Ems_puente Vehicular Jihuico_metztitlan, Hgo.

MECÁNICA DE SUELOS, GEOTECNIA, ASESORÍA Y CONSULTORÍA C ONSULTORÍA

CONT ENIDO

1.- ANTECEDENTES. 2.- TRABAJOS DE CAMPO. 3.- TRABAJOS DE LABORATORIO. L ABORATORIO. 4.- ESTRATIGRAFÍA EST RATIGRAFÍA.. 5.- MECÁNICA DE SUELOS. 6.- RECOMENDACIONES. ANEXO “A “A” REPORTE FOTOGRÁFI FOTOGRÁFICO. CO. ANEXO “B “B” FIGURAS.

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MECÁNICA DE SUELOS, GEOTECNIA, ASESORÍA Y CONSULTORÍA ESTUDIO D DE M MEC ÁNIC A D DE S SUELOS P P AR A E EL P PROYECTO “PUENTE V VEHICUL AR JIHUICO”, Q QUE S SE U UBIC A AR R Á Á E EN M METZTITL Á ÁN N, E EST A AD DO D DE H HID A AL LGO. E 1.- ANTECEDENTES. Se presentan los resultados del estudio de Mecánica de Suelos realizado para diseñar y construir la cimentación del Puente Vehicular “JIHUICO”, en Metztitlán, Estado de Hidalgo. Los resultados presentados en este estudio son para diseñar correctamente la cimentación del Puente Vehicular, así como para estimar su comportamiento a corto plazo, el Gobierno del Estado de Hidalgo a través de la Dirección General de Estudios y Proyectos del Estado, solicitó al suscrito la ejecución del Estudio de Mecánica de Suelos correspondiente. correspondiente. Reseña Geológica. Mapa de Fisiografía

Los límites del estado de Hidalgo encierran áreas que corresponden a tres provincias fisiográficas del país: - La Sierra Madre Oriental - El Eje Neovolcánico - La Llanura Costera del Golfo Norte ZULUAGA No. 32-BIS COL. BARRIO SAN MIGUEL, MÉXICO, D. F. C. P. 09360 TEL./FAX:: 56-86-60-47, E-mail: [email protected] TEL./FAX

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MECÁNICA DE SUELOS, GEOTECNIA, ASESORÍA Y CONSULTORÍA Provincia de la Sierra Madre Oriental

Representada en la entidad por las subprovincias: Subprovincia del Carso Huasteco Limita al norte con las subprovincias Sierras y Llanuras Occidentales y Gran Sierra Plegada; se denomina así por poseer rasgos de un carso mayor en toda su extensión y presenta un fuerte grado de disección, por la acción de los importantes ríos que afluyen en ella. Sus cumbres más elevadas se localizan al norte de Zimapán, Hidalgo y exceden los 2000 m sobre el nivel del mar. Esta región cársica es una de las mas extensas del país, en ella dominan rocas calizas, que al ser disueltas por el agua originan rasgos de carso (pozos, dolinas y grutas) como las dolinas ubicadas al sur de Jacala, o la de Cuesta Colorada, que tiene unos 4 kms de largo, alrededor de 1 km de ancho y aproximadamente 150 mts. de profundidad. En el extremo sureste de la subprovincia dominan rocas sedimentarias antiguas de tipo continental, en las que no se manifiestan estos rasgos. Atraviesa un profundo y espectacular cañón entre la sierra, cuyo piso esta a 200 m sobre el nivel del mar mientras que las cumbres se elevan a 1,800 m. Gran parte de esta subprovincia queda dentro del estado de Hidalgo, donde cubre 9,712.93 km2. En esta porción del Carso Huasteco dominan las sierras. Sus áreas más bajas se localizan en el norte y noreste de la entidad y constituyen la región conocida como Huasteca Hidalguense, donde se localizan la mayoría de los sistemas de topoformas clasificado como Valle de Laderas Tendidas. Los diferentes tipos de suelos presentes en esta zona tienen alto contenido de carbonatos, derivados de calizas por la acción de la precipitación y la temperatura, son de origen residual. Encontramos por orden de abundancia: rendzinas, litosoles, feozems y luvisoles. Provincia del Eje Neovolcánico

Representada en la entidad por las subprovincias de las Llanuras y Sierras de Querétaro e Hidalgo y de los Lagos y Volcanes de Anáhuac. Subprovincia de las Llanuras y Sierras de Querétaro e Hidalgo Se extiende desde el oeste de la Ciudad de Querétaro hasta Pachuca, Hidalgo, con una superficie dentro del estado de 7,821.33 km2 lo que significa 37.41% del total del e stado. De poniente a Oriente presenta un corredor, abajo de los 2,000 msnm, de lomeríos bajos de material volcánico, queda prácticamente encerrado desde todos los lados por sistemas de sierras, mesetas y lomeríos, casi todos de origen volcánico. Solo una cumbre, la del cerro Nopala tiene más de 3,000 m de altitud. Cerca de esta localidad se levanta una de las estructuras más extraordinarias de la provincia, la Caldera de Huichapan, al sur de esta gran caldera se levantan dos escudo-volcanes de basalto. Dentro del estado de Hidalgo queda comprendida casi la mitad oriental de esta subprovincia, con sistemas de lomeríos de rocas volcánicas intermedias interrumpidos por sierras volcánicas aisladas. El tipo de suelo que domina casi toda la subprovincia es de tipo feozem asociado con vertisoles, planosoles, rendzinas, regosoles, litosoles, pluvisoles, cambisoles y a ndosoles.

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MECÁNICA DE SUELOS, GEOTECNIA, ASESORÍA Y CONSULTORÍA Subprovincia de los Lagos y Volcanes de Anáhuac

Esta subprovincia penetra por la parte sur del estado de Hidalgo y ocupa 15.86% de la superficie total de la entidad. Cubre completamente los municipios de Tizayuca, Villa de Tezontepec, Tlanalapa, Tepeapulco, Emiliano Zapata, Apan y Almoloya ; y parte de los de San Agustín Tlaxiaca, Mineral del Chico, Tolcayuca, Zapotlán de Juárez, Zempoala, Epazoyucan, Mineral de la Reforma, Singuilucan, Cautepec de Hinojosa, Santiago Tulantepec de Lugo Guerrero, Tulancingo, Acaxochitlán, Ajacuba, Atotonilco de Tula, Tepeji de Ocampo y Tula de Allende. En esta subprovincia se encuentran suelos del tipo feozem háplico, feozem calcárico (que cubre 57.06 % de la región), litosol, regosol calcárico, vertisol pélico, cambisol éutrico, cambisol húmico y regosol districo. Provincia de la Llanura Costera del Golfo Norte

Esta subprovincia esta representada en la entidad por la subprovincia de las Llanuras y Lomeríos. Subprovincia de las Llanuras y Lomeríos La extensión que ocupa esta subprovincia en suelo Hidalguense es de 56.07 km2 (.27 %). Se ubica al noreste de la entidad en parte de los municipios de Huautla y Huehuetla. Al norte de Huauatla encontramos suelos del tipo feozem calcárico, asociado a pluvisoles calcáricos, regosoles asociados a rendzinas y en Huehuetla suelos del tipo feozem háplico. Mapa de Geología


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GEOLOGÍA Las características litológicas y estructurales de las rocas que afloran en las provincias Sierra Madre Oriental, Eje Neovolcánico y Llanura Costera del Golfo del Norte, que cubren el estado de Hidalgo, indican que hubo diferentes eventos geológicos de tipo orogénico, que asociados al volcanismo y al relleno de cuencas oceánicas dieron el carácter estructural a esta entidad. Aquí es donde se puede apreciar mejor el complejo desarrollo geológico del territorio nacional, ya que en la provincia de la Sierra Madre Oriental afloran las rocas más antiguas de México (Precámbrico) y junto con está una serie completa de unidades estratigráficas que abarca el Paleozoico Superior (Pérmico), todo el Mesozoico y e l Cenozoico. El relieve estructural de la provincia que cubre al estado fue modelado por diversos agentes que dieron las características morfológicas que ahora se manifiestan superficialmente. La Sierra Madre Oriental tuvo su desarrollo sobre estructuras (cuerpos geológicos deformados) precámbricas y paleozoicas, sobre las que ahora se encuentran rocas mesozoicas que forman pliegues de diferentes tipos y orientaciones. En Hidalgo el carácter estructural de esta cordillera es acentuado por pliegues complejos recostados hacia el noreste y grandes fallas de empuje (cobijaduras), que han arrancado de raíz fragmentos del basamento precámbrico y palezoico, e imbricado la secuencia mesozoica suprayacente. Es posible que haya una relación estrecha entre los períodos de deformación tectónica y la ubicación de cuerpos intrusivos de diversa composición, como los que aparecen en esta provincia, que atraviesan la secuencia de rocas mesozoicas, y han propiciado la mineralización de zonas como Zimapán. La continuidad de los fenómenos volcánicos durante casi todo el terciario, se manifiesta en el gran espesor y en la extensión que cubren las rocas ígneas del Eje Neovolcánico, donde pueden encontrarse domos riolíticos, volcanes compuestos, conos cineríticos enteros y erosionados, y mesetas formadas por flujos piroclásticos y derrames de basalto. Estas estructuras han sido modificadas en ocasiones por fenómenos de volcanismo explosivo, como se manifiesta en "La Caldera" de Huichapán, en la localidad El Astillero. Los sedimentos marinos terciarios que se encuentran en la porción noreste de Hidalgo están genéticamente relacionados con la formación de la Llanura Costera del Golfo, la cual tiene su origen en la regresión del Atlántico, iniciada a principios del Terciario, y en el relleno gradual de la cuenca oceánica, donde fueron acumulados sobre la pendiente del talud continental grandes volúmenes de sedimentos de las partes altas del continente. Los procesos geomorfológicos han modificado el relieve estructural original de las provincias de Hidalgo; a diferentes escalas los deslizamientos de masas rocosas provocados por el fracturamiento y la fuerza de gravedad han derruido los grandes pliegues de fallas de la Sierra Madre Oriental y las estructuras volcánicas de la provincia del Eje Neovolcánico; el agua actúa como alterador de la roca y propicia el desarrollo de suelos residuales (Atotonilco el Grande). Como agente de disolución aprovecha los sistemas de fracturas y forma en los depósitos de calizas un conjunto de estructuras típicas de regiones "Cársticas", como son las dolinas, uvalas, poljes, cavernas y simas que caracterizan a la Huasteca Hidalguense, también ha profundizado grandes cañones transversales a la cordillera, por donde las principales corrientes de la entidad drenan sus aguas al Golfo de México; y el rejuvenecimiento continuo de la plataforma costera ha permitido la erosión subsecuente de los depósitos arcillo-arenosos terciarios que se encuentran desde el frente este de la Sierra Madre Oriental hasta la planicie costera, con diferente morfología. La distribución geográfica de los recursos geológicos ha favorecido la minería en el estado de Hidalgo, el cual cuenta con una rica tradición en dicha actividad, que se remonta a más de 400 años. Se ZULUAGA No. 32-BIS COL. BARRIO SAN MIGUEL, MÉXICO, D. F. C. P. 09360 TEL./FAX: 56-86-60-47, E-mail: [email protected]

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MECÁNICA DE SUELOS, GEOTECNIA, ASESORÍA Y CONSULTORÍA sabe que los indígenas antes de la Conquista ya conocían y explotaban, aunque en forma rudimentaria, algunos yacimientos en la Sierra de Pachuca. Los distritos mineros de Pachuca-Real del Monte y Zimapán han destacado mundialmente por su producción de plata, y después de varios siglos de producción continua mantienen aún una gran potencialidad en las reservas auro-argentíferas. La entidad ocupa el pimer lugar nacional en la producción de manganeso, que se realiza en las localidades de Molango, Lolotla, Xochicoatlán y Malila; el quinto en zinc, el sexto en oro, plata y cobre; por último, el séptimo en plomo. Provincia de la Sierra Madre Oriental

Esta provincia abarca el mayor porcentaje del territorio de Hidalgo y está constituida principalmente por rocas sedimentarias, continentales y marinas; algunas muy antiguas en función de las características litoestratigráficas y estructurales de la provincia. En la porción correspondiente a la entidad se pueden diferenciar varios tipos de terrenos. Al oriente de esta región afloran, como "ventanas tectónicas" en el flanco occidental de la megaestructura denominada Anticlinorio de Huayacocotla, las rocas más antiguas que se conocen en el país, que se han correlacionado con rocas de terrenos metamórficos (gneises) "grenvillianos" que tienen edades hasta de 1,000 millones de años. A estos terrenos se les considera "el basamento" sobre el cual evolucionó la historia geológica del país; asimismo, en esta porción aflora una secuencia estratigráfica muy completa, ya que existen rocas paleozoicas, mesoziocas y cenozoicas, que en conjunto forman un paquete rocoso con más de 4,000 metros de espesor. Aquí se encuentran algunas de las formas del relieve más espectaculares de la cordillera, que reflejan su complejidad estructural. La Sierra Madre Oriental presenta una importante escarpa frente a las rocas terciarias de la vecina provincia de la Llanura Costera del Golfo Norte. Además hay superpuestos extensos derrames de rocas volcánicas (basaltos y tobas) de considerable espesor, los cuales parece que han rebasado su dominio para situarse como una cobertura que protege a las rocas mesozoicas de la erosión. En las porciones central y occidental de esta provincia es notable el predominio de las rocas sedimentarias del Cretácico (calizas y calizas interestratificadas con lutitas). En los flancos de los anticlinales y en el centro de los sinclinales afloran las rocas del Cretácico Superior (calizas -lutitas) de la Formación Soyatal. La secuencia mesozoica se encuentra atravesada por cuerpos intrusivos terciarios de diversa composición (sienitas, monzonitas y granodioritas), que quizá indican una asociación entre las fases tectónicas (períodos de intensa deformación) y la actividad magmática. Tales rocas intrusivas afloran en las localidades de San Nicolás, Agua Florida, al occidente de Zimapán y al oriente de Nicolás Flores. Estratigrafía Las unidades litológicas se describen de la más antigua a la más joven, y en el primer lugar las formadas por rocas sedimentarias, después las ígneas y por último las metamórficas. Geología Estructural

Los rasgos estructurales que se presentan en esta provincia dan evidencias de varios episodios complejos de deformación de la secuencia rocosa que la conforma. El primero, de carácter compresivo, comenzó a fines del Cretácico y culminó a principios del Terciario. Este es responsable del relieve estructural de la provincia, que puede describirse como una cordillera arqueada y plegada, formada por series sedimentarias principalmente del Mesozoico, deformadas sobre un zócalo rígido, con superposición de ZULUAGA No. 32-BIS COL. BARRIO SAN MIGUEL, MÉXICO, D. F. C. P. 09360 TEL./FAX: 56-86-60-47, E-mail: [email protected]

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MECÁNICA DE SUELOS, GEOTECNIA, ASESORÍA Y CONSULTORÍA varios estilos tectónicos que afectan todo el paquete sedimentario. La característica principal que controla el estilo de deformación se manifiesta por grandes pliegues recumbentes y grandes fallas inversas (cobijaduras) en el paquete calcáreo integrado por las Formaciones Tamaulipas, El Doctor y El Abra, que tiene trazas paralelas al rumbo general de los ejes de las megaestructuras plegadas. El estilo tectónico de la Sierra Madre Oriental puede considerarse como resultado de empujes horizontales de mantos de corrimiento que se deslizaron de oeste a este. El otro episodio tectónico, de carácter distensivo, corresponde al desarrollo de sistemas de fallas normales y de fracturas con orientación noroeste-sureste y noreste-suroeste, que dislocan las estructuras plegadas y se manifiestan como rupturas en el relieve. Simultáneamente con las fases orogénicas se inició un período de actividad magmática que se manifiesta en las estructuras de los cuerpos intrusivos (Stocks) y los derrames lávicos que cubren las rocas sedimentarias mesozoicas. Geología Económica

En esta provincia se encuentran numerosos yacimientos minerales de importancia económica, que contienen oro, plata, plomo, cobre y zinc; así como manganeso, fluorita y fosforita. Zimapán es un importante distrito minero en actividad desde 1630, ha destacado por ser el principal productor de cobre, plomo y zinc del estado. Otras localidades donde se realiza la explotación de yacimientos minerales metálicos son Nicolás Flores y Jacala. Provincia del Eje Neovolcánico

Esta provincia cubre también una porción del estado, sobre todo en el sur, y esta constituida predominantemente por rocas volcánicas terciarias y cuaternarias (brechas, tobas y derrames riolíticos, intermedios y basálticos), de composición y textura variada, las cuales forman en conjunto un extenso y grueso paquete que en algunas localidades, como Pachuca, alcanza varios miles de metros de espesor. Este conjunto ha sido superpuesto a las rocas sedimentarias mesozoicas por los fenómenos de vulcanismo. De estas últimas se encuentran algunos afloramientos que sobresalen en forma de cerros aislados en medio del dominio de las rocas ígneas, como en las localidades de Tula de Allende y Atotonilco de Tula, donde afloran cerros de caliza que tienen un uso industrial. La morfología de esta provincia es variada, se presentan diversos tipos de estructuras volcánicas bien conservadas, como son: conos cineríticos, volcanes compuestos, volcanes escudo y calderas, además de extensos flujos piroclásticos y derrames lávicos basálticos, que tienen forma de mesetas y planicies sobre las que se han originado algunos lagos, debido al cierre de las cuencas. De este tipo de fenómenos quedan huellas en el lago de Tecocomulco. La interacción entre el clima y la composición litológica de las rocas volcánicas se hace más evidente en las zonas húmedas, donde afloran extensos derrames de rocas basálticas que han sido alteradas profundamente por el intemperismo fisicoquímico y han desarrollado suelos residuales, de color rojizo, que indican una fuerte oxidación de minerales férricos contenidos en las rocas ígneas y en el agua.


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MECÁNICA DE SUELOS, GEOTECNIA, ASESORÍA Y CONSULTORÍA Geología Estructural

En el Eje Neovolcánico el relieve estructural original está íntimamente relacionado con una intensa actividad volcánica, iniciada a principios del Terciario y desarrollada durante el Pleistoceno Inferior. El conjunto de estructuras que caracterizan al relieve de esta provincia evolucionaron sobre una paleogeografía; constituida por sedimentos mesozoicos plegados, los cuales correspondían a la Sierra Madre Oriental. La evolución de los fenómenos volcánicos propició las condiciones para la formación de cuencas endorreicas (cerradas, con drenaje interno), que posteriormente fueron rellenadas con aportes de materiales volcanoclásticos, los cuales tienen características litológicas de rocas volcánicas depositadas en un medio lacustre y aparecen estratificados. Algunas estructuras como la Caldera de el Astillero, cerca de Huichapán, son rasgos destruccionales del fenómeno de vulcanismo. Provincia de la Llanura Costera del Golfo Norte

La Llanura costera cubre sólo una pequeña porción en el noreste del estado. Está constituida por rocas sedimentarias clásticas de origen marino, que únicamente en la zona limítrofe con el frente este de la Sierra Madre Oriental presentan una perturbación intensa, reflejo de los esfuerzos que sufrió dicha cordillera al plegarse hacia la planicie costera. Esta provincia se puede considerar como una porción de la plataforma gradual para formar parte del continente. Los sedimentos depositados sobre esta zona indican que al comienzo de su relleno era una cuenca marina profunda (Antefosa de Chicontepec), que gradualmente se fue llenando con gruesas secuencias de terrígenos. El rejuvenecimiento continuo de la plataforma costera ha permitido la erosión posterior de los depósitos marinos terciarios, que se encuentran desde el pie de la serranía alta hasta la planicie costera, con diferentes expresiones morfológicas en el relieve. Geología Estructural

En esta región los depósitos arcillo-arenosos de la Formación Chicontepec (del Paleoceno) se manifiestan con una ligera inclinación hacia el oriente. Esto se debe posiblemente a la permanencia de la morfología submarina en un período de sedimentación continua. La secuencia de sedimentos terciarios avanzó gradualmente sobre la pendiente del talud continental, que fue desplazado hacia el oriente a medida que la sedimentación ganó terreno y dejó así sucesivas bandas de afloramientos paralelos a la actual línea de costa. En la zona mas cercana al frente este de la Sierra Madre Oriental, los sedimentos del Terciario que caracterizan a la Llanura Costera se encuentran deformados (fracturados y plegados) como reflejo de los esfuerzos tectónicos que alteraron la secuencia mesozoica de la Sierra Madre Oriental.


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MECÁNICA DE SUELOS, GEOTECNIA, ASESORÍA Y CONSULTORÍA Regionalización Sísmica. De acuerdo al Manual de Diseño de Obras Civiles editado por la Comisión Federal de Electricidad y el Instituto de Investigaciones Eléctricas, el sitio en estudio se encuentra dentro de la Zona Sísmica B. En la siguiente figura, se muestra el mapa de la República Mexicana con la regionalización indicada.

En la tabla siguiente se muestran los espectros de diseño para estructuras del tipo B, para la Zona Sísmica B: Zona Sísmica Tipo de Suelo I B II III

ao 0.04

C 0.14

Ta(s) 0.2

Tb(s) 0.6

R ½

0.08

0.30

0.3

1.5

2/3

0.10

0.36

0.6

2.9

1

Donde ao es el coeficiente de aceleración del terreno, c es el coeficiente sísmico y T es el período natural de interés; ta y tb son dos períodos característicos que delimitan la meseta y r es un exponente que define la parte curva del espectro de diseño. El tipo de suelo aplicable será el II. Los espectros de diseño especificados son aplicables a estructuras del grupo B ; para estructuras del grupo A , los valores de las ordenadas espectrales deberán multiplicarse por 1.5 a fin de tomar en cuenta la importancia de la estructura.


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MECÁNICA DE SUELOS, GEOTECNIA, ASESORÍA Y CONSULTORÍA 2.- TRABAJOS DE CAMPO. En campo se realizó un recorrido junto con el Ingeniero de Obras Públicas del Estado, para localizar los puntos a explorar y ubicar los sondeos de perforación, los trabajos se realizaron de acuerdo a los criterios y reglamentaciones en vigor y conforme a la experiencia de trabajos realizados en la misma zona geológica, programándose los siguientes trabajos de campo: Sondeos d de P Penetr ación E Estándar (SPT). Se realizó en la zona de estudio CINCO sondeos de penetración estándar, denominados como SPT-01, SPT-02, SPT-03, SPT-04 y SPT-05, llevados a cabo combinando la prueba de penetración estándar y avance con Broca Triconica en suelos duros, hasta la profundidad de 45.0 m. Los trabajos de campo constituyen el inicio del estudio geotécnico en el cual se requiere conocer la estratigrafía y las propiedades mecánicas de los suelos y las rocas. Este conocimiento se obtiene mediante trabajos de exploración geológica superficial complementados por la obtención de muestras representativas de los diferentes estratos de suelos y rocas que forman el subsuelo del lugar. Para este proyecto, se empleó una máquina rotaria y como procedimiento de muestreo para suelos se aplicó la prueba de la penetración estándar, según lo especifica la norma ASTM-1586 (American Standard for Testing and Materials), que indica el uso de un martinete de 64 kg que, cayendo desde una altura de 75 cm, golpea una tubería en cuyo extremo se encuentra el penetrómetro estándar (tubo partido de 5.08 cm de diámetro exterior, 3.64 cm de diámetro interior y 60 cm de longitud). El número de golpes necesarios para hincar los 30 cm intermedios del penetrómetro en el suelo, es indicativo de la resistencia de éste; en suelos puramente friccionantes, la prueba permite conocer la compacidad de los mantos y en suelos plásticos la prueba permite adquirir una idea de la resistencia a la compresión simple. Además el método lleva implícito un muestreo que proporciona muestras alteradas representativas para identificar los suelos del sitio. Los procedimientos anteriormente descritos se realizaron con la ayuda de una máquina rotaria, una bomba para lodos además de la tubería necesaria para alcanzar la profundidad requerida. En el Anexo “A”, se presenta un reporte fotográfico de los trabajos realizados en campo. 3.- TRABAJOS DE LABORATORIO. Pruebas índice Las muestras recuperadas de los sondeos, se clasificaron en forma visual y manual en húmedo y en seco, y se determinó su contenido natural de agua. Adicionalmente se realizaron los siguientes ensayes en muestras seleccionadas. Límites de consistencia ó Atterberg Contenido natural de agua. Porcentaje de finos por lavado del material Granulometría por mallas. Peso Volumétrico natural Densidad de sólidos.


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MECÁNICA DE SUELOS, GEOTECNIA, ASESORÍA Y CONSULTORÍA Con base en los resultados de los ensayes mencionados se procedió a identificar los principales depósitos que constituyen el subsuelo, clasificándolos conforme al Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS). El resumen de estas pruebas se presenta en los perfiles estratigráficos de cada sondeo, como puede observar en las figuras del Anexo “B” de este informe. 4.- ESTRATIGRAFIA DEL SUBSUELO Criterios de Clasificación. La estratigrafía del lugar, en vista de los resultados de campo y laboratorio, además del auxilio del Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (S.U.C.S.), se clasificó como se muestra en los perfiles del anexo de laboratorio. Así mismo en la siguiente tabla se presenta el criterio elegido para la clasificación de la compacidad relativa y la consistencia del suelo, según el número de golpes de resistencia a la penetración estándar: Compacidad Relativa de la Arena Número de golpes 0-4 5-10 11-30 31-50 Más de 50

Compacidad relativa Muy suelta Suelta Media Densa muy densa

Consistencia de suelos Cohesivos Número de Consistencia golpes 0-1 Muy blanda 2-4 Blanda 5-8 Media 9-15 Dura 16-30 Muy dura más de 30 Durísima

De acuerdo con los resultados de los trabajos de campo, concluimos que la estratigrafía es muy similar en toda la zona de estudio, únicamente cambian los espesores y la consistencia de los diferentes estratos, como se muestra en el siguiente resumen estratigráfico. Esto se puede observar en los perfiles estratigráficos de los sondeos realizados y que se presentan en el capítulo de figuras anexo “B” de este informe. La interpretación estratigráfica es fundamental para el diagnóstico del comportamiento de la cimentación del puente en proyecto. Dicho comportamiento estará regido básicamente por el espesor, compresibilidad y resistencia de los estratos limosos y arenosos. 5.- MECANICA DE SUELOS. Conforme a los perfiles estratigráficos del sitio y conforme a los criterios que dicta la experiencia en materia de mecánica de suelos, se revisaron los siguientes aspectos que permitirán definir el tipo de cimentación más conveniente para asegurar la estabilidad de las estructuras proyectadas:


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MECÁNICA DE SUELOS, GEOTECNIA, ASESORÍA Y CONSULTORÍA Propuesta de Cimentación. De acuerdo a la resistencia que presentó el subsuelo en la prueba de la penetración estándar y al tipo de material encontrado que son arenas limosas con presencia de gravas y boleos, se analizó la propuesta de Pilas de cimentación. Analizando el perfil estratigráfico y por el tipo de material detectado en la exploración como se puede observar, siendo materiales arenosos con presencia de estratos granulares, se procedió a la determinación del ángulo de fricción interna ( ) y cohesión (c) con las correlaciones que a continuación se describen: Para la determinación del ángulo de fricción interna del terreno, se analizó la correlación entre el número de golpes de la prueba de penetración estándar según la siguiente gráfica tomada del Manual de Diseño de Obras Civiles del Instituto de Investigaciones Eléctricas de la Comisión Federal de Electricidad. También se emplearon diferentes criterios en base al número de golpes de la penetración estándar y que se muestran a continuación:


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MECÁNICA DE SUELOS, GEOTECNIA, ASESORÍA Y CONSULTORÍA No. Golpes de la prueba de SPT 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

 

 

 

 

1

2

3

Prom.

28.4 29.8 31.2 32.7 34.1 35.6 37.0 38.5 39.9 41.3

26.9 29.4 31.0 32.1 33.1 33.9 34.6 35.2 35.7 36.2

22.8 27.5 30.6 33.1 35.2 36.9 38.5 39.9 41.2 42.3

26 29 31 33 34 35 37 38 39 40

Donde:      

1 2 3

Método descrito por Meyerhof. Mecánica de Suelos Tomo II, Juárez Badillo. Método analítico bi-dimensional, Soil Engineering Fourth, Spangler M.G., Handy R.J.

Para la determinación de la cohesión por medio del número de golpes de la prueba de penetración estándar se analizaron las siguientes expresiones: Qu = N * 1.5

Cu = Qu / 2

Donde: Qu Resistencia a la compresión axial simple. Cu Cohesión del material. De tales correlaciones obtenemos los siguientes valores:

No. Golpes de la prueba de SPT 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Qu ton/m²

Cu ton/m²

7.5 15.0 22.5 30.0 37.5 45.0 52.5 60.0 67.5 75.0

3.8 7.5 11.3 15.0 18.8 22.5 26.3 30.0 33.8 37.5

Como puede verse en los criterios anteriores, para el estrato resistente que es el que nos importa y que se tiene un número de golpes por arriba de 50, obtenemos un valor del ángulo de fricción interna desde 35 a 40° y en el caso de la cohesión tenemos un valor de 37.5 ton/m² para la capa resistente como material cohesivo y resistencia a la penetración estándar con más de 50 golpes. ZULUAGA No. 32-BIS COL. BARRIO SAN MIGUEL, MÉXICO, D. F. C. P. 09360 TEL./FAX: 56-86-60-47, E-mail: [email protected]

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Determ inación d e los Es tados Límit e de Falla (Capacidad de carga para pil as de cim entación).

Para la determinación de los Estados Límites de Falla (Capacidad de carga), se utilizaron diferentes criterios que son: El criterio descrito en el Manual de Diseño de Obras Civiles, Geotecnia, B.2.4, Cimentaciones en Suelos de Comisión Federal de Electricidad del Instituto de Investigaciones Eléctricas. Para cimentaciones superficiales y profundas. El criterio descrito en IEEE, Institute Of Electrical & Electronics Engineers Inc, Std. 691-2001, Foundation Desing and Testing. Para cimentaciones profundas. El criterio descrito en el libro de “Principios de Ingeniería de Cimentaciones” de

Braja M. Das, Cuarta Edición 2001, Capitulo 10. El cálculo se realizó para cimentaciones profundas (Pilas), estimando un ángulo de fricción, , y cohesión (c) del suelo con una correlación entre el ángulo de fricción del suelo y el número de resistencia a la penetración estándar de acuerdo a las siguientes ecuaciones: Criterio de CFE.-

Para cimentaciones profundas (Pilas):  QF C  r

en donde:

r   P V  ql  P V  F r  A

r A Pv Fr

Resistencia a incluir en el termino de la desigualdad. Área de la sección transversal de la punta del pilote. Presión vertical total actuante a la profundidad de desplante del pilote por peso propio del suelo. Factor de resistencia no mayor que 0.35. Criterio de IEEE.-

Para cimentaciones profundas (Pilas): Qu  Qt  Q s

en donde:

Qt  At *  o * N *

y

Qt Qs At o´ N*

Q s  A s * K  * tan 

Capacidad de carga en la punta. Resistencia lateral. Área de la punta de la pila. Esfuerzo vertical efectivo al nivel de la punta de la pila. Factor de capacidad de carga, que se encuentra en función de la rigidez del suelo (Irr) para diferentes suelos:


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MECÁNICA DE SUELOS, GEOTECNIA, ASESORÍA Y CONSULTORÍA Arena Arcilla (Drenada) Arcilla (No drenada)

70 - 150 50 – 100 100 – 200

As Perímetro de la pila. K Coeficiente de presión de tierra. Tan  Igual a 1. Criterio descrito en el Libro “Principios de Ingeniería de Cimentaciones” de Braja M. Das.-

Para cimentaciones profundas (Pilas): Qu  Q p  Q s

en donde:

Q p  A p * q * N q  1 *

L1

y



Q s   D s 1  sen   s tan  dz 0

Q p Qs A p q.´ N*q D 

h

Capacidad ultima de carga en la base. Resistencia por fricción. Área de la base. Esfuerzo vertical efectivo a nivel de fondo de pila. Factor de capacidad de carga en función del ángulo de fricción. Diámetro. Peso Volumétrico. Profundidad de la pila.

De los criterios anteriores, se concluye en la siguiente tabla la capacidad de carga para las pilas de cimentación con diferentes diámetros a emplearse en la cimentación del puente vehicular. Cabe señalar que el diámetro a emplear será la que cumpla con los requisitos del cálculo estructural. SONDEO 01. Diámetro. Profundidad de Qa (m) Desplante. (ton) Z(m) 263 0.60 40 280 0.80 40 347 1.00 40 383 1.10 40 423 1.20 40 464 1.30 40 Tabla 1 Capacidad de carga para PILAS por punta, con un empotre de 2.0 m para el sondeo 01.


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SONDEO 02. Diámetro. Profundidad de Qa (m) Desplante. (ton) Z(m) 201 0.60 36 252 0.80 36 312 1.00 36 345 1.10 36 380 1.20 36 417 1.30 36 Tabla 2 Capacidad de carga para PILAS por punta, con un empotre de 2.0 m para el sondeo 02. SONDEO 03. Diámetro. Profundidad de Qa (m) Desplante. (ton) Z(m) 190 0.60 34 238 0.80 34 295 1.00 34 326 1.10 34 359 1.20 34 394 1.30 34 Tabla 3 Capacidad de carga para PILAS por punta, con un empotre de 2.0 m para el sondeo 03.

SONDEO 04. Diámetro. Profundidad de Qa (m) Desplante. (ton) Z(m) 138 0.60 42 192 0.80 42 256 1.00 42 287 1.10 42 324 1.20 42 363 1.30 42 Tabla 4 Capacidad de carga de PILAS por punta, para el sondeo 04.


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SONDEO 05. Diámetro. Profundidad de Qa (m) Desplante. (ton) Z(m) 201 0.60 36 252 0.80 36 312 1.00 36 345 1.10 36 380 1.20 36 417 1.30 36 Tabla 5 Capacidad de carga PILAS por punta, con un empotre de 2.0 m para el sondeo 05.

Estos valores están afectados un factor de seguridad de resistencia de 0.35. Asentamientos en pilas de cimentación Como el desplante será en el terreno firme mediante pilas de punta coladas “in -situ”, se evaluaron los asentamientos que se presentarán conforme se apliquen las descargas hasta llegar a la última carga mediante la siguiente expresión:  

 QL Ec Ap

 1.57

Q Es Ap

1    2

Donde:

Suma más desfavorable en kg Longitud de la pila en cm Módulo de elasticidad de la pila a largo plazo Área transversal de la pila Módulo de elasticidad del terreno de apoyo.

SQ

L Ec Ap Es 

Relación de Poisson del terreno de apoyo.

El asentamiento obtenido fue casi nulo para cada uno de los sondeos, considerando que el apoyo estará sobre un estrato resistente. 6.- RECOMENDACIONES DE CIMENTACIÓN PARA PILAS. Para el buen funcionamiento de la estructura proyectada se deberán seguir las siguientes recomendaciones: De Diseño. 

La solución de cimentación podrá será partir de pila de cimentación, el desplante estará en función al análisis que se presenta en las siguientes tablas:


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MECÁNICA DE SUELOS, GEOTECNIA, ASESORÍA Y CONSULTORÍA SONDEO 01. Diámetro. Profundidad de Qa (m) Desplante. (ton) Z(m) 263 0.60 40 280 0.80 40 347 1.00 40 383 1.10 40 423 1.20 40 464 1.30 40 Tabla 6 Capacidad de carga para PILAS por punta, con un empotre de 2.0 m para el sondeo 01. SONDEO 02. Diámetro. Profundidad de Qa (m) Desplante. (ton) Z(m) 201 0.60 36 252 0.80 36 312 1.00 36 345 1.10 36 380 1.20 36 417 1.30 36 Tabla 7 Capacidad de carga para PILAS por punta, con un empotre de 2.0 m para el sondeo 02.

SONDEO 03. Diámetro. Profundidad de Qa (m) Desplante. (ton) Z(m) 190 0.60 34 238 0.80 34 295 1.00 34 326 1.10 34 359 1.20 34 394 1.30 34 Tabla 8 Capacidad de carga para PILAS por punta, con un empotre de 2.0 m para el sondeo 03.


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SONDEO 04. Diámetro. Profundidad de Qa (m) Desplante. (ton) Z(m) 138 0.60 42 192 0.80 42 256 1.00 42 287 1.10 42 324 1.20 42 363 1.30 42 Tabla 9 Capacidad de carga de PILAS por punta, para el sondeo 04. SONDEO 05. Diámetro. Profundidad de Qa (m) Desplante. (ton) Z(m) 201 0.60 36 252 0.80 36 312 1.00 36 345 1.10 36 380 1.20 36 417 1.30 36 Tabla 10 Capacidad de carga PILAS por punta, con un empotre de 2.0 m para el sondeo 05. 

La capacidad de carga de diseño será la que se presenta en las tablas anteriores (1 al 5).



Es muy importante mencionar que los valores de capacidad de carga máximos proporcionados son las acciones límite bajo esfuerzos cortantes.



Se considerará el factor sísmico correspondiente al tipo de suelo II.



La capacidad de carga NO se podrá incrementar por acciones dinámicas.



En el diseño estructural, deberán considerarse los efectos de las acciones accidentales tales como sismo y viento.

De Procedimien to con struc tivo para pilas colado s en el lugar. Excavación.

Se entenderá por excavación o perforación un barreno cilíndrico vertical en subsuelo, el cual deberá ser estable en sus paredes hasta la profundidad que deba ser de acuerdo con el estudio de cimentación correspondiente y que tenga la sección transversal de forma y dimensiones acordes con las cargas por transmitir al subsuelo y con la capacidad de carga de diseño. ZULUAGA No. 32-BIS COL. BARRIO SAN MIGUEL, MÉXICO, D. F. C. P. 09360 TEL./FAX: 56-86-60-47, E-mail: [email protected]

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MECÁNICA DE SUELOS, GEOTECNIA, ASESORÍA Y CONSULTORÍA El equipo empleado para realizar la perforación podrá ser con ayuda de una perforadora a rotación montada sobre una grúa fija o móvil. Tal equipo deberá proporcionar variación de velocidad de perforación, para ser regulada de tal manera que no provoque caídos. Se deberá contar con la herramienta propia para perforar los suelos que conforman la estratigrafía, así como también la capa de apoyo compuesta por limos arenosos de consistencia durísima. La herramienta puede estar compuesta por barrenos helicoidales con dientes de tungsteno, complementado con botes cortadores y botes limpiadores de azolve. La herramienta de perforación deberá garantizar el diámetro de proyecto en toda la longitud de la perforación. La perforación no deberá permanecer abierta más de 24 horas ya que tiempos prolongados de construcción pueden dar lugar a relajamientos de esfuerzos en el sitio, lo cual permitiría cierto desplazamiento del suelo hacia el interior del barreno, teniendo así una disminución de la resistencia al corte y por consiguiente mal comportamiento de la pila. El equipo deberá ser seleccionado con relación al tipo de suelo y siendo también importante la condición del lugar y sus afectaciones en colindancias en caso que esto exista en la zona de proyecto. Para evitar caídos en la zona de trabajo, cuando existan estratos arenosos en estado suelto, así como para evitar tubificaciones por presiones hidrostáticas, se recomienda el empleo de lodos bentoníticos de alta densidad (de 1.05 a 1.10 kg/lt). El lodo estabilizador se deberá sustituir progresivamente al material extraído de la perforación, teniendo especial cuidado de mantener el nivel de éste cercano al brocal, para garantizar la presión hidrostática máxima sobre las paredes. Colocación del Armado de Refuerzo.

Durante la colocación del acero deberá cuidarse en caso que no se utilice ademe, que se recargue en las paredes para evitar caídos de material. El armado deberá ser colocado verticalmente y centrado con respecto al barreno, con la finalidad de que se garantice el recubrimiento del acero de refuerzo para evitar los agentes adversos atmosféricos y químicos que dañen el acero. El armado una vez lograda su verticalidad y centrado, deberá fijarse con una estructura especial para evitar los movimientos durante el proceso de colado. Se recomienda que el recubrimiento sea como mínimo 10 cm en un ambiente agresivo.


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MECÁNICA DE SUELOS, GEOTECNIA, ASESORÍA Y CONSULTORÍA Colocación del Concreto en el Barreno.

Además de los requisitos de calidad que deben cumplir los materiales que interviene en la elaboración del concreto, deberán cuidarse los siguientes aspectos: El tamaño máximo del agregado no será mayor de 2/3 de la abertura mínima entre el acero de refuerzo o del espesor del recubrimiento, lo que sea más pequeño. El revenimiento se recomienda de 15 ± 2 cm, además del uso de aditivos que retrasen el tiempo de fraguado para mejor trabajabilidad. Es importante asegurar un colado continuo para evitar juntas frías. La colocación del concreto deberá asegurar en todo momento su integridad y continuidad. Antes de iniciar el colocado del concreto, deberá realizarse un lavado del fondo del barreno para remover los sedimentos y ponerlos en suspensión. Se recomienda emplear una o varias tuberías estancas (Tremie) de acuerdo con las dimensiones de la pila, cuyo diámetro interno sea por lo menos seis veces mayor que el tamaño máximo del agregado grueso del concreto. La tubería podrá estar integrada por tramos de 3 m de longitud como máximo, que sea fácilmente desmontable, por lo que se recomienda que tengan cuerdas de listón o trapezoidales. La tubería debe ser totalmente lisa por dentro y de preferencia que también por fuera; lo primero para facilitar el flujo interno y lo segundo para evitar atoramientos en el acero de refuerzo. Por arriba de la tubería se acoplará una tolva para recibir el concreto, de preferencia de forma cónica y con un ángulo comprendido entre 60 y 80°. El procedimiento de colado mediante tubería Tremie se debe colocar a partir del fondo del barreno dejando permanentemente embebido el extremo inferior de la misma. Excavación.

Entre los conceptos que se deben verificar durante la excavación son: Información general: fecha, condiciones atmosféricas, identificación individual, hora de inicio y terminación de la excavación, equipo utilizado, personal a cargo etc. Conformidad del procedimiento de excavación con las especificaciones o con la práctica correcta. Verticalidad y dimensiones de la excavación a intervalos regulares. La verticalidad de la excavación se debe comparar con el valor de proyecto y con la desviación permisible especificada. ZULUAGA No. 32-BIS COL. BARRIO SAN MIGUEL, MÉXICO, D. F. C. P. 09360 TEL./FAX: 56-86-60-47, E-mail: [email protected]

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MECÁNICA DE SUELOS, GEOTECNIA, ASESORÍA Y CONSULTORÍA Eficiencia del método y equipo usados para atravesar estratos permeables y grandes obstrucciones. Seleccionar adecuadamente la secuela de excavación y colado, cuando se complete ejecutar varias pilas relativamente cercanas, a fin de garantizar el movimiento del equipo y seguridad. Registro de los estratos de suelo atravesados durante la excavación. Profundidad de empotramiento en la roca sana, elevación del fondo cuando exista. Calidad del estrato de apoyo (esto debe hacerse con inspección visual cuando sea posible). Para altas capacidades de carga se recomienda la obtención de núcleos y el ensaye "in situ" del material hasta una profundidad de 1 a 2 diámetros bajo el nivel de desplante. El inspector debe decidir cuándo se ha alcanzado el material de apoyo y cuál es la profundidad correcta de la pila. Limpieza del fondo de las paredes de la excavación y del ademe permanente. Colado del Conc reto.

Después de haber inspeccionado y aprobado la excavación, se puede proceder a colocar el acero de refuerzo y el concreto. Entre los conceptos que se deben verificar o anotar son l os siguientes: Información general: fecha, condiciones atmosféricas, identificación de la pila, hora de inicio y terminación del colado. Calidad del concreto (proporcionamiento, revenimiento, tiempo después de mezclado); se deberán tomar cilindros de cada olla y de cuando menos tres de cada pila. Que el método de colocación y posicionamiento correcto del tubo o canalón de descarga de concreto sean los correctos; llevar un registro continuo del embebimiento del extremo del tubo tremie en el concreto. No usar tubería que tenga elementos que se atoren por dentro ni por fuera. Verificar que el fondo del barreno se encuentre limpio antes de colocar el concreto. Verificar que el acero de refuerzo cumpla con planos y especificaciones antes de hincarlas en la perforación. Vibrar los últimos metros (de 1.5 a 3 m) cuando el revenimiento haya sido menor a 10 cm.


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Criterios d e Aceptación para Pilas.

-

Localización. La localización de la pila debe hacerse topográficamente, durante el proceso

-

Verticalidad. La desviación vertical de la pila deberá estar comprendida en 1 % de la longitud de la pila.

-

Se deberá remover el material suelto y el azolve antes de colocar el concreto en el fondo de la pila.

de perforación, máximo se debe aceptar un 4 % de desviación en relación al diámetro de la pila en cualquier dirección, mismo que debe considerarse en el diseño estructural.

MECANICA DE SUELOS, GEOTÉCNIA, ASESORIA Y CONSULTORIA.

Ing. Pablo Cruz Cruz. MECÁNICA DE SUELOS


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ANEXO “A”.-

REPORTE FO TOG RÁFICO.


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Foto 1.- Lugar donde se construirá el Puente Vehicular “Jihuico”.

Foto 2.- Ubicación de uno de los sondeos realizados para este proyecto.


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Foto 3.- Equipo con que se llevó acabo los trabajos de campo.

Foto 4.- Otro de los sitios explorados para este puente.


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Foto 5.- Fotografías que muestran los materiales detectados en los sondeos.


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ANEXO “ B ”.-

FIGURA S.


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Ems_puente Vehicular Jihuico_metztitlan, Hgo.

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