UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA Y METALÚRGICA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA GEOLÓGICA

COORDINACIÓN DE INVESTIGACIÓN

“ESTUDIO GEOTÉCNICO PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL PUENTE ASILLO”

TESIS

PRESENTADO POR EL BACHILLER.

MARIO QUISPE BEATO

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:

INGENIERO GEÓLOGO

PUNO - PERÚ.

2010

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA Y METALÚRGICA

Escuela Profesional de Ingeniería Geológica

COORDINACIÓN DE INVESTIGACIÓN

“ESTUDIO GEOTÉCNICO PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL

PUENTE ASILLO”

TESIS

PRESENTADO POR:

MARIO QUISPE BEATO

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:

INGENIERO GEÓLOGO

APROBADO POR EL JURADO REVISOR CONFORMADO POR:

Presidente : Msc. Ariel AQUINO PACHECO ……………………………….

Primer miembro: Ing. Miguel YANARICO APAZA ………………………………

Segundo miembro : Ing. F. Georges LLERENA PEREDO…………………………

Asesor de Tesis: Msc. Sofía BENAVENTE FERNANDEZ ………………………

Director de Tesis : Mcs. Newton MACHACA CUSILAYME ……………………….

PUNO - PERU

2010

DEDICATORIA

Dedico con mucho amor

cariño este trabajo a mis queridos

Padres quien en vida fue Santiago

Quispe Ccari, y mi Madre

Anastacia Beato Pacco, por los

grandes esfuerzos y sacrificios

realizados.

Y a mis hermanos Máximo, Cecilia, Virginia,

Roberta, y mis tíos Con profundo cariño y gratitud,

por el constante apoyo y alentó hicieron posible

la culminación de mi carrera profesional.

3

AGRADECIMIENTO.

A Dios, todo poderoso, Señor de mi vida que me dio su Don y orientación.

A todos los Docentes de la Facultad de Ingeniería Geológica y Ex – Docentes de

la Escuela Profesional de Ingeniería Geológica de la Universidad Nacional del

Altiplano Por su abnegada labor, quienes me guiaron a estimular mis estudios y

superación profesional.

A mis colegas de promoción por su consejo para ejecutar el presente trabajo, que

será un aporte como fuente de información para el desarrollo de la región en el

que hacer del estudio geotécnico.

De manera especial a mi Director y Asesores de tesis por sus correcciones y

apoyo durante la investigación.

Igualmente a consorcio constructor tramo IV por haberme dado la oportunidad de

realizar mi trabajo en dicho Institución.

.

4

INDICE

CAPITULO I

INTRODUCCION

1.1 Ubicación 2

1.2 Accesibilidad 3

1.3 Clima 3

1.4 Vegetación 4

1.5 Fisiografía 7

1.6 Objetivos del estudio 8

CAPITULO II

MARCO GEOLOGICO

2.1 Geología Regional. 9

2.2 Geología local 15

CAPITULO III

METODOLOGIA

3.1 Equipos y Materiales 18

3.2 Perforaciones 18

3.3 Recuperación de Testigos 21

3.4 Manipulación de Testigos 24

3.5 Registro de Perforación 24

3.6 Perfil Geológico 26

5

CAPITULO IV

RESULTADOS Y DISCUCIONES

4.1 Investigaciones de campo 27

4.2 Ensayo de penetración Estándar (SPT) 28

4.3 Ensayo de penetración dinámica de cono (CPT) 29

4.4 Ensayos de laboratorio 30

4.5 Ensayos de Corte directo 33

4.6 Ensayo de compresión no confinado 34

4.7 Ensayos químicos 34

4.8 Perfil estratigráfico 35

4.7 Análisis de cimentación en pilotes 35

Cálculo de capacidad de carga ultima de pelotes 37

Cálculo del asentamiento 50

4.8 Evaluación profunda de licuación y colapso 53

4.9 Evaluación del ataque químico al concreto 56

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 58

BIBLIOGRAFIA 60

ANEXOS 61

6

RESUMEN

El Corredor Interoceánico Sur, Perú-Brasil, Tramo 4: “Azángaro-Puente Inambari”

se encuentra ubicado en el departamento Puno, entre las provincias de Azángaro

y Carabaya, teniendo como coordenada de origen 371657E, 8352315N

(Azángaro) y coordenada final 350096E, 8541963N (Puente Inambari).

La Carretera Azángaro – Puente Inambari conforma el Tramo 4 del Corredor Vial

Interoceánico Sur, Perú Brasil con una longitud aproximada de 305 Km,

considerándose para la etapa de estudio el sector comprendido entre Azángaro

(Km. 51+000) y Puente Inambari (Km. 356+055). Dentro de esta etapa del Tramo

IV, se tiene proyectada la construcción del Puente Asillo ubicado en el Km.

76+748.

Los cortes de la carretera existentes y las paredes de los margines de las

diversas quebradas, que son interceptadas por esta vía, nos han permitido definir

las diferentes formaciones geológicas por las que atraviesa el tramo carretero

que nos ocupa.

Se han realizado ensayos de clasificación de suelos en las muestras obtenidas en

los ensayos de SPT. En el caso de los suelos de grava, se han usado para

determinar las muestras extraídas con la perforación diamantina.

De la misma manera se realizo en ensayo de Corte Directo, en la matríz

envolvente del material aluvial (suelo que se encuentra predominantemente en el

lecho del rio Asillo), en la fracción fina de la muestra obtenida, la misma que ha

sido re moldeada; este valor será el límite inferior de la resistencia a la fricción del

depósito cuaternario.

7

LISTADO DE CUADROS1.1 Luz del puente evaluado 8

2.1 Columna estratigráfica región del altiplano 14

2.2 Columna estratigráfica local 15

3.1 Equipos de la perforación 18

3.2 Diámetros de la perforación 18

3.3 Resultado de ensayos de SPT 22

4.1 Relación de perforaciones realizadas 27

4.2 Resumen de ensayos de clasificación de suelos 32

4.3 Resultado de ensayos de corte directo 34

4.4 Ensayo de compresión no confinado 34

4.5 resultado de ensayos químicos 35

4.6 Factores de corrección 39

4.7 Parámetros relativos al tipo de pilote 40

4.8 Factores λ y θ relativos de carga y tipo de pilote (P.P. Velloso) 41

4.9 Parámetros de Mn y Nm relativos 42

4.10 Resumen los resultados obtenidos 46

8

NOTACIONES Y UNIDADESSe : Asentamiento Elástico

Q : Presión de trabajo

A : Área de la zapata equivalente

Es : Modulo de Elasticidad (ton/m2)

V : Relación de Poisson

Iz : Factor de forma. Depende de Lg/Bg

Lg : Largo de la zapata equivalente

Bg : Ancho de la zapata equivalente

S : Separación entre los centros de los pilotes

n1 : Número de pilotes a lo ancho

n2 : Número de pilotes a lo largoΔH : Asentamiento por consolidación.

σ v´ : Presión vertical efectiva de sobrecarga a la mitad del

estrato (H - 2/3L)

Δσ v´

: Incremento de presión, a la mitad del estrato (H - 2/3L)

Cc : Coeficiente de consolidación.

e0 : Relación inicial de vacíos del suelo.

H : Espesor del estrato de arcilla

ΔH1 : Asentamiento debido a la aplicación de las cargas en la zona de

recompresión.

ΔH2 : Asentamiento debido a la aplicación de las cargas en la zona de la curva

virgen.

τ pro : Esfuerzo de corte promedio inducido por el terremoto

amax : Aceleración máxima en la superficie del terreno

g : Aceleración de la gravedad.

σ v : Esfuerzo total vertical a la profundidad considerada

σ ’v : Esfuerzo efectivo vertical a la profundidad considerada

rd : Factor de reducción del esfuerzo que decrece de 1 en la superficie a 0.9

a 10 m de profundidad.

Nc : N del ensayo SPT corregido

’ : Esfuerzo efectivo al inicio del metro considerado

9

Qu : Capacidad de carga última (kN)

QS : Capacidad de carga por fricción lateral del pilote (kN)

QP : Capacidad de carga por punta del pilote (kN)

ØS : 0.65

ØP : 0.55

Qd : Carga de diseño (tn)

Qu : Capacidad de carga última del pilote (tn)

: Eficiencia del grupo de pilotes

QR : Capacidad de carga mayorada del pilote (tn)

Q : El valor menor entre Q1 y Q2

Ts : 40 kPa para suelos no cohesivos y

Ts : 30 kPa para suelos limosos no plásticos y por extensión a todos los

demás suelos.

Zb : longitud del pilote limitada a 10 De.

Rl : resistencia lateral

A11 : área lateral por metro lineal de pilote

Ni : SPT en el punto i

Kli : αi x Ki (factor de correlación)

CA : cota superficial del pilote

L : penetración del pilote

Rp : resistencia por punta

Ap : área de la punta

Kp : factor de correlación

Np : SPT de la punta

P : Reacción total del pilote que resulta del momento y de la carga directa

∑V : Suma de las cargas verticales que actúan en la cimentación.

∑M

: Suma de momentos con relación al centroide del grupo. ∑M se

expresa algunas veces como ∑Ve .

n : Número de pilotes en el grupo

d : Distancia del centroide del grupo al pilote en cuestión

10

∑ d2

: Suma de los cuadrados de las distancias a cada pilote del centroide

del grupo

CAPITULO I

INTRODUCCION

El Ministerio de Transportes, Comunicaciones Vivienda y Construcción (MTCVC),

con la finalidad de agilizar el tránsito de la zona ha creído por conveniente la

realización de las investigaciones Geotécnicas para la construcción del Puente

Asillo en el Km. 76+748 el cual es el motivo de la presente tesis.

El trabajo de la evaluación geotécnica inicial se realizó en el mes de marzo del

2007, en base a las perforaciones diamantinas de los estribos izquierdo y

derecho. La primera revisión se realizó en agosto del 2007, la segunda revisión se

realizó en el mes de noviembre del 2007y la tercera revisión en diciembre de

2008, cuando fue realizada las perforaciones complementarias del pilar izquierdo

y derecho.

En él me ocupo de las Características Geotécnicas, Características Litológicas,

capacidad portante, asentamiento de terreno de fundación y El comportamiento

del Nivel Freático del área de fundación del puente, ha sido conveniente realizar

estudios de caracterización geotécnica tanto en los Estribos como en los Pilares,

dadas la complejidad de los suelos del altiplano, el análisis, interpretación

geotécnica que servirán para alcanzar los parámetros para el diseño del referido

puente.

11

1.1 Ubicación

El punto de estudio se encuentra ubicada dentro del Corredor Interoceánico Sur,

Perú Brasil, Tramo 4: “Azángaro – Puente Inambari” se encuentra ubicado en el

departamento de Puno, provincia de Azángaro, Distrito de Asillo, lugar

denominado Rio Asillo. Geográficamente teniendo como coordenada UTM:

355176E y 8367657N.

La vía se encuentra ubicada en una zona de topografía variable de características

de relieve plano, suavemente ondulado a preponderantemente ondulado a

montañoso

Figura 1.1

Plano de ubicación

12

FUENTE : I.G.N.

1.2 Accesibilidad

Para llegar al lugar de estudio discurre íntegramente por el departamento de

Puno, siendo el acceso al puente de la siguiente manera:

Primero por vía terrestre del departamento Puno hasta la ciudad de Juliaca

un promedio de 45 min. Luego se continúa por la carretera – Ruta 3S - en

dirección a la salida hacia la ciudad del Cusco, pasando por la localidad de

Calapuja el cual se encuentra en la progresiva Km. 1289 (progresiva referida a la

carretera que viene desde el Cusco) hasta llegar al desvío que va hacia la

localidad del Cusco (Km. 1288), lado izquierdo y la localidad de Azángaro hacia el

lado derecho, iniciándose allí una nueva progresiva denominada Km 00+000 –

Ruta 531 - para luego continuar hasta el Km 46+000 ingreso a la localidad de

Azángaro ya sobre la Ruta 106, un promedio de 60 min de Juliaca a Azángaro.

A lo largo de la carretera se encuentran ubicados centros poblados hacia

ambos lados de la vía y se presentan los siguientes centros poblados: Azángaro

(km. 51+000), Punta Tallapizi (km. 63+000), Carapunco (km. 67+000), Desvío

Asillo (km. 75+300), finalmente legando a la zona de estudio puente Asillo que se

encuentra ubicado en progresiva Km.76+748, tiempo promedio por vía terrestre

20 min desde Azángaro a Puente Asillo.

1.3 Clima

El clima de la zona se caracteriza por ser de tipo frío – templado y lluvioso, con

temperaturas inestables por frecuentes cambios bruscos de temperatura

ambiental (la temperatura media anual es de 7° y la mínima es de -17 °C).

Presenta dos estaciones claramente definidas.

De Abril a Septiembre, con un periodo seco, de clima frígido principalmente

por las noches, con descensos de temperatura muy fuertes, que llegan

hasta -17°C en las heladas; en el día soleado y tibio, pero los vientos son

intensos y provenientes del Sur, las precipitaciones son muy esporádicas.

13

De Septiembre a Abril, con fuertes precipitaciones pluviales, acentuándose

entre los meses de Diciembre a Marzo, acompañadas de tempestades

nevadas y granizadas, con temperaturas medias de – 03° y 12° el

promedio de precipitación es de 300 a 1,000 m.m. notándose una

elevación de la temperatura ambiental.

1.4 Vegetación

La vegetación está constituida en su mayor parte por plantas de tallo corto (al

borde de rio bofedales), por estar por encima de los 3, 900 m.s.n.m. así como

pastos naturales como ichu, musgos, y líquenes. En las depresiones y faldas de

cerros, se aprovecha la época de lluvias, para el cultivo de papas, cañihua,

quinua, habas, avena, alfalfa, fundamentalmente. La zona en términos generales

es moderadamente productiva en agricultura, debido al clima imperante.

La vegetación existente es variada, según los pisos altitudinales, condiciones

climáticas y topografía, la composición florística está caracterizada por la

presencia de especies arbóreas, arbustivas, predominando la vegetación

herbácea con asociaciones conspicuas denominadas pastizales. Se observa un

predominio de las plantas forrajeras destacando las familias de las gramíneas,

leguminosas, ciperáceas entre otros.

Diagnóstico del Estado Actual de la Zona en Base a Parámetros Biológicos

de Flora

El valor de importancia de las plantas lo constituye el porcentaje de cobertura

vegetal y el valor de índice de diversidad (H), evaluados en los transectos de

longitud constante. H es el índice de Diversidad de Shannon Weaver, derivado de

la teoría de la información (Margalef, 1977). Este mide la cantidad de información

que se necesita para identificar a un individuo extraído al azar como perteneciente

a una especie en particular.

14

La composición florística de la zona del proyecto presenta especies dominantes

de Gramíneas como Stipa ichu, Fescuta sp. y Hordeum vulgare, especies

herbáceas dominantes como: Margiricarpus pinnatus, Lupinus Chlorolepis, Bidens

andicola, Tagetes mandoni, Lepechina meyenii, Plantago major entre otros.

Descripción de las Especies de Flora más importantes en la zona:

Ichu: Stipa ichu (Familia: Gramineae)

Especie herbáceo, perenne, mesófita, crece en matojos densos.

Hábitat.- En suelos descubiertos algo degradados, pajonales de puna, es

indicador de suelos pobres, arenosos, superficiales. Se adapta a zonas de

planicie y ladera.

Importancia y Uso.- Mayormente es consumido por ganado llamuno y bovino,

en estado tierno. Se utiliza en construcciones rurales.

Kanlli: Margiricarpus pinnatus (Familia: Rosaceae)

Especie perenne, xerófita, tallo semileñoso, bastante ramificado.

Hábitat.- En suelos medianos y ligeros erosionados, pobres en materia orgánica,

tanto en laderas como en pampas.

Importancia y Uso.- Invasora, es decir se establece en praderas degradadas o

sobre pastoradas. En estado tierno, la parte terminal de la planta es removida

por ovinos, bovinos y llamas. El hombre la extrae como combustible.

K’era: Lupinus chlorolepisu (Familia: Leguminosae)

Especie herbácea, perenne, mesófita, con hojas partidas como la palma de la

mano, flores vistosas de color azul y amarillo.

Hábitat.- Invade algunos campos en descanso, prospera generalmente en zonas

de ladera, rocosas y secas.

Importancia y Uso.- Muy poco paladable, algunas veces el ganado trata de

renomearlo, pero su sabor amargo limita su consumo.

“Chiqchipa”: Tagetes mandonii (Familia Asteraceae)

15

Hábitat.- se halla comúnmente en terrenos degradados, modificados, suelos

ligeros en zonas de pampa, laderas y quebradas, maleza en campos de cultivo.

Importancia y uso.- en periodos vegetativos iniciales es consumido por ganado

ovino y vacuno, se considera como hospedero de nemátodos. Muy apreciado

como condimento “laqwa”.

Chilligua: Festuca dolichophla

Hábitat.- Vive en el altiplano, en la puna y valles interandinos. Prefiere lugares

con bastante sol.

Importancia y Uso.- los animales domésticos del campo la utilizan como

elemento de alimentación y pastoreo en tiempos de estiaje.

Salvia: Lepechina meyeni (Familia: Labiadae)

Especie herbáceo, perenne, stolonífera,.

Hábitat.- Común en el altiplano, en cerros, laderas, creciendo también en zonas

bajas, valles altos desde los 3 800 a 3 000 msnm., suelos húmedos; asociaciones

con arbustos de los géneros rubrus, y gramíneas.

Importancia y Uso.- En su estado tierno es consumido por el ganado ovino,

bovino, especie aromática altamente conocida por su valor medicinal.

Llantén: Plantago major (Familia: Plataginaceae)

Especie herbáceo, planta anual, hojas arrocetadas algo lineales, inflorescencia

en panoja.

Hábitat.- Se encuentra generalmente en laderas rocosas.

Importancia y Uso.- Mayormente es consumido por ganado ovino y vacuno, es

considerado también como planta medicinal.

Yareta: Azorella sp. (Familia: Apiaceae)

Sirve como combustible doméstico, industrial y aún en la fundición de minerales.

La resina que se desprende de la combustión de la planta verde se usa en forma

de emplastos por los indígenas en casos de neumonías, reumatismo y en

curación de heridas.

16

1.5 Fisiografía

La zona de interés, ha sufrido una fuerte actividad tectónica que ha originado

plegamientos formando anticlinales y sinclinales a consecuencia de eventos

orogénicos durante las fases Peruana y fase Incaica de carácter compresivo. Los

plegamientos en los cerros y lomadas circundantes son simétricos, asimétricos y

aún volcados, siendo su buzamiento predominante hacia el NE, con clara

orientación Andina.

Los fallamientos han sido intensos y han modificados sustancialmente la forma y

estructura de su superficie original. Los procesos orogénicos han ocasionado,

además de pliegues, metamorfismo y levantamiento de las formaciones

sedimentarias, provocando cambios en la posición primaria, generando

fallamientos principales con orientación predominante de NO-SE, que han dado

lugar a fallas secundarias y transversales a los primarios, proporcionando bloques

intensamente fracturados, los mismos que no tienen incidencia en la estabilidad

de la carretera.

Cabe señalar que el 70% del cauce del río San Antón (llamado también Gila o

Azángaro), transcurre siguiendo un fallamiento regional. De nuestras

observaciones de campo y antecedentes sísmicos de la zona, en el tramo de

estudio, no se evidencian fallamientos activos, la zona es sismo-tectónicamente

inactiva, o sea que no se producen sismos, y los que se perciben localmente son

aquellos cuyos mecanismos de falla se han producido en fallas lejanas. Por otro

lado de acuerdo con el mapa de zonificación sísmica del Perú, el tramo de interés

corresponde a la zona de riesgo medio, por lo que se deberá tomar en

consideración en la cimentación de obras mayores (puentes).

Sismicidad.

Dentro del territorio peruano se han establecido tres zonas sísmicas, las cuales

presentan diferentes características de acuerdo a la mayor o menor ocurrencia de

los sismos. Según los Mapas de Zonificación Sísmica del Perú, propuesto por la

17

norma Sismo – Resistente E-030 del Reglamento Nacional de Construcciones, el

puente Asillo se encuentra comprendida en la Zona 2 correspondiéndole una

sismicidad media como se puede ver en el anexo C (lamina 06).

Los parámetros geotécnicos correspondientes son los siguientes:

Factor de Zona Z = 0,30gPerfil del suelo tipo T = S2Período predominante Tp = 0,6 sFactor de amplificación del suelo S =1,2

Para el análisis pseudo estático se recomienda el valor = 0,15 gPara ser usado en las Normas de Diseño Sismo – Resistente

1.6 Objetivos del estudio.

- Evaluación las características geotécnicas para la fundación del puente

Asillo.

- Determinar la capacidad portante y asentamiento del terreno de fundación.

- Determinar el nivel freático del terreno para la cementación.

Este puente pertenece al Sector I del Proyecto “Corredor Vial Interoceánico Sur”,

Tramo 4, que comprende entre Azángaro y el Puente Inambari en el

Departamento de Puno.

De acuerdo al informe del área de hidráulica y de geología la luz del puente se

ha definido como:

Cuadro 1.1.

Luz del puente evaluado

Progresiva

Km

Nombre de la

Quebrada

Tipo de

Estructura

Luz

(m)

76+748 Asillo Puente 60

Fuente elaboración propia.

Para conocer las características del suelo de cimentación se han realizado

perforaciones diamantinas con obtención de testigos.

Para la evaluación de la capacidad última y los asentamientos de las

cimentaciones se han usado los fundamentos teóricos establecidos por la

ingeniería geotécnica y la mecánica de suelos. Los fundamentos teóricos usados

se describen brevemente en el capítulo correspondiente.

18

CAPITULO II

MARCO GEOLOGICO

2.1 Geología Regional.

Las perforaciones realizadas en el dicho puentes y observadas en los cortes de

carretera existentes y las paredes de los márgenes de las diversas quebradas,

que son interceptadas por esta vía, nos han permitido definir las diferentes

formaciones geológicas por las que atraviesa el tramo (ver cuadro.2.1).

La zona del proyecto transcurre por diferentes formaciones geológicas cuyas

edades varían desde el Paleozoico Superior hasta el Cuaternario Reciente, como

se indica en el cuadro siguiente:

a) Grupo Mitu (Ps-mi)

Tiene muy escasa presencia el tramo de estudio, está conformado por una

secuencia volcánica formada por derrames, brechas volcánica color con

textura brechosa intercaladas eventualmente con areniscas y

conglomerados, el volcánico es predominante masivo, considerablemente

alterado, de coloraciones verdosas y violáceas. Conforman cerros bajos o

lomadas.

Comportamiento Geotécnico.

Estas rocas se hallan bastante diaclasadas y fracturadas a causa de

esfuerzos tensiónales al consolidarse el magma. Por acción de los

fenómenos de meteorismo (bruscos cambios de temperatura) las rocas

sufren la alteración y disgregación de sus minerales constituyente,

ocasionando la generación de pequeños desmoronamientos del talud de

corte, pero de mínima envergadura por lo que son intrascendentes, estos

materiales son inadecuados para cualquier uso, en lo que concierne la

construcción vial.

b) Formación Muni (Js – mu).

Está constituida por areniscas feldespáticas y limoarcillas de color rojizas

con presencia de lutitas abigarradas con delgadas capas de margas

19

rojizas, eventualmente intercaladas con estratos de calizas y areniscas

calcáreas.

Comportamiento Geotécnico.

El uso de estos materiales para fines constructivos no es recomendable,

excepto como rellenos, ello debido a su fácil alteración y pérdida de

consistencia (por intercalación de horizontes débiles y competentes). La

poca resistencia de estas rocas hace que el movimiento de tierras no

requiera el uso de explosivos. Las laderas de los cerros en estas

formaciones son fácilmente erosionables.

c) Formación Huancané (Ki-hu).

Consiste de una secuencia de areniscas masivas, gris pardusca a rosadas

de grano medio a fino, intercaladas con cuarcitas, limoarcillas rojizas y

esporádicos bancos de conglomerados.

Comportamiento Geotécnico.

Las rocas de esta formación presentan buenas características geotécnicas

buena dureza y resistencia a la alteración, por lo cual son adecuados como

materiales de construcción y como bloques para enrocados (defensas

ribereñas). Los cortes que se efectúen necesariamente requieren del uso

de explosivos

d) Grupo Moho (Kis-mo).

Está conformado por areniscas de grano fino, intercaladas con estratos de

lutitas rojas laminares y calizas dolomías, limoarcillas y lodolitas rojas.

Comportamiento Geotécnico.

Aunque tiene escasa presencia en la zona de estudio, las areniscas son los

que presentan las mejores condiciones de dureza, espesor y resistencia a

la alteración físico – química. Es adecuado para el uso como enrocado en

defensas ribereñas

20

e) Formación Azángaro (NQ-az).

Esta formación fue descrita por Newell (1949) como depósitos fluviales del

Río Asillo y Azángaro y está correlacionada a los principales Ríos que

drenan el Altiplano, en este caso corresponde a los antiguos depósitos

fluviales de Río Grande, afluente de San Antón, y Asillo también

denominado Gila y Azángaro más al Sur.

Esta unidad es ampliamente notable en todo el Valle de Río Asillo y está

Compuesta por estratos poco densos de areniscas finas, conglomerados y

limonitas de color beige a rojizo, en bancos de 30 a 40 cm. La

estratificación es sub – horizontal, las características sedimentarias de esta

formación indican un ambiente fluvio – lacustre y de llanuras de inundación.

La formación presenta variación lateral, tanto en el tamaño de los clastos

como en su composición, dependiendo esta última de la fuente de

alimentación.

Esta formación es la que tiene mayor presencia a los laterales de la zona

de estudio desde el inicio hasta el final del afluente del rio

Comportamiento Geotécnico.

Los materiales de esta formación pueden servir como rellenos estructurales

de aproximación de puente en la elevación de la rasante de plataforma en

este trecho de pampas.

Son terrenos susceptibles a erosión y desmoronamiento.

Depósitos Cuaternarios.

Tiene presencia muy aislada y están constituidos por los siguientes

depósitos.

21

f) Zona de Bofedales.

Conformados por arcillas y limos orgánicos en áreas depresionadas

aisladas, donde se acumulan, predominantemente en las zonas de

pampas. Son observables aisladamente en ambos lados de la carretera,

Azángaro- San Antón pero son intranscendentes por su escasa y pequeña

ocurrencia. En las acumulaciones de aguas adyacentes a la vía se les ha

dotado de alcantarillas nuevas de las que carecían.

Comportamiento Geotécnico.

Los materiales que los conforman son inadecuados para todo uso.

g) Depósitos Aluviales.

Constituidos por acumulaciones de materiales en los lechos de quebradas

y ríos, conformados por cantos rodados y grabas (escasas bolonerías), de

formas redondeadas y sub – redondeadas, de variado origen, que se

encuentran poco consolidados y englobados en una matriz arenosa.

Comportamiento Geotécnico.

Estos depósitos son adecuados como materiales de construcción (canteras) y

se disponen en amplias terrazas a ambos lados del río San Antón y Rio Asillo.

h) Depósitos Residuales.

Son los que se forman en el mismo lugar en que se encuentran, por la

descomposición físico – química de la roca madre infrayacente, estos

constituyen suelos finos orgánicos y sobre la que crece la vegetación, son

de escaso espesor (20 a 30cm.) y cubren las áreas de cultivo en los

depósitos aluviales fluvio – glaciares y en la formación Azángaro.

22

Comportamiento Geotécnico.

No tienen incidencia en la vía por cuanto han sido cubiertas por el relleno

de la plataforma vial y no se han considerado en el mapeo geológico por su

espesor intrascendente.

i) Depósitos Fluvio – Glaciares.

Estos depósitos al igual que los aluviales, están formando amplias terrazas

que se extienden en ambos flancos de los ríos principales.

La composición litológica de los fluvio – glaciares es generalmente

polimíctica, están constituidos por clastos de areniscas y cuarcitas

generalmente adoptan formas tabulares, subangulosas, con algunos

clastos de rocas volcánicas e ígneas distribuidos en matriz limo arcillosa y

arenosa. En todos los casos se encuentran cubiertos por una capa de

suelo húmico de 0.50 a 1m. De grosor.

Comportamiento Geotécnico.

Estos depósitos son adecuados como materiales de relleno en la

conformación de la plataforma vial pero eliminando la capa superficial.

23

CUADRO 2.1

24

2.2 Geología local

La zona de estudio corresponde a la región del Altiplano o Meseta del Collao, que

se caracteriza por presentar una superficie predominantemente plana, que

presenta una litología de arcillas de alta a baja plasticidad, porque los puntos de

estudio se encuentra en una zona de depósito cuaternario que presenta un

depósito fluvial con gravas polimícticas (arena limo y arcilla mayormente) de entre

0.30 m y 0.60 m de diámetro, ubicados en lecho y rivera del río. Se considera que

el depósito es clase III para excavación con equipo manual; además el cauce

presenta avenidas, inundaciones y desbordes fluviales.

El rasgo geomorfológico que presenta el área donde se ubicará el Puente,

corresponde a la Unidad Geomorfológica Local “Altiplanicie”, tiene una extensión

considerable y se desarrolla sobre altitudes que oscilan entre 3900 y 4000m, con

una superficie relativamente ondulada en la que algunas veces se presentan

cauces antiguos de ríos abandonados, los ríos actuales desarrollan meandros

sobre esta superficie y la mayor descarga de las aguas del río se desarrolla

durante los meses de Enero-Abril, el resto del año la descarga es moderado,

durante la estación de invierno el agua del río no alcanza a inundar el área donde

se pretende ubicar los estribos del futuro puente.

En el presente capitulo denominaremos las formaciones geológicas que

localmente afloran en la zona de estudio como podemos ver en cuadro 2.2.

CUADRO 2.2

Columna estratigráfica local

ERATEMA SISTEMA SERIEUNIDAD ESTRATIGRÁFICA

CENOZOICA CUATERNARIO

HOLOCENO

Depósitos BofedalesDepósitos AluvialesDepósitos Residuales

PLEISTOCENOFormación Azángaro

MESOZOICACRETACEO INFERIOR

Grupo MohoFormación Huancané

Formación Muni.JURASICO SUPERIOR

PALEOZOICACARBONIFERO

DEVONICOINFERIOR Grupo Ambo

Formación Chagrapi.

Elaboración Propia de la Consultora

25

Mesozoicoa) Formación Huancané

Unidad estratigráfica más antigua que aflora en superficie en el área del Puente. Formación Huancané está apoyada sobre la Muni y su techo infrayace de manera inconfundible a las areniscas, limolitas y lutitas de la formación Moho; en los alrededores del área de Estudio infrayace a una secuencia sedimentaria de edad Cenomaniano.

Litológicamente, está constituido por areniscas cuarzosas de coloración blanquecina rosada con estratificación cruzada notoria y afloramientos casi continuos, con buzamientos de 25°.

Cenozoico

b) Formación AzángaroEn el área de Estudio se observa la formación Azángaro a lo largo del río del mismo nombre, en capas horizontales aparentemente de litología monótona. La formación presenta variación lateral tanto en el tamaño de los clastos como en su composición.La formación Azángaro está confinada entre los principales ríos que drenan el Altiplano y tiene poco desnivel topográfico con respecto al Lago Titicaca, Su edad geológica fue asignada al Pleistoceno.

c) Depósitos AluvialesSe encuentra la siguiente descripción para el puente en estudio: “en la quebrada Asillo, se presenta un depósito fluvial con gravas polimícticas (arena limo y arcilla mayormente) de entre 0.30 m y 0.60 m de diámetro, ubicados en lecho y rivera del río. Se considera que el depósito es clase III para excavación con equipo manual; además el cauce presenta avenidas, inundaciones y desbordes fluviales.

Están constituidos por acumulaciones de materiales en el lecho de ríos y quebradas, presentan su mejor distribución a lo largo de los cursos más importantes; así como en quebradas principales. Consisten de materiales polimícticos de variado tamaño desde arcillas hasta gravas, moderadamente clasificados.

La zona de estudio, materia del presente estudio, se emplaza en las siguientes

unidades geomorfológicos locales

26

a) Zona de Pampas o Altiplanicies

Constituida por amplias llanuras que toman la denominación de pampas, se

caracterizan por ser extensas planicies con ligeras ondulaciones.

b) Zona de Bofedales.

Las pampas son alternadas con pequeñas áreas depresionadas, que son

inundadas por las aguas de precipitaciones, que por impermeabilidad de sus

lechos han conformado pequeñas lagunas (con algunas ya secas) y otras

acumulaciones menores de bofedales, por lo que a la carretera se le ha dotado

del correspondiente drenaje por medio de alcantarillas.

c) Valle Pampa Sillota

El principal eje de drenaje lo constituye el río Asillo, que discurre desde Progreso

hasta San Antón, casi paralelo a la carretera. Corresponde a la hoya hidrográfica

del Titicaca, tiene su origen en la confluencia de los ríos Pinamayo y Carabaya

(Crucero), luego de tomar en la parte Sur, la denominación de río Azángaro y

recibir las aguas de los ríos San Juan, Condorire y Grande, que desembocan por

su margen derecha, prosigue al Sur hasta la confluencia con el río Ayaviri y

conforman el río Ramis.

El río San Antón tiene un recorrido meándrico originando terrazas fluvio-aluviales.

La carretera transcurre en gran parte por la margen derecha del río en mención,

desde la localidad de Progreso. Diversas quebradas de régimen irregular son sus

afluentes y son atravesadas por la vía mediante pontones y alcantarillas.

d) Zona de lomadas y cerros

Son aislados promontorios que la vía la atraviesa por sus laderas inferiores

mediante ligeros cortes bajos. Entre los que destacan los de Pucarpata,

Chanapata, Chictani, Cancahuani, Calvario y Anorani. Estos cortes no han tenido

incidencia alguna en los taludes en razón de ser de escasa altura (hasta 2.00 m.)

27

CAPITULO III

METODOLOGIA

En este capítulo desarrollaremos en la investigación, los tipos de equipos y

materiales a utilizar, manipulación de testigos y descripción de perfil estratigráfico

de los suelos que presentan en los sondajes de perforación.

3.1Equipos y Materiales

Cuadro 3.1

Los equipos utilizados en la perforación de la investigación fueron los siguientes:

EMPRESA EQUIPOS CANTIDAD MODELO

MDH S.A.C. PERFORADORA DIAMANTINA

PERFORADORA DIAMANTINA

BOMBA DE AGUA

BOMBA DE AGUA

BOMBA DE AGUA

1

1

1

1

1

LY – 38

BBS - 37

Trido - 75

Trido – 75

Boyles Bross

Glodovaldo Gómez

Ricapa

PERFORADORA DIAMANTINA

BOMBA DE LODOS

1

1

ACKER WS-5

STONE 420

3.2 Perforaciones

Las líneas de perforación utilizadas fueron las siguientes:

Cuadro 3.2

Diámetros de Perforación

EMPRESA LÍNEADIÁMETRO

SONDEO (mm)

DIÁMETRO DE

TESTIGOS (mm)

MDH S.A.C. HQ

NQ

95.0

75.6

65.0

46.0

Glodovaldo Gómez

Ricapa

HQ

NQ

95,6

75,6

47,3

36,4

Los sondajes, una vez culminada la perforación, fueron señalados mediante un

dado de concreto, con un tubo de PVC de 75 mm como indicador de su ubicación.

28

En la parte superior del dado están indicados el nombre del puente y la

profundidad final de investigación.

Las tareas se han realizado estrictamente bajo los estándares internacionales

establecidos para este tipo de operación. Asimismo, se han respetado todas las

normas dictadas por el Gobierno Peruano respecto al manejo y protección del

medio ambiente.

El registro de perforaciones y el panel fotográfico se adjuntan al presente informe

en el anexo A

3.2.1 Información general de los sondajes

Estribo Izquierdo

Cota superficie : 3877,60 msnm.

Cota de investigación : 3842.60 msnm.

Profundidad perforada : 35.00 m.

Pilar Izquierdo

Cota superficie : 3872,80 msnm.

Cota de investigación : 3842.30 msnm.

Profundidad perforada : 30.50 m.

Pilar Derecho

Cota superficie : 3872,80 msnm.

Cota de investigación : 3842.60 msnm.

Profundidad perforada : 30.20 m.

Estribo Derecho

Cota superficie : 3876,60 msnm.

Cota de investigación : 3841.60 msnm.

Profundidad perforada : 35.00 m.

29

Descripción general de los sondajes

Estribo izquierdo

Presenta una secuencia alternante de suelos arcillo limosos, gravas limosas,

grava redondeada hasta 5.00 m, limos arcillosos, arcilla limosa, arcilla inorgánica

muy plástica, arcilla limosa con presencia de gravas finas angulosas a

subangulosas hasta 30.55 m, sobreyaciendo a una brecha volcánica muy a

completamente alterada, medianamente dura y muy fracturada a fragmentada

hasta 35.00 m.

Estribo derecho

Presenta una secuencia de limos arenosos, arcilla limosa, blanda hasta 3.50 m,

arena limosa, grava mal gradada media sub- redondeada, arena limosa con algo

de gravas finas sub-redondeadas hasta 5.30 m, limo arenoso, arcilla limosa

medianamente consistente, arcillas inorgánicas muy plásticas, arenas limosas,

arcilla arenosa y arena limosa muy densa hasta 35.00 m.

Una descripción más detallada de los sondajes se puede revisar en las

respectivas hojas de registro perforación diamantina ver anexo.

30

3.3 Recuperación de Testigos

A continuación se resume los valores promedio de recuperación de muestra en

cada uno de los sondeos.

Estribo Izquierdo

0.00 – 5.05 = 100%

5.05 – 10.80 = 85%

10.80– 15.40 = 95%

15.40– 22.05 = 100%

22.05– 31.05 = 85%

31.05– 35.00 = 95%

Estribo Derecho

0.00 – 2.70 = 90%

2.70 – 7.00 = 100%

7.00 – 8.70 = 50%

8.70 – 19.05 = 100%

19.05– 25.80 = 80%

25.80– 35.00 = 100%

RQD

El alto grado de meteorización y fracturamiento que afectan a las rocas hacen que los valores de RQD indiquen una roca de muy mala calidad.

El basamento rocoso que se ha encontrado corresponde a rocas volcánicas con estructura brechosa de color rojo muy alteradas y fragmentadas.

Estribo Izquierdo Andesita de color rojo

30.35– 35.00 = 00% Muy Mala

31

Cuadro 3.3Resultados Ensayo SPT

Estribo Izquierdo

SPTProfundidad

(m)SUCS N

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

1.50

3.45

5.05

7.70

10.35

12.30

14.95

16.90

18.85

21.60

23.55

25.50

27.45

29.40

GM

GM

ML

CL

CL

CH

CH

CL

CL

CL

CL

CL

CL

Andesita

11

11

13

18

15

24

25

15

15

20

14

20

36

47

32

Cuadro 3.4Resultados Ensayo SPT

Estribo Derecho

SPTProfundidad

(m)SUCS N

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

1.50

3.50

5.00

8.70

10.50

13.90

15.85

17.80

20.00

22.35

29.20

31.15

33.20

CL

SM

SM

CL

CL

CH

CH

ML

CH

CH

CL

CL

SM

2

16

6

17

16

14

17

15

22

27

8

10

52

33

3.4Manipulación de Testigos

Los testigos que se extraen de la perforación, son colocados en cajas de plástico

fabricadas para tal fin, convenientemente identificadas con el nombre del

proyecto, número de sondeo, ubicación, intervalo de perforación de las muestras,

fecha etc. El interior está dividido en canales limitados por tabiquería de plástico,

cuyos anchos corresponden al diámetro de las muestras a colocar las muestras

de cada tramo perforado son separados con tacos de plástico donde se anotan la

profundidad a que corresponden.

Es importante que la manipulación de las muestras, tanto al ser extraídas de los

muestreadores y dispuestas en las cajas de plástico, así como al ser trasladadas

éstas para su almacenamiento. Tengan que ser tratadas con cuidado, procurando

evitar la disturbancia de éstas. El almacenamiento deberá hacerse en ambientes

con un mínimo contenido de humedad.

Un archivo fotográfico de las cajas con las muestras dará una buena información

de los testigos, sobre todo tiempo después, cuando las muestras ya se hayan

deteriorado, o cuando no se disponga en el momento las cajas con las muestras.

3.5Registro de Perforación

El registro de perforación es un formato adecuado para las perforaciones de las

características de la perforación, informaciones obtenidas a partir de los testigos y

los resultados de los ensayos ejecutados.

En la parte que corresponde al registro de perforación en si, se anotan en función

de la profundidad, los diámetros de perforación empleados, los revestimientos

instalados, la profundidad del nivel freático, el porcentaje de retorno del agua de

circulación, el tramo del que se obtengan muestras especiales o testigos de roca

retiradas a la caja de muestra para que sean analizadas en laboratorio, etc.

34

Recuperación de Muestra y RQD.

La recuperación de la muestra se presenta gráficamente, siendo esta una relación

porcentual entre la longitud de la muestra recuperada respecto a la longitud del

tramo perforado:

Recuperación de muestra (%) = Long. De muestra recuperada --------------------------------------------- X 100

Long. Del tramo perforado

El RQD (Rock Quality Designation), es una medida del grado de fracturamiento

del macizo rocoso, propuesta por Deere, D. (1964), que se expresa como una

relación porcentual de la sumatoria de los testigos carentes de discontinuidades

naturales mayores que 10 cm., y la longitud del tramo perforado; en el Registro de

Perforación se representa también gráficamente diferenciándolo de la

Recuperación de Muestra, con un achurado diferente.

Recuperación de muestra (%) = Long. De testigos sin discontinuidades > 10cm. -------------------------------------------------------------------- X 100

Long. Del tramo perforado

De acuerdo al RQD, un macizo rocoso es calificado de la siguiente manera, en

función del grado de fracturamiento.

RQD CALIDAD DE ROCA

>25%

25 – 50%

50 – 75%

75 – 90%

90 – 100%

Muy mala

Mala

Regular

Buena

Muy buena

35

3.6Perfil Geológico.

En esta parte del formato se representa gráficamente los testigos de perforación

obtenidos, diferenciándose los tipos litológicos con simbologías cuyos significados

son indicados al pie del formato. Se representan las estructuras, tales como

fracturas, fallas, estratificación, contactos litológicos, etc. Y algunas otras

características geológicas de interés.

Descripción de los Testigos.

Para la descripción de los testigos de perforación es necesario definir tramos que

tengan características un tanto homogéneas; anotándose el tipo litológico, color,

textura, composición mineralógica (macroscópica), grado de meteorización,etc.

Los tipos de discontinuidades geológicas deberán diferenciarse, y se describirán

las características físicas de éstas, tales como: abertura, tipo de material de

relleno, rugosidad de las paredes, inclinación respecto al eje de perforación, etc.

La información que se consigue deberá ser concisa y clara.

36

CAPITULO IV

RESULTADOS Y DISCUCIONES

4.1 Investigaciones de campo

Para la exploración de campo se han realizado esencialmente trabajos de

perforación diamantina con obtención de testigos y realización de ensayos de

SPT y/o Cono Peck a cada 1.50 m. de profundidad si es que el tipo de estrato lo

permite. La empresa encargada de realizar las perforaciones en los estribos ha

sido M.D.H. S.A.C. y éstas se realizaron en los meses de enero, febrero, y marzo

del 2006 y la empresa del Sr. Glodovaldo Gómez Ricapa, realizó las

perforaciones de los pilares en noviembre del 2008.

El cuadro 4.1, presenta las perforaciones realizadas para puente analizado y las

profundidades alcanzadas.

Con respecto a la ubicación de las zonas de sondaje, éstas se presentan en las

cuadros respectivas.

Cuadro 4.1

Relación de perforaciones realizadas y ensayos SPT realizados.

Puente Punto

Perforación

Longitud.

(m)

Ensayos Cajas

SPT

Cono

Peck

Asillo

EI

PI

PD

ED

35.0

30.2

30.5

35.0

13

22

22

14

00

00

00

00

7

5

4

8

Las tareas se han realizado estrictamente bajo los estándares internacionales

establecidos para este tipo de operación. Asimismo, se han respetado todas las

37

normas dictadas por el Gobierno Peruano respecto al manejo y protección del

medio ambiente.

La Supervición del trabajo de perforaciones de la empresa MDH S.A.C. estuvo a

cargo del Ing. Cesar H. Flores Chuquicaña, con la asistencia del Ing. John García

López y la supervisión a la empresa del Sr. Glodovaldo Gómez Ricapa estuvo a

cargo del Ing. Leovigildo Montes.

Los sondajes, una vez culminada la perforación, fueron señalados mediante un

dado de concreto, con un tubo de PVC de 75 mm como indicador de su ubicación.

En la parte superior del dado están indicados el nombre del puente y la

profundidad final de investigación.

Las tareas se han realizado estrictamente bajo los estándares internacionales

establecidos para este tipo de operación. Asimismo, se han respetado todas las

normas dictadas por el Gobierno Peruano respecto al manejo y protección del

medio ambiente.

El l panel fotográfico se adjuntan al presente informe en el anexo B.

4.2 Ensayo de Penetración Estándar (SPT) ASTM D-1586; AASHTO T-206

Es el método de ensayo in-situ más ampliamente utilizado universalmente para la

determinación de las condiciones de resistencia y compresibilidad del terreno.

Este ensayo permite medir la resistencia a la penetración del terreno (ver

fotografía anexo B) y al mismo tiempo obtener muestras representativas con

propósitos de identificación en laboratorio.

El ensayo consiste en la extracción del suelo a través de la remoción del material

del fondo de la perforación mediante la posteadora manual y/o por el método del

lavado (wash boring). Según el avance de la perforación se realizan ensayos

SPT. 38

.

El procedimiento del Ensayo de Penetración Estándar (SPT) está indicado en la

norma ASTM D-1586. Este ensayo consiste en hincar sobre el suelo un

muestreador de caña partida cuya parte inferior está unida a un anillo cortante o

zapata, y la parte superior a una válvula y pieza de conexión a la línea de

perforación. El muestreador tiene un diámetro interno de 51 mm y un diámetro

interno de 35 mm. Para el hincado se utiliza un martillo de 63,50 kg de peso que

se deja caer libremente desde una altura de 76 mm. La longitud de hincado es de

450 mm en tres intervalos de 150 mm. Se cuenta el número de golpes “N”

necesarios para penetrar cada 150 mm y se descarta el primer tramo por

encontrarse en material disturbado.

Debido a la dificultad durante los trabajos de perforación, la auscultación del

terreno se realizó mediante ensayos de penetración dinámica de cono (CPT) ó

también conocido como Cono Peck.

4.3 Ensayos de Penetración Dinámica de Cono (CPT)

El Cono de Peck es un método de exploración que a diferencia del ensayo SPT

no permite recuperar muestras de suelo. El martillo y la altura de caída son

similares a los del SPT y se cuenta el número de golpes N cada 150 mm.

El Cono de Peck ha sido calibrado mediante correlación estadística con el Ensayo

de Penetración Estándar, comparándose los resultados obtenidos por ambos

procedimientos con sondeos de exploración adyacentes.

También existe la correlación realizada por Michelena y Repetto (1973) donde

indica:

Para suelos granulares: N= (0,50-0,80) Cn

Para suelos cohesivos: N= Cn

39

Donde:

N= Número de golpes por 300 mm de penetración del SPT

Cn= Número de golpes por 300 mm de penetración del CPT

En el Anexo A se presenta el registro de los sondeos de ensayos realizados.

4.4 Ensayos de laboratorio

Ensayos estándar

Con las muestras obtenidas, se realizaron ensayos estándar de clasificación de

suelos y de propiedades físicas consistentes en: análisis granulométrico por

tamizado, límites de Atterberg (líquido y plástico), contenido de humedad.

Los ensayos se ejecutaron siguiendo las normas de la American Society For

Testing and Materials (ASTM). Las normas para estos ensayos son las siguientes:

Análisis granulométrico por tamizado ASTM D-422

Límites de Atterberg ASTM D-4318

Contenido de humedad ASTM D-2216

Clasificación SUCS ASTM D-2487

ENSAYO DE CLASIFICACION DE SUELOS

En la investigación se ha realizado diferentes estudios en los cuales hemos

requerido el uso de laboratorios de UNI y laboratorio de consorcio constructor

tramo IV para ensayos estándar de clasificación de suelos se ha utilizado

materiales siguientes:

- Una balanza mecánica (20 Kg de capacidad).

- Horno con control de temperatura.

- Recipientes de aluminio para horno.

- Copa Casagrande, vídrio esmerilado.

40

- Cocina

- Bolsas de plástico

- encendedor

- Espátula flexible.

- Enrasador.

- Juego de tamices, que incluyen las mallas: 3”, 2”, 1½”, 1”, ¾”, ½”, 3/8”, N°004,

N°008, N°010, N°016, N°020, N°030, N°040, N°050, N°080, N°100, N°200.

- Mortero, y mango de mortero.

- Balanza de sensibilidad 0.1g.

- Frasco volumétrico (250 a 500 ml).

- Molde 4” y 6” (ensayo próctor).

- Martillo de 5 y 10 lb- Juego de moldes (ensayo CBR)- Entre otros

En el siguiente cuadro se presentan un resumen de los resultados de los ensayos

estándar realizados.

41

Cuadro 4.2

Resumen de los ensayos estándar de clasificación de suelos

SondajeProf.(m)

MuestraGranulometría (%) Límites (%)

SUCSGrava Arena Finos L.L. L.P. IP

Estribo Izquierdo

7,0 - 7,7 M-1 0,0 5,1 94,9 42 19 23 CL

7,7 M-1 0,0 6,6 93,4 40 22 40 CL

9,65 – 10,35 M-2 0,0 24,1 75,9 24 16 8 CL

14,25 – 14,95 M-3 4,7 49,7 45,6 21 NP NP SM

16,2 M-2 0,0 0,5 99,5 47 19 28 CL

20,8 – 21,60 M-4 0,0 11,4 88,6 21 16 5 CL-ML

22,3 M-3 0,0 1,5 98,5 58 25 33 CH

Estribo Derecho

7,0 -7,7 M-1 0,0 13,0 87,0 28 19 9 CL

8,7 M-1 0,0 10,2 89,8 48 19 29 CL

13,2 – 13,9 M-2 0,0 13,6 86,4 24 19 5 CL-ML

13,9 M-2 0,0 4,8 95,2 32 20 12 CL

21,3 M-3 0,0 0,2 99,8 42 20 22 CL

28,5 – 29,2 M-3 0,0 13,6 86,4 21 NP NP ML

29,2 M-4 0,0 3,8 96,2 36 18 18 CL

Pilar Izquierdo

2,65 – 3,10 M-2 0,0 97,2 2,8 41 10 31 SP

3,55 - 4,0 M-3 0,0 10,0 90,0 37 18 19 CL

4,55 – 5,0 M-4 0,0 9,1 90,9 32 17 15 CL

5,55 – 6,0 M-5 0,0 1,1 98,9 53 23 30 CH

6,55 – 7,0 M-6 0,0 16,5 83,5 24 17 7 CL-ML

7,55 -8,0 M-7 0,0 22,6 77,4 35 18 17 CL

Pilar Derecho

2,0 – 2,45 M-2 0,0 6,0 94,0 44 21 23 CL

3,0 – 3,45 M-3 0,0 18,9 81,1 30 19 11 CL

4,0 – 4,45 M-4 0,0 5,8 94,2 20 17 3 ML

5,0 – 5,45 M-5 0,0 13,7 86,3 21 17 4 CL-ML

6,0 – 6,45 M-6 0,0 11,7 88,3 23 16 7 CL-ML

7,0 – 7.45 M-7 0,0 1,0 99,0 57 25 32 CH

8,0 – 8,45 M-8 0,0 0,6 99,4 61 28 33 CH

L.L. : Límite líquido L.P. : Límite plástico I.P. : Índice plásticoLos registros se adjuntan en el Anexo A, “Ensayos de Laboratorio”

Correlación estratigráfica e interpretación geotécnica para el área de

emplazamiento de las estructuras.

De acuerdo a los registros de las perforaciones presentados por la empresa

encargada de las perforaciones, se ha realizado la interpretación necesaria para

dibujar los perfiles estratigráficos. Estos se presentan en las respectivas láminas y

en ellas se indican la ubicación de los puntos de perforación en planta, el eje

42

analizado y el perfil estratigráfico. Para el puente analizado se presentan las

láminas correspondientes.

Asimismo se presentan las fotografías de las cajas de testigos del puente

evaluado en el anexo B.

Selección del tipo cimentación.

Dada las características del suelo encontrado en este puente, arcillas de alta a

baja plasticidad, y de acuerdo a la magnitud de las cargas trasmitidas por la

superestructura hacia los estribos, las cuales han sido proporcionada por el

Ingeniero Estructural se seleccionó una cimentación con pilotes.

El tipo de pilotes a usar, se eligió en base a una evaluación previa de las

diferentes alternativas de pilotaje que existen en nuestro medio. De esta manera

se optó por utilizar los pilotes denominados pilotes excavados, debido a que al

realizar un análisis mediante pilotes Franki se hubiesen necesitado pilotes de por

lo menos 20.0 de longitud, longitud que es difícil de alcanzar con este tipo de

pilotes debido a lo complicado que resulta recuperar el tubo de entibación a esa

profundidad.

4.5 Ensayos de Corte directo

Se realizó el ensayo de Corte Directo, en la matriz envolvente del material aluvial

(suelo predominante que se encuentra en el lecho del río), en la fracción fina de la

muestra obtenida, la misma que ha sido re moldeada; este valor será el límite

inferior de la resistencia a la fricción del depósito cuaternario.

Este método describe y regula el método de ensayo para la determinación de la

resistencia al corte de una muestra de suelo granular, sometida previamente a un

proceso de consolidación, cuando se aplica un esfuerzo de corte mientras se

permite un drenaje completo de ella. El ensayo se lleva a cabo deformando una

43

muestra a velocidad controlada, cerca a un plano de corte determinado por la

configuración del aparato de corte. Generalmente se ensayan tres o más

especímenes, cada uno bajo una carga normal diferente para determinar su

efecto sobre la resistencia al corte y al desplazamiento y las propiedades de

resistencia a partir de las envolventes de resistencia de Mohr, de donde se

obtiene los siguientes parámetros geotécnicos.

Cuadro 4.3

Resultado de ensayos de Corte Directo.

Ubicación Muestr

a

Profundidad

(m)

Cohesión

(Kg./cm2)

Φ

(º)

Estribo

Izquierdo

M-1 9.65-10.35 0.10 31.1

M-3 14.25-14.95 0.0 29.1

M-4 20.8-21.60 0.08 28.9

Estribo DerechoM-2 13.2-13.90 0.06 28.9

M-3 28.50-29.20 0.0 27.5

Los certificados de los ensayos de laboratorio se presentan en el anexo A.

4.6 Ensayo de compresión No confinado

Este ensayo fue realizado siguiendo la Norma de ensayo ASTM D2166, cuyos

resultados se resumen en el cuadro siguiente:

Cuadro 4.4Perforación Profundidad

(m)

SUCS C

(Kg/cm2)

Estribo Izquierdo 7.0-7.7 CL 0.52

Estribo Derecho 7.0-7.7 CL 0.34

44

4.7 Ensayos químicos

Para determinar la agresividad del suelo a la cimentación, se efectuaron ensayos

químicos (pH, sulfatos, cloruros y sales totales), obtenidas de las investigaciones

de campo.

El siguiente cuadro presenta un resumen de los ensayos químicos realizados.

Resumen de los resultados de los ensayos químicos

Cuadro 4.5

Calicata /

muestra

Profundidad

(m)

SST

Ppm

Cloruros

Ppm

Sulfatos

ppm

Estribo Izquierdo 10.50-11.50 890 273.65 415.0

En el Anexo A “ensayos de laboratorio”, se presentan los certificados de los

ensayos de laboratorio realizados.

4.8 Perfil estratigráfico

El estribo Izquierdo presenta una cobertura de arcilla limosa a arcilla gravosa

medianamente consistente hasta 1.30 m, sobre una secuencia de grava limosa y

limos medianamente densa hasta 6.0 m, sobre una capa de arcilla inorgánica de

consistencia mediana hasta 10.8 m, luego una secuencia alternante de arcilla de

alta plasticidad con arcillas inorgánicas limosas hasta los 29.40m donde se

aprecia el contacto con la roca volcánica hasta los 35m de profundidad.

La parte central presenta una cobertura de grava mal gradada medianamente

densa hasta 1.1 m, depositadas sobre arenas limosas y arcillas hasta 6.00m,

sobre una secuencia alternante de arcillas inorgánicas de media y alta plasticidad

de consistencia dura hasta 30.00 m.

El estribo derecho presenta una cobertura limosa poco consistente hasta 1.50 m,

sobre una secuencia alternante de arcillas, limos, gravas, arenas hasta los 6.30

m, depositada sobre una secuencia de arcillas inorgánicas de media y alta

plasticidad de consistencia media hasta los 35m.45

4.9 Análisis de cimentación en pilotes

Las reacciones que ejercen los pilotes debajo de una zapata sujeta a momento,

se calculan de forma similar al cálculo en zapatas apoyadas en suelos. Los

cabezales de los pilotes se consideran comúnmente estructuras rígidas. De esta

suposición se deduce que la distribución del asentamiento es una superficie

plana. Finalmente, si la relación de la reacción al asentamiento se supone

constante, las cargas en los pilotes varían en la misma forma plana. Ni la

suposición del cabezal rígido ni la referente a la reacción es directamente

proporcional al asentamiento son rigurosamente ciertas, pero se considera

generalmente que proporcionan la precisión suficiente para el proyecto.

Por la estática, es evidente que el momento resistente de las reacciones

proporcionadas por los pilotes, debe ser igual al momento aplicado∑M . La

siguiente ecuación expresa esta relación si los momentos resistentes en las

uniones de los pilotes con los cabezales no existieran o se despreciaran.

(1)

Si las variaciones en las reacciones de los pilotes se suponen lineales, entonces:

(2)

(3)

(4)

(5)

Sustituyendo estos valores de P2, P3, P4 se tiene:

(6)

Despejando P1 ,

(7)

46

∑M=P1d1+P2d2+P3d3+P4 d4

P1 /d1=P2 /d2=P3/d3=P4 /d 4

P2=P1d2 /d1

P3=P1d3 /d1

P4=P1d4 /d1

∑M=P1d12/d1+P1d2

2/d1+P1d32/d1+P1d4

2 /d1

P1=∑ Md1

d12+d2

2+d32+d 4

2=∑Md1

∑ d2

Similarmente, la parte de la carga sobre cualquier otro pilote debida a momentos

puede calcularse por medio de la ecuación anterior, si d1 se reemplaza por la

distancia del pilote al centroide del grupo.

La reacción total sobre cualquier pilote puede expresarse en la forma:

(8)

Donde:

P : Reacción total del pilote que resulta del momento y de la carga

directa

∑V : Suma de las cargas verticales que actúan en la cimentación.

∑M : Suma de momentos con relación al centroide del grupo. ∑M se

expresa algunas veces como ∑Ve .

n : Número de pilotes en el grupo

d : Distancia del centroide del grupo al pilote en cuestión

∑ d2: Suma de los cuadrados de las distancias a cada pilote del

centroide del grupo.

Cálculo de la capacidad de carga última de pilotes bajo carga axial

Para la evaluación de la capacidad última de carga axial se ha usado el programa

de cómputo FECP. Este programa agrupa las propuestas hechas por Auki-Velloso

(1975), P.P. Velloso (1982), Meyerhof (1976) y Decourt-Quaresma. El programa

está basado en la utilización de fórmulas empíricas para el cálculo de la

capacidad de carga de pilotes individuales. Este programa fue originalmente

presentado por Bortolucci et al (1988) y modificado por Gillén (1993).

El programa modificado por Gillen (1993) fue realizado como parte de su trabajo

de tesis, bajo la asesoría del Dr. Jorge Alva. Los párrafos siguientes presentan la 47

P=∑V

n±∑Md

∑ d2

teoría usada para este trabajo de tesis.

Programa de cómputo para el cálculo de la capacidad de carga última de

pilotes bajo carga axial mediante fórmulas empíricas (FEPC).

El programa está basado en la utilización de fórmulas empíricas para el cálculo de

la capacidad de carga última de pilotes individuales. Estas fórmulas se aplican a

tipos de suelos agrupados de acuerdo a la clasificación propuesta por Aoki-

Velloso (1975). P.P. Velloso (1982) establece correlaciones sólo para suelos de

dos clases y Meyerhoff (1976) sólo se aplica a suelos no cohesivos y limos no

plásticos. Los factores de seguridad los proporciona el usuario y se usan en todas

las fórmulas, con excepción de la formula de Decourt-Quaresma, donde el FS es

1.3 para carga por fricción y 4.0 para carga por punta. El programa fue presentado

originalmente por Bertolucci (1988).

Simplificaciones adoptadas:

El programa adopta las siguientes simplificaciones:

1º El valor del ensayo SPT en el primer metro del sondaje siempre se

considera igual a cero SPT (0) = 0.

2º El valor de SPT se relaciona al metro inmediatamente inferior, es decir

SPT (1) corresponde a un intervalo entre 1.0 y 2.0 m. de profundidad

del sondaje.

3º En la transición de estratos se adoptan los parámetros del estrato

superior, si la transición ocurre después de 0.5 m; en caso contrario, los

parámetros que se adoptan son del estrato inferior y el valor del SPT

será el que corresponde al metro subsiguiente. Con relación a la última

simplificación, es importante un análisis más cuidadoso de los

resultados en los niveles de transición y también evitar la introducción

de estratos menores de un metro de espesor

Parámetros generales de entrada de datos

Los datos comunes de entrada para todos los métodos del programa son: número

de estratos, profundidad del sondaje, profundidad final de cada estrato, código de

suelo de cada estrato (propuesto por Aoki-Velloso), peso específico efectivo de

48

cada estrato, valores del ensayo SPT para cada metro y el factor de seguridad,

(no se aplica a la fórmula de Decourt Quaresma, la que fija 1.3 para carga lateral

y 4.0 para carga por punta).

Los factores de correlación indicados en el cuadro 4.6, son definidos por el propio

programa, en función al tipo de suelo.

Con relación a las características del pilote se establecen los siguientes datos:

cota superficial del pilote, diámetro del fuste (o dimensión del lado en el caso de

una sección cuadrada) y el diámetro de la base, en caso de un alargamiento de la

misma.

Métodos mediante fórmulas empíricas

Los métodos usados mediante fórmulas empíricas son:

1º Método de Aoki Velloso.

2º Método de Decourt - Quaresma.

3º Método Pedro Paulo Velloso.

4º Método de Meyerhoff (con y sin corrección de SPT).

Cuadro: 4.6

Factores de Correlación

AOKI-VELLOSODECORT-

QUARESMA

P.P. VELLOSO

(*)

TIPO DE

SUELO

CODIGO Kp

(kPa)

(%)

Kl

(kPa)

K

(Pa)

A

(kPa)

b’ a’

(kPa)

Arena 100 1000 1.4 14.00 400 600 1.00 5.0

Arena Limosa 120 800 2.0 16.00 400 500 1.00 8.5

Arena Limosa-Arcillosa 123 700 2.4 16.80 400 500 1.00 8.5

Arena Arcillosa 130 600 3.0 18.00 400 500 1.00 8.5

Arena Arcillosa-Limosa 132 500 2.8 14.00 400 500 1.00 8.5

Limo 200 400 3.0 12.00 200 430 1.00 10.0

Limo Arenoso 210 550 2.2 12.10 250 430 0.87 10.0

Limo Arenoso-Arcilloso 213 450 2.8 12.60 250 430 0.87 10.0

Limo Arcilloso 230 230 3.4 7.82 200 430 1.00 10.0

Limo Arenoso- Arcilloso 231 250 3.0 7.50 200 430 1.00 10.0

Arcilla 300 200 6.0 12.00 120 250 1.00 6.3

Arcilla Arenosa 310 350 2.4 8.40 120 250 1.00 6.3

Arcilla Arenosa- Limosa 312 300 2.8 8.40 120 250 1.00 6.3

49

Arcilla Limosa 320 220 4.0 8.80 120 250 1.00 6.3

Arcilla Limosa-Arenosa 321 330 3.0 9.90 120 250 1.00 6.3

(*) El parámetro b se asume igual a 1.00 para todos los suelos.

1º Método de Aoki-Velloso

La entrada de datos para el cálculo basado en el método de Aoki Velloso se

empieza a través de los parámetros relativos al tipo de pilote F1 y F2. Estos

valores son proporcionados por el usuario y se indican en el cuadro 4.7.

Cuadro 4.7

Parámetros relativos al tipo de pilote (Aoki-Velloso)

Tipo de

Pilote

F1 F2

Franki 2.50 5.0

Acero 1.75 3.5

Concreto 1.75 3.5

Strauss 1.70 3.0

Premoldeado1+

D(cm)80

2 F1

Excavado 3.00 6.0

Los resultados son proporcionados desde 1.00 a 2.00 m. de longitud del pilote

hasta la profundidad final del sondaje. Las fórmulas son las siguientes:

(9)

(10)

Donde:Rl : resistencia lateral

A11: área lateral por metro lineal de pilote

Ni : SPT en el punto i

Kli : αi x Ki (factor de correlación)

50

CA : cota superficial del pilote

L : penetración del pilote

Rp : resistencia por punta

Ap : área de la punta

Kp : factor de correlación

Np : SPT de la punta

2º Método de Decourt-Quaresma

No existe entrada de datos específicos y los resultados se presentan para

longitudes del pilote desde 1.00 m. hasta la profundidad final del sondaje. Las

fórmulas usadas son las siguientes:

(11)

(12)

Donde:

|N¿

|CAL

: SPT promedio a lo largo del fuste.

p : perímetro del pilote.

K : factor de correlación

: SPT promedio en una longitud de 3.0 próximos a la punta (1.0 m.

encima de la punta, en la punta y 1.0 m. debajo de la punta).

3º Método De Pedro Paulo Velloso

Se empieza la entrada de datos con los valores de λ , y θ que son los factores

relativos de carga del pilote y el tipo de pilote. Los valores propuestos se indican

en la Tabla 4.10

Cuadro 4.8

Factores λ y θ relativos de carga y tipo de pilote (P.P. Velloso)

Pilote en tracción λ = 0.7

Pilote en λ = 1.0

51

compresión

Pilote Hincado θ = 1.0

Pilote Excavado θ = 0.5

El programa genera el valor de “β ”:

(13)

El valor de β es menor que 0.2 y De es el diámetro efectivo del pilote. Los

resultados se presentan desde una profundidad de “8De” hasta una profundidad

de “3.5De” por encima de la profundidad final del sondaje. Las fórmulas usadas

son las siguientes:

Rl = (14)

Rp = (15)

Donde:

= promedio de los productos Nb.a desde 8De, por encima de la

punta del pilote hasta la punta del pilote (b se adopta igual a

1).

= idem, desde la punta hasta 3.5De, por debajo de la punta del

pilote.

De =diámetro efectivo del fuste del pilote.

4º Método de Meyerhoff

La entrada de datos comienza con los parámetros Mm y Nm, que son los factores

relativos a la forma de ejecución del pilote. Meyerhof propone la siguiente Cuadro:

4.9.

52

Cuadro 4.9

Parámetros de Mn y Nm relativos a la forma de ejecución del pilote (Meyerhof)

Tipo de Pilote Mn Nm

Franki.

Punta Cónica.

Hincado en suelos no

cohesivos.

Hincado en suelos cohesivos.

Excavado.

6

3

2

> 2

1

1

1

1

1

0.3

Los resultados se presentan para longitudes de pilote de 1.0 m hasta una

profundidad de 2.0 m por encima de la profundidad final del sondaje. Las fórmulas

usadas son las siguientes:

Rl = (16)

Rp = (17)

Donde:

Q = es el valor menor entre Q1 y Q2

Q1 =

Q2 = es el valor mayor entre Q3 y Q4

Q3 =

Q4 =

Con:

Ts = 40 kPa para suelos no cohesivos y

Ts = 30 kPa para suelos limosos no plásticos y por extensión a todos los

53

demás suelos.

Zb = longitud del pilote limitada a 10 De.

El método de Meyerhoff se presenta con ó sin corrección de los valores de SPT,

en el último caso se emplean las siguientes fórmulas:

Nc =

Nc =

Donde:

Nc : N del ensayo SPT corregido

’ : Esfuerzo efectivo al inicio del metro considerado

La capacidad de carga última de un pilote individual, según la metodología LRFD

es:

Qu=φSQS+φPQP (18)

Donde:

Qu : Capacidad de carga última (kN)

QS : Capacidad de carga por fricción lateral del pilote (kN)

QP : Capacidad de carga por punta del pilote (kN)

ØS : 0.65

ØP : 0.55

Los valores de los factores ØS y ØP se han extraído de la Tabla 10.5.5-3 de la

guía de diseño de puente AASHTO.

Finalmente debe verificarse la capacidad de carga mayorada de un pilote

individual, según:

(19)

54

Qd≤QR=nQu

Donde:

Qd : Carga de diseño (tn)

Qu : Capacidad de carga última del pilote (tn)

: Eficiencia del grupo de pilotes

QR : Capacidad de carga mayorada del pilote (tn)

El factor de eficiencia del grupo de pilotes (para suelos cohesivos), se

estimará en base a la Guía de Diseño para Puentes – AASHTO, según:

η = 1.00 cuando la separación entre los centros de los pilotes es igual a 3.0

diámetros

η < 1.00 se deberá evaluar los efectos de interacción entre pilotes

adyacentes.

Para separaciones intermedias el valor de η se puede determinar por

interpolación lineal.

En el anexo C, dimensionamiento de pilotes, se ha analizado tanto para el pilar

central como para el estribo izquierdo varias alternativas de pilotes hincados que

se resume en los cuadros siguientes:

Para todos los casos se ha considerado las siguientes características de los

pilotes:

Tipo : Excavado

Diámetro : 1,18m

Los siguientes cuadros resumen los resultados obtenidos.

55

Cuadro 4.10

ESTRIBO DERECHO

Longitud del pilote

ProfundidadQR (capacidad de carga mayorada - grupo

pilotes)

Qu (KN) QR (KN) QR (tn)2 8 846,0 761,4 77,73 9 1130,5 1017,4 103,84 10 1127,6 1014,9 103,65 11 1181,6 1063,4 108,56 12 1175,5 1057,9 108,07 13 1165,9 1049,3 107,18 14 1213,1 1091,8 111,49 15 1380,6 1242,5 126,810 16 1494,8 1345,3 137,311 17 1235,3 1111,8 113,412 18 1247,8 1123,0 114,613 19 1389,0 1250,1 127,614 20 1625,5 1463,0 149,315 21 1788,0 1609,2 164,216 22 2001,6 1801,4 183,817 23 2093,5 1884,1 192,318 24 2494,1 2244,7 229,019 25 2449,2 2204,3 224,920 26 2396,5 2156,8 220,121 27 2269,5 2042,6 208,422 28 2064,5 1858,0 189,623 29 2042,1 1837,9 187,524 30 2015,7 1814,2 185,125 31 2051,5 1846,3 188,426 32 2285,7 2057,2 209,927 33 4847,6 4362,8 445,2

Cota Terreno : 3877 msnm

Cota Superior pilote : 3871 msnm

56

Cuadro 4.11

PILAR DERECHO

Longitud del pilote

ProfundidadQR (capacidad de carga mayorada - grupo

pilotes)

Qu (KN) QR (KN) QR (tn)1 4 0,0 0,0 0,02 5 188,1 169,3 17,33 6 300,7 270,6 27,64 7 594,8 535,3 54,65 8 874,6 787,2 80,36 9 1182,5 1064,3 108,67 10 1455,4 1309,9 133,78 11 2114,6 1903,1 194,29 12 2522,9 2270,6 231,710 13 2823,0 2540,7 259,311 14 3147,0 2832,3 289,012 15 2889,8 2600,8 265,413 16 2878,8 2590,9 264,414 17 2908,8 2617,9 267,115 18 2945,8 2651,2 270,516 19 3480,1 3132,1 319,617 20 3527,1 3174,4 323,918 21 3574,6 3217,2 328,319 22 3625,8 3263,2 333,020 23 3676,6 3308,9 337,621 24 3714,8 3343,3 341,222 25 3674,2 3306,8 337,423 26 3712,1 3340,9 340,924 27 3782,0 3403,8 347,325 28 3763,3 3387,0 345,626 29 3528,8 3176,0 324,1

Cota Terreno : 3872 msnm

Cota Superior pilote : 3869 msnm

57

Cuadro 4.12

PILAR IZQUIERDO

Longitud del pilote

ProfundidadQR (capacidad de carga mayorada - grupo

pilotes)

Qu (KN) QR (KN) QR (tn)1 4 0,0 0,0 0,02 5 244,6 220,2 22,53 6 341,0 306,9 31,34 7 665,1 598,6 61,15 8 811,6 730,5 74,56 9 1098,5 988,7 100,97 10 1406,4 1265,8 129,28 11 1756,3 1580,7 161,39 12 2036,2 1832,6 187,0

10 13 2253,1 2027,8 206,911 14 2442,0 2197,8 224,312 15 2626,2 2363,6 241,213 16 2800,0 2520,0 257,114 17 2764,8 2488,3 253,915 18 2680,5 2412,4 246,216 19 2632,7 2369,4 241,817 20 2570,2 2313,2 236,018 21 2698,3 2428,4 247,819 22 2760,1 2484,1 253,520 23 2849,1 2564,2 261,621 24 2967,8 2671,0 272,622 25 3098,8 2788,9 284,623 26 3283,8 2955,4 301,624 27 3520,2 3168,2 323,325 28 4338,3 3904,4 398,426 29 4360,1 3924,1 400,4

Cota Terreno : 3872 msnm

Cota Superior pilote : 3869 msnm

58

Cuadro 4.13ESTRIBO IZQUIERDO

Longitud del pilote

ProfundidadQR (capacidad de carga mayorada - grupo

pilotes)

Qu (KN) QR (KN) QR (tn)2 6 893,1 803,8 82,03 7 997,1 897,4 91,64 8 1284,9 1156,4 118,05 9 1225,3 1102,8 112,56 10 1219,2 1097,2 112,07 11 1329,9 1196,9 122,18 12 1624,5 1462,0 149,29 13 1932,5 1739,3 177,5

10 14 2013,5 1812,1 184,911 15 2154,6 1939,1 197,912 16 2058,5 1852,7 189,013 17 1807,2 1626,5 166,014 18 1866,8 1680,1 171,415 19 1926,5 1733,8 176,916 20 2052,2 1847,0 188,517 21 2248,2 2023,4 206,518 22 2452,1 2206,9 225,219 23 2266,9 2040,2 208,220 24 2198,2 1978,4 201,921 25 2452,4 2207,1 225,222 26 2718,5 2446,6 249,723 27 3459,6 3113,7 317,724 28 3975,9 3578,3 365,125 29 4516,0 4064,4 414,726 30 5013,8 4512,4 460,4

Cota Terreno : 3877 msnm

Cota Superior pilote : 3873msnm

59

Cálculo del asentamiento

Para estimar el asentamiento de un grupo de pilotes se deberán utilizar los

procedimientos utilizados para las fundaciones superficiales, usando la ubicación

de la zapata equivalente especificada en la figura 4.1

Figura 4.1. - Ubicación de la zapata equivalente (Duncan y Buchignani 1976)

El asentamiento elástico de las zapatas en suelos no cohesivos y en suelos

cohesivos rígidos se puede estimar utilizando la siguiente expresión:

Donde:

Se : Asentamiento Elástico

Q : Presión de trabajo

A : Área de la zapata equivalente

Es : Modulo de Elasticidad (ton/m2)

V : Relación de Poisson

Iz : Factor de forma. Depende de Lg/Bg

Lg : Largo de la zapata equivalente

Bg : Ancho de la zapata equivalente

60

Se=q (1−ν2)√A

E s βz

S : Separación entre los centros de los pilotes

n1 : Número de pilotes a lo ancho

n2 : Número de pilotes a lo largo

(20)

(21)

Se ha obtenido los siguientes resultados en la estimación del asentamiento total

del grupo de pilotes:

Cuadro 4.14

Asentamiento total estimado del grupo de pilotes

Estribo EI

PILARES

I y D ED

Asentamiento elástico (m) 0.011 0.020 0.011

Asentamiento por consolidación (m) 0.059 0.040 0.047

Asentamiento total (m) 0.070  0.060 0.058

El factor de forma y rigidez se obtiene del siguiente cuadro extraído de la Guía de

Diseño de Puentes AASHTO.

Factores de forma y rigidez, Iz (EPRI 1983)Cuadro 4.15

Cálculo del asentamiento por consolidación del grupo de pilotes

Usando la ubicación de la zapata equivalente, el asentamiento por consolidación,

se calculará mediante la siguiente relación:

Para arcillas normalmente consolidadas:

61

Bg=S (n1−1 )+2( D2 )Lg=S (n2−1)+2( D2 )

(22)

Donde:

ΔH : Asentamiento por consolidación.

σ v´ : Presión vertical efectiva de sobrecarga a la mitad del

estrato (H - 2/3L)

Δσ v´

: Incremento de presión, a la mitad del estrato (H - 2/3L)

Cc : Coeficiente de consolidación.

e0 : Relación inicial de vacíos del suelo.

H : Espesor del estrato de arcilla

Para arcillas sobre consolidadas, el cálculo del asentamiento se realiza

considerando dos componentes:

ΔH =ΔH1+ΔH2 (23)

Donde:

ΔH1 : Asentamiento debido a la aplicación de las cargas en la zona de

recompresión.

ΔH2 : Asentamiento debido a la aplicación de las cargas en la zona de la curva

virgen.

(24)

(25)

Para tomar en cuenta la disminución de la tensión a medida que aumenta la

profundidad debajo de una zapata y las variaciones de la compresibilidad del

suelo en función de la profundidad, el estrato compresible se puede dividir en

incrementos verticales (usualmente de 1.5 a 3.0 m de espesor) y analizarse

separadamente el asentamiento por consolidación de cada incremento. El valor

62

ΔH=[ Cc

(1+e0 ) ][H−23L] log10 [ (σ v

´+Δσ v´ )

σv´ ]

ΔH 1=[ Cr

(1+e0) ][H−23L] log10 [ pc

σ v´ ]

ΔH 2=[ Cr

(1+e0) ][H−23

L] log10[ (σv´ +Δσ v

´ )pc

]

total de ΔH (también expresado como Sc) es la sumatoria de los valores de Sc

para cada incremento.

4.10 Evaluación profunda de licuación y colapso

En la zona evaluada no se dan las condiciones para la licuación de suelos. Las

condiciones para que exista riesgo de licuación de suelo son: existencia de

estratos considerables de arena mal gradada, de poca densidad relativa y en

estado saturado. En la zona hay algunos lentes de arena, pero son de pequeños

espesores.

Del mismo por la estructura de las partículas observadas en los suelos de

cimentación se descarta la posibilidad de colapso.

Evaluación del potencial de licuefacción:

El potencial de licuación en el área en estudio se ha evaluado mediante el método

simplificado de Seed e Idriss el cual está basado en correlaciones empíricas de

las características de resistencia del suelo con el comportamiento observado in-

situ.

Este método inicialmente basado en los resultados de ensayos triaxiales cíclicos

en arenas limpias, incorpora un criterio el cual establece la importancia del

contenido de finos en la resistencia a la licuación de las arenas.

Seed e Idriss propusieron que la relación de esfuerzo cíclico para un suelo a una

profundidad determinada durante un terremoto puede ser evaluada mediante la

siguiente expresión.

(26)

Donde:

63

τ pro

σ ' vo=0 . 65

amax

g

σ v

σ ' vord

,0

1

NC

τ pro : Esfuerzo de corte promedio inducido por el terremoto

amax : Aceleración máxima en la superficie del terreno

g : Aceleración de la gravedad.

σ v : Esfuerzo total vertical a la profundidad considerada

σ ’v : Esfuerzo efectivo vertical a la profundidad considerada

rd : Factor de reducción del esfuerzo que decrece de

1 en la superficie a 0.9 a 10 m de profundidad.

La resistencia a la penetración del suelo usada en las correlaciones, es la

resistencia a la penetración normalizada N1 bajo un esfuerzo efectivo vertical de 1

Kg/cm2. El valor de N1 efectivo puede ser determinado por medio de la formula:

N1=CN * N (27)

Donde:

N= Número de golpes del Ensayo de SPT

Liao y Whitman (1985) propusieron la siguiente relación para evaluar CN,

(28)

En la Figura 4.2, se muestra la relación entre: (donde: l es el esfuerzo de corte

resistente del suelo) y el valor de N1, propuesto a partir de un estudio extensivo

para desarrollar las correlaciones del método simplificado. En esta figura las

correlaciones están dadas para arenas con diversos contenidos de finos y para un

sismo de magnitud 7.5.

64

Figura 4.2 :: Relación de esfuerzo para causar licuación vs N1, para arenas limosas para terremotos de M = 7.5 (Seed y De Alba, 1986)

τ l

σ0

Magnitud Factores de Corrección 8 ½ 7 ½ 6 ¾

6 5 ¼

0.89 1.00 1.13 1.32 1.50

La relación mostrada puede ser fácilmente extendida a terremotos de diferentes

magnitudes, multiplicando la relación de esfuerzos cíclicos calculados por los

factores de corrección mostrados en el siguiente cuadro.

Cuadro 4.16

Factores de Corrección para terremotos de diferentes magnitudes

Evaluación de la resistencia a la licuación:

El método propone una relación para evaluar la relación de esfuerzos que se

requiere para causar licuefacción en un suelo dado, cuyas características son

conocidas (τ1 /σ o'

), así como la relación de esfuerzos que induce un movimiento

sísmico cuyas características son conocidas (τ pro /σo'). Por lo tanto, se puede

definir el factor de seguridad contra la ocurrencia del fenómeno de licuefacción

(FL), mediante la siguiente expresión:

(29)

Por lo tanto si FL> 1 no se producirá licuación; en caso contrario ocurrirá

licuación.

Uso del programa D-Licua

65

FL=( τ l/σ o

' )

(τ pro/σ o' )

El programa D-Licua fue desarrollado por el Ing. Denys Parra Murrugarra, con la

asesoria del Dr. Jorge Alva Hurtado, como parte de su trabajo de tesis para

obtener el título de ingeniero civil, en el Laboratorio Geotécnico del Cismid –

Universidad Nacional de Ingeniería. Desarrollado en lenguaje BASIC, presenta en

pantalla los métodos de análisis disponibles y usa los siguientes parámetros de

entrada para el Método de Seed e Idriss:

La magnitud del sismo de diseño.

La aceleración máxima superficial de este sismo.

El perfil estratigráfico obtenido de la perforación, incluyendo la información

de la ubicación del nivel freático.

El tipo de suelo analizado a la profundidad del ensayo SPT: clasificación,

contenido de finos.

El valor N a la profundidad del ensayo SPT.

4.11 Evaluación del ataque químico al concreto

Los resultados de los ensayos químicos, para evaluar la agresividad química del

suelo han mostrado los siguientes valores.

Cuadro 4.17

Resultado de ensayos químicos

Progresiva 76+748Nombre AsilloUbicación EIProfundidad (m) 10.80-11.50

CLORUROS como Ion CL- % NT. ASTM-D-512

0.027

SULFATOS como Ion SO4-2

% NT. ASTM-D-5160.042

66

SALES SOLUBLES TOTALES % NT. ASTM-D-1889

0.089

En base a los resultados del análisis químico de las muestras y de acuerdo a los

límites permisibles en que se presentan las cantidades en partes por millón

(p.p.m) de sulfatos, cloruros y sales solubles totales, así como el grado de

alteración y las observaciones del ataque a las armaduras y al concreto, se da las

recomendaciones necesarias para la protección de la cimentación del ataque

químico.

Cuadro 4.18Límites permisibles

Presencia en el

Suelo de: p.p.mGrado de Alteración

Observaciones

*Sulfatos

0-10001000-20002000-20,000>20,000

LeveModeradoSeveroMuy Severo

Ocasiona un ataque químico al concreto de la cimentación

**ClorurosPerjudicial Ocasiona problemas de corrosión de

armaduras o elementos metálicos.

**Sales Soluble totales

>6,000 Perjudicial Ocasiona problemas de pérdida de resistencia mecánica por problema de lixiviación

* Comité ACI 318-83** Experiencia existente

Con respecto a las sales solubles totales, no existe ninguna norma de suelos que

indique valores máximos permisibles; y los valores determinados en los ensayos

son mínimos por lo que no se recomienda ninguna medida de protección contra

sales solubles.

Con respecto a la cantidad en p.p.m de sulfatos, existen tolerancias permisibles

que se encuentran en el Reglamento Nacional de Construcciones, los valores

obtenidos en los ensayos de laboratorio indican concentraciones por debajo de

los límites permisibles, por lo que no se recomienda el uso de ningún tipo especial

de cemento; el uso del cemento Pórtland tipo I es adecuado.

67

Los cloruros producen corrosión a estructuras metálicas, al refuerzo de acero del

concreto, etc. Con respecto a la cantidad en p.p.m de cloruros en las muestras

de suelos analizados, los valores obtenidos en los ensayos de laboratorio indican

que se encuentran por debajo de los límites permisibles, por lo que no se

recomienda ninguna protección adicional.

Los valores encontrados en los ensayos químicos son menores a los límites

permisibles y, por lo tanto, no representan ningún riesgo para los elementos

estructurales por lo que se recomienda usar cemento Pórtland Tipo I.

68

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones:

1.- El presente estudio corresponde a la evaluación geotécnica de la cimentación

del puente Asillo, perteneciente al Tramo IV del Proyecto Corredor Interoceánico

Sur. Se encuentra ubicado en el distrito de Asillo en la provincia de Azángaro,

departamento de Puno.

2.- Las características del suelo encontrados en el puente, según el perfil

estratigráfico, presenta una cobertura de arcilla limosa a arcilla gravosa

medianamente consistente hasta 1.5 m, sobre una secuencia de arenas, limos y

arcillas poco consistentes, con delgados horizontes de grava limosa.

3.- La capacidad portante determinado en: el estribo derecho es de 2.49 Kg/cm2 a

una profundidad de 24.00 m, del estribo izquierdo es de 2.45 Kg/cm2, a una

profundidad de 25.00 m, del pilar izquierdo es de 12.62 Kg/ cm2 a una

profundidad de 15.00 m y del pilar derecho es de 2.82 kg/cm2 a una profundidad

13.00 m.

4.- El asentamiento total estimado para los estribos es apreciablemente mayor de

lo que comúnmente se admite (1” = 2.54 cm). Sin embargo, tomando en cuenta el

criterio de distorsión angular, dada por la Guía de Diseño para Puente de la

AASHTO, donde se especifica una distorsión angular admisible para un puente

simplemente apoyado igual a 0.008, la distorsión angular obtenida en estos

estribo es menor ( = 0.0030) y para tramos continuos la distorsión angular es de

0.004, y la obtenida es menor ( = 0.0024).

5.- El nivel freático ha sido alcanzado a una profundidad de 2.10 m. y su

comportamiento es mas o menos paralelo al perfil longitudinal.

69

6.- En base a los resultados del análisis químico se ha determinado que las

concentraciones se encuentran por debajo de los límites permisibles, por lo

que no se recomienda ningún tipo especial de cemento ni recubrimiento

adicional para las estructuras.

Recomendaciones

8.- Al iniciar la etapa de construcción se realizará en cada pilar una perforación

de comprobación, las cuales deben incluir ensayos de campo y de

laboratorio, para corroborar las hipótesis de diseño.

9.- De las investigaciones realizadas y considerando el tipo de estructura, se

recomienda la cimentación con pilotes excavados.

10.- Se deberá comprobar el diseño del pilote en campo, mediante pruebas de

carga. Los ensayos de carga se realizarán para obtener información referente a la

capacidad de carga, la respuesta carga-desplazamiento y el comportamiento de

los pilotes bajo cargas de diseño.

11.- De acuerdo al nivel freático encontrado, se recomienda para los cálculos

considerar una densidad sumergida; del mismo modo, se debe tener en cuenta

este parámetro en el proceso constructivo.

12.- Se deberán proyectar mecanismos de drenaje, tales como lloraderos, para

que el nivel de aguas detrás de los estribos no comprometa la estabilidad de los

mismos. Los resultados obtenidos en el presente estudio así como las

conclusiones y las recomendaciones establecidas, sólo son válidos para el área

investigada y no garantiza a otros proyectos que la tomen como referencia.

70

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