos Recientes, constituida por

materiales coluviales encontrados en superficie en el proyecto y formación Pacacua,

formación Peña Negra, formación Coris, Lahares y Cenizas y la formación Depósitos de

Avalancha Ardiente las cuales se depositaron como parte del proceso de colmatación de

la cuenca del Valle Central. Además se describe el Intrusivo y cornubianitas de Escazú

que se encuentra cercano al área de estudio.

Estas formaciones se describen a continuación y pueden visualizar en la figura 11.

Depósitos Recientes (Depósitos Aluviales y Coluviales)

Consisten en aluviones y coluvios de los ríos que corren por el Valle Central. Entre estos

sobresalen abanicos aluviales formados por el río la Uruca que bordean los cerros de

Escazú. Los ríos Virilla y Grande de Tárcoles no muestran depósitos aluviales espesos y

cuando se encuentran son muy localizados, esto muestra un predominio de la erosión

sobre la depositación (Denyer & Arias, 1991).

Formación Pacacua

Constituida por volcanoclastitas con granulometría diversa. Destacan colores vivos muy

llamativos con predominio del rojo y morado, aunque el verde es frecuente en algunos

sectores, presenta estratificaciones decimétricas hasta métricas de areniscas

vulcaniclasticas (finas, gruesas, y guijarrosas) tobas, tobitas y brechas finas y gruesas

(excepcionalmente 1m de diámetro) con contacto de fragmentos por matriz. Hacia la parte

superior de la unidad se encuentran troncos fósiles de hasta 1m de diámetro. Son

frecuentes diques y sills de diabasa con espesores de aprox.1m (Denyer & Arias, 1991).


19

El espesor asignado a esta unidad se encuentra entre los 1200 m y 2000 m (Denyer &

Arias, 1991).

Esta unidad sobreyace en contacto gradual a la formación Caraigres, en su contacto

superior presenta una zona de transición con las Brechas Verdes Coyolar, en las hojas

Caraigres y Candelaria y contacto brusco con la formación Peña Negra (Denyer & Arias,

1991). Se le asigna una edad de Mioceno Inferior (Denyer & Arias, 1991).

Formación Peña Negra

Litológicamente Denyer & Arias (1991), diferencian 3 unidades, la unidad inferior (200m)

como una secuencia de areniscas medias y finas pardas, con estratos decimétricos. La

sección media (500-700m) como lutitas y areniscas finas negras (con pirita) en estratos

cm y dm, con niveles concrecionales. Esporádicamente se intercalan estratos delgados

(10-20cm) de tobas y la unidad superior (200-300m) como intercalaciones guijarrosas y

estratos calizos aislados, las areniscas se vuelven pardas de grano medio a grueso.

Sobreyace concordantemente y en contacto gradual a las brechas verdes Coyolar o bien

en forma concordante pero brusca a la formación Pacacua. Es lateral a la formación San

Miguel. Sobreyacida y equivalente lateral no diferenciado de la formación Coris y la

formación Turrúcares. Se considera que esta formación tiene carácter diacrónico. Esta

sobreyacida en discordancia y discontinuidad litológica por las formaciones Grifo Alto,

Lavas intracañon, Depósitos de Avalancha Ardiente (Denyer & Arias, 1991).

Su espesor es de 1200 m y su forma es tabular. Desaparece hacia el W, acuñándose en

asocio al fallamiento existente (Denyer & Arias, 1991).

La edad de esta formación es de Mioceno Medio (Denyer & Arias, 1991).

Formación Coris

Denyer & Arias (1991) describen esta unidad geológica como ortocuarcitas o areniscas

que afloran en bancos masivos de varios metros de espesor, con mayor distribución y


20

abundancia, se encuentran intercalaciones de vulcarenitas, conglomerados, tobas, lutitas

carbonosas y lignito.

El espesor estimado es de 500 metros entre Quebrada Honda y Quebradillas (Denyer &

Arias, 1991).

El contacto superior es concordante con la formación La Cruz (Fischer & Franco, 1979),

Además presenta contactos transicionales (Superior e inferior) con la Fm. San Miguel, el

contacto inferior de esta unidad no es claro debido a falta de evidencias y al

metamorfismo de contacto, se considera transicional a la formación Peña Negra y no se

descarta un contacto con el miembro Tranquerillas. Lateralmente es un equivalente

cronoestratigráfico de la parte superior de la formación Peña Negra y formación

Turrúcares (Denyer & Arias, 1991). Fischer & Franco (1979) le asigna edad de Mioceno

Medio- Mioceno Superior.

Intrusivo y cornubianitas de Escazú

Obando (1983) describe esta unidad como monzonitas, granodioritas, monzogabros,

monzodioritas, gabros y sienitas, las corneanas son metamorfismo de la formación Peña

Negra en las cuales el color varía de negro a gris claro, a menudo con bandeamiento

irregular.

El Intrusivo de Escazú es un “stock”, el cual no sobrepasa los 6 km de diámetro con

apófisis irregularmente distribuidos, las cornubianita forman una aureola de alteración

alrededor del cuerpo intrusivo, con un espesor no mayor a los 200 metros (Denyer &

Arias, 1991).

Estas rocas intruyen principalmente a los formaciones Peña Negra, Coris y levemente a la

formación La Cruz, mientras que las cornubianitas se encuentran tanto en posición lateral

como superior al intrusivo (Denyer & Arias, 1991).

Se han realizado varias dataciones radiométricas para esta unidad, Tournon (1978) le

asigna una edad de 16,9 a 8,3 m.a., por su parte Berrangé (1977) entre 9,3 y 11,5 m.a. y

Bergoeing (1982) de 5,24 m.a.


21

Formación Depósitos de Avalancha Ardiente

Kussmaul (1988), describe la base de la secuencia como depósitos de pómez de caída en

de hasta 3 metros de espesor. Seguido por flujos de ceniza, lapilli y bloques Ignimbirtas

grises con “fiames” de obsidiana pómez, la sección es coronada por depósitos de caída

(Sprechman, 1984)

Esta unidad yace en discordancia y/o discontinuidad litológica sobre las formaciones

Lavas intracañón, Pacacua, Peña Negra, Grifo Alto y La Cruz; es sobreyacida por

aluviones, lahares, cenizas y la Fm. Barva (Denyer & Arias, 1991).

Bellon & Tournon (1978) le asignan una edad de 0,7 m.a.

Lahares y cenizas

Se trata de una serie de depósitos de cenizas y lahares que se encuentran cubriendo las

depresiones de los edificios volcánicos de la Cordillera Volcánica Central (Denyer & Arias,

1991).

Todo el Valle central fue cubierto por depósitos de ceniza, provenientes principalmente

del Volcán Irazú, los cuales localmente alcanzan espesores de 20m. Durante la fase

eruptiva 1963-1965 del volcán Irazú, únicamente entre marzo y abril de 1964, fueron

removidas 65000 toneladas de los techos de San José ((Kussmaul, 2000).

Los lahares presentan un espesor de unos 60m, son muy heterogéneos, presentan

fragmentos volcánicos subangulares de composición principalmente andesítica, los cuales

alcanzan más de un 1m. La matriz en la que estos se encuentran inmersos es arcillosa y

arenosa y se encuentra mal cementada (Denyer & Arias, 1991).

La capa de ceniza cubre los depósitos de lahares, su espesor es de 15m entre la Paulina

y Guadalupe y 20 m entre San José y San Juan de Tibás. En estos depósitos es posible

encontrar restos de mega mamíferos (Denyer & Arias, 1991).


22

Figura 11: Mapa geológico regional. Modificado de Denyer & Arias (1991).


23

Contexto geotectónico regional

La zona de estudio se localiza dentro de la zona sísmica de Escazú Guarco (Linkimer &

Schmidt, 2002). Esta zona se encuentra localizada al sur del Valle Central, extendiéndose

desde Orosí hasta Escazú. Sus principales fallas son Higuito, Agua Caliente y Navarro.

Se caracterizan por tener un patrón escalonado lo que indica su fuerte componente

horizontal (Montero et al., 2001).

Según Linkimer & Schmidt (2002), está zona sísmica puede generar sismos de hasta 6,5

(Mw), como ejemplo se tiene el terremoto que destruyó la cuidad de Cartago el 4 de mayo

del 1910 y que se asocia a la actividad de la falla Agua Caliente. Además, identifican el

suroeste de la capital como la zona de valores de aceleración máxima horizontal del suelo

(PGA) más altos dela región central. Se obtuvieron en general para la región central

valores en gales de PGA de 350, 450 y 780 para un periodo de retorno respectivamente

de 50, 100 y 500 años.

Las fallas más cercanas al área de estudio corresponden la Falla Escazú, Falla Bello

Horizonte, Falla Rio Azul, y la Falla Higuito, a continuación se describe brevemente

información de las mismas.

Falla Higuito:

A nivel local según Denyer & Arias 1990, se identificó la presencia de la falla Higuito, la

cual es una falla activa, de desplazamiento de rumbo dextral y con un rumbo NW-SE.

Esta falla, pese a ser las más cercana, se encuentra aproximadamente 2 Km del área de

estudio encontrándose fuera de los 50 m de la zona de restricción que establece el

decreto 32967 del Ministerio de Ambiente y Energía (MINAE) en Anexo 3º “Protocolo para

la zonificación de uso del suelo sobre y en las cercanías de fallas geológicas activas”.

Falla de Escazú:

Esta falla es descrita por Fernández & Montero (2002), como una falla que presenta una

extensión de 6,5 Km con una dirección NW, la misma presenta un levantamiento en su


24

bloque oeste, presentando un escarpe en el lado oeste, el cual se encuentra bastante

disectado. Se encuentra a aproximadamente a 4 km del área de estudio.

Falla Bello Horizonte:

Fernández & Montero (2002), la describen como una falla corta con unos 3 Km de

longitud, la cual se caracteriza por presentar un cambio en la pendiente además de

escarpes poco facetados con dirección hacia el este, se cree que dicha falla posee

continuidad con la falla de Escazú y la falla Jericó lo que podría crear un patrón en

echelón, o ser una zona transpresiva. Según con lo descrito por Montero et al (2005), la

falla posee una componente inversa donde su escarpe se encuentra al frente de una fila

de rumbo noroeste que se encuentra levantada entre el valle donde se asienta Escazú y

el San José. Se encuentra a aproximadamente a 6 km del área de estudio.

Falla Río Azul:

Descrita como una falla de rumbo este-noreste con una longitud de 5 Km, se caracteriza

tener la presencia de un valle profundo lineal al pasar por la quebrada Quebradas,

también presenta sillas de falla, espolón truncado y facetamiento triangular. (Fernández &

Montero, 2002). Se encuentra a aproximadamente a 5 km del área de estudio.

Amenaza sísmica

Fernández & Pacheco (1998), analizaron una serie de sismos a partir de mecanismos

focales entre 1992 y 1993, encontrando actividad sísmica de entre 2 y 4, 4 grados y una

profundidad promedio de 12 Km, localizados entre las fallas de Higuito, Ojo de Agua y

Río Segundo. Además estos autores indican que existió actividad sísmica en la falla de

Higuito para ese periodo.

Según la Comisión Nacional de Emergencias, el Valle Central se localiza dentro la región

sísmica denominada Valles y Serranías del interior de País, la cual se caracteriza por

fallas locales y una actividad sísmica muy importante. Además de los sismos por falla


25

local, los sismos por subducción son percibidos por la población en general pudiendo

llegar a provocar el pánico en la población.

También, según la Comisión Nacional de Emergencias el cantón de Alajuelita por su

ubicación tectónica es vulnerable a sufrir daños principalmente por actividad sísmica

generada a partir de fallamiento local. Los eventos sísmicos generados en la zona de

subducción (choque entre placas), pueden ser sentidos de manera considerable, pero sin

causar el nivel de daños que podrían generar un evento local.

Al encontrarse evidencia de posible fallamiento activo (neotectónico) en la propiedad de y

cerca de esta, según la CNE, entre los efectos de un sismo en las cercanías del cantón

de Alajuelita se pueden mencionar deslizamientos y amplificaciones sísmicas hacia el SW

de la ciudad de Alajuelita entre ellas San Josecito, donde la litología y la geotecnia,

favorecen esta clase de fenómenos.

Figura 12. Fallamiento neotectónico de la zona de estudio. Muestra los sistemas de fallas

circundantes al área de estudio (cuadro rojo), los tipos de desplazamiento predominantes en cada

segmento de falla y los mecanismos focales característicos. La zona en gris corresponde con la

zona del relevo compresivo. Se identifican las fallas: Salitral (FSA), Escazú (FE), Aserrí (FA), Belo

Horizonte (FBH), Patalillo (FP), Cipreses (FC), Río Azul (FRA), y Agua caliente (FAC). Los centros

de los poblados, indicados con las letras CP, SA, ES, ALA y SD, son respectivamente: Cerro

Palomas, Santa Ana, Escazú, Alajuelita, San Diego de Tres Ríos. Modificada de Montero et al

2005.


26

Aceleración Sísmica

En el cuadro 3 y en el gráfico de la figura 13, se muestran los valores de aceleración

máxima horizontal del suelo (PGA) en condiciones de lecho rocoso, para diferentes

periodos de retorno, según la estimación de la amenaza sísmica realizada en el Parque

Central de San José (Schmidt et al., 2005).

Según los mismos autores estos valores indican que el grado de amenaza sísmica en el

cantón de San José es moderadamente alto. Dichos resultados pueden tomarse como

válidos a la vez para la zona de estudio, en el cantón de Alajuelita, debido a su cercanía

geográfica.

La metodología probabilística de la amenaza considera la estadística de la frecuencia de

ocurrencia de los eventos sísmicos, su relación con la tectónica, las fuentes sísmicas y la

característica de atenuación de las ondas sísmicas (Schmidt et al., 2005).

Cuadro 3: Resultado de PGA para el parque central de la Ciudad de San José.

Periodo de

retorno (años)

Aceleración máxima

(PGA) [𝑚/𝑠2]

Aceleración máxima

(PGA) [%g]

Aceleración (2/3 PGA)

[%g]

10 1.78 18 12

25 2.39 24 16

50 2.89 30 20

100 3.51 36 24

500 5.18 53 35


27

Figura 13. Valores esperados de periodo de retorno según el valor de aceleración sísmica sostenida (2/3PGA).

Los periodos de retorno de 10, 25, 50, 100 y 500 años corresponden con probabilidades

de excedencia anual de 10 x 10-2, 4 x 10-2, 2 x 10-2, 1 x 10-2, 2 x 10-3.

Por lo tanto, el periodo de retorno de un sismo capaz de producir aceleraciones

horizontales de 0,05 g, 0,10 g, 0,15 g y 0,20 g (valores empleados en el presente trabajo

para calcular la probabilidad de ocurrencia de deslizamientos), es de 0,97 años, 6,04

años, 20,2 años y 52,5 años respectivamente para el cantón de San José, cuadro 4.

Cuadro 4: Periodo de retorno para diferentes valores de aceleración sísmica.

Aceleración (2/3 PGA) [%g] Periodo de retorno (años)

5 0.97

10 6.04

15 20.2

20 52.5


28

GEOLOGIA LOCAL

Litologías presentes en el área de estudio

La zona de estudio esta descrita según Denyer & Arias,

Propuesta de microzonificación geotécnica de la Finca ... · i universidad de costa rica facultad...

Documents

Transcript of Propuesta de microzonificación geotécnica de la Finca ... · i universidad de costa rica facultad...