47b_Anexo_7__mecanica_de_suelos_

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CONSULTORES GEOTECNICOS

• ESTRATIGRAFIA Y PARAMETROS GEOTECNICOS DE LOS SUELOS • BASES DE DISEÑO DE PIQUES • A N A L I SI S H I DR OG EO L OG I CO SANTIAGO REGIONMETROPOLITANA

SOLICITADO P OR: METRO S.A.

Junio Jun io 2006 2006 INFORME Nº 2660-ING–SGC-438/2006

Dr. Roberto del Rí Río o 1245 Santiago-Chile

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S antiago, antiago, 7 de J unio de 2006 2006.. ING-SGC-438/2006 Señores: Metro S.A. Alameda 1414 – 3 piso Santiago

At.: S r. Ing. Carlos Mercado Mercado y Sr. Ing. Fernando González. Ref.: E xtensión xtensión L1 a Los Domínicos, Domínicos, Metro de Santiago. Mat.: Informe Geotécnico Consolidado. De nuestra consideración: Adjuntamos el Informe Geotécnico Consolidado para la obra de la referencia, en el que se entregan la Estratigrafía, las Propiedades Mecánicas del Suelo y su Caracterización Sísmica en base a los trabajos de exploración y ensayos de laboratorio ejecutados. Saluda muy Atte. a Ud.,

P edro edro Ort Ortigo igosa sa de Pablo P ablo Ingeniero Ingeniero C Civil ivil POP/MSA


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1.

INTRODUCCIÓN

2.

ESTRATIGRAFIA

3.

PARAMETROS GEOTECNICOS GEOTEC NICOS DE LOS SUELOS 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5

4.

PROPIEDADES PR OPIEDADES MECÁNICAS DE LOS SUELOS 4.1

P ropiedades ropiedades mecánicas para cargas estáticas estáticas 4.1.1 Módulos de deformación deformación 4.1.2 Coeficiente de reposo in-situ in-situ para las gravas 4.1.3 P arámetros arámetros resis resistent tentes es para las gravas gravas 4.1.4 P arámet arámetros ros resistentes resistentes para los suelos finos 4.1.5 Módulo de P ois oisson son y ángulo de dilatancia gravas

4.2

P ropiedades ropiedades mecánicas para cargas cíclicas (sismo) 4.2.1 Coeficiente de deformación deformación cíclica cíclica 4.2.2 Módulo de deformación deformación cíclico cíclico para las gravas

FIGUR FI GURAS: AS: 5.

1 a 12

ANALISIS HIDROGE HIDROGEOLOGICO OLOGICO 5.1 5.2

Aspect Aspectos os Geológicos Generales Cuenca Hidrográfica Hidrográfica 5.2.1 Sistema istema Hidrográfico 5.2.2 Cuadro Sedimentario edimentario General 5.2.3 Aguas Subterrán ubterráneos eos

5.3 5.4 5.5 5.6

Aspect Aspectos os Geotécnicos Modelo estratigráfico P rospecciones y Ensayes P ermeabilidad ermeabilidad de los estratos

FIGURAS: FIGUR AS: 6.

Ubicación de los suelos en la carta carta de plasticidad plasticidad Granulometrías P esos unitarios unitarios Índice de huecos P resión lím límite y módulo presiométricos presiométricos

1a4

BASES BA SES DE DISEÑO PIQUES Dr. Roberto del Rí Río o 1245 Santiago-Chile

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Piques Tramo entre Estación Escuela Militar y Estación Plaza Los Domínicos, Informe PETRUS Nº 2661-319/2006

LÁMINA 1/2 LÁMINA 2/2 ANEXO I

ANEXO II ANEXO III

UBICACIÓN DE CALICATAS Y SONDAJ ES PERFIL ESTRATIGRÁFICO Tablas Estratigráficas Registros de Sondajes y pruebas de Infiltración Ensayos Presiométricos Pruebas de recuperación de la napa Pruebas de Carga Ensayos de Laboratorio

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1.

INTRODUCCIÓN

Con motivo del Proyecto de la Expansión de la Línea 1 del Metro de Santiago hacia Los Domínicos, entre la Estación de Metro Existente Escuela Militar y la Plaza Los Domínicos, METRO S.A. encargó a PETRUS INGS. el Estudio de Mecánica de Suelos correspondiente. En el presente Informe se entrega la estratigrafía obtenida con el sondaje y las calicatas, así como la caracterización geotécnica de los suelos detectados a lo largo del eje Apoquindo sobre el cual se emplaza el presente Proyecto. Los suelos detectados corresponden a: • Gravas fluviales de la Depositación del río Mapocho • Suelos finos arcillosos en el extremo Oriente de trazado proyectado, es decir en la Plaza los Dominicos. Adicionalmente, el presente informe incorpora las Bases de Diseño geotécnicas para los Piques proyectados a lo largo de la Extensión y el Análisis Hidrogeológico correspondiente. En el Anexo I se entrega en detalle la Estratigrafía de las calicatas y el registro del sondaje, Resultados de Pruebas de infiltración, Ensayos Presiométricos y pruebas de recuperación de la napa; el Anexo II informa los resultados de las Pruebas de carga y en Anexo III se entregan los resultados de ensayos de Laboratorio. Con la finalidad de entregar una visión Global del comportamiento de los suelos granulares detectados, se incluyen resultados de los ensayos recientes efectuados en las Gravas de la Extensión de la Línea 5 a Maipú. También se incluyen propiedades geotécnicas para las Gravas y Suelos Finos de la Extensión de la Línea 2 entre Cerro Blanco y Américo Vespucio Dr. Roberto del Río 1245 Santiago-Chile

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y de los suelos Finos de la Línea 4 entre Príncipe de Gales y la Rotonda Quilín, lo cual se considera importante para que proyectistas y constructores puedan utilizar la experiencia adquirida en otros Proyectos Metro.


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2.

ESTRATIGRAFIA

En la Lámina 1/2 (en sobre adjunto al presente informe) se indica la ubicación en planta

de las calicatas y el sondaje ejecutado para la

Expansión de la Línea 1 a Los Domínicos. En ella se han incluído además prospecciones ejecutadas para otras obras que sirvieron de base para programar las exploraciones de la extensión en estudio. La siguiente figura muestra en verde los suelos que se esperaba encontrar de acuerdo a los antecedentes existentes en esta oficina. Se aprecia en color verde la grava del río Mapocho y en café el suelo de escombro de falda.

En la Lámina 2/2 se representa la estratigrafía en el eje de la Avda. Apoquindo en la que se han incluido: Dr. Roberto del Río 1245 Santiago-Chile

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• Los puntos de extracción de muestras perturbadas para ensayos de clasificación completa (granulometría, contenido de humedad, límites de Atterberg y peso específico). • Los puntos de extracción de muestras inalteradas de suelos finos para la determinación de pesos unitarios, contenidos de humedad, ensayos de compresión no confinada y consolidaciones. • Las profundidades a las cuales se ejecutaron pruebas de carga horizontales en las paredes de la calicata C1E. • Las profundidades en las cuales se ejecutaron ensayos presiométricos en el sondaje S-1T. • En el sondaje S1T se incluye, el registro del Indice de penetración estandar y la variación en profundidad de los resultados obtenidos con los ensayos presiométricos (presión límite y módulo de deformación). El suelo corresponde a la depositación de gravas del río Mapocho en las que el tamaño máximo de los bolones aumenta en dirección Oriente (hacia la Estación Los Domínicos) en donde alcanza valores en torno a 30”. A profundidades entre 4 y 9m se ubica el contacto entre las gravas de la 1ª Depositación (que exhiben excelente trabazón mecánica) con las gravas de la 2ª Depositación que se extienden por sobre dicho contacto. Al respecto se hace notar que cuando el contacto entre la 1ª y la 2ª Depositación se emplaza a mas de 6m, se observa que la trabazón mecánica de la grava de la 2ª Depositación aumenta gradualmente con la profundidad, hasta alcanzar la trabazón de la 1ª Depositación subyacente. Lo anterior significa que no se detectó un contacto nítido que presentara una zona de transición de reducido espesor razón por la cual, para efectos de diseño, el contacto entre las dos depositaciones se lo emplazó a 7m de profundidad a lo largo de toda la extensión de la Línea 1. Dr. Roberto del Río 1245 Santiago-Chile

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De acuerdo al perfil estratigráfico es válido considerar como suelo de fundación el suelo granular, dado que la cota de riel típica es de 17.5 m. Sin perjuido de esto se entregan las propiedades del suelo fino detectado en el extremo Oriente, específicamente en la Estación Plaza Los Domínicos y sector Cola de Maniobras, la que se desarrolla entre la mencionada estación y el cruce de la Avda. General Blanche con Padre Hurtado. En cuanto a la napa, ésta se ubica entre 19 y 23m de profundidad bajo el nivel del terreno actual. Dado que el sello de excavación de los piques no superaría los 20m de profundidad, no se preveen empujes hidrostáticos de agua sobre sus paredes. En todo caso, en el Capítulo 5 se analiza in extenso la presencia de agua y su incidencia en el diseño. La configuración estratigráfica es bastante pareja a lo largo del trazado como se aprecia en el perfil y las propiedades del suelo son conocidas y han sido ampliamente investigadas, lo que constituye una ventaja a la hora de definir las propiedades del suelo sin necesidad de hacer un gran número de ensayos. En las calicatas ubicadas en la Plaza Los Domínicos se detectó suelo fino de escombro de falda de cerro con consistencia alta a muy alta. Este suelo es característico del sector y presenta los típicos lentes de arena fina

en

profundidad y clastos dispersos.


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3.

PARAMETROS GEOTECNICOS DE LOS SUELOS

3.1

Ubicación de los suelos en la carta de plasticidad

En la Fig. 1 se expone la ubicación en la carta de plasticidad de los suelos finos (para el caso de las gravas se trata del material bajo la malla 40), concluyéndose que se trata de arcillas de plasticidad media a baja. 3.2

Granulometrías

En la Fig. 2 se ilustra las granulometrías de la Grava a lo largo del trazado de la Línea 1 a los Domínicos. Se concluye que se trata de Gravas arenosas observándose que caen dentro de las bandas para las Gravas Maipo y Mapocho obtenidas en diferentes localidades de la ciudad de Santiago. También se observa que las Gravas para la Expansión de la Línea 1 a Los Domínicos contienen finos entre 3 y 8 % con una plasticidad media. En la Fig. 3 se ilustran las granulometrías para los suelos finos. 3.3

Pesos unit arios

En la Fig. 4 se ilustra la variación del peso unitario total con el grado de saturación incluyéndose como referencia resultados de otras obras. De acuerdo a esta figura se adoptará: SUELOS FINOS SOBRE LA NAPA SUELO FINOS BAJ O NAPA


γ = 1.90 t/m3 γsat =2.0 t/m3

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Para el caso de las Gravas se utiliza el peso unitario medido en las depositaciones Maipo y Mapocho. Ello debido a la similitud granulométrica y de compacidad con las Gravas de la Expansión de la Línea 1 a Los Domínicos: GRAVAS ARENOSAS

3.4

γ =2.25 t/m3

Indice de huecos

La Fig. 5 muestra la variación en profundidad del índice de huecos para los suelos Finos, observándose que se encuentra dentro de los definidos para la Línea 2 Norte y la Línea 5 a Maipú.

3.5

Presión límite y módulos presiométricos

En la Lámina 2/2 y en la Figs . 6 se presenta la variación en profundidad de la presión límite, pL, obtenida con los ensayos presiométricos. Para las Gravas de la Línea 1 a Los Domínicos se obtienen valores elevados, (pL > 14 a 48 kg/cm2), haciendo notar que el ensayo no alcanzó a definir la presión límite por el excesivo volumen inicial de la cavidad del sondaje. Esta situación también se presentó en la Grava de la Línea 2 Cerro Blanco – A. Vespucio en donde se definió pL > 20 kg/cm2. En la Fig. 6 también se representan los módulos presiométricos, Em, en función de la profundidad. Para las Gravas de la Línea 1 a Los Domínicos se obtienen módulos crecientes en profundidad desde 750 kg/cm2 a 1800 kg/cm2. Esta variación es similar a la de las Gravas de la Línea 5 a Maipú en donde se obtiene una variación en profundidad desde 900 kg/cm2 a 2000 kg/cm2. Dr. Roberto del Río 1245 Santiago-Chile

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En la Tabla I se resumen los valores de diseño de los índices presiométricos asignados a los distintos tipos de suelos.

TABL A I

VALORES DE DISEÑO PARA LOS INDICES PRESIOMETRICOS Suelo

Presión límite

Módulo presiométrico

pL (kg/cm2)

Em (kg/cm2)

Gravas

40

1500

Suelos Finos

18

500

NOTA: Los valores de los módulos presiométricos se incorporan a los módulos obtenidos con otros tipos de ensayos según se expone en el numeral (4.1.1).


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4.

PROPIEDADES MECANICAS DE LOS SUELOS

4.1

Propiedades mecánicas para cargas estáticas

4.1.1 Módulos de deformación En la Fig. 7 se resumen los módulos medidos para las Gravas de la Depositación Mapocho obtenidos mediante pruebas de carga y presiómetros para diferentes obras, incluidas las mediciones para la extensión de la Línea 1 a los Domínicos. Para efectos de diseño se utilizará un módulo de deformación en carga definido por las relaciones siguientes, en las que se expresa en (t/m2) si la profundidad Z, medida desde la superficie del terreno, se expresa en (m). HORIZONTE H-2

E = 4200 Z0.55

(1)

HORIZONTE H-3

0.53

(2)

E = 5500 Z

Para efectos de diseño el contacto entre H-2 y H-3 se ubica a 7m de profundidad. Para procesos de descarga o de recarga el módulo de deformación se obtendrá multiplicando por 2.0 los valores definidos con las expresiones (1) y (2). El suelo Fino bajo napa exhibe una tensión de preconsolidación de 68 ton/m2 lo que, a todas luces, implica que trabajará en la zona preconsolidada con un índice de recompresión

c r

1+ e

= 0.01.

Dependiendo de

la estructuración y niveles de carga para la Estación Los Dominicos, podría justificarse prospectar el suelo fino con un sondaje bajo la cota alcanzada por las calicatas. Sin embargo, en esta etapa, para efectos de diseño se considerará que el suelo fino se extiende indefinidamente en profundidad. Dr. Roberto del Río 1245 Santiago-Chile

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4.1.2 Coeficiente de reposo in-situ para las gravas En la Fig. 8 se grafica la variación con la profundidad del coeficiente de reposo in-situ para las Gravas de la Línea 1 a Los Domínicos y de la Línea 5 a Maipú, incluyendo como dato referencial los valores obtenidos para otras líneas del Metro. Adicionalmente, la Fig. 8 incorpora el rango del coeficiente de reposo in-situ que mejor ajusta con las mediciones de presión y desplazamientos en dos secciones instrumentadas de la Línea 5 emplazadas en la Grava del Mapocho en el Centro de Santiago.(1) Para efectos de diseño se propone utilizar las siguientes expresiones, en las que la profundidad z, medida desde la superficie del terreno, se expresa en (m): (K o)in-situ = 0.90

para Z

(K o)in-situ = 0.90-0.0533(Z-6)

para 6m

(K o)in-situ = 0.26

para Z

6m Z

(3) 18m

18m

(4) (5)

4.1.3 Parámetros resistentes para las gravas Existe similitud granulométrica y de compacidad entre las Gravas de la Línea 1 a Los Domínicos y las Gravas del Mapocho. Para esta última su resistencia al corte ha sido caracterizada mediante ensayos a gran escala en muestras no perturbadas.

Así entonces, las similitudes permiten

utilizar la variación con la deformación de la cohesión, c, y el ángulo de

1

Braga, P.I., R. Nicolau y A. Negro J r. (2004). Coeficiente de Empuxo em Repouso do Cascalho de Santiago de Chile: Retroanálisis da Instrumentaçao de Tunel do Metroˆ. Dr. Roberto del Río 1245 Santiago-Chile

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fricción, φ, deducida con dichos ensayos y que se expone en la Fig. 9. De esta figura se deducen los valores del par cmáx - φm y del par c-φ en que: c max

= Cohesión máxima que se alcanza para una deformación ε = 0.6% (en carga) y ε = 0.3% en descarga.

m

= Angulo de fricción movilizado cuando la cohesión alcanza su valor máximo.

c-

= Par cohesión fricción normalmente utilizado en ingeniería geotécnica y que se define con el criterio de desviador máximo; se moviliza para ε ≈ 2.5% (en carga) y ε ≈ 1.3% en descarga.

En la Tabla II se resumen los diferentes valores de la cohesión-fricción recién definidos. TABL A II : VALOR DE LA COHESIÓN Y DEL ANGULO DE FRICCIÓN PARA LAS GRAVAS

Horizonte

Ensayos

An áli si s

Diseño

(Fig. 9)

retrospectivos de cortes

cmax

c

φm

t/m2

cmax

φ

t/m2

φm

t/m2

cmax

φm

t/m2

c

φ

t/m2

H-2

2.0

45º

1.25

53º

2.0 a 2.2

45º

2.0

45º

1.25

53º

H-3

3.7 a 4.5

45º

2.3 a 2.8

53º

---

---

3.5

4.5º

2.15

53º

4.1.4 Parámetros resistentes para los suelos finos Corresponde a los finos del escombro de falda detectado en el fondo de las calcatas para la Estación Los

Dominicos y Cola de Maniobras. En la

Fig. 10 se muestra la variación de la resistencia a la compresión no

confinada, q u, con el grado de saturación, S, sin que se visualice una relación clara entre ambos parámetros, pero indicando que el suelo fino analizado presenta una consistencia muy alta con valores de qu iguales o Dr. Roberto del Río 1245 Santiago-Chile

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superiores a los medidos en los Finos de las Líneas 5 a Maipú, Línea 2 Cerro Blanco – Vespucio y Línea 4 Príncipe de Gales - Rotonda Quilín. Utilizando los parámetros c-φ medidos en estas Líneas, para efectos de diseño se utilizará: c = 3 t/m 2

Cohesión An gu lo de fricción

= 30º

4.1.5 Módulo de poisson y ángulo de dilatancia gravas Los ensayos triaxiales ejecutados en las Gravas del Maipo y del Mapocho permiten definir el módulo de Poisson instantáneo y secante en función de la deformación y de la tensión de confinamiento del suelo, con lo cual se incorpora automáticamente el efecto de la dilatancia.(2) Sin embargo esta forma de modelar el problema se podría traducir en un mayor esfuerzo computacional, lo que conduce a formular módulos a pequeñas deformaciones acoplados con el ángulo, ψ, utilizado por el programa FLAC para representar la dilatancia. En consecuencia, para el diseño se utilizará: Módulo de Poisson

= 0.25

An gu lo de Dilat ancia

= 12º

Ap li cab les a lo s hor izo ntes

H-2 y H-3

Para los suelos Finos, los antecedentes de ensayos triaxiales para las Líneas 5 a Maipú conducen a los siguientes valores de diseño: Módulo de Poisson

ν = 0.30

Angulo de Dilatancia

ψ =0


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4.2

Propiedades mecánicas para cargas cíclicas (sismo)

4.2.1 Coeficientes de deformación cíclica Este coeficiente representa la magnitud de las deformaciones anelásticas (no recuperables) que experimenta el suelo debido a la aplicación de una carga a cíclica. Se utiliza en la definición de la rigidez cíclica del suelo tal como se expone en el numeral 4.2.2. En la Fig. 11 se grafica la variación del coeficiente de deformación cíclica, mc, con el número de ciclos de amplitud constante aplicados al suelo. De acuerdo a esta figura y teniendo en cuenta que al sismo de diseño se le asocian 30 ciclos equivalentes de amplitud constante, los valores de diseño para el coeficiente mc son los siguientes. Gravas

m c = 0.80

Suelos finos

m c = 1.60

4.2.2 Módulo de deformación cíclico para las gravas Para modelar la interacción sísmica de fundaciones se utilizará la constante de balasto para carga cíclica, kc, obtenida como: kc

ke

=

I ρ F1 F2 mc

ke

(6)

= Constante de balasto para carga estática definida con el módulo de deformación para carga estática.

(2)

Informe PETRUS Nº 2191-930/2002. Dr. Roberto del Río 1245 Santiago-Chile

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mc

= 0.80 según el numeral (4.2.1).

F1

= 1.0 si la tensión cíclica varía simétricamente en torno a la tensión estática.

F1

= 0.6 si la tensión cíclica varía asimétricamente en torno a la tensión estática (por ej. en la fundación de un muro de contención).

F2

= 0.65 si las tensiones cíclicas se evalúan con la aceleración máxima del sismo de diseño.

F2

= 1.0 si las tensiones cíclicas se evalúan con el coeficiente sísmico reducido.

Iρ

= 0.79 para fundaciones circulares.

Iρ

= 0.88 ⎜⎝ 1+ 0.5 B / L ⎠⎟ siendo B el lado menor de una fundación

⎛

1.5

⎞

rectangular y L el lado mayor. Para el análisis sísmico de estructuras enterradas utilizando la modelación cinemática, los parámetros requeridos por dicho modelo tales como la desangulación sísmica del suelo en campo libre y los resortes horizontales de interacción entre el suelo y la estructura se determinarán empleando el módulo de deformación cíclico,

E

* c

E

* c

= 140 (1 +ν) K 2

, dado por la relación siguiente:

σ c

⎛ 1+ 2K ⎞ σc = σ v ⎜ 3 o ⎟ ⎝


⎠

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(7)

(8)


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en que

E

* c

= Módulo de deformación cíclico en (ton/m2)

K 2 = Coeficiente de corte cíclico para las Gravas según la Fig. 12. σv = Tensión vertical en (ton/m2) a la profundidad donde se está determinando el módulo ν

E

* c

.

= Módulo de Poisson de las Gravas definido en el numeral (4.1.5).

K o = Coeficiente de reposo in-situ definido en el numeral (4.1.2).

Para el suelo fino es aplicable la expresión (6), salvo que se utilizará mc = 1.60 y F 2 = 0.45 si las tensiones cíclicas se evalúan con la aceleración máxima del sismo de diseño. Considerando que el suelo fino se ubica bajo el sello de fundación contemplado para las estructuras, no interviene en el modelo cinemático.


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5.

ANALISIS HIDROGEOLOGICO

5.1

Aspectos Geológico s Generales

La cuenca de Santiago corresponde a una sucesión de rellenos aluviales de origen glaciofluvial, es decir, corresponden a sedimentos de origen glacial erodados por las aguas de los ríos y retransportados por estos hasta su nuevo lugar de depositación. No es extraño entonces el hecho, muy común en la cuenca, de encontrar junto con materiales gruesos bien redondeados (ripio), otros angulosos y con claras manifestaciones de su origen glacial; del mismo modo, con frecuencia se ubican bastante aguas abajo de los ríos Mapocho y Maipo, bloques con tamaño muy superior al de los rodados que los acompañan y que son restos, in situ, de morrenas rebajadas por aguas superficiales. Durante el primer período interglacial, cuando el régimen de lluvias hizo posible la permanencia de los caudales superficiales, los ríos principales de la cuenca avanzaron en el valle a través de cauces bastantes diferentes de los que hoy les conocemos. Evidentemente, la depositación de materiales con menor contenido de finos arcillosos, más permeables y favorables para la existencia de acuíferos importantes, se habrá producido en o cerca de tales cauces. Por lo mismo, se desarrollaron sectores donde el arrastre fluvial fue menor o más lento promoviendo la depositación de material fino lo que configuró lo que conocemos hoy como gravas fluviales con vías preferenciales de escurrimiento.


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Estos llamados vías preferenciales corresponden a tubificaciones de posición aleatoria por donde alguna vez percoló agua subterránea y/o superficial 5.2

Cuenca Hidrog ráfica 5.2.1 Sistema Hidrog ráfico

En términos generales la cuenca de Santiago se enmarca al sur por el paso de la Angostura de Paine, al norte por los cerros de la cuesta El Manzano y al oeste por la cordillera de la costa. Esta cubre todos los conos de rodado de los ríos Maipo y Mapocho cuyos límites oeste exhiben sedimentos producto de antiguos y actuales cambios de curso, los que enfrentados a la cordillera de la costa, disminuyen su velocidad de escurrimiento. 5.2.2 Cuadro Sedimentario General

El río Mapocho fue capaz de erodar un amplio cauce a través de la Morrena Primera, el cual rellenó, en sus etapas de sedimentación, con un potente espesor de acarreos compuestos por materiales propios de la morrena. Los materiales lavados de los depósitos morrénicos constituirían los últimos depósitos sedimentarios importantes que llegaron al valle en esta parte y presumiblemente corresponden a aquellos grandes bloques que se encuentran dispersos sobre toda la superficie del terreno. En su último período el río Mapocho sometió a la región baja a la acción sedimentaria de los materiales lavados de los cerros cordilleranos


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complementados además con los desbordes del río en períodos de precipitaciones muy grandes. Fusiones violentadas por la actividad volcánica han producido acciones de relleno muy enérgicas dentro de la cuenca de Santiago, con llenado de vastas superficies conr cenizas volcánicas mezcladas con arcillas y arenas las cuales se ubican bajo los ripios aluviales, emergiendo hacia el sur oeste de la cuenca. 5.2.3 Aguas Subterráneas

El agua proveniente de precipitaciones, en parte se adentra en el subsuelo exhibiendo una superficie freática bajo la cual los suelos presentan una condición de saturación. Esta superficie puede corresponder a un acuifero libre o acuiferos colgados que responden a acumulaciones locales de aguas sobre lentes de suelo impermeables. En al cuenca de Santiago predominan los acuíferos libres, sin embargo, en el área de Pudahuel y Maipú existe una cubierta impermeable de ceniza volcánica que origina confinamientos locales de aguas subterráneas. La forma de la superficie freática es similar a la superficie topográfica y se acercan hacia el oeste y suroeste llegando a aflorar hacia la parte occidental de la cuenca. Hacia Las Condes el nivel freático se sitúa entre 25m y 50m, hacia el centro de Santiago en torno a 50m y hacia el sector de Maipú, cercano a los 30m 5.3

Aspectos Geotécni cos


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Analizados los orígenes de la matriz de suelo que contiene el agua subterránea detectada en algunas de las calicatas, se analiza la influencia de esta agua principalmente durante la construcción del proyecto. Las excavaciones en el terreno destinado al proyecto compromete suelos de permeabilidad variable y la distribución de las aguas estará controlada por la presencia de barreras impermeables o permeables. En efecto, cada una de las unidades de suelos presenta una configuración granulométrica en la cual la matriz, presenta una permeabilidad dispar con eventuales vías preferenciales o “dedos de agua” contenidas en el cuerpo del horizonte. Resulta entonces relevante conocer la distribución estratigráfica en profundidad para el subsuelo en estudio que incluya mediciones de la permeabilidad del estrato atravesado. Para logra lo anterior se realizaron ensayes in-situ tendientes a conocer la permeabilidad (k) en profundidad. Cabe señalar que los valores del coeficiente de permeabilidad, si son efectuados sobre la matriz cerrada del depósito, no reflejan la existencia de vías preferenciales con permeabilidades muy superiores. 5.4

Modelo estratigráfico

La estratigrafía adoptada corresponde a suelos granulares cuya superficie freática se ubica por sobre un basamento impermeable de profundidad conocida. La figura 1 muestra la estratigrafía detectada en el área. La figura 2 muestra un esquema del modelo estratigráfico adoptado para la estimación de la permeabilidad del horizonte gravo arenoso por donde escurre la napa hacia la excavación. 5.5

Prospecciones y Ensayes Dr. Roberto del Río 1245 Santiago-Chile

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Se adoptó como procedimiento de trabajo estándar básico el siguiente: •

Medición de la cota del espejo de agua antes de iniciar el bombeo.

•

Bombeo de la napa hasta la mayor profundidad posible al interior del pozo. Se registra el tiempo que demora el agote.

•

Registro de la cota del espejo de agua correspondiente a la máxima depresión en régimen permanente al interior de la calicata.

•

Detención del bombeo y registro, a intervalos de tiempo según una secuencia preestablecida, de la cota del espejo de agua conforme recupera su nivel original.

Una vez deprimida la napa en su interior se realizó una inspección visual de las paredes por donde escurría el agua y se registró la sección promedio de la excavación en la altura mojada. 5.6

Permeabilid ad de los estratos

Siguiendo la metodología señalada en el punto anterior se procesó la información adoptando la formulación que considera escurrimiento impermanente hacia un pozo cuyo fondo es impermeable (Fórmula de Theis). El concepto de impermanente hace referencia a que luego de agotada la napa se detiene el bombeo y el aporte hacia la excavación (Caudal Q de recarga) es variable. Así entonces. k=

⎛ h − h ⎞ ⎛ t ⎞ ⋅ ⎜⎜ i +1 i ⎟⎟ ⋅ Ln ⎜⎜ ⎟⎟ 4π (H − hi )H ⎝ ti +1 − ti ⎠ ⎝ to ⎠ B⋅ L

Donde: Dr. Roberto del Río 1245 Santiago-Chile

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k

:

Permeabilidad del Medio Granular; (cm/s)

B

:

ancho de la calicata; (cm)

L

:

largo de la calicata; (cm)

H

:

Potencia de la napa; (cm)

hi

:

altura de la napa deprimida en el intervalo i

ti

:

tiempo medido para hi

t

:

tiempo medido desde el inicio del bombeo

to

:

tiempo medido desde la detención del bombeo

La figura 2 indica los parámetros geométricos señalados en la fórmula. De acuerdo a este modelo, la siguiente tabla incorpora las mediciones hechas y la permeabilidad calculada.


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TABLA I REGISTRO DE RECUPERACIÓN Y CÁLCULO DE PERMEABILIDAD EN GRAVA ARENOSA b= L= H= ro= t'=

100 100 1,10 56,42 7

cm cm m cm min

Altura de penetración en suelo impermeable Prof. Calicata Ajuste cero huincha

m cm

0 0 1 2 3 5 7 10 15 20 30 50 80 101 111 120 140 160 180 200

24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 23 23 23 23 22 22 22 22 22

k

0 30 60 120 190 305 420 600 900 1200 1800 3000 4800 6060 6660 7200 8400 9600 10800 12000

m m cm

T 2 cm /s

k cm/s

2,8E-02 2,3E-02 2,6E-02 8,9E-02 4,9E-02

2,5E-04 2,1E-04 2,4E-04 8,1E-04 4,4E-04

420 seg

Tiempo Tiempo min seg seg 0 30 0 0 10 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1,4 25 24

h

90 75 73 70 67 64 58 51 41 33 18 84 37 15 5 89 80 75 74 74

h cm 2466 2451 2449 2446 2443 2440 2434 2427 2417 2409 2394 2360 2313 2291 2281 2265 2256 2251 2250 2250

ho m

0,00 0,47 0,69 0,79 0,95 1,04 1,09 1,10 1,10

H-ho cm

110,0 63,0 41,0 31,0 15,0 6,0

∆h/∆t

cm/s

0,026 0,017 0,017 0,030 0,007

to seg 420 450 480 540 610 725 840 1020 1320 1620 2220 3420 5220 6480 7080 7620 8820 10020 11220

= T / H


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La figura 3 muestra la gráfica de los resultados incluidos en la tabla I. Como antecedente adicional, la figura 4 muestra resultados para diferentes mediciones de permeabilidades en suelos de origen fluvial. Considerando todos los antecedentes y resultados obtenidos, se concluye que el orden de magnitud de la permeabilidad a adoptar será el indicado en la tabla II: TABLA II

Tipo de Suelo

Permeabilidad [cm/s]

Grava Arenosa

1.0x10-3


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C3-E

0.00m

-2.00m

Arc illa arenosa

Grava arenosa levemente arcillosa

-8.20m

Grava areno arcillosa

-23.60m

-22.51m

Arc illa limo arenosa

FIG. 1 MODELO ESTRATIGRAFICO CALICATA C3-E SECTOR LOS DOMINICOS


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BxL

k>0

H hi + l hi k=0

FIG. 2 GEOMETRIA QUE CONSIDERA LA FORMULA DE THEIS.


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Prueba de Agotamient o Los Domínic os, C3-E

Tiempo, [seg]

1000 2200

10000

100000

2250

] m c [ 2300 , d a d i 2350 d n u f 2400 o r P

2450 2500

Permeabilidad 9,0E-04 8,0E-04 7,0E-04 ] 6,0E-04 s / 5,0E-04 m c 4,0E-04 [ k 3,0E-04 2,0E-04 1,0E-04 0,0E+00 0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

h 0 [m]

FIG. 3 PERMEABILIDAD SECTOR LOS DOMINICOS


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47b_Anexo_7__mecanica_de_suelos_

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