Estudio de Ingeniería Básica del Terreno

ESTUDIO DE INGENIERÍA BÁSICA DEL TERRENO
PROYECTO:
“Nueva Sede del MOPT”
DESARROLLADOR:
MINISTERIO DE OBRAS PÚBLICAS Y TRANSPORTES
DIRECCIÓN DE EDIFICACIONES NACIONALES
Elaborado por:
Ing. Alex Cubillo Campos
Cédula 1-1215-0067
UBICACIÓN POLÍTICO ADMINISTRATIVA
DISTRITO: Catedral (01)
CANTON: San José (01)
PROVINCIA: San José (01)
Contenido
Página
1.
INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 2
2.
OBJETIVOS .............................................................................................................................. 3
3.
UBICACIÓN GEOGRÁFICA ................................................................................................... 3
4. DATOS GEOTÉCNICOS DE CAPACIDAD SOPORTANTE O DE CIMENTACIÓN PARA
LA OBRA CIVIL ................................................................................................................................ 4
5. DATOS DE HIDROLOGÍA BÁSICA ........................................................................................ 47
6. RIESGO ANTRÓPICO QUE PUEDA AFECTAR LA OBRA ............................................... 60
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1. INTRODUCCIÓN
La construcción de la nueva sede del Ministerio de Obras Públicas y Transportes, es parte
del proyecto Ciudad Gobierno, el cual pretende la construcción de edificaciones las cuales
albergarán instituciones del Gobierno Central como lo son: Ministerio de Planificación y
Política Económica (MIDEPLAN), Ministerio de Hacienda, Ministerio de Educación Pública,
y la Nueva Sede Administrativa del Ministerio de Obras Públicas y Transportes, el Proyecto
está incluido en el Plan Nacional de Desarrollo 2014-2018.
La edificación presenta 8 niveles de oficinas, 1 nivel de azotea y 1 nivel de estacionamiento
y servicios para un total de 32709.12 m².
El edificio se ubicará en donde actualmente se encuentra el parqueo del MOPT y Pruebas
de Manejo; el mismo contará con un sistema constructivo prefabricado, lo cual permitirá una
construcción en seco para disminuir el impacto urbano en las inmediaciones del sitio, azotea
verde como regulador de transferencia de calor y temperatura ambiental, sistemas de
recolección de agua lluvia con el objetivo de utilización en la descarga sanitaria y lavado de
la flotilla vehicular; sistemas de paredes verdes y fotovoltaicas como regulador de
transferencia natural de calor, generador de electricidad, filtros sónicos y visuales; sistemas
de captación de energía solar para generar el consumo energético que requiere el edificio;
incorporación de sistemas de inducción de aire natural con el fin de minimizar el uso de
sistemas mecánicos de climatización; cerramientos de fachadas en aluminio y vidrio así
como parasoles de aluminio como controladores de transferencia lumínica y calórica
sistemas de monitoreo inteligente, para maximizar el uso de los recursos energéticos.
Iluminación LED, sistemas de abastecimiento de agua potable, sistema de tratamiento de
aguas negras y jabonosas, lo que permitirá la reutilización de estas para irrigación de áreas
verdes.
El estudio de ingeniería básica del terreno, forma parte de la evaluación ambiental inicial
del proyecto. Con el fin de conocer los aspectos básicos del terreno y propios de su
ubicación, que podrían afectar positiva o negativamente el proyecto a desarrollar.
Se incluye información geotécnica del terreno, sustentada en un estudio de suelos realizado
por un laboratorio especializado y certificado e interpretado por un profesional especialista
en Geotecnia (Ing. Sergio Sáenz Aguilar, INGEOTEC).
También, se incluyen datos hidrológicos básicos de la zona, considerando la microcuenca
hidrográfica a la cual pertenece el proyecto.
Se realiza además un análisis de la ubicación del proyecto para verificar si existen riesgos
antrópicos que puedan afectar la obra por desarrollar.
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2. OBJETIVOS
- Realizar una evaluación inicial de las características físico-mecánicas del suelo, con el fin
de ofrecer las recomendaciones geotécnicas necesarias para determinar la factibilidad
técnica de la obra civil.
- Determinar la capacidad de carga natural que tiene la microcuenca en la cual se ubica el
proyecto, para recibir el agua de escorrentía que podría aportar la obra.
- Detectar fuentes potenciales de riesgo antrópico que puedan afectar el proyecto por
desarrollar.
3. UBICACIÓN GEOGRÁFICA
El proyecto “Nueva Sede del MOPT”, se ubicará en San José, en el lote con Plano Catastro
N° SJ-18573-1952. (Ver Figura A)
El terreno de 9,964.00 m² es donde actualmente se realizan las pruebas prácticas de
manejo, donde está el Departamento de Demoliciones y también Pesos y Dimensiones del
CONAVI; todos serán reubicados.
Figura A. Ubicación del terreno en estudio. Fuente: Proyectos y Diseños.
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4. DATOS GEOTÉCNICOS DE CAPACIDAD SOPORTANTE
O DE CIMENTACIÓN PARA LA OBRA CIVIL
El estudio de suelos correspondiente al proyecto “Nueva Sede del MOPT”, fue realizado
por la empresa INGEOTEC en diciembre 2014; bajo el nombre “Construcción de edificio de
10 niveles”, con número de oficio “IG 136-2014”.
De acuerdo con la información aportada en dicho estudio se presenta una recopilación de
los resultados principales:
INTRODUCCIÓN
En atención a la solicitud formulada por el Ministerio de Obras Públicas y Transportes,
nuestra empresa INGEOTEC S.A. llevó a cabo el presente estudio geotécnico, en el en las
instalaciones del plantel del MOPT ubicado en el Barrio González Víquez del distrito 04
Catedral, cantón 01 San José, provincia 01 San José; sitio donde se proyecta la
construcción de un edificio de 10 niveles incluyendo sótano y azotea.
De acuerdo con la Contratación Directa No. 2014CD-0000372-32900: “Contratación de
Estudio de Suelos”; este estudio geotécnico incluye: i) perfil estratigráfico típico del terreno,
ii) estudio geofísico, iii) variación de la capacidad de soporte admisible con la profundidad,
iv) posibles problemas geotécnicos asociados con los materiales presentes, v) profundidad
del nivel freático, vi) sistemas de cimentación que mejor se adapten a las condiciones del
terreno, vii) recomendaciones para contrapiso, viii) recomendaciones geotécnicas para
diseño de obras de retención y ix) recomendaciones para el sistema de absorción de aguas
negras mediante drenajes de tipo superficial.
En la Fotografía 1 se muestran vistas del sitio en estudio.
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Fotografía 1
Vistas del sitio en estudio
INVESTIGACIÓN DE CAMPO Y LABORATORIO REALIZADA
Las perforaciones se ejecutaron combinando los métodos de Penetración Estándar (SPT)
y perforación a rotación, mediante un barril doble giratorio con broca de diamante en
diámetro NQ. El sistema SPT (Figura 1) permite la toma continua de muestras tanto para la
determinación del perfil geotécnico típico del sitio, como para la ejecución de ensayos de
laboratorio. Con este sistema se obtiene además el valor del parámetro NSPT (número de
golpes necesario para penetrar 0,30 m), el cual es correlacionable con las propiedades
internas del suelo y sus características de resistencia.
Figura 1
Esquema del equipo de perforación SPT
5
En el caso que nos ocupa, este ensayo, junto con la información obtenida de los ensayos
de laboratorio, aporta la información necesaria para el análisis geotécnico del proyecto.
Además se tomaron muestras para realizar ensayos de clasificación visual y ensayos en
el laboratorio, para la determinación del contenido de humedad natural y pesos
volumétricos. Toda la información obtenida en el campo y en el laboratorio se encuentra
recopilada en las hojas de resumen de perforación, las cuales se incluyen en el Anexo A
al final de este reporte.
En este estudio en particular se realizaron cinco sondeos exploratorios denominados
como P1, P2, P3, P4 y P5, hasta alcanzar una profundidades variables entre ~4,95 m y
~22,00 m (ver Figura 2).
En la Figura 3 se muestra una ubicación geográfica general de la propiedad en cuestión.
Para el caso de la perforación rotativa, se utilizó brocas de diamante con un diámetro “NQ”
(núcleo de 54,0 mm). Las muestras obtenidas mediante este sistema de perforación fueron
analizadas por un profesional en geotecnia con el fin de obtener el porcentaje de
recuperación, la densidad y el índice de calidad de la roca (RQD), los cuales son
correlacionables con las propiedades geotécnicas de materiales duros o rocas.
Figura 2
Ubicación de Perforaciones
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En la Tabla 1 se presentan las coordenadas geográficas de los puntos de perforación. En
la Figura 3 se presenta una ubicación geográfica general de la propiedad de interés.
Adicionalmente se realizó un estudio geofísico mediante la técnica de refracción sísmica.
Tabla 1
Coordenadas de los sitios de perforación
Figura 3
Ubicación geográfica del sitio de estudio – Hoja Cartográfica Abra 1:50 000
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EXPLORACIÓN GEOFÍSICA
Resultados del perfil sísmico
En este capítulo se describe los resultados obtenidos en la investigación geofísica en
términos de la conformación geométrica de los materiales presentes en el subsuelo a lo
largo del perfil realizado y que contiene la información sísmica y geológica compilada
durante la investigación.
La Figura 4 muestra la ubicación del perfil plantado en el sitio y la Figura 5 muestra el perfil
geológico geofísico interpretado sobre la base de los datos sísmicos obtenidos en esta
investigación.
Se observa en la zona superficial del perfil capas de baja velocidad relativa de propagación
de onda compresiva (Vp1 = 0,35 km/s) que se correlacionan con los materiales de relleno
o coluvios, específicamente con capas de arcilla y limo con fragmentos líticos dispersos.
Por debajo de esta capa se detectan suelos más compactos o lahar meteorizado y drenado
con una velocidad de onda compresiva Vp de 0,90 km/s.
El espesor medio de estas coberturas es de unos 6,0 m a 8,0 m.
Bajo las coberturas superficiales se detectó una capa de materiales, de moderada
compactación (lahar poco compacto), cuya velocidad de propagación de onda compresiva
es de Vp = 1,75 km/s a 1,80 km/s.
Figura 4 Ubicación del perfil geofísico
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A la profundidad de investigación obtenida con este perfil (25 m) no se detectó la presencia
de materiales de alta velocidad de propagación de onda compresiva que puedan ser
correlacionados con las rocas del basamento local.
Los parámetros geoelásticos de las capas de arena presentes entre los 5 m y más de 25 m
de profundidad en este sitio son:
Tabla 2 Resultados obtenidos del perfil sísmico
Figura 5 Perfil geofísico interpretado
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PERFIL GEOTÉCNICO TÍPICO
Con base en la información obtenida a partir de los sondeos realizados; así como los
resultados de laboratorio y lo observado en el sitio, se presenta la descripción del perfil
geotécnico típico respectivo:
Capa 1 Material tipo lastre (base y sub-base del pavimento existente). Bloques de hasta 75
mm de tamaño. Espesor de 50 cm.
Capa 2 Limo color café oscuro con presencia de escombros y materia orgánica en algunos
sectores (aparente relleno). Plasticidad media. Consistencia variable entre blanda y
compacta. Aparece bajo la capa anterior y se extiende hasta profundidades variables entre
1.80 y 2.70 m
Capa 3 Limo arcilloso color café grisáceo o café verduzco. Plasticidad media a alta.
Clasificación
SUCS: MH, con Límite Líquido entre 51 y 54 e índice de Plasticidad entre 16 y 25.
Consistencia variable entre muy blanda y medianamente compacta. Aparece bajo la capa
anterior y se extiende hasta profundidades variables entre 3.15 y 3.60 m
Capa 4 Limo arcilloso color café grisáceo con vetas verdes, negras y amarillentas con
presencia de bloques alterados. Clasificación SUCS: MH, con Límite Líquido entre 48 y 65
e índice de Plasticidad entre 17 y 28. Consistencia variable entre compacta y rígida.
Aparece bajo la capa anterior y se extiende hasta profundidades variables entre 5.85 y 6.75
m.
Capa 5 Lahar conformado por rocas de color gris lávicas con alteración alta a media, con
un grado de fracturación alto. Aparece en todos sondeos desde la superficie hasta la
máxima profundidad explorada. Velocidad de onda compresiva Vp = 1,75 km/s -1,80 km/s.
Consistencia rígida. Aparece bajo la capa anterior y se extiende hasta el final de la
profundidad explorada (25 metros).
En la Tabla 3 se presenta un resumen de la estratigrafía indicada y en la Figura 6 la Carta
de Plasticidad y Clasificación SUCS correspondiente. El basamento rígido de lahares que
se encuentra bajo las capas de suelos se presentan en la fotografías 2 y 3.
Fotografía 2
Perforación P3 (zona rotativa de lahar)
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Fotografía 3
Perforación P5 (zona rotativa de lahar)
Figura 6 Carta de Plasticidad y clasificación SUCS
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Tabla 3
Perfil estratigráfico y valor NSPT
Notas:
a.
b.
c.
Profundidades de acuerdo con nivel actual del terreno.
En el área y la profundidad analizada no se detectó presencia de nivel freático; esta situación podría
variar en otras épocas del año.
RM: Rebote de Mazo.
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ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN
Generalidades
Con base en los estudios realizados, se pueden establecer algunas características
generales de las condiciones del terreno, que son de interés para el tipo de fundación que
se utilice. Estos factores se pueden resumir de la siguiente manera:
1. El depósito de suelo estudiado está constituido por una capa de materiales:
Capa 1 Material tipo lastre (base y sub-base del pavimento existente). Bloques de hasta 75
mm de tamaño. No apta para el soporte de un edificio de 10 plantas.
Capa 2 Limo color café oscuro con presencia de escombros y materia orgánica en algunos
sectores (aparente relleno). Consistencia variable entre blanda y compacta. De mala
calidad desde el punto de vista mecánico. No apta para el soporte de un edificio de 10
plantas.
Capa 3 Limo arcilloso color café grisáceo o café verduzco. Consistencia variable entre
blanda y medianamente compacta. De mala calidad desde el punto de vista mecánico. No
apta para el soporte de un edificio de 10 plantas.
Capa 4 Limo arcilloso color café grisáceo con vetas verdes, negras y amarillentas con
presencia de bloques alterados. De calidad regular a buena desde el punto de vista
mecánico. No apta para el soporte de un edificio de 10 plantas.
Capa 5 Lahar conformado por rocas de color gris lávicas con alteración alta a media, con
un grado de fracturación alto. Sobre esta capa se deberá cimentar el edificio proyectado.
Capacidad de soporte adecuada para la cimentación de un edificio de
10 plantas.
2. Los materiales de las capas 1, 2, 3 y 4 clasifican de acuerdo con el SUCS como:
MH (limos de baja compresibilidad).
3. La capa 4 es un tipo de roca blanda tipo lahar, comúnmente denominada en la
ciudad de San José como lavina, conformada por bloques de roca redondeados
inmersos en una matriz de suelo cementada. La capacidad resistente de la matriz
cementada varía de un sitio a otro.
4. Las capas 1, 2, 3 y 4 clasifican como tipo S3 en Zona III (según el Código Sísmico
de Costa Rica 2010). Sin embargo si el edificio se cimienta sobre la capa 4 el sitio
clasificaría como tipo S1.
5. En el área y la profundidad analizada no se detectó la presencia de nivel; sin
embargo esta condición podría variar en otras épocas del año.
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Capacidad de soporte
La capacidad de soporte admisible del terreno de fundación podrá ser determinada a partir
de la Tabla 4, de acuerdo con la profundidad de desplante seleccionada por el diseñador
estructural.
Tabla 4. Capacidad de soporte admisible con la profundidad
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Notas:
1. Los valores de la Tabla 4 incluyen un factor de seguridad mínimo de 3,0 contra falla
por cortante del terreno.
2. Los valores recomendados consideran la presencia de capas de menor calidad
subyaciendo estratos de mejor calidad físico- mecánica.
3. Capacidades soportante, menores que 10 t/m2 corresponden con suelos blandos;
entre 10 t/m2 y 20 t/m2 suelos regulares a buenos y mayores que 25 t/m2 a suelos
muy buenos.
4. Para cimentar de manera segura un edificio de 10 pisos con marcos rígidos se
requiere de una capacidad de soporte de 30 t/m2. Las profundidades a las que se
alcanza esa capacidad varían entre 4,5 m y 8,0 m; según se demarca en la tabla 4
con la línea negra gruesa inferior.
Cimentaciones
Las recomendaciones de cimentación que se aportan parten del hecho de que el edificio
tendrá un sótano, con lo que la profundidad de excavación a realizar será del orden de
5,0 m.
Considerando las condiciones geotécnicas del sitio se plantean dos alternativas de
cimentación: 1) Placas aisladas y/o placas corridas cimentadas sobre el lahar; 2) losa de
fundación. Se presenta una alternativa más con pilotes en el caso de que no se construya
sótano.
Placas aisladas
Se realizó un análisis para determinar el tipo de estructuras que se puede construir en el
terreno estudiado. Para ello se estimó una presión de trabajo de 1,5 t/m2 por piso, para un
edificio típico de marcos y columnas separadas 6,0 m entre sí (área de influencia de 36 m2
por columna). Las presiones y cargas de trabajo utilizadas se presentan en la Tabla 5.
Tabla 5
Variación de la presión y carga de trabajo de acuerdo al tipo de edificio
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Para una carga de trabajo de 540 toneladas (correspondiente a una edificio de 10 pisos)
cimentado en placas individuales sobre el lahar (que tiene una capacidad de soporte
admisible de 30 t/m2), el ancho de placa sería de 4,2 m x 4,2 m; valor que es menor al vano
libre de 6,0 m. Por tal razón se concluye que la cimentación con placas individuales sobre
el lahar es una opción viable.
En la tabla 6 se presenta la posición de la capa firme de apoyo de la cimentación en relación
al fondo de la excavación. Asimismo en la tabla 7 se presenta las profundidades de
cimentación en cada sitio explorado, que deberán utilizarse para lograr cimentar sobre la
capa firme de lahares.
Tabla 6. Capacidad de soporte admisible con la profundidad
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Tabla 7
Profundidades de cimentación a partir del fondo de la excavación
En aras de uniformizar la profundidad de cimentación se recomienda utilizar una
profundidad de cimentación general de 1,50 m, por debajo del corte (cota de cimentación =
-6,50 m respecto al nivel de terreno actual). En zonas cercanas al sondeo P4 se deberá
colocar debajo de la placa una toba cemento plástica de 40 kg/cm2 de 1,50 m de espesor a
fin de alcanzar la capa firme.
Para esta alternativa se recomienda además colocar vigas de amarre uniendo todas las
placas.
Para los casos en que el ancho de placa “B” excede los 6,00 m, la opción de placa aislada
no es factible y se debe considerar otro tipo de cimentación, como el uso de una losa de
fundación.
Además, se considera que si el ancho de placa es mayor al 50% del área del edificio, es
más económico utilizar una losa de fundación. En este caso este valor corresponde con un
ancho de placa mayor que 4,50 m.
En relación a los asentamientos de placas individuales cimentadas sobre el lahar se puede
obtener una estimación preliminar de la magnitud de los mismos a partir de la siguiente
expresión:
Donde:
ΔH = espesor de capa compresible (utilizar 2B)
Δσ' = Presión del edificio en el punto medio de la capa (utilizar 0,55 la presión de fundación)
𝜎0’ = esfuerzo efectivo del suelo (utilizar = 12 t/m2)
De acuerdo con esta formulación el asentamiento de una placa de 4,2 m x 4,2 m con una
presión de 30 t/m2, sería de 1,0 cm. Tal valor se considera admisible.
Para una mejor estimación del valor de asentamiento se recomienda realizar ensayos de
deformabilidad en el laboratorio.
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Losa de fundación
Según la información preliminar indicada por el contratante, el edificio de 10 niveles tendrá
aproximadamente 4360 m2 de huella (Figura 7), con unos 47,0 m de ancho “B”. Para
efectos de estimación de la capacidad de carga con equilibrio límite, se trabajó con una
sección de 47,0 m x 108,0 m, como estimación preliminar. La presión de servicio de la
losa (suma de las cargas muertas y vivas de la estructura; así como el peso propio de la
losa). Se supone una presión de 15,0 t/m2 más el peso del relleno de sustitución de 1,0 m
de altura.
Con base en esta indicación, se ha procedido a realizar el respectivo análisis, a fin de
determinar la idoneidad de la losa como sistema de cimentación para el proyecto en
cuestión; para este caso se ha utilizado la información de la perforación P5, por
considerarse la más crítica de las realizadas por nuestra empresa.
Figura 7. Propuesta en planta del edificio a construir.
(Fuente MOPT)
Variación del factor de seguridad
Tomando como base la información presentada en la Tabla 8 (presión de servicio), se ha
calculado la variación de la presión conforme se avanza en profundidad, tal como se
muestra en la Tabla 8.
Conviene destacar que tales valores incluyen el peso de un relleno de 1,0 m de espesor
colocado bajo la losa.
Con base en estos valores y la capacidad última de los materiales encontrados, se han
determinado los factores de seguridad a lo largo de la profundidad estudiada, los resultados
obtenidos se muestran en la Tabla 9.
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Tabla 8 Variación de la presión de servicio
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Tabla 9 Variación del factor de seguridad
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De los resultados anteriores se concluye que para el tipo de edificio propuesto (10 niveles)
los factores de seguridad a profundidades mayores a 4,0 m son admisibles y cumplen con
lo estipulado por el Código de Cimentaciones de Costa Rica.
Para el diseño de la losa de cimentación se recomienda trabajar con la siguiente ecuación
para la determinación del coeficiente de balasto del terreno:
Tabla 10. Coeficiente obtenido mediante la relación L/B
Un valor aproximado de asentamiento de la losa se podría obtener a partir de la siguiente
expresión:
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De acuerdo con esta formulación el asentamiento de una losa rígida con una presión de 15
t/m2 sería de 0,50 cm. Tal valor se considera admisible.
Para una mejor estimación del valor de asentamiento se recomienda realizar ensayos de
deformabilidad en el laboratorio.
Cimentación con pilotes
El uso de pilotes sería una alternativa viable en el caso de que se decida no realizar el
sótano. Sin embargo en caso de que se decida construir un sótano no sería necesario
utilizar pilotes.
Capacidad de carga de pilotes
El uso de pilotes hincados o pre excavados y colados en sitio es una alternativa viable y
segura para la cimentación de este edificio tomando en consideración que en algunos
sectores de la propiedad el espesor de suelos blandos es de hasta 8,0 m.
Considerando la estratigrafía presente, es indispensable que los pilotes penetren al menos
3,0 m en la capa rocosa alterada (lahar poco compacto de la Capa 5). Tomando como base
la perforación P4, se requiere que la longitud del pilote sea de 8,0 m. Tomando como base
la perforación P5 se requiere que los pilotes tengan una longitud de 6,0 m. Las longitudes
anteriores consideran un nivel de fondo de placa de cimentación de 4,0 m (nivel de un
sótano). Puede decirse que la longitud de los pilotes será variable entre 6,0 m y 8,0 m.
Con base en las perforaciones más profundas que penetraron en los depósitos laháricos y
la investigación geofísica realizada, así como, usando las experiencias adquiridas en otros
proyectos fue posible caracterizar geo-mecánicamente estas rocas.
Tratándose de valores determinantes en el cálculo de la capacidad de los pilotes se aplicó
el método de Hoek y Brown usando para el lahar los parámetros de entrada que se indican
en la Tabla 11 y en la Figura 8.
Tabla 11. Parámetros de entrada para lahar
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Figura 8. Método Hoek & Brown
El criterio generalizado de Hoek & Brown puede ser expresado por la ecuación (1) siguiente:
23
Para efectos de cálculo de los pilotes se generaliza un espesor de limos arcillosos de 8,0
m subyacidos por un depósito lahárico considerado como un material rocoso con buena
capacidad de soporte. Para desarrollar la máxima capacidad del pilote por punta se requiere
empotrarlo en una distancia de 4∙√𝑁∅∙𝐵, donde 𝑁∅=tan2(45+∅2) y B es el diámetro del pilote
lo cual corresponde para un rango de diámetros entre 0,30 m y 0,60 m a longitud de unos
2,5 m.
Para el cálculo de la capacidad de carga para pilotes apoyados en roca se utilizó la siguiente
teoría aplicada se basa en el manual FHWA GEC 010 (Mayo 2010) llamado "Drilled shaft:
Construction Procedures and LRFD Design Methods” Anexo C Relativo a capacidad de
carga en pilotes en roca:
Aplicando esta metodología se calculan los pilotes pre-excavados, en este caso
considerados más bien como pilas (drilled shaft) y no como pilotes (piles). Se supone que
la capacidad total del pilote se desarrolla solo por punta considerando que la resistencia de
la capa de limos suaves es muy baja en comparación con la del lahar, por lo tanto, toda la
carga se transmitirá a la punta.
Tampoco se toma en cuenta la fricción del pilote dentro del lahar pues la metodología de
cálculo establece que tratándose de un material rígido el porcentaje de la resistencia no
drenada que se desarrolla como fricción es muy bajo y por lo tanto, contribuye poco a la
capacidad total de carga del pilote.
En la Tabla 12 se resumen los valores de capacidad de carga admisible para pilotes preexcavados con diámetros entre 40 cm y 60 cm.
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Tabla 12. Capacidad de carga de pilotes pre-excavados
Resumen Capacidad por Punta
En la tabla anterior se presentan los cálculos realizados usando varias combinaciones de
parámetros de resistencia al corte: cohesión (c) y ángulo de fricción interna (∅))
considerados como representativos del lahar y aunque finalmente se seleccionan los
parámetros c=10 t/m2 y ∅=35º los otros valores usados (c=5 t/m2 y 10 t/m2 y ∅=32º y 38º con
9 combinaciones posibles) permiten contar con un criterio importante sobre la sensibilidad
de estos parámetros en la capacidad de carga de los pilotes.
Finalmente se recomienda utilizar un diámetro de 60 cm, considerando las cargas
transmitidas por las placas y seleccionando una capacidad de pilote tal que se requiera el
número de pilotes mínimo razonable necesario para mantener una efectividad lo más alta
posible (efecto de grupo).
Adicionalmente el diámetro de 60 cm recomendado se justifica por las siguientes razones:
1- Es un diámetro muy comercial, lo que conduce a un costo menor.
2- Según otros análisis en edificios de tamaño similar el uso de pilotes de 60 cm conduce,
en el caso de cimentación sobre lahares, a cantidades muy razonables de pilotes por placa.
En la Tabla 13 se resumen los valores de capacidad de carga admisible para pilotes de
concreto pre-excavados y colados en sitio.
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Tabla 13. Capacidad de carga de pilotes pre-excavados de 60 cm de diámetro
Dado que el Código de Cimentaciones establece un factor de seguridad mínimo de 3,0, se
concluye finalmente que se deberá utilizar un valor de capacidad de carga admisible de
75,7 toneladas por pilote.
En relación al diseño de la cimentación pilotada se deberá tomar en cuenta lo siguiente:
1. La unión entre el pilote y la placa de cimentación deberá ser rígida y empotrada. El
acero del pilote se deberá doblar en la parte superior de la placa y deberá tener una
longitud de anclaje suficiente, de tal forma que pueda transmitir las fuerzas de
tracción que eventualmente puedan desarrollarse durante la solicitación sísmica.
2. El espesor total de la placa deberá establecerse con la base en la resistencia
admisible al punzonamiento; así como por los esfuerzos de flexión.
3. El valor de carga admisible a compresión del pilote deberá ser el valor menor entre
la resistencia por capacidad de soporte admisible del suelo (75,7 toneladas para el
pilote recomendado de 60 cm de diámetro) y la resistencia estructural del pilote.
Coeficiente de balasto para pilotes
Para la revisión de los pilotes y/o excavaciones temporales frente a la acción de cargas
laterales se recomienda utilizar la ecuación propuesta por Terzaghi, para la evaluación del
coeficiente de balasto horizontal:
Kh = 0,0562 K3/B
Donde:
Kh = coeficiente de balasto horizontal (ton/m2-cm)
K3 = coeficiente del suelo (usar 50)
B = ancho del pilote (metros)
Kh = 0,0562 (50) /B
Kh = 2,81 /B
En la tabla siguiente se presentan los valores del coeficiente de balasto horizontal
recomendados para la evaluación de la resistencia a carga lateral para pilotes de distintos
diámetros:
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Tabla 14. Recomendación de coeficientes de balasto lateral para diseño de pilotes
Contrapisos
Para la alternativa de placas aisladas y/o corridas, o pilotes se recomienda realizar un
relleno de sustitución de 35 cm de espesor en toda el área de pisos. El material deberá
compactarse hasta alcanzar un 98% de la densidad seca máxima del ensayo Proctor
Modificado (AASHTO T-180).
Para el caso del sistema de cimentación mediante losa, la losa misma servirá como
contrapiso. En este caso, deberá preverse el refuerzo estructural adecuado.
PRUEBA DE INFILTRACIÓN
Resultados obtenidos
Como parte del estudio se realizó una prueba de infiltración. La misma se llevó a cabo de
acuerdo con lo establecido por el AyA para este propósito. En lo referente a los resultados
obtenidos de las pruebas de infiltración realizadas, se tiene lo siguiente:
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Tabla 15
Resultado de prueba de infiltración
Notas (ref. Código de instalaciones hidráulicas y sanitarias en edificaciones):
1. Profundidad con relación al nivel actual del terreno.
2. Velocidad de infiltración = 123/(tasa)0,5 (l/m2/día).
3. Sistemas tipo zanja superficial (10 min/cm < Tasa infiltración)
4. Sistemas combinados pozo – zanja superficial (10 min/cm < Tasa infiltración < 12 min/cm)
5. Sistemas especializados (Tasa infiltración > 12 min/cm)
La prueba efectuada evidencia la presencia de suelos de mala a regular capacidad de
infiltración.
Tomando en cuenta el tipo de obra a construir, se hace casi indispensable el uso de
plantas de tratamiento y/o a conexión a la red sanitaria local.
OBRAS DE RETENCIÓN
Parámetros para obras de retención
Para el diseño de obras de retención o estructuras enterradas, se recomiendan los
siguientes parámetros geotécnicos del terreno, que consideran la eliminación total del
material de pobre calidad mecánica de la fundación.
Tabla 16 Parámetros geotécnicos, teoría de Rankine de esfuerzos efectivos
Adicionalmente se recomienda utilizar las siguientes fórmulas para obtener las presiones
activa y pasiva que actuaran sobre las estructuras:
Donde:
g: peso volumétrico del suelo que genera empuje
H: profundidad
q: sobrecarga
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Se señala también la necesidad de construir un drenaje en la parte posterior del muro, con
el fin de evitar que el mismo pueda ser cargado por presiones hidrostáticas generadas por
aguas provenientes desde la parte alta del corte.
El drenaje se debe construir a base de piedra quebrada o grava de río que permita drenaje
libre, por lo que debe evitarse el uso de materiales mezclados con arcillas o limos, similares
a los encontrados en el sitio en cuestión. Además debe incluirse un tubo poroso a lo largo
de la base del muro, así como un sistema que garantice la evacuación de las aguas que
eventualmente capte el sistema propuesto, fuera del área en que se construirá el muro.
Para el diseño de la cimentación deberá verificarse que la carga transmitida al terreno no
sobrepase la capacidad de soporte admisible de acuerdo con lo recomendado en la
Tabla 4.
Excavación del sótano
Generalidades
Para realizar la excavación del sótano el diseñador deberá tener presente que el uso de
métodos convencionales de excavación, producirá sin duda alguna, daños a las estructuras
vecinas (edificios y calles). Asimismo se pone en riesgo la integridad misma de las
edificaciones y de las calles, ya que podría ocurrir un deslizamiento; pues los suelos en la
mayor parte de la excavación son de baja resistencia.
Deberán evaluarse por lo tanto el uso de sistemas constructivos y métodos de excavación
que garanticen la integridad de las edificaciones. Dentro de las alternativas que podrían
emplearse se mencionan:

Uso de pantallas continúas de concreto construidas con la técnica de lodos
bentoníticos.

Pilotes de gran diámetro tangentes

Uso de tablestacas ancladas.

Pantallas atirantadas con anclajes activos.

Excavación por etapas y micro pilotes
Para cualquiera de alternativas que requieran de anclaje, los mismos se deberán retirar una
vez que se construyan los muros del sótano.
Pantallas continúas de concreto
Esta solución consiste en construir muros enterrados perimetrales de unos 60 cm de ancho
y unos 8,0 m de profundidad en los linderos del terreno. Estos muros a su vez serían los
muros definitivos del sótano del edificio.

El procedimiento constructivo de esta solución es la siguiente:

Realizar una excavación de unos 60 cm de ancho y unos 8,0 m de profundidad,
utilizando perforación con herramientas tipo cucharón de almeja y lodos de
perforación bentoníticos para mantener la estabilidad de las paredes.
29

Descenso de la armadura de los muros.

Colado del concreto de abajo hacia arriba

Excavación interior y colocación de anclajes sub-horizontales a diferentes niveles,
conforme se realiza la excavación. La necesidad de colocar estos anclajes
dependerá del diseño geotécnico que se realice.
Pilotes tangentes
Esta alternativa es también utilizada para realizar excavaciones profundas en zonas
urbanas. El sistema consiste en construir pilotes de gran diámetro (usualmente unos 60
cm), perforados y colados en sitio. Estos pilotes se colocan tangentes (uno a lado del otro)
de tal forma que en conjunto constituyen un muro de retención. Dependiendo de las
características del suelo se deberán instalar además al menos uno o dos niveles de anclaje
para evitar que las deformaciones horizontales puedan dañar los edificios vecinos. El
sistema constructivo de esta solución es el siguiente:

Perforación de los agujeros hasta la profundidad de 8,0 m.

Descenso de la armadura de refuerzo del pilote.

Colado del pilote de abajo hacia arriba.

Construcción de todos los pilotes.

Realizar la excavación interior de todo el edificio hasta una profundidad de 2,0 m.

Construir una primera hilera de anclajes sub-horizontales.

Continuar la excavación hasta una profundidad de 6,0 m.

Construir la segunda hilera de anclajes.

Finalizar la excavación.
Notas:
1. Existen Empresas locales que pueden construir los pilotes.
2. Las cantidades y características de los anclajes activos deberá definirse por diseño,
de acuerdo con las características del suelo.
3. Un problema asociado a este método tiene que ver con las dificultades de acercar
las máquinas de perforación a las paredes de los edificios vecinos.
Tablestacas ancladas
Este sistema consiste en proveer un soporte temporal mediante una cortina de tablestacas
ancladas.
El proceso constructivo es el siguiente:


Hincar o vibrar las tablestacas hasta una profundidad mínima de 8,0 m, en toda la
periferia de la excavación.
Inicio del proceso de excavación hasta 1,0 m o 2,0 m de profundidad.
30





Construcción de un primer nivel de anclaje superior.
Colocación de una viga de acero superior de soporte para el primer nivel de anclajes.
Excavación hasta la profundidad del segundo nivel de anclajes, posiblemente
localizado a unos 5,0 m de profundidad.
Construcción del segundo nivel de anclaje y colocación de una viga de acero
uniendo esos puntos de anclaje.
Terminar la excavación e inicio de la construcción de los muros laterales.
Notas:
1. Para evitar daños en los edificios vecinos los anclajes deberán ser de tipo activos
(postensados).
2. La longitud de los anclajes y su espaciamiento horizontal dependerá del diseño
geotécnico que se realice.
3. Esta alternativa presenta el inconveniente de las dificultades asociadas con hincar
4. tablestacas cerca de edificios vecinos y los daños que ellos puedan sufrir por las
vibraciones.
Pantallas de concreto atirantadas con anclajes activos
Este sistema consiste en proveer un soporte temporal y a la vez definitivo mediante una
pared de concreto anclada.
El proceso constructivo es el siguiente:




Realizar una excavación de como máximo 1,50 m de profundidad.
Construcción de un primer nivel de anclajes activos, colocación del refuerzo
estructural de la pared y colado del muro hasta esa profundidad (1,50 m).
Excavación interior hasta una profundidad máxima de 4,0 m, construcción del
segundo nivel de anclaje y colados del muro hasta esa profundidad.
Excavación interior hasta una profundidad máxima de 7,0 m, construcción del tercer
nivel de anclaje y colado del muro hasta esa profundidad.
Notas:
1. Para evitar daños en los edificios vecinos los anclajes deberán ser de tipo activos
(postensados).
2. La longitud de los anclajes y su espaciamiento horizontal dependerá del diseño
geotécnico que se realice.
3. Es usual que en este caso la pared sea los muros definitivos de la obra.
4. Existe tecnología local para que este trabajo pueda ser realizado por Empresas
locales.
Micro pilotes y excavación por etapas
Excavación general
La construcción de la cimentación del proyecto a la profundidad de los sótanos, se
desarrolla por etapas y con taludes. La primera etapa de excavación general del área del
proyecto se diseña para llegar al nivel del primer sótano, dejando las separaciones o bermas
requeridas con las vecindades; y así sucesivamente para el segundo y tercer sótano del
proyecto.
31
Excavaciones verticales
Los paramentos verticales de los cortes alternos, requieren ser contenidos mediante micro
pilotes previamente construidos y mediante anclajes temporales. Se aplica el uso de micro
pilotes y se determina el ancho alterno de la excavación y su nivel de profundidad, según
las características de estabilidad de reposo que requiera el paramento por intervenir;
teniendo en consideración la sobrecarga, las características de las edificaciones vecinas y
las instalaciones de servicios existentes en los paramentos con vías o avenidas urbanas.
Estructuras de contención
Los muros de contención, corresponden con los muros estructurales del proyecto, con el
acero de refuerzo estructural en sus vigas y columnas; los cuales se construyen por etapas,
en los tramos con o sin micro pilotes, siendo postensados al terreno con tensores que
actúan exclusivamente durante el proceso de construcción de la estructura general del
proyecto. Los tensores se diseñan temporales, para ser postensados al terreno con las
cargas requeridas para la estabilidad en reposo de la sección. Una vez se integren las losas
de pisos de sótanos con los muros de contención, los tensores al terreno dejan de ser
necesarios y pueden ser retirados.
Nota:
1. La cantidad de micro pilotes y su distribución dependerá de las características del
suelo y del diseño geotécnico que se realice.
2. Este trabajo puede ser desarrollado por Empresas locales.
3. Es muy probable que el costo de esta alternativa sea mucho menor que el de las
otras opciones.
4. En esta alternativa no se generan vibraciones que puedan dañar los edificios
vecinos
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Con base en los resultados de la investigación geotécnica discutidos en este informe, se
puede concluir lo siguiente:
1. El perfil geotécnico típico del terreno, está constituido por cinco capas de suelo:
Capa 1 Material tipo lastre (base y sub-base del pavimento existente). Bloques de hasta 75
mm de tamaño.
Capa 2 Limo color café oscuro con presencia de escombros y materia orgánica en algunos
sectores (aparente relleno). Consistencia variable entre blanda y compacta. De mala
calidad desde el punto de vista mecánico.
Capa 3 Limo arcilloso color café grisáceo o café verduzco. Consistencia variable entre
blanda y medianamente compacta. De mala calidad desde el punto de vista mecánico.
Capa 4 Limo arcilloso color café grisáceo con vetas verdes, negras y amarillentas con
presencia de bloques alterados. De calidad regular a buena desde el punto de vista
mecánico.
32
Capa 5 Lahar conformado por rocas de color gris lávicas con alteración alta a media, con
un grado de fracturación alto. Sobre esta capa se deberá cimentar el edificio proyectado.
2. Los materiales detectados en las capas 1, 2, 3 y 4 clasifican de acuerdo con el SUCS
como: ML (limos de baja compresibilidad) y MH (limos de alta compresibilidad).
3. Tomando en cuenta el tipo de estructura a construir, los materiales detectados en el
sitio y la excavación del sótano, se presentan las recomendaciones de cimentación
usando los siguientes sistemas: i) Placas aisladas o corridas; ii) Losa rígida.
4. En el caso de que no se construya un sótano la opción de cimentación recomendada
serían pilotes de concreto pre-excavados y colados en sitio.
5. En el área y la profundidad analizada no se detectó la presencia de nivel; sin
embargo, esta condición podría variar en otras épocas del año.
6. La prueba de infiltración efectuada concluye que el terreno presenta características
que se pueden catalogar como malas a regulares para el uso de sistemas de
absorción de aguas negras mediante tanques sépticos y drenajes superficiales. Por
el tipo de obra a construir es recomendable el uso de una planta de tratamiento y/o
conectarse a la red sanitaria local. En caso de que no haya alcantarillado sanitario
se recomienda realizar al menos 5 pruebas adicionales de infiltración a fin de afinar
el valor de la capacidad de infiltración del terreno.
7. Se dan las recomendaciones geotécnicas del caso para el diseño de obras de
retención o estructuras enterradas tipo tanques, o sótanos por ejemplo. Además se
presentan las recomendaciones para el sistema de sostenimiento temporal para la
excavación del sótano y para alcanzar los niveles de fundación requeridos.
8. Por la importancia de la edificación se recomienda realizar 5 perforaciones
adicionales de 25 metros de profundidad utilizando perforación SPT en las capas de
suelo y perforación rotativa en la capa de lahares. Además realizar un perfil geofísico
por la técnica de refracción sísmica perpendicular al realizado en la presente
investigación. Adicionalmente se recomienda realizar 4 perforaciones SPT cerca del
sondeo P4 donde la capa firme se detectó a una mayor profundidad.
9. Las perforaciones obtienen información puntual sobre la profundidad de las distintas
capas de materiales, por lo que no se puede descartar que los espesores de los
materiales encontrados puedan variar en otros puntos del terreno. Por lo anterior,
se recomienda realizar una comprobación de la calidad de los materiales y
profundidades de desplante seleccionados, una vez que se ejecute la excavación
de las zanjas de fundación.
10. No se detectaron yacimientos arqueológicos en el área y a la profundidad de los
sondeos.
11. Cualquier condición eventual del terreno, distinta a la reportada en este informe, se
nos deberá consultar al respecto.
33
Hojas de resumen de perforación
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Resultados de Ensayos de Laboratorio
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45
46
5. DATOS DE HIDROLOGÍA BÁSICA
INTRODUCCIÓN
En atención a la solicitud formulada por el Ministerio de Obras Públicas y Transportes, se
llevó a cabo el presente estudio hidrológico, en las instalaciones del plantel del MOPT
ubicado en el Barrio González Víquez del distrito 04 Catedral, cantón 01 San José, provincia
01 San José; sitio donde se proyecta la construcción de un edificio de 10 niveles incluyendo
sótano y azotea (Figura 1).
Es de suma importancia para el estudio, planificación y manejo de los recursos hídricos la
caracterización del comportamiento del agua en las áreas superficiales y subterráneas de
la Tierra, además de conocer su distribución y circulación; en un área determinada.
Ante cualquier proyecto de ingeniería, es responsable y necesario realizar diversos análisis
y estudios, entre ellos un estudio hidrológico, con el propósito de determinar la posible
afectación del proyecto al ambiente y a las condiciones previas al proyecto, de esta manera
proponer obras u acciones menores que permitan minimizar dicha afectación.
FIGURA 1. UBICACIÓN DE ZONA DE ESTUDIO - HOJA CARTOGRÁFICA ABRA
(1:50000)
47
1.1
OBJETIVOS
1.1.1 OBJETIVO GENERAL
Realizar un análisis hidrológico para la determinación de la afectación de la construcción
del edificio de 10 niveles del Ministerio de Obras Públicas y Transportes a las obras actuales
en las que se dispone la escorrentía superficial, y en el caso de que se requiera la
proposición de obras que minimicen la posible afectación.
1.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS



2
Caracterizar física y climáticamente la cuenca en el punto de interés.
Realizar un reconocimiento de las obras actuales de control de aguas pluviales en
las zonas aledañas al proyecto.
Determinar los caudales máximos para eventos de precipitación en la propiedad en
análisis para las condiciones previas y después de desarrollado el inmueble.
CONDICIÓN ACTUAL
El uso de suelo actual del terreno, según el levantamiento realizado por PRUGAM, indica
que el terreno en análisis consiste en una Entidad Gubernamental y pública. Tal y como
se presenta en la siguiente figura:
FIGURA 2. USO DE SUELO DE LA PROPIEDAD SEGÚN PRUGAM
HOJA CARTOGRÁFICA MARÍA AGUILAR (1:10 000)
Con respecto a un análisis de imágenes aéreas se puede determinar la distribución de los
usos locales que posee el lote en análisis.
48
FIGURA 3. RESUMEN DE DISTRIBUCIÓN DEL USO DE SUELO ANTES DEL
PROYECTO
FIGURA 4. FOTOGRAFÍA DE DISTRIBUCIÓN DEL USO DE SUELO ANTES DEL
PROYECTO
49
De las figuras anteriores, es importante comentar que actualmente la propiedad en análisis
posee usos que impermeabilizaron completamente toda el área de la misma. En la figura
siguiente se presentan fotografías de la propiedad en análisis.
FIGURA 5. FOTOGRAFÍAS DE LA ESTRUCTURA ACTUAL
3
CARACTERIZACIÓN CLIMÁTICA DE LA ZONA DE ESTUDIO
Según Solano y Villalobos (1997) Climatológicamente el sitio de proyecto se encuentra en
la región Valle Central, específicamente en la subregión VC2 la cual se extiende desde el
Alto de Ochomogo hasta Juan Viñas comprendiendo los valles del Guarco y de Orosí, hacia
el Norte el límite es el Macizo del Irazú mientras que al Sur con la cordillera de Talamanca.
(Figura 6).
50
FIGURA 6. SUBREGIÓN CLIMÁTICA DE LA CUENCA DEL RÍO PALACIOS
FUENTE: SOLANO Y VILLALOBOS, 1997
En general el clima de la subregión VC2 se considera de meseta central, las características
climáticas de la subregión se presenta de forma resumida en la siguiente tabla:
51
TABLA 1. CARACTERISTICAS CLIMATOLOGICAS DE LAS SUBREGION VALLE CENTRAL 2
FUENTE: SOLANO Y VILLALOBOS, 1997
4 DETERMINACIÓN DE CAUDALES DE ESCORRENTÍA
4.1 METODOLOGÍA UTILIZADA
Como método para el cálculo de los caudales de diseño se utiliza el método racional, el
cual es recomendado por el Código de instalaciones hidráulicas y sanitarias del Colegio
Federado de Ingenieros y Arquitectos de Costa Rica (CFIA) y el Reglamento Técnico para
Diseño y Construcción de Urbanizaciones del Instituto Costarricense de Acueductos y
Alcantarillados (AyA). En este método se obtiene el caudal (m3/s) de escurrimiento
instantáneo máximo de descarga de una superficie de drenaje por medio de la siguiente
relación:
Donde:
C: Coeficiente de escorrentía que representa la relación del ritmo de escurrimiento con
respecto al ritmo de precipitación (adimensional)
i : Intensidad de la lluvia asociada a una duración y a un período de retorno (mm/h)
A: área de drenaje (m²)
En este caso es adecuado utilizar la fórmula racional, debido a que estamos analizando un
área menores a los 5 km2; si la superficie analizada fuera de mayor tamaño es necesario
obtener el caudal por medio de un método basado en modelación hidrológica.
4.2 INFORMACIÓN HIDROLÓGICA DISPONIBLE
Con el fin de encontrar la precipitación de diseño, se utilizaron los valores de precipitaciones
de la estación pluviográfica San José.
Para determinar los hietogramas de diseño se utilizó la relación intensidad-duraciónfrecuencia desarrollada por Murillo (1994) para la estación San José; la cual se puede
representar por la siguiente ecuación:
Donde:
i : intensidad máxima (mm/hr).
d : duración de la lluvia (min).
TR: período de retorno (años).
52
FIGURA 7. CURVAS IDF ESTACIÓN SAN JOSÉ
53
Para determinar si la curva IDF estación San José debe corregirse para ser utilizada en el
análisis hidrológico del sitio en análisis, se utiliza el mapa de Isoyetas generado por Vahrson
y Dercksen en el año 1990, el cual fue determinado para precipitaciones con periodo de
retorno de 10 años y duración de 15 min. El mapa y la ubicación de la zona de estudio y la
estación se presentan en la figura siguiente:
FIGURA 8. UBICACIÓN DE LA ESTACIÓN Y LA ZONA DE ESTUDIO
MODIFICADO DE: VAHRSON Y DERCKSEN, 1990
54
Por lo tanto, bajo el supuesto que el mapa es representativo para otros periodos de retorno
y duraciones se puede apreciar que la estación San José puede representar
climatológicamente el área de estudio.
Para el caso particular de este análisis, se utilizará un período de retorno de diseño de 25
años, el cual es mayor que el recomendado como mínimo en la normativa nacional pero
resulta apropiado para el análisis de estructuras pluviales de obras como la analizada.
4.3 TIEMPO DE CONCENTRACIÓN Y TIEMPO DE RETARDO.
Para determinar la duración de la tormenta se debe calcular el Tiempo de Concentración,
que es el tiempo que tarda el agua en viajar desde el punto más alejado de la cuenca hasta
el sitio de análisis. Se dispone de diversas fórmulas para ello, cada una derivada para
determinadas circunstancias que deben ser compatibles con las características del sitio que
se pretende estudiar.
Dado el tamaño del proyecto, se procede a utilizar como tiempo de concentración el valor
mínimo estipulado en la regulación nacional de 10 minutos, dicho valor se toma como la
duración de la tormenta de diseño.
4.4 ÁREA TRIBUTARIA
Considerando el levantamiento topográfico del terreno en donde se construirá el desarrollo
y el diseño de sitio del proyecto, se estableció que el área neta utilizable corresponde a la
totalidad de la propiedad bajo estudio y tiene un área de 9964 m², es importante comentar
que el hecho de que el proyecto es pequeño y debido a la topografía del sitio se realiza el
análisis para una única área tributaria.
55
FIGURA 9. PLAN MAESTRO DEL PROYECTO
56
4.5
COEFICIENTES DE ESCORRENTIA
Para considerar el cambio en el uso del suelo del proyecto, se utilizan los coeficientes de
escorrentía, los cuales representan la fracción de la precipitación que escurren de manera
directa. Para la determinación de estos coeficientes es necesario conocer la distribución
que tendrá la propiedad luego de que se desarrolle el proyecto; para esto se utiliza la
distribución en planta del proyecto presente en la figura anterior, posteriormente se procede
a comparar los datos de uso y cobertura de suelo actual y futuro con los datos presentes
en la figura siguiente tomada del libro Hidrología Aplicada (Chow y otros, 1994) y en la
normativa nacional (Código de Instalaciones hidráulicas y Sanitarias, Manual de
fraccionamientos del Instituto Costarricense de Acueductos y Alcantarillados).
FIGURA 10. COEFICIENTES DE ESCORRENTÍA A UTILIZAR CON EL MÉTODO
RACIONAL.
FUENTE: CHOW, MAIDMENT Y MAYS, 1994.
En las tablas siguientes, se presentan la discretización de los diferentes usos de suelo
que tendrá el terreno del proyecto tanto para la condición actual como luego de
desarrollado el proyecto, así mismo se presentan los coeficientes de escorrentía
asociados a estos usos de suelo.
57
TABLA 2. USO DE SUELO ACTUAL Y COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA ASOCIADO
TABLA 3. USO DE SUELO FUTURO Y COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA ASOCIADO
4.6 CÁLCULO DE CAUDALES DE ESCURRIMIENTO
En la tabla siguiente se resumen los resultados del caudal para los escenarios propuestos:
5
ESTRUCTURA DE MANEJO DE AGUAS
Mediante una visita al sitio y dada la ubicación de la propiedad en estudio, se determinó
que actualmente la escorrentía del terreno se moviliza por la superficie del terreno hasta el
58
cordón y caño existente. Luego la misma se transporta en el sistema de alcantarillado pluvial
existente.
Dado que el cambio en las condiciones superficiales del proyecto no alteran
significativamente la capacidad de infiltración del terreno (ya que actualmente se encuentra
impermeabilizado en su totalidad), el proyecto en sí no generará afectación a las estructuras
actuales, ya que los caudales máximos esperados son relativamente iguales.
6 CONCLUSIONES
Se caracterizó la climatológicamente el área de proyecto y se realizó una recopilación de
información hidrológica con el fin de determinar las caudales de diseño.
Actualmente el terreno en análisis posee un uso de techos y pavimentos, mismo que no
cambiará cuando se desarrolle el proyecto.
Se determinó el caudal para las condiciones antes y después de desarrollado el proyecto,
y se encontró que con la construcción del mismo no generará una mayor afectación a las
estructuras hidráulicas existentes, debido a que el proyecto no produce una
impermeabilización mayor al terreno.
7 REFERENCIAS
Aparicio, F. (1992). Fundamentos de hidrología de superficie. México, D.F.: Limusa.
Chow, V. t., Maidment, D., & Mays, L. (1994). Hidrología aplicada. Bogotá: Mc Graw Hill.
Porras, P. (2011). Notas Hidrología. San José: Universidad de Costa Rica.
Serrano, A. (2011). Notas Hidrología. San José: Universidad de Costa Rica.
Solano, J., & Villalobos, R. (sf). Regiones y Subregiones climáticas de Costa Rica. Instituto
Meteorológico Nacional.
USACE. (2000). HEC-HMS Hydrologic Modeling System Technical Reference Manual.
Davis, California.
USACE. (2010). HEC-RAS River Analysis System Hydraulic Reference Manual. Davis,
California.
Vahrson, G., & Dercksen, P. (1990). Intensidades Críticas de Lluvia para el diseño de obras
de conservación de suelos en Costa Rica. Agronomía Costarricense, Número 14 - Volumen
2.
Vahrson, G., Alfaro, M., & Arauz, I. (1992). Curvas de intensidad duración frecuencia para
los centros urbanos más importantes de Costa Rica. San José: IV Congreso Nacional de
Recursos Hidráulicos.
59
6. RIESGO ANTRÓPICO QUE PUEDA AFECTAR LA OBRA
Con el fin de detectar un riesgo potencial que pueda afectar la obra, se consultó al ICE y
RECOPE, si dentro del área del proyecto existen tanques de almacenamiento de gas o
combustibles, líneas de transmisión eléctrica, almacenamiento y manejo de sustancias
peligrosas, poliductos, gasoductos; todos ellos en cantidades suficientes como para
representar un riesgo para la obra.
De acuerdo con la información suministrada por ambas instituciones, se concluye que el
terreno donde se llevará a cabo el proyecto no se encuentra afectado por este tipo de
amenazas.
60