MINISTERIO DE AGRICULTURA Y GANADERÍA · 11.65 13.20 25 N/A 13.20 14.70 13 N/A 14.70 16.25 10 N/A...

IMNSA INGENIEROS CONSULTORES S.A.

MINISTERIO DE AGRICULTURA Y GANADERÍA

SP Nº:04-2012

CONTRATACIÓN DE EMPRESA PARA REALIZAR EL DISEÑO FINAL, PLIEGOS DE LICITACIÓN E INSPECCIÓN DE CUATRO PUENTES: QUEBRADAS TRANQUILINO, EL

TÚNEL, VALENTE Y BLANCH EN LA RUTA 801 EN EL CANTÓN DE TALAMANCA

QUEBRADA EL TÚNEL

ENERO, 2013 Informe preparado por:


Informe preparado por:


Índice de Contenido

I.- INTRODUCCIÓN

II.- TRABAJO REALIZADO II.1 Descripción de los Trabajos III.- RESULTADOS GEOTÉCNICOS OBTENIDOS

III.1 Geología del sitio

III.2 Perfil del Subsuelo

III.3 Nivel Freático

III.4 Caracterización geotécnica

IV.- EVALUACIÓN DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES GEOTÉCNICAS

IV.1 Coeficiente Sísmico

IV.2 Licuación bajo sismo

IV.3 Capacidad de Soporte IV.4 Asentamientos IV.5 Recomendaciones generales para excavaciones

V.- RESUMEN DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES TÉCNICAS

VI. DISCUSIÓN SOBRE LOS GRADOS DE INCERTIDUMBRE Y ALCANCE DEL ESTUDIO

VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ANEXOS A. Perfil de Perforación

B. Localización de los sondeos

IMNSAINGENIEROS CONSULTORES S.A.

APDO. 118-2050SAN JOSE, COSTA RICA TEL. 234-1587 FAX 225-9551

San José, 21 de enero de 2013. SEÑORES MINISTERIO DE AGRICULTURA Y GANADERIA PRESENTE

IM-13-009 Estimados señores: Con base en nuestra oferta de servicios, presentamos el estudio geotécnico para el anteproyecto de diseño del puente sobre la Quebrada Valente, ubicado en Bratsi, Talamanca de Limón. En este informe se describe la investigación efectuada en el campo y en el laboratorio, lo que permitió obtener la información básica para dar las recomendaciones que, desde el punto de vista geotécnico, deberán considerarse en el diseño y construcción del proyecto.

En espera de continuar colaborando con ustedes en el desarrollo de su proyecto y quedamos a sus órdenes para cualquier consulta de este informe suscribe atentamente. _____________________ ___________________ Ing. Carlos Méndez Navas Ing. Berny Quirós Vargas Presidente Departamento Geotecnia cc. Archivo

MINISTERIO DE AGRICULTURA Y GANADERIA Puente sobre Quebrada Valente

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I. INTRODUCCIÓN IMNSA Ingenieros Consultores, S.A. procedió a realizar el presente estudio para el diseño del puente sobre la quebrada Valente

Figura #1.1: Ubicación Geográfica de la Quebrada Valente Hoja cartográfica del IGN 3644 IV Amubri, Escala 1 : 50000

El proyecto se localiza en: Provincia: 7º Limón Cantón: 4º Talamanca Distrito: 1º Bratsi Este informe presenta los resultados de la investigación y análisis geotécnico efectuado, para con ello establecer un modelo geotécnico que describa las condiciones del terreno, siguiendo las exigencias de los términos de referencia y con esto determinar los niveles de cimentación, tomando en cuenta las propiedades mecánicas de las diferentes litologías presentes en el sitio.

Ubicación del proyecto


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II. TRABAJO REALIZADO II.1 Descripción de los trabajos Se efectuaron dos sondeos de 18.0 metros de profundidad cada uno, los cuales fueron ubicados a cada margen de la quebrada. Lossondeos se intentaron bajo la metodología del ensayo SPT (Standard Penetration Test), ASTM D-1586, sin embargo la consistencia del terreno no permitió avanzar bajo éste método toda la profundidad, por lo que se avanzó con la metodología de perforación a rotación con broca de diamante. (ASTM D-2113) en diámetro NQ hasta la profundidad máxima explorada El esquema del método de perforación se presenta en la siguiente figura:

Cilíndro de Núcleo

Tuberia de revestimiento

Manguera de alimentación

Núcleo

de lodo

Barrena

Motor

Guinche

Cabezalgiratorio

Reservorio

Bomba

Torre de tubo de tres patas

Figura #2.1: Esquema de la Prueba de Perforación.


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Las profundidades alcanzadas en cada sondeo exploratorio se presentan en la siguiente tabla y su ubicación puede observarse en el anexo B.

Perforación Profundidad (m)

T-1 18.00 T-2 18.00

Tabla #2.1: Total de sondeos exploratorios realizados y su profundidad respectiva

El objetivo de estos sondeos fue el de extraer muestras para describir el perfil del suelo en profundidad. Asimismo, estas muestras fueron enviadas al laboratorio para la ejecución de ensayos de caracterización física y mecánica. A las muestras obtenidas en los sondeos exploratorios y adonde fue posible se evaluó: P.U. / w(%): Densidad y Contenido de Humedad del Suelo (ASTM D2216). LL/LP: Límite de Atterberg (ASTM D4318). qu: Ensayo de compresión inconfinada (ASTM D2166). A.Gran: Análisis Granulométrico (ASTM D 422). En el caso de los tramos que se avanzo mediante perforación a rotación con broca de diamante, se les determinó: % rec: Porcentaje de recuperación. % RDQ: Rock Quality Data Resistencia a compresión simple. Los resultados de los mismos se puede observar en las hojas de resumen de perforación en los anexos del informe.

Los ensayos se realizaron de acuerdo a las normas internacionales vigentes a la fecha, ASTM y AASHTO. El estudio de suelos fue ejecutado de acuerdo con principios y prácticas de Ingeniería aceptados actualmente, siguiendo las indicaciones del Código de Cimentaciones de Costa Rica.


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III.- RESULTADOS GEOTECNICOS OBTENIDOS III. 1 Geología regional del Sitio

La geología regional del área de estudio no es muy variada, y está compuesta principalmente por depósitos recientes, así como rocas de las Formaciónessedimentarias Uscari y Suretka. En el mapa geológico Regional se presenta la distribución de las unidades geológicas que conforman esta región.

Fm. Uscari

Sobreyace tanto a la Formación Fila de Cal como a Senosri; Fernández (1987) la asocia con sedimentos de talud, Bottazzi et al. (1994) la describe como arcillolitas y limolitas con intercalaciones de areniscas de grano fino, calcilutitas y lentes conglomerádicos. Se interpretan como depósitos de plataforma silicoclásticas internas y externas. Su espesor promedio es de aproximadamente 1000m, sin embargo, esta varía entre 300 a 2000. La localidad tipo se localiza en la quebrada Uscari, en el sur de Limón y está bien expuesta en el Río Banano y Peje de la misma cuenca (Bottazzi et al., 1994). Sus contactos infrayacentes son transicional con la Formación Senosri y discordante con la Formación Fila de Cal. Es sobreyacida concordantemente por la Formación Rio Banano. Según Fernández et al. (1994), las litologías predominantes son areniscas de grano fino, limolitas y lutitas fosilíferas. Las cuales gradan hacia arriba a facies de barra costera constituida por areniscas de grano fino a medio, bien seleccionadas y limpias depositadas durante un nivel bajo (“lowstand”) del mar durante el Mioceno Medio Temprano.

Formación Suretka

Consiste en conglomerados de amplio espectro granulométrico, en 1960 se usa por primera vez el nombre Conglomerado Suretka para describir un material encontrado en esa localidad. Esta formación está constituida por depósitos continentales, principalmente conglomerados que se caracterizan por poseer un amplio rango granulométrico, cuyos componentes van desde arcillas hasta bloques de más de un metro de diámetro. Además, se describen cuerpos simétricos y asimétricos de guijarros y cuerpos arenosos Sprechmann et al., (1984). Sprechmann et al., (1984) indica un espesor para esta formación de unos 1700 m.


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Depósitos Recientes

Consisten en depósitos aluviales y marinos, los cuales han sido depositados en las llanuras de inundación fluviomarinas, su composición es muy variada, pues corresponden a los detritos producto de la erosión de las formaciones rocosas mas antiguas. Estos depositos han dado origen a la formacion de llanuras con topografía muy plana, lo cual permita una amplia distribución de las redes de drenaje en la zona.

Figura #3.1: Mapa geológico regional


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III. 2 Perfil del Subsuelo† Perforación T-1, Margen Derecha

Capa 1: De 0.00 a 1.00 m:

Limo vegetal

Clasificación SUCS: OL

NSPT: 18 -RM

Consistencia: Compacta a rígida

%w: 24 - 28 Capa 2: De 1.00 a 18.25 m:

Depósitos aluviales inconsolidados en matriz arenosa

Profundidad (m) % Recuperación RQD

De Hasta

2.00 2.50 13 N/A

2.50 4.05 13 N/A

4.05 5.55 20 N/A

5.55 7.10 17 N/A

7.10 8.60 13 N/A

8.60 10.15 26 N/A

10.15 11.65 17 N/A

11.65 13.20 25 N/A

13.20 14.70 13 N/A

14.70 16.25 10 N/A

16.25 17.75 20 N/A

17.75 18.25 20 N/A

† **En las hojas de perforación que se adjuntan en el anexo A “Perfil de Perforación” se indican las diferentes características

físicas – mecánicas de los suelos encontrados.


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Perforación T-2, Margen Izquierda

Capa 1: De 0.00 a 1.00 m:

Limo vegetal

Clasificación SUCS: OL

NSPT: 11 -RM

Consistencia: Medianamente compacta a rígida

%w: 11 - 27 Capa 2: De 1.00 a 18.25 m:

Depósitos aluviales inconsolidados en matriz arenosa

Profundidad (m) % Recuperación RQD

De Hasta

2.00 2.50 10 N/A

2.50 4.05 6 N/A

4.05 5.55 13 N/A

5.55 7.10 11 N/A

7.10 8.60 28 N/A

8.60 10.65 5 N/A

10.65 11.65 4 N/A

11.65 13.20 4 N/A

13.20 14.70 8 N/A

14.70 16.25 45 N/A

16.25 17.75 18 N/A

17.75 18.25 40 N/A III. 3 Nivel Freático

Las condiciones freáticas de cada perforación se muestran en la siguiente tabla:

Perforación Profundidad (m)

T-1 6.00 T-2 6.00

Tabla #2. Profundidad en la cual se encontró el nivel freático.

N.D. = No detectado


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III. 4 Caracterización Geotécnica A continuación se detalla las capas descritas en el perfil de suelo anterior, con el fin de que se pueda apreciar fácilmente la disposición de las mismas.

Figura #2.3: Disposición de las capas y número de golpes Nspt.

T-1 T-2

Valor Valor

N° De Hasta Nspt Nspt

1 0.0 0.5 18 11

2 0.5 1.0 RM RM

3 1.0 1.5

4 1.5 2.0

5 2.0 2.5

6 2.5 3.0

7 3.0 3.5

8 3.5 4.0

9 4.0 4.5

10 4.5 5.0

11 5.0 5.5

12 5.5 6.0

13 6.0 6.5

14 6.5 7.0

15 7.0 7.5

16 7.5 8.0

17 8.0 8.5

18 8.5 9.0

19 9.0 9.5

20 9.5 10.0

21 10.0 10.5

22 10.5 11.0

23 11.0 11.5

24 11.5 12.0

25 12.0 12.5

26 12.5 13.0

27 13.0 13.5

28 13.5 14.0

29 14.0 14.5

30 14.5 15.0

31 15.0 15.5

32 15.5 16.0

33 16.0 16.5

34 16.5 17.0

35 17.0 17.5

36 17.5 18.0

Limo arcilloso, SUCS: ML y/o MH

Aluvion

ROTACION ROTACION

Simbología

Muestra Profundidad (m)Perforación


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IV. EVALUACIÓN DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES GEOTÉCNICAS. En este apartado se describen los diferentes análisis realizados tales como: sistema de cimentación, nivel de desplante, capacidad de soporte admisible, asentamientos y otros asuntos asociados con el diseño y construcción de las obras de cimentación. IV. 1 Coeficiente Sísmico Para determinar el coeficiente sísmico a utilizar en el diseño de las estructuras por construir y de acuerdo al Capítulo 2 (secciones 2.1 y 2.2) y al Capítulo 5, del Código Sísmico de Costa Rica 2010, el proyecto se ubica en la zona sísmica III y los suelos se clasifican Tipo S2, por lo que se deberá utilizar para el factor espectral dinámico (FED) la figura 5.6. El valor de aceleración pico efectiva de diseño para un periodo de retorno de 475 años para la zona en estudio es aef = 0.33.

Figura #4.1: Factor espectral dinámico, FED, para sitios Tipo S2.en Zona III


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IV. 2 Licuación por Sismos La licuefacción de los suelos es un proceso observado en situaciones en que la presión de poros es tan elevada que el agregado de partículas pierde toda la resistencia al corte y el terreno su capacidad portante. Se producen en suelos granulares. Para que suceda el fenómeno de licuación deben presentarse las siguientes condiciones simultáneamente:

Arenas finas con granulometría específica.

Que las arenas estén sumergidas bajo el nivel freático.

Que los finos sean no plásticos.

Que estén en condición suelta Debido a la gran cantidad de agua intersticial que presentan, las presiones intersticiales son tan elevadas que un sismo, una carga dinámica, o la elevación del nivel freático pueden aumentarlas, llegando a anular las tensiones efectivas. Esto motiva que las tensiones tangenciales se anulen, comportándose el terreno como un “pseudolíquido”. Para el caso en particular se determinó que los estratos encontrados no son susceptibles a experimentar el fenómeno de licuación debido a la presencia de aluviones.

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http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=S%C3%ADsmo&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Nivel_fre%C3%A1tico


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IV. 3 Capacidad de Soporte Con base a las características geotécnicas del terreno como a las características estructurales, se recomienda la utilización de placas aisladas como sistema de cimentación.

Criterio de Diseño. Para la fundación de estructuras se calculó el valor de capacidad soportante admisible neta, el cual se obtuvo por medio de la ecuación general de capacidad de soporte:

Donde: B: Ancho de la placa

1: Peso volumétrico del suelo por debajo del nivel de desplante. C: Cohesión del material.

2: Peso volumétrico del suelo por encima del nivel de desplante. D: Profundidad de cimentación

Nc, N, Nq: Factores de capacidad de carga A continuación se presenta una tabla de nivel de desplante contra capacidad de soporte:

Nivel de desplante(m)*

Capacidad soportante admisible (ton/m2)**

T1 T2

1,9 14,0 14,0

3,0 19,0 19,0

4,0 24,7 24,7

5,0 30,3 30,3

Tabla #4.1: Capacidad soportante contra nivel de desplante.

*Nivel de desplante referido a los niveles actuales del terreno. Estos valores de capacidad soportante admisible presentan un factor de seguridad de 3.0 contra la falla por cortante del suelo y garantiza que bajo la presión de fundación recomendada los asentamientos no serán significativos.

qcult NDNCNB

Q 21

2


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IV. 4 Consolidación y Asentamientos Consolidación de un suelo es el proceso de cambio volumétrico (reducción de vacíos o densificación) producido por la aplicación de cargas compresivas y/o la pérdida de humedad. La construcción de obras de ingeniería, tales como edificaciones y terraplenes en la superficie de un suelo saturado, incrementa los esfuerzos compresivos totales en la masa. La pérdida de humedad relacionada con el descenso natural del nivel freático y la extracción de agua por medios artificiales genera una disminución en la presión de poro. En ambos casos, se debe producir un incremento del esfuerzo efectivo y un reacomodo de las partículas sólidas a las nuevas condiciones. En el proceso se reduce el volumen de los vacíos y se establece un flujo de agua hasta que se alcanza una nueva condición de equilibrio en la cual el volumen (reducido) permanece constante, cesa el flujo de agua y los cambios en el esfuerzo total o la presión de poro se transfieren al esfuerzo efectivo. La consolidación ocurre en forma casi simultánea con la acción o carga en los suelos de alta permeabilidad (grano grueso), por lo que se pueden implementar soluciones inmediatas a los problemas. En los suelos de baja permeabilidad (grano fino) el proceso de consolidación ocurre en forma desfasada en el tiempo, en cuyo caso se deben considerar sus efectos a largo plazo en el comportamiento de las obras civiles y tomar previsiones. Los cambios volumétricos que se producen como resultado de la construcción de una obra civil y la consolidación de un suelo compresible, pueden afectar negativamente el funcionamiento de la obra y hasta dañar los elementos estructurales. Si la construcción se ha realizado sobre un terreno horizontal, los cambios volumétricos más importantes van a manifestarse como un asentamiento local (diferencial) o generalizado (uniforme) de las edificaciones. El asentamiento uniforme de una edificación afectaría los accesos a la misma y las conexiones de tuberías de servicios tales como el suministro de agua potable y la recolección de aguas negras, pero no afectaría a los elementos estructurales. Un asentamiento diferencial produciría, además de los problemas potenciales ya mencionados, esfuerzos y deformaciones de los elementos estructurales tales como columnas, vigas y muros en la zona afectada, las cuales pueden llevar a la pérdida de funcionalidad y hasta la falla de una estructura. Los primeros efectos de la consolidación se manifiestan a corto plazo después de terminada una obra y la magnitud de las deformaciones iniciales es un buen indicador del orden de importancia del problema, dado que a largo plazo la magnitud de las deformaciones que se presentarán será mayor. Si durante el primer año posterior a su construcción la magnitud de los asentamientos se acerca a las tolerancias para obras de ingeniería, es muy probable que se produzcan deformaciones excesivas y hasta fallas en el resto de la vida útil de la obra


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Un análisis de asentamientos requiere ensayos especiales. No obstante, para el caso particular de los estratos detectados en el sitio de estudio, debido a la presencia de aluviones al nivel de cimentación. IV. 5 Recomendaciones generales para las excavaciones En los procesos constructivos de las excavaciones, existen ciertos riesgos que deben de tenerse en cuenta y analizarse, de modo que se puedan tomar las medidas de precaución necesarias.

Recomendaciones Generales para excavaciones A continuación se indican algunas recomendaciones generales que indica el Código de Cimentaciones de Costa Rica, antes y durante la excavación. Antes de excavar verifique:

Las condiciones del suelo

La proximidad de los edificios, instalaciones de servicio público, carreteras de mucho tráfico y cualquier otra fuente de vibraciones.

Si el suelo ha sido alterado de alguna forma

Proximidad de arroyos, alcantarillados, cableado enterrado.

Equipos, equipos de protección del personal, materiales de apuntalamiento, letreros, luces, maquinaria etc.

Mientras se excava:

Si cambian las condiciones del suelo, especialmente después de haber llovido.

Si las condiciones indican algo de oxigeno o gas en la zanja.

Las condiciones del apuntalamiento y si es adecuado según avanza la obra.

La manera de entrar o salir de la excavación.

Cambios en el movimiento de vehículos; mantenga los camiones lejos de los muros de excavación.

Que el material excavado esté a más de 60 cm, de los bordes de la zanja.

Colocación de los equipos pesados o tuberías.

Si las pantallas portátiles de protección de zanjas son adecuadas.

Posición correcta de las riostras atravesadas o gatos y si son adecuados para evitar que pueda correrse el apuntalamiento.

Que los trabajadores conocen los procedimientos apropiados y seguros y que no se expone pasando por alto estas verificaciones.


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V. RESUMEN DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES TÉCNICAS La investigación efectuada permitió determinar el perfil del subsuelo en el área de interés y elaborar las conclusiones y recomendaciones que se presenta en este informe. Se realizaron 2 perforaciones con una profundidad variable de 18 metros cada una como se indica en el capítulo II. El depósito de suelo estudiado está constituido básicamente por una primera capa de limos vegetales seguidos de un paquete de aluviones inconsolidados que se extienden hasta el final de la perforación. El manto freático se detectó a 6.00 m en amabas perforaciones. Es importante indicar que el nivel freático es variable y esta medida corresponde a la época en que se efectuaron los trabajos de campo Desde el punto de vista de capacidad soportante y asentamientos, es posible la utilización de cimientos convencionales con placas aisladas. Para el diseño de la placa de cimentación deben considerarse los valores de capacidad de soporte indicados en la sección IV-3. Debido a la presencia de aluviones a los niveles de cimentación recomendados, se descarta que se presente el fenómeno de licuefacción. Si durante la ejecución de la etapa constructiva se encuentra alguna variación de las condiciones esquematizadas en este reporte, o si se implementan cambios en el diseño del proyecto, se deberá dar información para que pueda revisarse y de ser necesario modificarla. Cualquier situación no contemplada en este informe se nos deberá consultar al respecto.


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VI. DISCUSIÓN SOBRE LOS GRADOS DE INCERTIDUMBRE Y ALCANCE DEL ESTUDIO. Considerando que la caracterización del proyecto está representada por sondeos puntuales, existe la posibilidad que las condiciones encontradas varíen en otros sitios por lo que se recomienda, que durante el proceso de construcción un técnico en mecánica de suelos verifique que se está cimentando sobre los estratos propuestos en este informe además de que se sigan las recomendaciones presentadas en este informe. Cualquier situación no contemplada en este informe y que se presente en la etapa constructiva se nos deberá consultar al respecto. VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.

Código Sísmico de Costa Rica, 2010.

Código de Cimentaciones, 2010.

Luis Gonzáles de Vallejo, Ingeniería Geológica, 2002, Editorial Prentice Hall.

BOTTAZZI, G., FERNÁNDEZ, J. A. & BARBOZA, G., 1994: Sedimentología e historia

tectono–sedimentaria de la cuenca Limón Sur. -Profil 7: 351–391.

FERNÁNDEZ, J. A., 1987: Geología de la hoja topográfica Tucurrique 1:50 000,

IGNCR, 3445I. –205 págs. Univ. de Costa Rica, San José [Tesis de Lic.].

SPRECHMANN, P., 1984: Manual de Geología de Costa Rica.- Editorial Universidad

de Costa Rica.


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ANEXO A

PERFIL DE PERFORACIÓN


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ANEXO B

LOCALIZACIÓN DE LOS SONDEOS

MINISTERIO DE AGRICULTURA Y GANADERIA Puente Quebrada Valente

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