AUTORIDAD NACIONAL DEL AGUA PROYECTO: “APROVECHAMIENTO HÍDRICO DE LA LAGUNA MUCURCA, DISTRITO CABANACONDE, PROVINCIA CAYLLOMA, REGION AREQUIPA”
INFORME TECNICO
GEOLOGIA, GEOTECNIA Y ESTUDIO DE CANTERAS CON FINES DE CIMENTACION CIMENTACION
Realizado por:
NV Buillding Company S.A.C.
Ubicación: LUGAR
:
LAGUNA MUCURCA
DISTRITO
:
CABANACONDE
PROVINCIA
:
CAYLLOMA
DEPARTAMENTO :
AREQUIPA
FEBRERO, 2010
CONTENIDO
CAPITULO I: GENERALIDADES 1.1.- Antecedentes 1.2.- Objetivo 1.3.- Ubicación del área de estudio 1.4.- Condiciones climáticas del área de estudio 1.5.- Fases de desarrollo del estudio
CAPITULO II : GEOLOGIA 2.1.- Geología De La Zona 2.1.1.- Geomorfología 2.1.2.- Geología Regional 2.1.3.- Estratigrafía 2.1.4.- Geología Local 2.1.5.- Geodinámica Externa 2.1.6.- Estabilidad de Taludes 2.1.7.- Sismicidad 2.1.8.- Apreciación Geológica
CAPITULO III: INVESTIGACIONES EFECTUADAS 3.1.- Investigaciones de campo 3.2.- Ensayos de laboratorio
CAPITULO IV: GEOTECNIA DEL AREA DE EMPLAZAMIENTO 4.1.- Descripción del perfil estratigráfico del suelo de cimentación 4.1.1.- Suelo de cimentación en el eje de Presa 4.1.2.- Clasificación de los materiales de excavación 4.2.- Análisis de la cimentación 4.2.1.- Cálculo de la capacidad de carga admisible por falla al corte 4.2.2.- Cálculo del asentamiento 4.3.- Impermeabilidad de la Cimentacion 4.4.- Estabilidad de Taludes 4.5.- Parámetros de diseño sismoresistente 4.6.- Tipo cimentación recomendada
ANEXOS ANEXO N° 01 : RESULTADOS DE LAS INVESTIGACIONES INVESTI GACIONES DE CAMPO
CONTENIDO
CAPITULO I: GENERALIDADES 1.1.- Antecedentes 1.2.- Objetivo 1.3.- Ubicación del área de estudio 1.4.- Condiciones climáticas del área de estudio 1.5.- Fases de desarrollo del estudio
CAPITULO II : GEOLOGIA 2.1.- Geología De La Zona 2.1.1.- Geomorfología 2.1.2.- Geología Regional 2.1.3.- Estratigrafía 2.1.4.- Geología Local 2.1.5.- Geodinámica Externa 2.1.6.- Estabilidad de Taludes 2.1.7.- Sismicidad 2.1.8.- Apreciación Geológica
CAPITULO III: INVESTIGACIONES EFECTUADAS 3.1.- Investigaciones de campo 3.2.- Ensayos de laboratorio
CAPITULO IV: GEOTECNIA DEL AREA DE EMPLAZAMIENTO 4.1.- Descripción del perfil estratigráfico del suelo de cimentación 4.1.1.- Suelo de cimentación en el eje de Presa 4.1.2.- Clasificación de los materiales de excavación 4.2.- Análisis de la cimentación 4.2.1.- Cálculo de la capacidad de carga admisible por falla al corte 4.2.2.- Cálculo del asentamiento 4.3.- Impermeabilidad de la Cimentacion 4.4.- Estabilidad de Taludes 4.5.- Parámetros de diseño sismoresistente 4.6.- Tipo cimentación recomendada
ANEXOS ANEXO N° 01 : RESULTADOS DE LAS INVESTIGACIONES INVESTI GACIONES DE CAMPO
CAPITULO I : GENERALIDADES
1.1.- INTRODUCCION El informe es el resultado de las investigaciones Geológicas y Geotécnicas realizadas en el área de la laguna Mucurca, con fines de aprovechamiento hídrico para uso agrícola. En el cual se plantean 2 alternativas: - Alternativa Nº 1. Considera el aprovechamiento, mediante túnel de trasvase de 2,200.00 m de longitud. - Alternativa Nº 2. Considera el aprovechamiento, mediante un sistema de bombeo, complementado con un Tunel de trasvase de 1.800.00 m de longitud. El estudio de suelo se realizó por medio de trabajos de campo a través de pozos o calicatas (a cielo Abierto), ensayos estándar y especiales correspondientes a este nivel de estudio (Perfil), a fin de obtener las principales características físicas y mecánicas del suelo, así como sus propiedades de resistencia y deformación, y en base a los cuales se define los perfiles estratigráficos, tipo y profundidad de cimentación, capacidad portante admisible, asentamiento y las recomendaciones generales para la cimentación de las estructuras.
1.2.- OBJETIVO El presente informe tiene como objetivo efectuar el Estudio de Mecánica de Suelos con Fines de Cimentación de las principales estructuras del Proyecto “ Aprovechamiento Aprovechamiento Hídrico de la Laguna Mucurca, Distrito Cabanaconde”, en sus dos alternativas (Estructuras de captación, túnel de trasvase, estación de bombeo, etc.). La finalidad principal es determinar las características geotécnicas del suelo dentro de la profundidad activa y a partir de ellas, obtener la profundidad de cimentación y las condiciones portantes del sub-suelo sobre el cual se fundarán las estructuras de concreto. Asimismo, se ha efectuado la evaluación de canteras de agregados, con la finalidad de recomendar aquellas para su explotación y el uso de sus materiales en la construcción de las obras contempladas en el Proyecto “Aprovechamiento Hídrico de la Laguna Mucurca, Distrito Cabanaconde, Región Arequipa”. El presente Estudio de Suelo con Fines de Cimentación esta en concordancia con la Norma Técnica E-050 de Suelos y Cimentaciones del Reglamento Nacional de Construcciones y las normas ASTM.
1.3.- UBICACIÓN DEL AREA DE ESTUDIO El ámbito de estudio involucra la cuenca del Río Huambo, que en la parte Alta adquiere el nombre de Río Pahuana y abarca los distritos de Cabanaconde y Huambo, de la provincia de Caylloma, del departamento de Arequipa. Las obras principales del proyecto están ubicadas en una zona próxima al centro poblado de Huambo. El área de estudio que comprende el emplazamiento propuesto para el Aprovechamiento Hídrico de la Laguna Mucurca, se encuentra ubicada en las alturas del cauce del Rio Pahuana; en el distrito de Cabanaconde, de la provincia de Caylloma del departamento de Arequipa. La ubicación del área del Proyecto, de acuerdo a la información cartográfica a escala 1:100,000 del IGN correspondiente a la Hoja 32 r (Huambo); es una zona de Lomas y Altas Cumbres La ámbito del proyecto se encuentra geométricas: Altitud Coordenada Norte (UTM)
aproximadamente en las siguientes coordenadas
: De 4,200.00 m.s.n.m. a 4,400.00 m.s.n.m. : De 8’251,200.00 m. a 8’261,500.00 m.
Coordenada Este (UTM)
: De 818,700.00 m. a 821,100.00 m.
El área del Proyecto tomada de la Carta Nacional IGN a escala 1:100,000 (Hojas 32-r y 32-s) se presenta en la FIGURA Nº 01.
FIGURA Nº 01
Ubicación del área del Proyecto (Fuente : Carta Nacional Hoja 32-r y 32-s; IGN)
1.4.- CONDICIONES CLIMATICAS DEL AREA DE ESTUDIO El clima del área de estudio es frígido y seco propio de la Región Puna, donde la precipitación promedio anual a una altitud de 4,300.00 m.s.n.m. es de 700 mm.. La temperatura en el mes de Noviembre presenta un valor de 7.2 °C y en el mes de Julio de 6.00 °C y su temperatura máxima absoluta es de 8.5 °C y la mínima de 1.5 °C.
1.5.- FASES DE DESARROLLO DEL ESTUDIO El presente estudio ha sido desarrollado en tres grandes fases:
a).- Fase I - Fase de Investigaciones de Campo: Son aquellos trabajos que se desarrollan en el área de emplazamiento de la Laguna Mucurca y en las Canteras seleccionadas; que tienen como objetivo principal recopilar información “in situ” referida a aspectos geológicos y geotécnicos. El trabajo de fundamental importancia en las investigaciones de campo del estudio, es la determinación del Perfil estratigráfico del suelo de cimentación hasta una profundidad de interés según el análisis que se desarrolle; el cual puede ser identificado razonablemente mediante la excavación de “calicatas” , la utilización de tajos naturales o artificiales. Para el caso de la
evaluación de canteras la profundidad de investigación corresponde a aquella que permita estimar la potencia del material aprovechable. Para cada una de las “calicatas” excavadas en el área de proyectada para la estación de Bombeo y en la zona seleccionada para las Canteras, se han realizado los ensayos de campo que a continuación se detallan:
- Descripción del perfil estratigráfico de los suelos según Norma ASTM D 2487: Destinado a conocer las características del suelo de cimentación hasta una profundidad igual a la de la “calicata” excavada en base a propiedades físicas y que se refieren básicamente al color, consistencia, forma de partículas, tamaño máximo de piedras, cobertura general, etc.. Complementariamente a este trabajo, se ha efectuado una auscultación en campo del estado de compacidad del suelo de cimentación en su estado natural, descripción de la clasificación de los materiales de excavación, identificación de la estabilidad de las excavaciones efectuadas y análisis del uso del material natural como material de relleno de las excavaciones efectuadas. Para el caso de “calicatas” ubicadas en zona de Canteras, se evaluará las características mas
relevantes para su utilización como material de construcción de la Presa.
- Muestreo de suelos en “calicatas” excavadas según Norma ASTM D 420: En las “calicatas” excavadas se ha efectuado la toma de muestras de los estratos que conforman
el suelo de cimentación acorde a las recomendaciones de la Norma E.050. Para todos los casos, se ha extraído muestras alteradas del tipo Mab (Muestras alteradas en bloques) e inalteradas del tipo Mib (Muestras inalteradas en bloques), por tratarse de un material cohesivo (limo, arena limosa y arcilla).
- Ensayo de permeabilidad vertical “in situ”: Los ensayos de permeabilidad vertical con Nivel variable “in situ” considerando una napa freática profunda, han sido realizados en la parte Norte de la Laguna en estudio, utilizando un tubo PVC de 4” de diámetro y una carga variable de agua con un máximo de 1.0 m. Los valores obtenidos están expresados en cm/s y permiten determinar las condiciones de impermeabilidad del terreno sobre el cual se han de almacenar las aguas de la Laguna hasta una profundidad máxima de 2.00 m.
b).- Fase II - Fase de Ensayos de Laboratorio: Son aquellos trabajos que se desarrollan en un laboratorio de Mecánica de Suelos y que tienen como objetivo principal determinar las propiedades físicas y geomecánicas de los suelos de cimentación para la estación de Bombeo proyectada. En esta fase se desarrollan los Ensayos de Laboratorio de Suelos para las muestras alteradas e inalteradas recogidas en la fase de Investigaciones de campo en cada una de las “calicatas”
excavadas. Los Ensayos de Laboratorio utilizados son los que se presentan a continuación:
ENSAYO FISICO PARA SUELOS -
Descripción visual – manual Contenido de humedad Análisis granulométrico por tamizado
NORMA USADA ASTM D 2488 ASTM D 2216 ASTM D 422
-
Límite líquido y límite plástico Clasificación unificada de suelos Ensayo de Corte Directo
ENSAYO FISICO PARA AGREGADOS -
Descripción visual – manual Contenido de humedad Análisis granulométrico por tamizado Límite líquido y límite plástico Clasificación unificada de suelos Peso Específico y Absorción de agregados Peso Unitario de agregados
ASTM D 4318 ASTM D 2487 ASTM D 3080
NORMA USADA ASTM D 2488 ASTM D 2216 ASTM D 422 ASTM D 4318 ASTM D 2487 ASTM C-127, ASTM C-128 ASTM C-29
Los Ensayos físicos para suelos y materiales de canteras se han efectuado en el Laboratorio de Mecánica de Suelos de Engineers G@ Company S.A.C.
c).- Fase III - Fase de Trabajos de Gabinete: Son aquellos trabajos que tomando como información base la recopilada en las fases de campo y laboratorio, permiten determinar mediante la utilización de los Métodos comunes de la Geotecnia valores y cualidades de diseño requeridos en el proyecto y construcción de las obras de cimentación para la la Estacion de bombeo Proyectada, tales como: -
Capacidad de carga admisible por falla al corte para carga vertical Capacidad de carga admisible por falla al asentamiento y determinación del asentamiento para carga vertical Capacidad portante Parámetros de diseño sismoresistente Clasificación de materiales de excavación Estabilidad del talud natural y de corte Estabilidad de las excavaciones Uso del material procedente de excavaciones Tipo de cimentación recomendada
CAPITULO II : GEOLOGIA
GEOLOGIA DE LA ZONA 2.1.1.- Geomorfología El área estudiada que corresponde al cuadrángulo de Huambo, se encuentra al Norte de la ciudad de Arequipa, entre la depresión preandiana y la proximidad de la divisoria continental. Geomorfologiacamente se encuentra en la Zona de Volcanes del Barroso. A fines del Oligoceno o principios del Mioceno ocurrió una segunda etapa de plegamiento, conocida regionalmente como “Fase Inca”, la cual fue seguida por una emersión general, ocurriendo un intenso volcanismo que dio origen a la Formación Orcopampa equivalente al Grupo Tacaza, asociada a cuerpos Hipabizales portadores de soluciones mineralizantes. La actividad magmatica continuo hasta fines del Mioceno época en que la zona fue afectada por un leve plegamiento conocido como “Fase Quichuana”. Acontecimiento geológico seguido por un proceso denudatorio, en el que se desarrollo la “superficie Puna”, sobre la que depositaron sedimentos continentales de la Formación Millo principalmente en la depresión pre andina. Luego, se inicia el brusco levantamiento de los Andes con un fallamiento en Bloque, originandose una nueva etapa de volcanismo durante el plioceno que dio lugar a la Formación Sencca y durante el Plio-pleistoceno al Grupo Barroso En el sector agreste, situada al NNE del cuadrángulo de orccopampa, se encuentran aparatos volcánicos del grupo en proceso de destrucción. El conjunto conforma altas cumbres, cuyas formas originales fueron modificadas por glaciares que descendieron de las cumbre en forma radial
2.1.2.- Geología Regional Se ha utilizado la Carta Geológica de INGEMMET, donde la Laguna Mucurca, se encuentra en el cuadrángulo geológico 32-r Huambo a escala 1:100,000, las unidades geológicas que afloran son el Grupo Alpabamba y Formación Orccopampa, como se muestra en la Figura Nº 02.
Laguna. Mucurca
FIGURA Nº 02 : Geología a nivel regional del área de estudio (Fuente Carta Geológica Hoja 32-r, INGEMMET)
2.1.3.- Estratigrafía En la zona de ubicación de la laguna Mucurca, predominan superficies onduladas labradas sobre rocas sedimentarias. A continuación, se hace una breve descripción de las unidades litoestratigráficas, empleando para ello la información regional elaborada por INGEMMET Instituto Geológico Minero y Metalúrgico, complementada con las verificaciones de campo realizadas por el Consultor, durante el mes de Enero del 2010: UNIDAD
SIMBOLOGIA
DESCRIPCION
Qp-g
Depositos de esta naturaleza tienen mayor extension en el sector nororiental del cuadrangulo de Orccopampa.
Depositos Aluviales
Qp-al
Acumulaciones de esta naturaleza, tienen mayor ocurrencia a lo largo de los cursos fluviales que surcan en la region, tambien se encuentran a manera de cobertura en las superficies de las lomadas
Grupo Andahua
Qr-a
Unidad volcanica de reciente formacion, que se presenta de manera de estratos capas y conos volcanicos.
LITOESTRATIGRAFICA
Depositos Glaciares
Afloramiento que tiene amplia propagacion en el cuadrangulo Grupo Yucra
Jski-yu
Formacion Orccopampa
Tm-or
de Huambo, principalmente a lo largo del cañon del río colca, igualmente la Laguna Mucurca, la unidad se propaga a traves del Valle de Ayo. La unidad se compone de varios niveles tobáceos y brechas volcanicas moradas y verdes, asociados con sedimentos lacustres. Tiene gran propagacion dentro del area estudiada, se presenta
Formacion Arcurquina
Ki-ar
en el angulo sureste del cuadrangulo de Huambo y se distribuye a lo largo de una franja NO-SE asociada a la formacion Murco que la Infrayacecon cordantemente.
2.1.4.- GEOLOGIA LOCAL El tipo de suelo que conforma el ámbito del proyecto, están cubiertas por depósitos glaciares, suelos coluviales como arenas limosas, areniscas y limolitas, es una zona de volcanes del Barroso De acuerdo a la visita realiza en el mes de Enero del 2010, se observo que en la parte sur la Laguna Mucurca hay canales de filtración, ya que en la parte baja se observan ojos de agua, por lo que para la siguiente etapa se recomienda un estudio más detallado.
2.1.5.- GEODINAMICA EXTERNA En la zona donde se plantean las estructuras del aprovechamiento hídrico (Alternativa Nº 1 y alternativa Nº 2), no se han observado procesos geodinámicas de Inestabilidad de Talud, como; deslizamientos, derrumbes, caída de bloques, flujos, etc. La actividad geodinámica externa sobre el emplazamiento de las estructuras planteadas en el proyecto se encuentra relacionada básicamente a la presencia de materiales aluviales
2.1.6.- ESTABILIDAD DE TALUDES La estabilidad de los flancos del vaso en general es aceptable; el conformado por rocas volcánicas sedimentarias, los taludes que predominan alcanzan valores inferiores a 40º; si bien en algunos casos en la margen izquierda del embalse (Parte central) se presentan taludes superiores a 50º; estos no presentan evidencias de desprendimientos recientes de gran magnitud. Considerando que los períodos lluviosos ocurridos en la zona, parecen no haber afectado la estabilidad de las vertientes, se puede considerar que la estabilidad de los flancos, en caso de implementarse el proyecto, es aceptable, solamente se prevén pequeños movimientos del manto detrítico, que en el presente caso no alcanzarán grandes potencias.
2.1.7.- SISMICIDAD Desde el punto de vista sísmico, el territorio Peruano, pertenece al Círculo Circumpacífico, que comprende las zonas de mayor actividad sísmica en el mundo y por lo tanto se encuentra sometido con frecuencia a movimientos telúricos. Pero, dentro del territorio nacional, existen varias zonas que se diferencian por su mayor ó menor frecuencia de estos movimientos. Acorde al Mapa de zonificación sísmica del Perú y al Mapa de máximas intensidades sísmicas de Perú presentados en la FIGURA Nº 03 y FIGURA Nº 04, respectivamente se desprende que el área en estudio se encuentra en la Zona III correspondiente a una zona de sismicidad Alta y con probabilidad de ocurrencia de sismos en la Escala de Mercalli modificada de VII a VIII grados de intensidad. Asimismo en la FIGURA Nº 05 se presenta el Mapa de isoaceleraciones del territorio peruano para un Periodo de Retorno de 475 años, en donde se obtiene para el área de estudio una aceleración horizontal máxima de 0.36g.
Area de Estudio
FACTORES DE ZONA ZONA
Z
3
0.4
2
0.3
1
0.15
FIGURA Nº 03: Mapa de zonificación sísmica del territorio peruano (según Noma E030: Diseño sismorresistente del Reglamento Nacional de Edificaciones del Perú)
LEYENDA X
VI
IX
V
VIII
IV
VII
XI
VALOR EXTREMO DE CARACTER LOCAL
FIGURA Nº 04: Mapa de máximas intensidades sísmicas del territorio peruano (según Dr. Jorge Alva Hurtado et al, 1993)
FIGURA Nº 05: Mapa de distribución de isoaceleraciones sísmicas del Perú (Sismo con periodo de retorno de 475 años y 10% de probabilidad de ocurrencia durante 50 años- Fuente : CISMID , Año 1993)
2.1.8.- APRECIACION GEOLOGICA a).- Las proximidades de la laguna Murcuca está conformado por material morrénico, que consiste mayormente de clastos redondeados y sub redondeados, de naturaleza variada, englobados en matriz predominatemente areno-limosa. b).- Los afloramientos rocosos se muestran en el flanco Izquierdo afectados por sistemas de diaclasas.
Flanco Izquierdo de la Laguna Mucurca; donde se aprecia los derrames volcánicos en posición subvertical. El colchón horizontal es parte del cuerpo de la Laguna que esta conformado por una arcilla inorgánica de ba a lasticidad.
c).- Vaso: El área del embalse, involucrará a las siguientes unidades lito estratigráficas: Depósitos Glaciares (Matriz predominante arena limosa) .
Zona del embalse de la laguna Mucurca donde se observa claramente la presencia de morrenas (Matriz areno-limosas, arcillas de baja plasticidad) que se observa claramente en la calicata 03
d).- Se realizo el ensayo de Lefranc (Ensayo de permeabilidad) en la parte Norte de la Laguna Mucurca, dándonos un valor de “k” de 2.34E-04 (Pobremente Permeable), de la cual podemos concluir que mediante la compactación del material (Arcilla de baja plasticidad encontrada en la calicata C-03) en la parte Norte se garantiza el almacenamiento de las aguas de la Laguna
Ensayo de Permeabilidad de carga variable, cerca a la calicata C-03
CAPITULO III : INVESTIGACIONES EFECTUADAS
3.1.- INVESTIGACIONES DE CAMPO Las investigaciones de campo que se describen en este Capítulo son aquellas destinadas al análisis geotécnico de las estructuras del proyecto “Aprovechamiento Hídrico de la Laguna Mucurca, Distrito de Cabanaconde, Región Arequipa ”. Las investigaciones destinadas a la evaluación de Cantera de Agregados se tratarán exclusivamente en el Capitulo V, del presente Informe. Los trabajos de campo han sido realizados por el Consultor en el mes de Enero 2010 y han consistido básicamente en: a).- Evaluación geológica-geotécnica “in situ” del suelo de cimentación de la estación de Bombeo, ubicada en la zona de la Calicata 02. b).- Excavación de una “calicata” de 1.50 m . x 1.00 m. por 3.0 m. de profundidad mínima en el área de la Laguna Mucurca, tomando en cuenta la primera alternativa, la cual pretende proyectar un túnel de trasvase para el Aprovechamiento Hídrico de las aguas de la Laguna Mucurca.
Inicio de corte de material para poder proyectar túnel para el aprovechamiento Hídrico de las aguas de la Laguna Mucurca para la segunda alternativa, la cual se encontró una Arcilla inorgánica de baja plasticidad (CL) hasta un profundidad de 3.00 m.
c).- Toma de muestras alteradas e inalteradas en cada una de las “calicatas” excavadas, que permitan la ejecución de ensayos de laboratorio y recopilación de información, destinada a obtener las propiedades físico-mecánicas y químicas de los suelos. Para cada una de las “calicatas”
excavadas
se han tomado muestras de suelos con la finalidad de identificar a través de Ensayos de Laboratorio sus principales propiedades físicas, mecánicas y químicas. En la foto se aprecia la toma de muestras en una “calicata” que ha sido
excavada en el área de embalse de la Laguna Mucurca
d).- Toma de muestras de la calicata 02 en la cual se pretende construir la caseta de bombeo, la altura que se alcanzo en la presente calicata es de 2.00 m., ya que a esa altura se encontró el estrato rocoso
Calicata 02, zona en la cual se pretende construir la estación de Bombeo, con una profundidad de 2.00 m. En la cual se encontró material grava limo-arcillosa
Calicata 01, en la cual se encontró un material areno-limoso hasta una profundidad de 2.00 m.
Para cada una de los puntos de investigación se ha efectuado la descripción del perfíl estratigráfico y la toma de muestras de los estratos que conforman el suelo.
e).- Se realizó una Prueba de Permeabilidad vertical de carga Variable “in situ” ( Ensayo Lefranc), en la parte Norte de la Laguna Mucurca, y muy cerca de la ubicación de la “calicata” excavada
C-03.
3.2.- ENSAYOS DE LABORATORIO Los ensayos de Laboratorio se han efectuado para cada una de las muestras alteradas recogidas en las “calicatas” excavadas.
Estos han sido desarrollados en el Laboratorio de Mecánica de Suelos de Engineers G@ Company S.A.C.; los cuales se presentan en anexo.
CAPITULO IV: GEOTECNIA DEL AREA DEL PROYECTO
4.1.- DESCRIPCION DEL PERFIL ESTRATIGRAFICO DEL SUELO DE CIMENTACION 4.1.1.- SUELO DE CIMENTACION DE LA ESTACION DE BOMBEO El apoyo de la cimentación de la Estación de Bombeo (Alternativa Nº 2), será sobre suelo firme, de tal manera que se debe despalmar la escasa cobertura de material orgánico y que no es mayor a 0.60 m. en toda el área que se pretende cimentar la estación de bombeo. En base a la información obtenida de los trabajos de campo (Calicatas), observación visual de las excavaciones y de los ensayos de laboratorio, se han establecidos los perfiles estratigráficos (se muestra en el ANEXO), el cual se describe como:
a).- En el cuerpo de la Laguna Mucurca (Calicata 03) – (Alternativa Nº 1): De 0.00 m. hasta 3.0 m.: está conformado por Arcilla Inorgánica de Baja Plasticidad “CL” de color gris claro, con 0.28% de grava, 0.86% de arenas y 98.86% de finos (Limos y Arcillas); son suelos de baja permeabilidad, de compacidad media a densa. b).- En la base donde se pretende proyectar la estación de Bombeo – (Alternativa Nº 2) Calicata 01 De 0.00 a 0.30 m.: Cobertura conformada por material orgánico con presencia de raíces y bolonerias De 0.30 a 2.00 m.: son suelos conformados por arena limosa con presencia de gravas “SM”, de baja plasticidad, color beige, con 34.08% de grava, 35.44% de arenas y 30.48% de finos (limos y arcillas), y son suelos de compacidad media y de características semipermeables. Calicata 02 – Ubicada en la zona donde se pretende proyectar la estación de bombeo De 0.00 a 0.30 m.: Cobertura conformada por material organico con presencia de raíces y bolonerias De 0.30 a 2.00 m.: son suelos conformados por Gravas Limo-Arcillosas “GM-GC”, de baja plasticidad, color gris, con 54.77% de grava, 14.36% de arenas y 30.87% de finos (limos y arcillas), y son suelos de compacidad media y de características semipermeables. 4.1.2.- CLASIFICACION DE LOS MATERIALES DE EXCAVACION Los materiales para efectos de excavación se ha clasificados básicamente en 3 tipos:
Roca Fija (RF): Cuando requieren de uso sistemático de explosivos para su afloje y remoción. Roca Suelta, Fracturada o blanda (RS): Removible con maquinaria y uso de explosivos en menor porcentaje para su afloje y posterior remoción. Material Común (MC): Material removible con medios manuales y/o mecánicos. Para el caso del movimiento de tierras en la construcción de La Presa Mucurca y sus obras conexas se ha de utilizar la clasificación del material de excavación siguiente
- Cuadro de Volumen de corte para la Estación de Bombeo Volumen de Corte Descripcion
MC %
RS %
RF %
0+000 - 0+120
90
10
0
- Cuadro de Volumen de corte para el canal (830 m .) y túnel (1.8 Km) proyectado para la Primera alternativa Primera Alternativa Tipo de Roca
Longitud m.
Roca Tipo II Roca Tipo III Roca Tipo IV
Porcentaje
330 770 1100
15% 35% 50%
- Cuadro de Volumen de corte para el túnel (1.8 Km) Segunda alternativa
proyectado para la
Segunda Alternativa Tipo de Roca
Longitud m.
Roca Tipo II Roca Tipo III Roca Tipo IV
270 450 1080
Porcentaje
15% 20% 60%
4.2.- ANALISIS DE LA CIMENTACION 4.2.1.- CALCULO DE LA CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE POR FALLA AL CORTE Los cálculos detallados, son el análisis para la estación de bombeo para la alternativa 02 Debido a este tipo de suelo conformado mayormente por Gravas limo-arcillosas de baja compacidad, de la cual se extrajo una muestra alterada para evaluar la capacidad de la matriz del suelo y del conjunto en su totalidad, encontrándose que el suelo donde irá desplantada la cimentación se encuentra en un estado de compacidad medianamente compacto a densos. La capacidad de carga se ha determinado en base a la formula de Terzaghi, para una falla general por corte.
qu
c N c
q N q
1 2
B
Cimentación corrida (1) Para Falla General por corte (2)
N
q ad Donde: qu : Capacidad última de carga en (Kg/cm2)
qu FS
q ad
: Capacidad portante admisible en (Kg/cm2)
F.S.: Factor de seguridad = 3
: Peso específico del suelo.
B : ancho de la base de la zapata corrida dentro del cálculo de capacidad portante es un valor mínimo sugerido, el cual se ajusta teniendo en cuenta las cargas reales de la estructura (m). Df: Profundidad de la cimentación (m). C: Cohesión en (Kg/cm2) N C N N q ,
,
: Factores de capacidad de carga (Vesic, 1973)
El ancho y profundidad recomendada de cimentación se muestra en la siguiente figura:
NT
Df
B
De acuerdo al Ensayo de Corte realizado en el Laboratorio Geotécnico, de la muestra alterada extraída de la Calicata C-2/M2 a una profundidad de 0.40m. a 2.00m., se obtiene:
c =0.00 Kg/cm²
= 33°
Donde : c : Cohesión Ф : Angulo de fricción
Para efectos del cálculo de la capacidad de carga se considera la cohesión c= 0. Los cálculos se realizan para cimentación con zapatasde conectadas. Cálculo de la Capacidad portante admisible por Falla General por corte en Cimentación tipo zapata corrida. ESTRUICTURA TIPO DE SUELO
sat tn/m3
TUNEL PROYECTADO (C-03)
SUELO ARCILLOSO CL
CACETA DE BOMBEO (C-02)
GRAVAS LIMO ARCILLOSAS GM-GC (C-2)
c
tn/m3 tn/m2
B
L
Df
N c
N q
N
m
m
m
º
q N
N
c N
D1
D2
m
m
1.85 1.73
1.50
1.5
0
1
23
18.1
8.66
1.85 1.72
0.00
1
0
1.2
33
38.6
26.1 35.2 1.2
q
qu
qadm
qadm
tn/m3 tn/m2 tn/m2 tn/m2 kg/cm2 FALLA GENERAL POR CORTE
8.2 0.5 0.5 0
0.85 1.29 43.47 14.49
1.45
1.72 2.06 84.11 28.04
2.80
Reemplazando los datos en la fórmula 01 y empleando un factor de seguridad apropiado, se obtiene una Capacidad Portante Admisible por Falla General de:
CAP. PORTANTE ESTACION DE BOMBEO
(qa) = 2.80 kg/cm²
CAP. PORTANTE
(qa) = 2.80 kg/cm²
C-03
4.2.2.- CALCULO DEL ASENTAMIENTO Para el análisis de cimentaciones tenemos los llamados Asentamientos Totales, los que podrían comprometer la seguridad de la estructura, si sobrepasa 5 cm que es el asentamiento máximo tolerable. El asentamiento de la cimentación se calculará en base a la Teoría de la Elasticidad (Lambe y Whitman, 1964). Se asume que el esfuerzo neto transmitido es uniforme en ambos casos. El asentamiento elástico inicial será: Las propiedades elásticas del suelo de cimentación fueron asumidas a partir de tablas publicadas con valores para el tipo de suelo existente donde irá desplantada la cimentación. Para este tipo de suelo donde se desplantara la cimentación se considera un módulo de elasticidad de E=5000 tn/m 2 y una relación de poisson de 0.25 S= 1.12 qadmB (1 – 2) / E
En donde :
S : Es el asentamiento al centro de la zapata cuadrada qadm: Es la capacidad de carga admisible por falla al corte B : Es la dimensión de la zapata : Es el coeficiente de Poisson del material de la cimentación E : Es el Módulo de elasticidad del material de la cimentación
ESTRUICTURA TUNEL PROYECTADO CACETA DE BOMBEO (C-02)
TIPO DE SUELO SUELO ARCILLOSO CL GRAVAS LIMO ARCILLOSAS GM-GC
q
B
u
If
Es
Asent. Total
kg/cm2
cm
-
-
kg/cm2
Cm
1.45
150
0.25
2.3
500
0.94
2.80
100
0.25
2.30
500
1.21
Por lo tanto el asentamiento máximo será 1.21 cm, se concluye que los asentamientos calculados se encuentran en un valor inferior al valor permisible, los valores de capacidad de carga admisible por falla al corte son seguros ante un asentamiento excesivo.
4.3.- IMPERMEABILIDAD DE LA CIMENTACION La matriz arcillosa de los suelos en el área encontrada (calicata C-03), de acuerdo a los resultados obtenidos en las Pruebas de Permeabilidad “in situ” de ca rga variable, tiene características propias de material pobremente permeables con valores promedios de permeabilidad que van desde 10-3 a 10 -4 cm/s. para lo cual se recomienda la compactación del material arcillosa para así garantizar la estanqueidad de las aguas de la Laguna La hoja de cálculo del ensayo de permeabilidad se detalla a continuación.
El matriz arcillosa que predomina en la parte norte de la Laguna Mucurca y por debajo del suelo coluvial o fluvio-aluvial en el área de embalse (arcilloso) garantiza la estanqueidad de las aguas de la Laguna Mucurca En la parte norte y cerca a la calicata C-03 se realizo una prueba de permeabilidad de carga variable, con una carga máxima de agua de 1.00 m. con la finalidad de cuantificar los valores promedio de la permeabilidad en el suelo de cimentación que comprende a la cobertura de tipo coluvio-aluvial tanto del eje del embalse. La cual encontramos un materia pobremente permeable de acuerdo a la tabla I adjunta anteriormente.
4.4.- ESTABILIDAD DE TALUDES La estabilidad de las excavaciones que han de efectuarse en la construcción del canal de conducción del proyecto de “Aprovechamiento Hídrico de la laguna Mucurca, Distrito de Cabanaconde, Provincia de Caylloma, Region de Arequipa”, presenta el detalle siguiente: -
Para excavaciones en material común suelto (como por ejemplo: ML, GM en estado suelto, material residual-aluvial) la apertura de zanjas se puede hacer con cortes verticales hasta alturas no mayores a los 3.00 m.; a partir de esta altura se requiere entibar con las protecciones necesarias.
-
Para excavaciones en material común compacto a muy compacto (como por ejemplo: ML, GM-GC en estado compacto-material aluvial) la apertura de zanjas se puede hacer con cortes verticales hasta alturas no mayores a los 4.00 m.; a partir de esta altura se requiere entibar con las protecciones necesarias.
-
Para excavaciones en roca fija y roca suelta (como por ejemplo: Aglomerados volcánicos , Tufos y Areniscas Tufáceas en estado muy compacto a rígido) la apertura de zanjas se puede hacer con cortes verticales hasta alturas no mayores a los 10.00 m.; sin embargo, a partir de esta altura se requiere entibar básicamente por medidas de seguridad y con las protecciones necesarias.
Los taludes de corte recomendados para las excavaciones que han de efectuarse en la construcción del canal de conducción y sus obras conexas, presenta el detalle siguiente : -
Para excavaciones en material común, suelto a medianamente compacto (como por ejemplo: ML, GM en estado suelto) se recomienda un talud de 0.5:1 (H:V). Para excavaciones en material común compacto a muy compacto (como por ejemplo: ML, GM-GC en estado compacto) se recomienda 0.25:1 (H:V). Para excavaciones en roca fija y roca suelta (como por ejemplo: andesita y toba en estado muy compacto a rígido) se recomienda 0.125:1 (H:V).
4.5.- PARÁMETROS DE DISEÑO SISMO RESISTENTE De acuerdo a los resultados obtenidos en la evaluación de la sismicidad y los perfiles geológicoslitológicos para la zona de estudio, se ha determinado que para efectos del cálculo de las fuerzas horizontales, que se han de ejercer sobre las obras proyectadas para la estación de Bombeo, se debe considerar los datos siguientes: -
Tipo de Suelo : Perfil Tipo S2 (Según Norma E 030) Factor del suelo :1.2 Aceleración horizontal máxima : 0.36g
4.6.- TIPO CIMENTACION RECOMENDADA Dada la naturaleza del terreno a cimentar y las magnitudes posibles de las cargas transmitidas, se recomienda utilizar una cimentación superficial tipo zapata corrida con vigas de cimentación, en ambas direcciones, en la construcción de la caseta de bombeo.
CAPITULO V : EVALUACION DE CANTERAS DE MATERIAL DE CONSTRUCCION
5.1.- MATERIALES DE CONSTRUCCION Los materiales a ser usados en las diversas estructuras del proyecto “Aprovechamiento Hídrico de la Laguna Mucurca Distrito de Cabanaconde, Provincia de Caylloma, Región Arequipa, son los siguientes: Material de agregado grueso: Este material se empleará en la preparación del concreto requerido en la construcción de las diversas obras de la Presa. Material de agregado fino: Este material seleccionado se empleará en la preparación del concreto requerido en la construcción de las diversas obras de la Presa. Los materiales de construcción citados en párrafos anteriores, deben cumplir ciertas propiedades técnicas mínimas, las mismas que se presentan a continuación:
Requerimientos técnicos para un agregado fino Los requerimientos técnicos requeridos según normas ASTM C33 del agregado fino para la elaboración del concreto son los siguientes: a).- Consistirá en arena natural u otro material inerte de características similares, limpio, libre de impurezas, sales y materia orgánica. La cantidad de sustancias dañinas no excederá los límites indicados en la Tabla siguiente:
Sustancia
Porcentaje en peso
Arcilla o terrones de arcillas Carbón y lignito Material que pasa la malla N200 Total de todos los materiales deletéreos
1% 1% 5% 7%
b).- Curva granulométrica, con un tamaño máximo de 3/16” y el porcentaje retenido en dos mallas sucesivas no superior al 45%. c).- Valores de Ensayos en Laboratorio de acuerdo los limites indicados en la Tabla siguiente:
Descripción Módulo de Fineza Variación del Módulo de Fineza Durabilidad Equivalente de arena Índice Plástico ( que pasa la malla N° 200) Absorción de agua Humedad natural
Valores recomendados De 2.3 a 3.10 Menor a 0.20 Menor a 12.0% Mayor a 50.0% Menor a 4.0% Menor a 1.0% Menor a 7.0%.
Requerimientos técnicos para un agregado grueso Los requerimientos técnicos mínimos según normas ASTM C33, del agregado grueso, para la elaboración del concreto, son los siguientes: a).- Consistirá en piedra, grava, canto rodado o escorias de altos hornos y cualquier otro material inerte aprobado con características similares o combinaciones de estos. Deberá ser duro, con una resistencia ultima mayor que la del concreto que se va emplear, químicamente estable, durable, sin materias extrañas y orgánicas adheridas a su superficie.
La cantidad de sustancias dañinas no excederá los límites indicados en la Tabla siguiente:
Sustancia Fragmentos blandos Carbón y lignito Arcilla y terrones de arcilla Materiales que pasan la Malla N200 Piezas delgadas o alargadas
Porcentaje en Peso 5% 1% 0.25% 1% 10%
b).- Curva granulométrica, con tamaños comprendidos entre 3/16” a 3”. c).- Valores de Ensayos en Laboratorio de acuerdo los limites indicados en la Tabla siguiente:
Descripción Fragmentos suaves Carbón y lignito Terrones de arcilla Material que pasa malla N200 Abrasión(Maquina Los Ángeles) Durabilidad Sales solubles totales Absorción de agua
Valores recomendados Menor a 5.0% Menor a 1.0% Menor a 0.25% Menor a 1.0% Menor a 40.0% Menor a 12.0% Menor a 0.50% Menor a 0.50%
5.2.- CANTERAS DE MATERIAL GRUESO Y FINO PARA LA PREPARACION DE CONCRETO 5.2.1.- UBICACIÓN Y ACCESO A CANTERAS La cantera para la obtención del material granular en la construcción de las estructuras que comprometen al proyecto de “Aprovechamiento Hídrico de la laguna Mucurca, Distrito de Cabanaconde, provincia de Caylloma, Región de Arequipa” , se encuentra sobre el lecho aluvial del río Huambo, en la progresiva 0+500 del camino de acceso Huambo – Laguna Mucurca; (Ver PLANO PC-01). Esta cantera ha sido seleccionada tomando en cuenta: su disponibilidad, su cercanía a la obra, la calidad de sus agregados, así como el aspecto económico relacionado básicamente a obtener el menor costo por m3 del concreto requerido en obra. La cantera seleccionada se denomina: Cantera del Rio Huambo. -
Ubicación : Río Huambo (KM 0+500 de la camino de acceso de Huambo – Laguna Mucurca) Propiedad : Comunal Potencia : Estimada en 30,000.00 m3 Explotación : Con cargador frontal y/o tractor y chancadora Material : Agregado grueso y agregado fino Usos : Preparación de concreto y otros
5.2.2.- INVESTIGACIONES EFECTUADAS 5.2.2.1.- TRABAJOS DE CAMPO Los trabajos desarrollados por el Consultor, fueron llevados a cabo durante el mes de Enero del 2010; Estos constituyen básicamente en una prospección geológica y geotécnica en el área de la cantera citada con la finalidad de caracterizar sus bondades como materiales de construcción.
Con la finalidad de obtener los parámetros físicos y mecánicos de los materiales de la Cantera antes citados, se ha efectuado el recojo de muestras extraídas en puntos elegidos al azar, según la Norma ASTM D 420, de manera que permitan identificar las características promedio de dicho material y que servirán para efectos de ejecutar diversos ensayos en el Laboratorio de Suelos. Es preciso indicar en este punto que, el recojo de muestras en un área de emplazamiento relativamente amplia, debe involucrar y considerar un control permanente en obra, al menos de las características técnicas más importantes del material, puesto que la variación heterogénea común en los suelos, podría alterar las propiedades inicialmente determinadas en el Laboratorio, y pueden ocasionar una mala calidad de construcción del concreto, si es que no se toman en cuenta los permanentes controles de calidad del material, durante la ejecución de obra.
5.2.2.2.- ENSAYOS DE LABORATORIO Los Ensayos de Laboratorio de Suelos para las muestras de material extraídas en la Cantera, han sido desarrollados en el Laboratorio de Mecánica de Suelos de la Empresa Engineers G @ S Company S.A.C., de acuerdo a la siguiente relación:
ENSAYO
NORMA USADA
Análisis granulométrico de los agregados Gravedad específica y Absorción del agregado grueso Gravedad específica y Absorción del agregado fino Peso unitario del agregado grueso (suelto y compactado) Peso unitario del agregado fino (suelto y compactado)
ASTM C 136 ASTM C 127 ASTM C 128 ASTM C 29 ASTM C 29
En el ANEXO 01, se presentan los resultados obtenidos en los ensayos ejecutados. Las propiedades físicas y mecánicas de la cantera del Río Huambo, se muestran en el CUADRO Nº 04:
Agregado grueso -
Ubicación
-
Clasificación SUCS Peso específico Peso unitario suelto Peso unitario compactado Tamaño máximo Impurezas orgánicas Partículas friables Absorción Humedad Módulo de Fineza
: En el KM 0+500 de la carretera de acceso a Huambo – Laguna Mucurca : GW : 2.57 : 1.445 Tn/m3 : 1.508 Tn/m3 : 3/4”
: Ninguna : Menor a 2% : 1.44 % : 0.30 % : 6.62
Agregado fino -
Ubicación
=
-
Clasificación SUCS Peso específico Peso unitario suelto Peso unitario compactado
= = = =
En el KM 0+500 de la carretera de acceso a Huambo – Laguna Mucurca SW 2.680 1.437 Tn/m3 1.658 Tn/m3
-
Impurezas orgánicas Partículas friables Absorción Módulo de Fineza
= = = =
Ninguna Menor a 2% 2.67 % 3.07
5.2.3.- EXPLOTACION EN CANTERAS Por el volumen de material granular, requerido para la construcción de las obras del proyecto de “Aprovechamiento Hídrico de la Laguna Mucurca Distrito de Cabanaconde, Provincia de Caylloma, Región de Arequipa”, se recomienda que la explotación sea realizada en forma mecánica, usando:
cargador frontal, volquete de 10 m3, zarandas metálicas,
5.2.4.- ANALISIS DEL MATERIAL DE CANTERAS Las características físicas y mecánicas de los materiales de agregado, para la preparación del concreto, se presenta el Cuadro Nº 04.
Cuadro Nº 04 CARACTERÍSTICAS Cantera Perfil Peso Unitario Suelto (P.U.S.) Peso Unitario Compactado (P.U.C.) Peso Específico Seco Módulo de Fineza % de Absorción Contenido de humedad % Tamaño Nominal Máximo Tamaño Máximo
AGREGADO FINO Rio Huambo 1,437.63 1,658.27 2.68 3.07 2.67 7.41 -
AGREGADO GRUESO Rio Huambo 1,445.29 1,508.50 2.57 6.62 1.44 0.30 1/2" 3/4"
Tamaño Nominal Máximo: Es el tamiz donde se produce el primer retenido. Tamaño Máximo: Es el mayor tamiz por donde pasa todo el material.
De acuerdo a las propiedades físico-mecánicas encontradas para cada uno de los materiales de la Cantera del Río Huambo y los requerimientos técnicos exigidos para su uso en la preparación del Concreto, se concluye lo siguiente:
Agregado fino La granulometría del agregado fino (Rio Huambo), presenta un Módulo de Fineza igual a 3.07 que es menor que el especificado como límite máximo, por lo que se trata de una arena con adecuado material grueso (Mayor a la Malla Nº 4). El agregado fino es un material aceptable para la preparación del Concreto.
Agregado Grueso El agregado grueso procedente de la Cantera (Río Huambo), cumple ampliamente todos los requerimientos técnicos para su uso en la preparación del concreto. El agregado grueso tiene un tamaño máximo de 3/4” y se trata de un excelente material para ser usado en la preparación de concreto.
6.0.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
La estratigrafía encontrada en la zona de cimentación de la estación de Bombeo, está compuesto de un estrato superior de material orgánico, de una altura que varía de 0.30 m a 0.70 m, seguido de un manto de material glaciar (arenas – limosas, gravas limosas). Basado en los trabajos de campo, ensayos de laboratorio, perfiles y registros estratigráficos, características de las estructuras a construir, se recomienda cimentar las estructuras, a una profundidad mínima de Df=1.20m., para cimentación tipo zapata corrida, respecto a la cota más baja de la superficie actual del terreno. Las Capacidad Portante admisibles del material encontrado en la calicata 02 y calicata 03 para las respectivas estructuras proyectadas son de:
CAP. PORTANTE ESTACION DE BOMBEO
(qa) = 2.80 kg/cm²
CAP. PORTANTE
(qa) = 2.80 kg/cm²
C-03
Se recomienda, durante el proceso constructivo de las estructuras que conforma el proyecto “Aprovechamiento Hídrico de la Laguna Mucurca” , el control permanente de las características técnicas más saltantes de los materiales provenientes de las Canteras seleccionadas, puesto que la variación heterogénea común de los agregados podría alterar las propiedades inicialmente determinadas en el Laboratorio y pudiese ocasionar una mala selección de los materiales de construcción.
Para taludes de corte en el canal de conducción se recomienda una inclinación de 0.5:1 (H:V), y en aquellos casos en que estos taludes superen los 5 metros de altura, se deberá considerar banquetas cada 5 metros con 1.0 m de ancho como mínimo. Para taludes de relleno se recomienda una inclinación de 2:1 (H:V).
En la siguiente etapa del proyecto, para el estudio del túnel de trasvase (Alternativa Nº 1), se recomienda desarrollar trabajos de refracción sísmica u otro ensayo geofísico similar en la longitud del túnel (2.3 km), para determinar el tipo de material y su espesor. Así mismo, en la alternativa Nº 1 (túnel de trasvase), se recomienda la ejecución mínima de 06 Sondeos con recuperación de testigos, utilizando perforación rotativa diamantina hasta llegar a la rasante del túnel; en puntos específicos del eje del túnel. Para determinar con certeza la estratigrafía del eje del túnel proyectado. Realizar calicatas de exploración de 3 a 5 m. de altura a lo largo del perímetro de la laguna, con mayor incidencia en la parte Norte de la Laguna Mucurca, con pruebas de permeabilidad (Ensayos Lefranc) en la base de las calicatas. Continuar las investigaciones en la zona sur de la laguna Mucurca, para determinar los canales de filtración y recomendar su control para el buen funcionamiento del Proyecto de Aprovechamiento Hídrico de la laguna. De acuerdo a los resultados obtenidos en la evaluación de la sismicidad y los perfiles geológicos-litológicos para la zona de estudio, se ha determinado que para efectos del cálculo de las fuerzas horizontales, que se han de ejercer sobre las obras proyectadas, se debe considerar los datos siguientes: Tipo de Suelo : Perfil Tipo S2 (Según Norma E 030) Factor del suelo :1.0 Factor de Zona: Z=0.4 Aceleración horizontal máxima : 0.36g
ANEXO N° 01
:
RESULTADOS DE LAS INVESTIGACIONES DE CAMPO
