MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS EDUCATIVOS DE LA I.E.I. Nº 287 COLCAS, DISTRITO DE HUARI – HUARI - ANCASH ESTUDIOS DE MECANICA DE SUELOS 1. Objetivos y Alcances Los Estudios de Mecánica de Suelos tienen por objetivo establecer las características geotécnicas, es decir, la estratigrafía, la identificación y las propiedades físicas y mecánicas de los suelos para los diseños de cimentaciones estables. Dentro de los alcances el estudio ha considerado las exploraciones de campo y ensayos de laboratorio, y comprende las zonas de ubicación de las principales estructuras. Los estudios geotécnicos comprenden lo siguiente: Ensayo de campo en suelos. Ensayos de laboratorio en muestras de suelo extraídas de la zona. Descripción de las condiciones del suelo, estratigrafía e identificación de los estratos de suelo. Definición de tipos y profundidades de cimentaciones adecuadas así como parámetros geotécnicos para el diseño. Presentación de resultados y recomendaciones sobre especificaciones constructivas y obras de protección. 2. Aspectos Generales La finalidad del estudio de mecánica de suelos es determinar los parámetros de diseño para la cimentación de la construcción de la nueva Infraestructura de sala de usos múltiples y dirección del proyecto de mejoramiento de servicios educativos de la I.E.I. Nº 287 de Colcas, para que estas sean construidas sobre dicho terreno con comodidad y seguridad. De igual forma se han realizado ensayos de campo para obtener los parámetros de densidades naturales del suelo. 3. Investigaciones de Campo Con la finalidad de identificar y realizar la evaluación geotécnica del suelo, se llevó a cabo un programa de exploración de campo, excavación de calicatas y recolección de muestras para ser ensayadas en el laboratorio. El programa seguido para los fines propuestos, fue el siguiente: Reconocimiento del terreno. MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS EDUCATIVOS DE LA I.E.I. Nº 287 COLCAS, DISTRITO DE HUARI – HUARI - ANCASH Distribución y ejecución de calicatas, tomando como criterio el tipo de estructuras nuevas a proyectar. Muestreo disturbado e inalterado, representativo por estrato de cada calicata. PROCESAMIENTO: Ejecución de Ensayos de Laboratorio. Según el tipo de suelo encontrado, se opto por ensayos de corte directo y ensayos estándar. Evaluación de los trabajos de campo y laboratorio Análisis de la Capacidad Portante Admisible 4. Ensayos de Laboratorio a. Ensayos Estándar Nos han permitido determinar las propiedades físicas de los suelos, de las 02 calicatas ejecutadas, habiéndose realizado los siguientes ensayos: Contenido de Humedad Natural; ASTM D – 2216, 02 ensayos. Análisis Granulométrico; ASTM D – 422, 02 ensayos. Límites de Consistencia (Límite Líquido y Límite Plástico); ASTM D – 4318 02 ensayos Clasificación SUCS; ASTM D – 2487, 02 ensayos. b. Ensayos Especiales Nos permiten obtener las propiedades de resistencia y compresibilidad del suelo, habiéndose contemplado los siguientes ensayos: Ensayo de corte directo, ASTM D-3080 (Para suelos granulares), 02 ensayos. c. Resultados de los Ensayos in-situ y de Laboratorio Los diferentes resultados de los ensayos in-situ y de laboratorio se adjuntan en los anexos respectivos, para él cálculo del ángulo de fricción interna y cohesión se ha determinado sobre la base de ensayos de esfuerzo y deformación como corte directo. MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS EDUCATIVOS DE LA I.E.I. Nº 287 COLCAS, DISTRITO DE HUARI – HUARI - ANCASH 5. Análisis de la Cimentación El análisis de la cimentación de la estructura, que conforman el Proyecto de Mejoramiento de los servicios educativos de la I.E.I. Nº 287 de Colcas se han realizado teniendo en cuenta la capacidad portante y el asentamiento. 2.3.8.1 Tipo y Profundidad de Cimentación De acuerdo a los trabajos de campo, ensayos de laboratorio, descripción de los perfiles estratigráficos, características del proyecto y del análisis efectuado, se concluye que la cimentación será superficial por medio de cimientos corridos, desplantados a la profundidad variable que va desde 1 m 2 m. Por debajo del nivel del terreno natural, sobre material de arena limosa con presencia de arcilla y grava. 2.3.8.2 Cálculos de la Capacidad Portante La teoría y formulas utilizadas en el análisis de la Capacidad de Carga, se ha determinado en base a la formula de Terzaghi y Peck (1967), utilizando factores de carga y forma de Vesic(1973). De la exploración de campo se ha determinado la no existencia del nivel freático hasta la profundidad investigada, pero si la infiltración del agua del cause hacia las calicatas. La fórmula empleada para determinar la capacidad última de carga es: Qd = 0.5*γ*B*Ny*Sy +C Nc Sc + γ Df Nq qult = (½.g1.B.Ng,Sg + Sc.c.Nc + q.Nq.Sq) y Qa = Qd /FS. Donde: Qd Qa FS γ B q = capacidad ultima de carga = capacidad admisible de carga = factor de seguridad igual a 3. = peso unitario del suelo por debajo del nivel de Cimentación. (KN/m3) = ancho de la cimentación. (mts.) = g2.Df = sobrecarga (KN/m2) MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS EDUCATIVOS DE LA I.E.I. Nº 287 COLCAS, DISTRITO DE HUARI – HUARI - ANCASH g2 = peso unitario del suelo por encima del nivel de Cimentación. (KN/m3) Df = profundidad de cimentación.(mts.) Ng,Nq = factores de capacidad de carga, función de ∅. Sg,Sq,Sc = factores de forma. c = cohesión (KN/m2) ∅ = fricción (Grados) Cimentación corrida Sg = Sq = 1 Nc = cotg ∅(Nq – 1) Nq = eΠ.tang∅.tang2(45+∅/2) Ng = 2.tang ∅(Nq+1) (Caquot y kerisel, 1953) Factores de conversión: 1 kg/cm3 1 kg/cm2 = 9,805.00 KN/m3 = 98.067 KN/m2 MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS EDUCATIVOS DE LA I.E.I. Nº 287 COLCAS, DISTRITO DE HUARI – HUARI - ANCASH ANÁLISIS DE LA CAPACIDAD DE CARGA: a) Cimentación del Ponton Runtu (Km. 0+131.94) (PROYECTADO) Características Geométricas de Cimentación: Df (Profundidad de cimentación) = 0.80 m B (Ancho de cimentación) = 2.00 m L (Largo de cimentación) = 15.00 m Datos generales de la Mecánica de Suelos (Fuente datos de calicata 10): DATOS GENERALES Ø 32 ° C 7.845 KN/m2 g2 19.492 KN/M3 g1 21.581 KN/M3 Utilizando la siguiente formula para determinar la capacidad última de carga: 1 qult = SC c.NC +Sg g1BNg +Sq q.Nq 2 FORMA Continua Factores de Capacidad de q' Factores de Forma Nc Ng Nq Sc Sg Sq 35.49 30.21 23.18 1.09 0.95 1.08 MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS EDUCATIVOS DE LA I.E.I. Nº 287 COLCAS, DISTRITO DE HUARI – HUARI - ANCASH Se tiene los siguientes resultados; q admisible = 4.458 kg/ cm2 q actuante máximo = 1.8 q actuante máximo < q Kg/cm2 admisible CONFORME a) Cimentación del Puente I.A.R.O (Km. 0+348.93) - (EXISTENTE) Características Geométricas de Cimentación: Df (Profundidad de cimentación) = 0.80 m B (Ancho de cimentación) = 1.95 m L (Largo de cimentación) = 9.75 m Datos generales de la Mecánica de Suelos (Fuente datos de calicata 09): DATOS GENERALES Ø 32 ° C 0 KN/m2 g2 20.208 KN/M3 g1 20.208 KN/M3 Utilizando la siguiente formula para determinar la capacidad última de carga: 1 qult = SC c.NC +Sg g1BNg +Sq q.Nq 2 MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS EDUCATIVOS DE LA I.E.I. Nº 287 COLCAS, DISTRITO DE HUARI – HUARI - ANCASH FORMA Continua Factores de Capacidad de q' Factores de Forma Nc Ng Nq Sc Sg Sq 35.49 30.21 23.18 1.13 0.92 1.12 Se tiene los siguientes resultados; = 3.29 Kg/cm2 q admisible q actuante máximo = 1.965 kg/ cm2 q actuante máximo < q admisible CONFORME c) Cimentación del Canal Tipo I (Km. 0 + 359.81 al Km. 0 + 512.68 y del Km. 0+531.88 al Km. 0+634.73) Características Geométricas de Cimentación: Df (Profundidad de cimentación) = 0.90 m B (Ancho de cimentación) = 1.20 m L (Largo de cimentación) = 15.00 m Datos generales de la Mecánica de Suelos (Fuente datos de calicata 09): DATOS GENERALES Ø 32 ° C 0 KN/m2 g2 20.208 KN/M3 MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS EDUCATIVOS DE LA I.E.I. Nº 287 COLCAS, DISTRITO DE HUARI – HUARI - ANCASH 20.208 g1 KN/M3 Utilizando la siguiente formula para determinar la capacidad última de carga: 1 qult = SC c.NC +Sg g1BNg +Sq q.Nq 2 FORMA Continua Factores de Capacidad de q' Factores de Forma Nc Ng Nq Sc Sg Sq 35.49 30.21 23.18 1.05 0.97 1.05 Se tiene los siguientes resultados; q admisible = 2.71 q actuante máximo = 0.287 q actuante máximo < q a) Kg/cm2 kg/ cm2 admisible CONFORME Cimentación del Canal Tipo II (Km. 0 + 664.44 al Km. 0 + 947.27) Características Geométricas de Cimentación: Df (Profundidad de cimentación) = 0.90 m B (Ancho de cimentación) = 1.20 m L (Largo de cimentación) = 15.00 m MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS EDUCATIVOS DE LA I.E.I. Nº 287 COLCAS, DISTRITO DE HUARI – HUARI - ANCASH Datos generales de la Mecánica de Suelos (Fuente datos de calicata 05): DATOS GENERALES Ø 34 ° C 0 KN/m2 g2 18.86 KN/M3 g1 18.86 KN/M3 Utilizando la siguiente formula para determinar la capacidad última de carga: 1 qult = SC c.NC +Sg g1BNg +Sq q.Nq 2 FORMA Continua Factores de Capacidad de q' Factores de Forma Nc Ng Nq Sc Sg Sq 42.16 41.06 29.44 1.06 0.97 1.05 Se tiene los siguientes resultados; q admisible = 3.32 q actuante máximo = 0.287 q actuante máximo < q Kg/cm2 kg/ cm2 admisible CONFORME MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS EDUCATIVOS DE LA I.E.I. Nº 287 COLCAS, DISTRITO DE HUARI – HUARI - ANCASH b) Cimentación del Ponton Alcantarilla Acobamba Km. 0 + 649.07 (PROYECTADO) Características Geométricas de Cimentación: Df (Profundidad de cimentación) = 0.50 m B (Ancho de cimentación) = 9.60 m L (Largo de cimentación) = 5.00 m Datos generales de la Mecánica de Suelos (Fuente datos de calicata 05): DATOS GENERALES Ø 35.5 ° C 0 KN/m2 g2 18.88 KN/M3 g1 18.86 KN/M3 Utilizando la siguiente formula para determinar la capacidad última de carga: 1 qult = SC c.NC +Sg g1BNg +Sq q.Nq 2 FORMA Continua Factores de Capacidad de q' Factores de Forma Nc Ng Nq Sc Sg Sq 48.29 51.99 35.44 2.41 0.23 2.37 MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS EDUCATIVOS DE LA I.E.I. Nº 287 COLCAS, DISTRITO DE HUARI – HUARI - ANCASH Se tiene los siguientes resultados; = 6.41 Kg/cm2 q actuante máximo = 0.13 kg/ cm2 q admisible q actuante máximo < q c) admisible CONFORME Cimentación del Canal Tapado Tipo III (Km. 0 + 976.77 al Km. 1 + 164.77) Características Geométricas de Cimentación: Df (Profundidad de cimentación) = 0.90 m B (Ancho de cimentación) = 2.00 m L (Largo de cimentación) = 15.00 m Datos generales de la Mecánica de Suelos (Fuente datos de calicata 02): DATOS GENERALES Ø 37 ° C 4.90 KN/m2 g2 19.16 KN/M3 g1 19.16 KN/M3 Utilizando la siguiente formula para determinar la capacidad última de carga: 1 qult = SC c.NC +Sg g1BNg +Sq q.Nq 2 MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS EDUCATIVOS DE LA I.E.I. Nº 287 COLCAS, DISTRITO DE HUARI – HUARI - ANCASH FORMA Continua Factores de Capacidad de q' Factores de Forma Nc Ng Nq Sc Sg Sq 48.29 51.99 35.44 2.41 0.23 2.37 Se tiene los siguientes resultados; q admisible = 7.87 q actuante máximo = 0.471 q actuante máximo < q 2.3.9 Kg/cm2 kg/ cm2 admisible CONFORME CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES La exploración del suelo nos permitió determinar, la presencia de una gruesa capa superficial de material suelto, permeable, de 0.80m a 2.00m., consistente en una acumulación de lodos y basurales. Todas las estructuras nuevas, pontón, pontón alcantarilla, canal tipo I,II y canal tapado, donde se ha proyectado su cimentación, el terreno de fundación presentan una buena capacidad portante respecto a la carga aplicada para todos los casos. Los cálculos del asentamiento por el método elástico y de consolidación, para las estructuras del pontón runtu y pontón alcantarilla acobamba, son adecuados y menores a las distorsiones angulares que podría suscitarse durante la vida del proyecto, garantizándose que estas no fallen por agrietamiento del concreto a causa del asentamiento. Se han ejecutado 12 calicatas, evaluando estratigraficamente podemos concluir que el lecho de la quebrada santa rosa, el material predominante es la arena limosa, con presencia de gravas en diferentes porcentajes, con presencia de arenas arcillosas en algunos sectores entre las calicatas C-03 hasta C-07. La concentración de elementos químicos nocivos a las estructuras como sales solubles totales, sulfatos y cloruros se encuentran en el rango aceptable. Se recomendó debido a la fluencia de caudal en el cause, la colocación de un dren colector subterráneo, de donde se colocara una capa de material de afirmado, luego del cual irán las estructuras de la canalización diseñada.