38666995 Estudio Mecanica de Suelos

Sergio Vladilo Vargas – Ingeniero Civil Estructural

Travesía de los Vientos 02952 – Antofagasta – Fono: 355428 – Fax: 355436 – email: [email protected]

Estudio de Mecánica de Suelos

Terrenos Empresa DYNO NOBEL CHILE S.A.

Sector Nudo Uribe (Km.26) Ruta 5

Región de Antofagasta

Sergio Vladilo Vargas Ingeniero Civil Estructural

Antofagasta, noviembre del 2007



CONTENIDO

1) Generalidades y Objetivos

2) Exploración del Terreno 2.1) Aspectos Geológicos 2.2) Aspectos Topográficos 2.3) Pozos de Reconocimiento - Perfil Estratigráfico 2.4) Conclusiones de la Exploración 2.5)Antecedentes complementarios del suelo 3) Estudio de Suelos y Análisis de las Fundaciones 3.1) Estudio de Suelos - Capacidad de Soporte Tensiones Admisibles 3.2) Nivel de Apoyo de las Fundaciones 3.3) Sistema de Fundación Recomendado 3.4) Condiciones de Apoyo 4) Parámetros Sísmicos según la Norma Nch.433 of.96 (Norma Nch.433 of.96 Diseño Sísmico de Edificios)

5) Especificaciones y Recomendaciones



Estudio de Mecánica de Suelos

Terrenos Empresa DYNO NOBEL CHILE S.A

Sector Nudo Uribe (km.26) Ruta 5

Región de Antofagasta

1) Generalidades y Objetivos: El presente Estudio de Mecánica de Suelos fue contratado con el suscrito por la Empresa Dyno Nobel Chile S.A.– Chile a través del Sr. Patricio León, Plants Operations Manager.

El terreno analizado en este estudio corresponde a un sitio ubicado al interior de las dependencias de la citada empresa. El sitio en cuestión tiene dimensiones aproximadas de 150m. x 70m. Este sitio se ubica en el sector del nudo Uribe, hacia el costado izquierdo subiendo por la carretera que une las ciudades de Antofagasta y Calama. En la figura 1 siguiente se muestra un esquema del terreno en estudio (en verde) así como también, algunas otras instalaciones existentes de la citada empresa. Según antecedentes proporcionados por personeros de la empresa, en el terreno en cuestión se contempla la construcción de algunas instalaciones para la planta de agentes oxidantes de la Empresa Dyno Nobel Chile S.A. En dicha planta habrá estructuras tales como estanques, galpones y otras construcciones necesarias para el funcionamiento de esta planta. Todas estas instalaciones se consideran de aturas relativamente menores (8mts máx). El objetivo de este estudio es conocer las características generales del tipo de suelo para llegar a determinar las condiciones de resistencia y estabilidad del subsuelo y así plantear los esfuerzos admisibles de él, proponer el sistema de fundación más recomendado de acuerdo al tipo de suelo y estructura a construir, recomendar el nivel de apoyo de las fundaciones y establecer las especificaciones que deben ser tomadas en cuenta a la fecha de materializar de las obras. 2) Exploración del Terreno: Con el objeto de conocer los aspectos geológicos y topográficos del lugar y su entorno, se realizó una detenida visita al lugar. Para conocer el material componente del subsuelo, se realizaron y analizaron 5 pozos de reconocimiento, de los cuales se tomaron muestras para ser llevadas al laboratorio en



tres de ellos. Estos pozos se efectuaron con maquinaria (retroexcavadora).

FIGURA 1

1

2

3

4

Cordenadas proyecto Planta Emulsión

1.- K: 370.965 ; N : 7.390.227

2.- K : 370.905 ; N : 7.390.248

3.- K : 370.850 ; N : 7.390.121

4.- K : 370.909 ; N : 7.390.088

Superficie de 70 X 150 mts.

Oficinas Administración

K: 370.905 ; N : 7.390.249

Garita

K : 370.905

N: 7.389.830

548 m

296 m

185 m

V2 K : 371.260

N : 7.390.140



2.1) Aspectos Geológicos: Según antecedentes bibliográficos, el estrato fundamental de toda la zona en estudio lo constituye un grueso manto de rocas ígneas, de tipo andesíticas cuyo origen se atribuye al volcanismo del Jurásico. Este estrato, cuyo espesor es de varios kilómetros se localiza bajo la Región de Antofagasta, a una profundidad variable y se encuentra además, dependiendo de las condiciones de profundidad, con un grado de fisuramiento superficial variable producto de la acción de diversos agentes. Sin perjuicio a lo anterior, sobre este manto rocoso, cuya cota superficial es variable, se ubican rellenos naturales de variado origen dependiendo de las cercanías con quebradas o cerros. Para este caso particular, estos rellenos están constituidos por arenas limosas mal graduadas, con cierto grado de cementación en distintas capas debido a la presencia de cloruros. El origen de estos rellenos es principalmente aluvional. El terreno que es materia de este estudio, presenta una superficie medianamente regular, en la cual se aprecia una relativamente suave pendiente en el sentido nororiente-surponiente a la vista.

2.2) Aspectos Topográficos: Actualmente el terreno en estudio tiene una superficie relativamente regular, con pequeñas gravas en superficie esparcidas por toda la zona, con pequeños zurcos que muestran que alguna vez ha corrido de agua por ahí, caminar por el terreno no presenta dificultad. Tal como ya se mencionó anteriormente, el terreno presenta superficialmente una relativa leve pendiente en la dirección nororiente-surponiente y también es posible agregar que su superficie es áspera por los motivos antes expuestos. Las fotografías que se presentan a continuación nos ilustran superficialmente como es el terreno en estudio.





2.3) Pozos de Reconocimiento - Perfil Estratigráfico del Sector: Para conocer las características físicas, mecánicas, de permeabilidad y de capacidad de soporte del material componente del subsuelo del terreno en estudio, se realizaron y analizaron 5 pozos de reconocimiento de profundidades cercanas a los 1,20m. La ubicación de los pozos realizados se muestra en la figura 2. Pozo 1 Pozo 2

Pozo 5

Pozo 3 Pozo 4

FIGURA 2 Del análisis de los pozos en terreno, se pudo establecer la estratigrafía en profundidad para cada uno de ellos, la cual se indica a continuación. Al final de cada análisis estratigráfico se muestra una foto del pozo.



Pozo 1: Estrato 1: 0,00m – 0,30m. Suelo granular compuesto de arenas medias y finas limosas, con gravillas, mal graduadas. El suelo se presenta de compacidad media a alta, seco, de color café rojizo. Estrato 2: 0,30m – 1.20m. Suelo compuesto de arenas medias y finas, con limos, gravas y gravillas; mal graduadas. En este estrato también se nota la presencia de cloruros (sales) otorgándole al suelo un color café blanquizco, mayor cementación y mayor dureza. A los 1,2 metros de profundidad el suelo es el mismo de este estrato, pero se torna de mayor dureza dada la cementación de la masa de suelo y la presencia de sales. La retro utilizada deja marcada las “uñas” de la pala al fondo del pozo.

POZO 1



Pozo 2:

Estrato 1: 0,00m – 0,40m. Suelo granular compuesto de arenas medias, con limos, gravas y gravillas, mal graduadas. El suelo presenta gran compacidad, duro, seco, de color café claro. Estrato 2: 0,40m – 1,20m Suelo compuesto de arenas medias limosas con gravas y gravillas, igual al estrato anterior, pero con mayor compacidad, color café claro, seco. El suelo acepta cortes verticales sin desmoronamiento. Al fondo del pozo el suelo es el mismo de este estrato, pero de mayor dureza dada la cementación de la masa de suelo.

POZO 2



Pozo 3:

Estrato 1: 0,00m – 0,30m. Suelo granular compuesto de arenas medias y finas, limosas, con gravillas, mal graduadas. El suelo se presenta de compacidad media a alta, seco, de color café. Estrato 2: 0,30m – 0.70m Suelo compuesto de arenas medias y finas, con limos; mal graduadas. Seco, De color café rojizo. En este estrato se nota la presencia de cloruros (sales) otorgándole al suelo un color blanquizco en algunas zonas y mayor dureza producto de la cementación. Estrato 3: 0.70m – 1.20m Suelo compuesto de arenas medias y finas, con limos y gravillas; mal graduadas. Seco, De color café. En este estrato, al igual que el anterior, se nota la presencia de cloruros (sales) otorgándole al suelo un color blanquizco en algunas zonas y mayor dureza producto de la cementación. A los 1,2 metros de profundidad el suelo adquiere mayor compacidad y dureza lo que hace difícil su extracción con la retro utilizada.

POZO 3



Pozo 4:

Estrato 1: 0,00m – 0,30m. Suelo granular compuesto de arenas medias y finas, limosas, con gravillas, mal graduadas. El suelo se presenta de compacidad media a alta, seco, de color café. Estrato 2: 0,30m – 0.60m Suelo compuesto de arenas medias y finas, con limos; mal graduadas. Seco, De color café claro. Se aprecian algunas gravas escasas intercaladas y algunas gravillas. De compacidad media a alta.

Estrato 3: 0,60m – 0,80m

Suelo granular compuesto de arenas medias y finas, limosas, con gravillas, mal graduadas. El suelo se presenta de compacidad media a alta, seco, de color café.

Estrato 4: 0.80m – 1.20m Suelo compuesto de arenas medias y finas, con limos y gravillas; mal graduadas. Seco, De color café. En este estrato, al igual que el anterior, se nota la presencia de cloruros (sales) otorgándole al suelo un color blanquizco en algunas zonas y mayor dureza producto de la cementación. A los 1,2 metros de profundidad el suelo adquiere mayor compacidad y dureza lo que hace difícil su extracción con la retro utilizada.



POZO 4

Pozo 5: Este pozo de dimensiones en planta de 2mx2m y profundidad de 0,50m, se utilizó para hacer el ensayo de permeabilidad en terreno.



POZO 5

2.4) Conclusiones de la Exploración: Antes de presentar las conclusiones de la exploración, es necesario señalar que se tomaron muestras representativas de los pozos 2 y 3. El pozo 5 se utilizó para hacer el ensayo de permeabilidad del suelo. Este ensayo se hizo en terreno. Las muestras de los pozos 2 y 3 llevadas al laboratorio para ser ensayadas, y dado que el suelo encontrado en todos los pozos fue el mismo, se decidió efectuar ensayos de muestras integrales. A modo de conclusión se puede señalar que de la visita efectuada al lugar; de la auscultación estratigráfica realizada a los pozos; de los ensayes realizados por el Laboratorio de la Universidad Católica del Norte (LIEMUN) y de la experiencia del suscrito respecto a este tipo de trabajos, es posible concluir que el material existente en el subsuelo del terreno en estudio corresponde, hasta las profundidades estudiadas, en general, a suelos granulares del tipo SC - SM según el U.S.C.S. Esta clasificación señala que el material corresponde a suelos compuestos de arenas mal graduadas limo- arcillosas con gravas. Según los antecedentes proporcionados por el laboratorio, el suelo analizado tiene un contenido salino relativamente bajo, 2,5%. Sin perjuicio a lo anterior, es importante hacer notar que la cohesión de un suelo salino puede tornarse sensible ante la presencia de agua. En este caso el suelo está seco, pero ante un eventual incremento de la humedad, la cohesión podría disminuir, bajando por ende la capacidad de soporte del mismo. En este contexto, se recomienda realizar trabajos de disminución de sales, cuando y donde se estime necesario, usando el método de inundación de terreno considerando diques en proporción de 0,5m3 de agua en 1m2 de terreno. Esta operación debe ejecutarse hasta que asentamiento de la masa de suelo quede controlado. También es necesario destacar que el suelo ensayado, arrojó valores de índice de soporte CBR igual al 81%. Esto lo convierte en un suelo con una capacidad de soporte relativamente buena. La densidad máxima de este tipo de suelo alcanza valores promedio de 2,25 (kg/dm3). La permeabilidad obtenida nos indica que estamos en un suelo de permeabilidad baja a media. Finalmente concluimos que la solución para las fundaciones, conforme a la exploración realizada al suelo, será entonces del tipo superficial. Los detalles, capacidades, tensiones admisibles y asentamientos se entregan más adelante.



2.5) Antecedentes adicionales para los tipos de suelos encontrados: Se estima importante hacer notar algunas características complementarias, obtenidas de la literatura para los suelos encontrados; estas son: *Permeabilidad: SC: impermeable. SM: semipermeable a impermeable. *Compresibilidad y expansibilidad: SP: De baja compresibilidad siempre y cuando el material haya sido depositado y compactado adecuadamente y la magnitud de los esfuerzos sea reducida. SC: La compresibilidad varía considerablemente según la compacidad del suelo. Estos suelos pueden presentar asentamientos bruscos en caso de saturarse bajo cargas. *Licuación:

SC: Baja; aunque la compactación es fundamental. SM: Las arenas finas limosas, uniformes y en estado suelto son sensibles a este efecto. La compactación es fundamental. *Resistencia al corte: SC - SM: Variable dependiendo de la compacidad y heterogeneidad del material. Buena resistencia para terrenos compactos. Conforme a lo anterior, podemos concluir que uno de los factores de vital importancia es la compactación que se haga al suelo. Esta debe ser la adecuada, teniendo en cuenta la humedad óptima y todos los parámetros perfectamente definidos de acuerdo al tipo de suelo encontrado.



3) Estudio de Suelos y Análisis de las Fundaciones 3.1) Estudio de Suelos – Capacidad de Soporte - Tensiones Admisibles: En conformidad a la conclusión señalada anteriormente debemos determinar, de acuerdo al tipo de suelo encontrado, la capacidad de soporte de este suelo. Para estos efectos, los parámetros del suelo a utilizar son Ø=30º, γ= 2,0 ton/m3, Nγ = 20 , Nq = 24 , Nc=35, se obtiene para una fundación corrida de ancho B y profundidad Df la siguiente capacidad de soporte: qu = γ x Df x Nq + 0,5 x γ x B x Nγ (Ton/m2) Para un coeficiente de seguridad 3 se obtiene: TENSIONES ADMISIBLES (Kg/cm2) (estática) B(mts) 0,4 0,5 0,6 0,8 Df(mts) 0,50 1,07 1,13 1,20 1,33 0,80 1,55 1,61 1,68 1,81 1,00 1,87 1,93 2,00 2,00 1,20 2,00 2,00 2,00 2,00 Para la estimación de asentamientos puede usarse la expresión Kbe = T/∆. Según la literatura existente podemos considerar un coeficiente de Balasto estático igual a Kbe=4 (Kg/cm3). Conforme a esto y a los valores señalados en la tabla anterior y, si fijamos la tensión admisible en 2 (kg/cm2), entonces los asentamientos esperados serán del orden de 5mm. Para el caso de fundaciones de zapatas aisladas unidas con vigas de fundación se tiene que de acuerdo al tipo de suelo encontrado en el subsuelo, y siguiendo un criterio conservador, se han considerado para los estratos arenosos los siguientes parámetros:

θ=30º; γ = 2,0 (ton/m3), Nγ=20; Nq = 24; Nc=35. Con todo esto se obtiene, para una fundación cuadrada de lado B y profundidad Df la siguiente capacidad de soporte:

qu = γγγγxDfxNq + 0,4xγγγγxBxNγγγγ (Ton/m2)



Para un coeficiente de seguridad 3 se obtienen las siguientes tensiones admisibles: TENSIONES ADMISIBLES (Kg/cm2) B(mts) 0,5 0,6 0,7 0,8 Df(mts) 0,5 1,07 1,12 1,17 1,23 1,0 1,87 1,92 1,97 2,00 1,2 2,00 2,00 2,00 2,00 Igual que el caso anterior, para la estimación de asentamientos puede usarse la expresión Kbe = T/∆. Nuevamente, el valor del coeficiente de Balasto estático es Kbe=4 (Kg/cm3). Con los valores señalados en la tabla anterior y fijando la tensión admisible en 2 (kg/cm2), los asentamientos esperados también en este caso serán del orden de 5mm. En ambas situaciones no se consideró cohesión en el suelo; eso es C=0; por lo tanto estamos por el lado de la seguridad. La otra alternativa de solución del tipo “fundación superficial” corresponde a la denominada “losa de fundación armada” la cual es reforzada en sus bordes y en sus líneas estructurales a través de nervios rigidizantes. Asimismo, en zonas interiores de la edificación donde nazcan pilares o muros, se deberán disponer también de estos nervios rigidizantes a objeto que las armaduras se anclen y se produzca adecuadamente la descarga de esfuerzos al suelo. Desde el punto de vista tensional, y siendo conservadores, podemos considerar para la losa de fundación, los mismos valores de tensiones dados anteriormente sin perjuicio que en este caso, la superficie de apoyo será mayor debido al trabajo que efectúa la losa y al área colaborante que esta presta. En consecuencia, la tensión admisible máxima será entonces de 2,00 (kg/cm2) 3.2) Nivel de Apoyo y Sistema de Fundación Recomendado: De acuerdo a las características físicas y mecánicas del terreno en estudio, y teniendo presente que el tipo de obra que se pretende construir es variado y en este momento se desconoce por el suscrito; entonces se recomienda utilizar cualquiera de los tres sistemas de fundación señalados en el punto 3.1; esto, es zapatas corridas, zapatas aisladas unidas con vigas de fundación ó losas de fundación. También puede usarse un sistema mixto entre los dos primeros. Sobre cual sistema elegir será decisión del Ingeniero Civil Estructural que lleve a cabo los proyectos estructurales en particular.



En conformidad a los resultados del estudio de suelos, se recomienda fundar sobre el suelo cementado encontrado a la profundidad mínima de 1,2m con respecto al nivel de terreno natural actual para estructuras de altura relativamente bajas. El ancho que tendrá la zapata corrida depende del cálculo y diseño estructural de ella; sin perjuicio a ello, en ningún caso deberá tener un ancho menor a 60cms. Si es zapata aislada esta deberá tener dimensiones mínimas de 60x60. La tensión admisible del suelo se obtiene de la tabla anteriormente mostrada en función de la profundidad y el ancho de la fundación que finalmente se decida, con un máximo de 2,00(Kg/cm2). 3.3) Condiciones de Apoyo: Todos los elementos soportantes de la estructura deben fundarse en suelos de la misma calidad desde todo punto de vista (capacidad de soporte, compresibilidad, compacidad, etc.).

4) Parámetros Sísmicos De acuerdo a la Norma Oficial Chilena Nch. Of.96, referente al diseño sísmico; la ciudad de Antofagasta se sitúa en Zona 3, que tiene aceleración efectiva Ao = 0,40g. Los otros parámetros sísmicos se sugiere que sean considerados según se indica a continuación: Suelo Tipo II To = 0,30 seg. T' = 0,35 seg. n = 1,33 p = 1,5 S = 1,0

5) Especificaciones y Recomendaciones

5.1) La compactación del suelo en cualquier punto, específicamente bajo radieres y en el fondo de las excavaciones de fundaciones (sello de fundación) debe compactarse hasta obtener el 95% de la densidad máxima compactada seca del ensaye proctor modificado. 5.2) Se debe colocar polietileno de espesor 0,4mm por debajo de los radieres, por los costados de cimientos y sobrecimientos, por los costados de vigas de fundación, por los costados y por debajo de la losa de fundación. Los traslapos del polietileno deben ser de 0,40m. Además de lo anterior, se recomienda pintar con dos manos de Igol primer y dos manos de igol denso todos los paramentos verticales de hormigón armado que queden en contacto con el terreno antes de colocar el polietileno.



5.3) Las tuberías de alcantarillado y agua potable se colocarán sobre una capa de arena compactada de 0,20m.

5.4) Todos material con escombros deben retirarse del lugar y botarse en zonas autorizadas. En ningún caso podrán usarse como material de relleno para las nuevas obras.

5.5) Las fundaciones deberán ejecutarse de acuerdo a como lo indique el Plano de Estructuras respectivo.

5.6) Se recomienda que el recubrimiento de las armaduras de fundaciones sea como mínimo de 4 cms. 5.7) El material de relleno a utilizar deberá ser del tipo A1-a ó A1-b, según el sistema de clasificación de suelos de la Aashto, o mezclas de suelos del tipo GW, GP, SW, SP según la USCS. El material de relleno deberá estar libre de escombros, basuras y materias extrañas, poseer menos del 5% de sales solubles en agua, tener un índice de soporte CBR mayor que un 30%, y tamaño máximo de las gravas de 2". A objeto de asegurar una compactación de calidad adecuada y uniforme, el material de relleno debe colocarse por capas de 25cms. de espesor suelto, como máximo, incorporándoles su humedad óptima y compactando cada capa con rodillo vibratorio. El material de relleno bajo radieres donde circulen vehículos debe poseer un CBR mínimo del 80%.

5.8) No se permite fundar en suelos de distintas calidades.

5.9) La calidad de los hormigones que se recomienda usar en fundaciones es la siguiente: -cimientos corridos, sobrecimientos, cimientos aislados, vigas de fundación, losas de fundación y hormigón armado en general: Grado H-25 5.10) La calidad del acero para el hormigón armado debe ser A63-42H Sergio Vladilo Vargas

Ingeniero Civil Estructural



Anexos

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