Universidad de Chile Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas Departamento de Ingeniería Civil
Diplomado Mecánica de Suelos Aplicada
SOLUCIONES DE FUNDACIÓN EN LOS SUELOS BLANDOS DE LA CIUDAD DE PUNTA ARENAS. Caracterización geológica-geotécnica de estos suelos, criterios de selec selecci ción ón del del tipo tipo de fund fundaci ación ón para para obras obras de dist distin inta tass caract caracterí erísti sticas cas y recomen recomendaci dacione oness constr construct uctiva ivass para para cada cada alternativa analizada.
Alumnos:
Jorge Arriagada R. Gerardo Nuñez G.
Profesor:
Claudio Fo!ea.
antiago, !" de #oviembre de !$
%$ &#'()*+CC&)#
". O#$e%i&o' del e'%udio *eterminar algunas recomendaciones de estudio y diseo para estos suelos especiales y muy distintos a los del resto del país.
(. A%e!ede%e' del 'uelo de )uda!i* de Pu%a Area' oluciones de fundación en los suelos blandos de la ciudad de Punta Arenas. Caracterización geológica-geotécnica de estos suelos. !." Antecedentes istóricos Punta Arenas se encuentra ubicada en la parte #oreste de la Península de runs/ic0, emplazada en la ribera poniente del estrec1o de 2agallanes, comprende una fran3a costera de unos 4 0m., de anc1o. 5a ciudad se encuentre entre los ríos *e la 2ano por el ur y el 6*el Carbón 6 por el #orte, a la altura de la actual Avenida 7spaa se observa una abrupta pendiente 8ue seala la presencia de una formación geológica denominada morrena 9 derrubios transportados y depositados por los glaciares terminal, lo 8ue también se denomina 6drumling;, con su e3e mayor de #orte a ur y 8ue fue depositada en la
fundada en un espacio inter fluvial de depósitos granulares finos segnicas. 7sta formación proviene de una reciente elevación y depositación de estos sedimentos y constituye una antigua línea de costa. !.!." (elieve a3o Primera terraza conocida como la punta arenosa, est> conformada por la acumulación de sedimentos marinos, arenas, gravas finas arenosas, limos con intercalaciones arcillosas, entre las cotas ? y "$ m.s.n.m. !.!.! (elieve &ntermedio egunda terraza, est> conformada por depósitos morrénicos de distintas naturaleza, compuestos de gravas y arenas con abundante arcilla, 8ue constituyen terrenos estables como suelos de fundación. !.!.4 (elieve Alto 'ercera terraza, est> conformada por relieves de erosión suave situados por sobre los "$$ m.s.n.m. est> formada por rocas sedimentarias marinas y
continentales de la formación de 5oreto 9roca fundamental, de edad )ligoceno uperior 2ioceno &nferior. !.4 Antecedentes =eológicos 5as características geológicas de la zona segs antiguas de edad 'erciario uperior, corresponden al afloramiento de la formación de 5oreto 9(elieve alto.
I Ter!iario @ormación de 5oreto:(oca fundamental, arenisca marinas a continentales de granos gruesos y finos, lutitas calc>reas y limolitas con frecuentes niveles de concreciones. 2uy compactas e impermeables.
II Cua%erario 7stratos de mayor consolidación -
=ravas del río de 5as 2inas Arenas del río de 5as 2inas *eposito =lacio-@luviales 'ilitas amarillas, 92azacote 'ilitas azules, 92azacote
7stratos de ba3a consolidación - edimentos de transición 2arino-@luviales - edimentos =lacio-5acustre - edimentos *eltacicos del (io de 5as 2inas - edimentos de acreción de la Punta Arenosa - edimentos de Playa - *epósitos fluviales - *epósitos org>nicos
III Co%e+,or-eo' - (ellenos artificial
aza!o%e 'ermino regionalista 8ue est> asociado a un conglomerado resultante de la compactación de un deposito morrénico o fluvio-glaciar antiguo. e ven elementos a menudo estriados, de tamaos variados 9de gravas a blo8ues, mal clasificados, embutidos en una matriz arcillosas-arenosa, a veces abigarrada. e conocen 'ilitas en el Prec>mbrico y en el Palezoico 8ue atestiguan antiguas glaciaciones 9arcillas con blo8ues, se aprecian 'ilitas amarillas y 'ilitas azules. !. Antecedentes ísmicos
7n esta región, se produce el contacto de la placa Ant>rtica y América, con una velocidad relativa de menor 8ue las placas de #azca y América, lo 8ue 1ace 8ue la actividad sísmica sea consecuentemente inferior. 5a región se caracteriza por una ba3a sismicidad en comparación con el resto del país, siendo escasa para sismos de magnitud mayor 8ue B.$, no obstante es conocida la ocurrencia de sismos de gran magnitud, como los terremotos de *iciembre de "%% de magnitud B. con intensidad D&& en la escala 2odificada de 2ercalli y el terremoto de @ebrero de "B% de magnitud estimada B.4 !.? 7stratigrafía de la Eona !.?." !.?.! !.?.4 !.?. !.?.?
/.
Procedimiento de la información Eonificación por 7stratigrafías imilares Profundidad del asamento (ocoso Posición del nivel @re>tico Comentarios
Par-+e%ro' 0 a-li'i' %e*ri!o del 'uelo de )uda!i* del ,la de Pu%a Area' 4." 7stratigrafía de la Eona 4.! 7nsayes de Penetración 4.4 7nsayes de Penetración 7st>ndar 9A'2 *-"?F 4. 7nsayes de Penetración con cono *in>mico 9" 4.? Correlación entre índices de penetración de cuc1ara normal y cono din>mico en suelos granulares y co1esivos 4.F Correlación establecida por *.G.Palmer y G.=. tuart 94$ 4.B Correlaciones de suelos co1esivos 8ue pueden ser aplicadas a partir de los sonda3es de cono din>mico y cuc1ara normal realizados en Punta Arenas 9!$ 4. Correlación establecida por 'erzag1i y Pec0 94 4.% Correlación establecida por zec1y y Darga 94? 4."$ (elación entre el índice de penetración 9# de la cuc1ara normal 9P' y la resistencia de la punta cónica 98c de cono din>mico 9CP' 4."" Procesamiento de la información disponible 4."! Eonificación por banda de variación de índices de penetración 4."4 Eonificación por banda de variación de índices de penetración de cuc1ara normal 4." Eonificación por banda de variación de índices de penetración de cono din>mico 4."? Comentarios
7l criterio utilizado para ello se baso en simples triangulaciones entre los puntos con información, suponiendo a priori, cierta invariancia del suelo en relación a su resistencia a la penetración en sentido 1orizontal. *e este modo, se superponían las diversas curvas de índice de penetración versus la profundidad, 1asta 8ue ellas fuesen compatibles a ciertos rango de variación, dando origen a una determinada cantidad de bandas de penetración, formada por los m>Himo y mínimos de dic1a superposición.
1.
2oi)i!a!i* 0 odela!i* del Pla de Pu%a Area'
."
&ntroducción
5as características de estratigrafías y resistencia a la penetración, tomando como base el índice de penetración est>ndar 9banda de variación. 5a unificación de las tres zonificaciones preliminares, da origen a la zonificación definitiva para luego proceder a determinar los principales par>metros 8ue est>n involucrados en el an>lisis de fundaciones y predicción de asentamientos. a 7stratigrafía típica. b anda de variación de índice de penetración est>ndar. c anda de porcenta3e de suelo en peso 8ue pasa ba3o la malla #I !$$. d anda de densidad relativa. e anda de >ngulo de fricción interna. f Posición media de nivel fre>tico. in embargo, es necesario destacar 8ue estas correlaciones empíricas no deben considerarse m>s 8ue como instrumentos lculos aproHimados, por las altas dispersiones 8ue se pueden producir en un medio tan esencialmente err>tico y 1eterogéneo como es el suelo. .!
Eonificación definitiva
.!." Consideraciones generales Considerando las características de cada una de las zonas determinadas por las tres zonificaciones parciales, se pretende a1ora unificar estos elementos de an>lisis con el ob3eto de llegar a una zonificación definitiva. *ado 8ue se obtuvieron bandas de variación de los índices de penetración de cuc1ara normal seme3antes a las de cono din>mico y considerando 8ue tenían estratigrafía similar, se opto por fusionar las zonas de ambos y de esta forma obtener una zonificación definitiva. .!.! Eonificación e 1an determinado finalmente zonas para el plan de Punta Arenas, las cuales est>n representadas por bandas de variación de índice de penetración est>ndar. a b c d
Eona & Eona && Eona &&& Eona &D
Completado todo lo referente a la zonificación y modelación, se procede a analizar el problema de diseo de fundaciones, para determinar con un estudio de me3oramiento de terreno y algunas fundaciones típicas del plan de Punta Arenas. .4
2odelo de suelo para la zona asignada
+na vez determinada la zona de suelo con antecedentes conocidos como su estratigrafía
.4." 7stimación de densidades relativas y >ngulos de fricción a partir de los índices de penetración a.
anda de densidad relativa 9*.(
a."
Correlación de 'erzag1i y Pec0
'erzag1i y Pec0 1an correlacionado los valores de los índices de penetración est>ndar con la densidad relativa de los suelos granulares. a.!
Correlación =ibbs y oltz
=ibbs y oltz consideraron en las correlaciones # vs.*(., la influencia de la 1umedad, el tamao de los granos y el efecto de la sobrecarga efectiva. 7ste
andas de >ngulos de fricción
Con los valores de *.( y .P.'., se estima el >ngulo de fricción mediante los siguientes criterios. b."
Correlaciones de 'erzag1i y Pec0.
b.!
Correlaciones de 2eyer1of.
.4.! 7stimación del nivel fre>tico para efectos de diseo 7l nivel fre>tico promedio se encuentra a 4 metros de profundidad .4.4 Comentarios 2ediante el an>lisis teórico del suelo de fundación del plan de Punta Arenas, an>lisis basado fundamentalmente en las características de estratigrafía y resistencia a la penetración del mismo, se logro establecer el modelo de suelo para la zona , 1aciendo uso de correlaciones empíricas. 7l modelo, incluyo en sus es8uemas, los par>metros 8ue est>n involucrados en el diseo de fundaciones. . 7stimación de cargas admisibles y asentamientos para profundidades normales de fundación .." &ntroducción e recurre a formulas empíricas propuestas por diversas autores, 8uienes 1an elaborado diversas teorías y métodos para estimas asentamientos y las capacidades de carga admisibles. 5a determinación de la capacidad de carga admisible, para el primer caso se 1ar> mediante métodos empíricos basados en ensayes de penetración est>ndar, en tanto para el segundo caso se usar> el criterio 8ue correlacionan el anc1o de la fundación , con el índice de penetración est>ndar # para asentamientos tolerables m>Himos de ";. Actualmente los métodos de estimación de asentamiento son de tres tipos:
2étodos basados en la teoría de la elasticidad, 8ue utiliza como par>metros el>sticos, los módulos de Joung E, y de Poisson 3 4 del suelo. 2étodos basados en ensayes de 5aboratorio, sobre muestras representativas de las condiciones en situ. 5os ensayos m>s usados son el odométrico o compresión unidimensional y el triaHial, en los 8ue se trata de reproducir lo mas fielmente las condiciones de carga, confinamiento y drena3e 8ue ocurren en el terreno. 2étodos empíricos basados en ensayos de terreno, como son los ensayes de penetración est>ndar y las pruebas de carga. ..! Criterio utilizado para determinar el índice de penetración est>ndar empleado en el c>lculo de capacidades de cargas admisibles y asentamientos Para determinar capacidades de carga admisible y asentamientos, los índices de penetración est>ndar deben corregirse de acuerdo a indices seg al menor valor 8ue se obtenga de las dos relaciones siguientes: a Capacidad de carga admisible basada en la capacidad de carga Himas. b Capacidad de carga admisible basada en asentamientos tolerables : 'erzag1i y Pec0 establecieron gr>ficamente una correlación entre el anc1o de la fundación y la resistencia a la penetración est>ndar N para asentamiento totales m>Himos de ";. 7sta correlación es v>lida para arenas secas y sin factores de corrección debido a la posición de la napa y confinamiento. Posteriormente, o/les 9 estableció la ecuación analítica de esta correlación, introduciendo factores de corrección por posición de la napa y por confinamiento. 2eyer1of, luego de observar asentamiento de losas de fundación en arenas arcillosas, propone un aumento del ?$K en las 6 ad+ calculadas. *ic1as eHpresiones son independientes de la forma del >rea cargada, y son validas para zapatas cuadradas, circulares o continuas. .. @undaciones sobre losas en arenas Cuando la suma de las aéreas de contacto de las zapatas 8ue se re8uieran para sostener una estructura es mayor 8ue la mitad de la superficie cubierta por el edificio, 'erzag1i recomienda reemplazarlas por una losa
'anto la losas de fundación como la estructura portante, poseen una rigidez tal, 8ue permite una cierta uniformidad de los asentamientos, esto 1ace 8ue a diferencia de las zapatas, la capacidad de carga admisible puede ser tal 8ue el asentamiento m>Himo en la losa de fundación sea de !; ..? @undaciones sobre suelos finos 7n suelos finos, las propiedades mec>nicas y el comportamiento ante solicitaciones eHternos son muy diferentes a las arenas y por lo tanto, las relaciones eHpuestas anteriormente no serian v>lidas para el c>lculo de capacidades de carga admisible y asentamientos.
.? 7studio de algunos problemas y soluciones particulares de me3oramiento y fundaciones típicas en el plan de Punta Arenas 7n general las fundaciones de una obra de &ngeniería, pueden definirse como el con3unto de elementos estructurales, destinados a transmitir al subsuelo cargas de una estructura, con una tensión de traba3o compatible con la admitida por el terreno. 5as fundaciones se pueden clasificar entre otros, en dos grupos principales: @undaciones directas y @undaciones profundas. 5as primeras son empleadas cuando las cargas de la estructura pueden ser transmitidas a las capas del subsuelo 8ue se encuentran próHimas a la superficie del terreno, con una presión compatible con la tensión admitida por él. 73emplos de este tipo de fundación son las zapatas, radiares, blo8ues de fundación, etc. 5as fundaciones profundas, son empleadas cuando las capas superficiales del subsuelo tienen una ba3a resistencia, y es necesario apoyarse en estratos m>s profundos y de mayor resistencia. 7n este tipo de fundaciones destacan las pilas, pilotes, ca3ones de fundación, etc.
1.9.( Procesamiento de la información disponible oluciones particulares y me3oramientos realizados en diversas obras a la fec1a en la ciudad de Punta Arenas. ,.
1.9./ An>lisis de obras de me3oramiento y fundaciones 5a mala calidad geotécnica del subsuelo de Punta Arenas principalmente en el sector plano o céntrico de la ciudad siempre 1a sido un problema en lo referente al an>lisis de fundaciones. 7ste motivo 1a traído como consecuencia en la mayoría de los casos el tener 8ue realizar un me3oramiento previo al lugar donde se emplazar> la edificación. 7l caso m>s cercano corresponde al edificio de los ervicios p
9.
O#'er&a!ioe' Ge#erale' 0 Co!lu'ioe' ?."
)bservaciones generales
e debe tener muc1o cuidado en los estudios de mec>nica de suelos por las características atípicas de estos suelos. a b c d e
Planos de +bicación Cotas de (eferencia 7stratigrafías Posición del nivel fre>tico Posición relativa entre sonda3es de cono din>mico y cuc1ara normal
?."." 7spaciamiento de los sonda3es 7n general para edificios o estructuras altas, esta distancia oscila entre "? y 4$ metros. Para un edificio industrial de un piso, la distancia oscila entre 4$ y %$ metros, si el suelo es regular y uniforme, esta distancia puede duplicares y si el suelo es irregular, se deben reducir a la mitad. ?.".! Profundidad de los sonda3es Para poder predecir los asentamientos de cual8uier estructura, los sonda3es deben penetrar todos los estratos u 1orizontes susceptibles de ser consolidados notablemente por efectos de las cargas 7s importante sealar, 8ue los sonda3es para eHcavaciones profundas deben eHtenderse de ".? a ?.$ metros por deba3o del fondo de la eHcavación y m>s aba3o si se encuentra arcilla blanda o arena suelta y limo. Para poder predecir el asentamiento de una estructura, los sonda3es deben penetrar todos los estratos 8ue puedan consolidarse notablemente por efectos de las cargas. ?.!
Conclusiones
*e acuerdo a la información geológica-geotecnia se puede concluir lo siguiente: ".
7n la zona del plan de Punta Arenas, se puede observar 8ue los suelos de fundación est>n constituidos por depósitos Cuaternarios no consolidados, de origen =lacial, =laciofluvial, =laciolacustres, @luvial, 2arino y )rg>nico. 7stos se encuentran sobre rocas edimentarias 2arinas y continentales, pertenecientes a la @ormación de 5oreto.
!.
=eomorfológicamente 1ablando, Punta Arenas corresponde a un punto de una gran terraza litoral de origen marino. e distinguen un (elieve a3o, el cual corresponde a la primera terraza conocida como la Punta Arenosa conformada por la acumulación de sedimentos marinos tales como arenas, gravas finas arenosas, etc. 7l (elieve &ntermedio, segunda terraza, formada principalmente por
depósitos morrénicos del Cuaternario y el (elieve alto, 8ue corresponde a una terraza formada por rocas marinas y continentales pertenecientes a la formación de 5oreto del 'erciario. 4.
5a ba3a sismicidad del >rea donde se sit
.
5os escasos antecedentes sísmicos de la zona permiten inferir 8ue los mecanismos de generación de eventos sísmicos serían de naturaleza transcursiva, a lo largo de una falla cuya ubicación aproHimada esta a lo largo del @iordo Almirantazgo. Por otra parte, la 2agnitud (ic1ter m>Hima probable del evento sería de B.! alcanzando un límite o cota superior igual a B.
?.
'odo sistema de fundación debe dimensionarse de modo de transmitir presiones de contacto menores a las tradicionales para suelos granulares, con el fin de minimizar los asentamientos si el estrato entra en licuación, adem>s de los consiguientes desplazamientos y desniveles 8ue pueden tener las fundaciones, es por esta razón 8ue se debe preferir en lo posible estructuras isost>ticas, fundaciones de e8uipos rígidas 8ue giren como cuerpo rígido para minimizar el efecto de asentamientos diferenciales entre los apoyos, etc.
F.
*el an>lisis de las estratigrafías y perfiles estratigr>ficos, obtenidos en el Plan de Punta Arenas, se puede deducir 8ue el basamiento rocoso mayoritariamente se encuentra a una profundidad tal, 8ue su posición no tiene influencia directa en el diseo de fundaciones ni en el comportamiento del suelo de fundaciones ba3o el efecto de solicitaciones transmitidas a éste por las respectivas fundaciones.
B.
7n general, puede decirse, 8ue las napas de los rellenos cuaternarios son relativamente superficiales en comparación a las napas confinadas del terciario. 7l nivel medio de la napa fre>tica del plan de Punta Arenas oscila entre los !.? y ? metros de profundidad desde la superficie de terreno. Con un promedio de los 4 metros en la ciudad.
.
e puede concluir 8ue el suelo de fundación de la zona plana de la ciudad, es en general de ba3a densidad 1asta los F metros de profundidad, tendiendo a aumentar a mayores profundidades.
%.
7ste traba3o se oriento fundamentalmente 1acia el diseo de fundaciones y en este sentido, el índice de penetración est>ndar representa una 1erramienta valiosísima como elemento de 3uicio. 5as bandas resultantes fueron las m>s representativas 8ue se pudieron obtener, y sus resultados y conclusiones est>n su3etas al margen de error in1erentes a este tipo de investigaciones.
"$.
Podría decirse 8ue las pruebas de penetración, son
"".
7s necesario realizar me3oramientos de sellos de fundación, reemplazando el material eHistente por rellenos estructurales controlados. 7n suelos blandos, realizar un zampeado, 1incar
pilotes con la intención de densificar, inyecciones a alta presión 93etgrouting. Adem>s se debe controlar la napa, puesto 8ue en este sector, la napa se encuentra a una profundidad tal, 8ue es necesario agotarla a través de /ellpoint o en su defecto mediante pozos 8ue la depriman en se totalidad.
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Re)ere!ia' ". G+A(7E, 7. y (&C), A., 62ec>nica de uelos;. 'omo & y &&. !. AJA5A, CA(7(A J A)C.5'*A.9"%%", ;Catastro y 7valuación de los (ecursos ídricos ubterr>neos, L&& (egión;. 4. )#755&,P., 6*iseo ísmico de 7dificios;. eminario, Dalparaíso 9"%%. . 2A('&#&C,2., 6Punta Arenas en su primer iglo "-"%; ?. )MA'7, G. 9"%!, 6@undaciones Profundas en uelos de a3a Capacidad de oporte;. F. A(A=)#&. 9"%BF, 6ismicidad en C1ile;. B. +(&7. 9"%!, 6=eología y Consideraciones =eotécnicas del uelo de @undaciones de Punta Arenas;. . Carrasco y Petersen, 6Eonificación de uelos de Punta Arenas;, Congreso C1ileno &ngeniería =eotécnico, "%%B; %. @oncea, Claudio 6ingularidades =eotécnicas del 2azacote; "$.Cifuentes, 5oreto 6@undaciones en el 2azacote; "". D>s8uez, Ana 6uelos de Punta Arenas; "!. Prieto 6(econocimiento del Cuaternario entre Punta Arenas y (ío C1acabuco;. Anales del instituto de la Patagonia, Punta Arenas, "%.
