AUTORIDAD NACIONAL DEL AGUA PROYECTO: “CONSTRUCCION DE LA PRESA CHALHUACOCHA DISTRITO DE CONCHUCOS, PROVINCIA DE PALLASCA, REGION ANCASH”
INFORME TECNICO
GEOLOGIA, GEOTECNIA Y ESTUDIO DE CANTERAS CON FINES DE CIMENTACION DE LA REPRESA CHALHUACOCHA
Realizado por:
NV Buillding Company S.A.C.
Ubicación: LUGAR
:
LAGUNA CHALHUACOCHA
DISTRITO
:
CONCHUCOS
PROVINCIA
:
PALLASCA
DEPARTAMENTO :
ANCASH
FEBRERO, 2010
CONTENIDO
CAPITULO I: GENERALIDADES 1.1.1.2.1.3.1.4.1.5.1.6.-
Antecedentes Objetivo Ubicación del área de estudio Descripción de las obras del Proyecto Condiciones climáticas del área de estudio Fases de desarrollo del estudio
CAPITULO II : GEOLOGIA 2.1.2.1.1.2.1.2.2.1.3.2.1.4.2.1.5.2.1.6.2.1.7.2.1.8.-
Geología De La Zona Geomorfología Geología Regional Estratigrafía Geología Local Geodinámica Externa Estabilidad de Taludes Sismicidad Apreciación Geológica
CAPITULO III: INVESTIGACIONES EFECTUADAS 3.1.- Investigaciones de campo 3.2.- Ensayos de laboratorio
CAPITULO IV: GEOTECNIA CHALHUACOCHA 4.1.4.1.1.4.2.4.2.1.4.2.2.4.3.4.4.4.5.4.6.4.7.-
DEL
AREA
DE
EMPLAZAMIENTO
DE
LA
Descripción del perfil estratigráfico del suelo de cimentación Suelo de cimentación en el eje de Presa Análisis de la cimentación Cálculo de la capacidad de carga admisible por falla al corte Cálculo del asentamiento Impermeabilidad de la Cimentacion Estabilidad de Taludes Riesgo de licuefacción Parámetros de diseño sismoresistente Tipo de Presa recomendada
CAPITULO V: EVALUACION DE CANTERAS DE MATERIALES DE CONSTRUCCION 5.1.- Materiales de construcción 5.2.- Canteras de material grueso y fino para la preparación de concreto 5.2.1.- Ubicación y acceso a canteras 5.2.2.- Investigaciones efectuadas 5.2.2.1.- Trabajos de campo 5.2.2.2.- Ensayos de Laboratorio 5.2.3..- Explotación en canteras 5.2.4.- Análisis del material de Canteras 5.3.- Canteras de material para terraplén y afirmado 5.3.1.- Ubicación y acceso a canteras
PRESA
5.3.2.- Investigaciones efectuadas 5.3.2.1.- Trabajos de campo 5.3.2.2.- Ensayos de Laboratorio 5.3.3..- Explotación en canteras 5.3.4.- Análisis del material de Canteras 5.4.- Canteras de material para enrocado 5.4.1.- Ubicación y acceso a canteras 5.4.2.- Investigaciones efectuadas 5.4.2.1.- Trabajos de campo 5.4.3..- Explotación en canteras
6.0.- Conclusiones y Recomendaciones ANEXOS ANEXO N° 01 : Resultado de los Ensayos de Laboratorio
CAPITULO I : GENERAL IDADES
1.1 Antecedentes. El presente Informe Técnico se refiere al Estudio Geológico y Geotécnico del Proyecto: “CONSTRUCCION DE LA PRESA CHALHUACOCHA DISTRITO DE CONCHUCOS, PROVINCIA DE PALLASCA, REGION ANCASH ”. Se refiere específicamente a la investigación efectuada en el subsuelo del terreno destinado para el Represamiento de la laguna Chalhuacocha, cuyo volumen de almacenamiento es de 5.22 MMC. 1.2.- OBJETIVO El presente Informe Técnico tiene como objetivo principal desarrollar un Estudio Geológico y Geotécnico con fines de cimentación de la Presa Chalhuacocha y sus obras conexas, que forma parte de las obras del Proyecto denominado: “Construccion de la Presa Chalhuacocha Distrito de Conchucos, Provincia de Pallasca de Ancash”, emplazada sobre la Laguna Chalhuacocha en el distrito de Conchucos de la Provincia Pallasca del Departamento de Ancash. En el Estudio se determina las condiciones geológicas y geotécnicas del área de emplazamiento de la Presa, referentes básicamente al tipo de cobertura geológica y suelo, clasificación de los materiales de excavación, estabilidad de taludes, capacidad de carga admisible para carga vertical, asentamiento, capacidad portante, parámetros de diseño sismorresistente, permeabilidad de la cimentación, pérdida de agua a través de la cimentación, de manera que permitan recomendar las condiciones de cimentación y las características técnicas mínimas de las estructuras de cimentación, impermeabilización y otras necesarias. Asimismo, se ha efectuado la evaluación de canteras, 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 de construcción del Represamiento de la Laguna Chalhuacocha. En el desarrollo del presente Estudio se ha tomado como referencia, para el establecimiento de los requisitos técnicos mínimos, aquellos determinados en el Manual de Diseño de Presas pequeñas del United States Department of the Interior – Bureau of Reclamation (USBR de los Estados Unidos).
1.3.- UBICACIÓN DEL AREA DE ESTUDIO El ámbito de estudio involucra la cuenca del Río Conchucos, que en la parte Alta adquiere el nombre de Río Chalhuacocha y abarca el distrito de Conchucos, de la provincia de Pallasca, del departamento de Ancash. Las obras principales del proyecto están ubicadas en una zona próxima al centro poblado de Chalhuacocha. El área de estudio que comprende el emplazamiento propuesto para el Represamiento de la Laguna Chalhuacocha, se encuentra ubicada en las alturas del cauce del Rio del mismo nombre; en el distrito de Conchucos, de la Provincia de Pallasca del Departamento de Ancash. La ubicación del área del Proyecto, de acuerdo a la información cartográfica a escala 1:100,000 del IGN correspondiente a la Hoja 17-h (Pallasca); es una zona de superficie Puna y de areas de glaciaciones pleistocenicas. El ámbito del proyecto se encuentra aproximadamente en las siguientes coordenadas geométricas: Altitud Coordenada Norte (UTM) Coordenada Este (UTM)
: De 3,700.00 m.s.n.m. a 4,000.00 m.s.n.m. : De 9’080,400.00 m. a 9’090,800.00 m. : De 195,950.00 m. a 195,980.00 m.
El área del Proyecto tomada de la Carta Nacional IGN a escala 1:100,000 (Hojas 17-h) se presenta en la FIGURA Nº 01.
FIGURA Nº 01
Ubicación del área del Proyecto (Fuente : Carta Nacional Hoja 17-h; IGN)
1.4.- DESCRIPCION DE LAS OBRAS DEL PROYECTO La obra principal del Proyecto de “Construccion de la Presa Chalhuacocha Distrito de Conchucos, Provincia de Pallasca, Región Ancash ”, lo constituye el Dique de la Presa de regulación anual, proyectada a la salida de la Laguna Challhuaccocha, a una cota promedio de 3,899.00 m.s.n.m. y con una cota de coronación de 3,910.50 m.s.n.m., por lo que la altura máxima de la sección del cuerpo de Presa es igual a 11.50 m. El cuerpo de la Presa proyectada es de enrocado (pedraplén) De la evaluación hidrológica del Proyecto y la compatibilización de sus resultados con la curva Area-Capacidad del embalse obtenida por trabajos topográficos, se concluye que la altura máxima de la carga útil de agua es de 11.50 m. medida desde el fondo del río con una capacidad de almacenamiento útil igual a 5.22 Millones de Metros Cúbicos (MMC). El proyecto del cuerpo de la Presa que considera la utilización de material de roca, se ha tomado en cuenta la presencia de materiales disponibles en las cercanías del emplazamiento de la Presa y que se encuentran constituidos básicamente por rocas de 6” a 20”.
En lo que se refiere al aliviadero de servicio, este puede funcionar mejor en el lado izquierdo de la presa, en razón de que, en este sector se levantará (encimará) la estructura del dique sobre el terreno natural para llegar al nivel requerido y de esta manera contar con un mayor tirante de agua en el embalse. La descarga será en el mismo cauce de la quebrada aguas abajo de la presa, pero a mucha distancia fuera de la estructura de cierre, evitando que la acción del agua afecte la estructura principal. También puede eliminarse el exceso de agua por la misma cortina, eso mayormente dependerá del diseñador, solamente que se tiene que tener cuidado con la erosión regresiva.
1.5.- 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 3,900.00 m.s.n.m. es de 800 mm.. La temperatura media según la correlación hallada con el grafico 06 (Anexo de Hidrología) es de 10.77 ºC y su temperatura máxima absoluta es de 16.56 °C y la mínima de -11.26 °C.
1.6.- 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 Chalhuacocha 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. La profundidad de interés para el Represamiento de la Laguna Chalhuacocha es 20.00m, se toma en cuenta la altura de la carga útil sobre de la Presa Proyectada que es igual a 11.50 m., por lo que para las siguiente etapa de estudio del presente proyecto se debe realizar estudios hasta una altura de 20.00m mediante perforaciones rotativas de diamantina La profundidad de las “calicatas” será hasta encontrar el basamento rocoso y tendrán el propósito de establecer la potencia de la cobertura fluvio-aluvial, que cubre gran parte del área del embalse, particularmente para establecer sus condiciones de impermeabilidad y para analizar la posibilidad de su utilización como material de construcción para la Presa .
Para cada una de las “calicatas” excavadas en el área de emplazamiento de la Laguna Chalhuacocha 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 el área del Eje de la Presa Challhuacocha, utilizando un tubo PVC de 4” de diámetro y una carga variable de agua con un máximo de 2.0 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 Presa hasta una profundidad máxima de 3.00 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 del Represamiento Proyectado de la Laguna Chalhuacocha. 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 Límite líquido y límite plástico Clasificación unificada de suelos Corte Directo Próctor Modificado
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
NORMA USADA ASTM D 2488 ASTM D 2216 ASTM D 422 ASTM D 4318 ASTM D 2487 ASTM D-3080 ASTM D-1557
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
ENSAYO FISICO PARA ROCAS
NORMA USADA
Densidad, Absorción y Porosidad de la Roca Descripción Petrología de la Roca
-
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. ubicado en la ciudad de Ayacucho; los ensayos para rocas en el Laboratorio de Mecánica de Rocas de la Facultad de Ingeniería de Minas, Geología y Civil de la UNSCH; estos últimos ubicados también en la ciudad de Ayacucho.
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 Presa Proyectada Chalhuacocha, 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 Agresión química del suelo al concreto de la cimentación 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 Condiciones de cimentación de la Zona de cierre de la Presa Condiciones de cimentación del área del Embalse Condiciones de impermeabilización de la Zona de cierre de la Presa Condiciones de impermeabilización del área del Embalse
CAPITULO II : GEOLOGIA
GEOLOGIA DE LA ZONA 2.1.1.- Geomorfología El área regional más importante en la zona es la Superficie Puna, donde se distinguen fácilmente 2 bloques principales, uno Occidental y el otro Oriental correspondientes a la cordillera Occidental y al Altiplano, respectivamente. La glaciación pleistocena ha modificado notablemente la Superficie Puna; pero, de un modo general se considera que el bloque occidental fue un lugar de erosión, mientras que el oriental fue de depósito. Esta Superficie se ha formado al final del Mioceno en una variedad de rocas, consistentes principalmente de sedimentos cretáceos y volcánicos terciarios. En la parte occidental del área, la superficie Puna está mucho más afectada por la etapa de la erosión “CAÑON”, es decir, por el actual ciclo de erosión, siendo cortada por quebrada s de laderas abruptas que en los ríos principales tienen 2000 m o más. El principal punto de interés en la historia geomorfológico del área es que ésta muestra tanto la forma como la magnitud con la cual los Andes se convirtieron en una cadena montañosa. Está claro que la forma fue de levantamiento, probablemente por fallas limítrofes a lo largo de ambos lados del bloque montañoso. La Superficie Puna fue entonces levantada desde casi el nivel del mar hasta una altura de 5,000.0 m, llevándose acabo este levantamiento en dos fases señaladas por erosiones Valle y Cañón. La mayoría de los otros factores geomorfológicos tales como acumulación de depósitos aluviales, formación de terrazas, etc., han ocurrido dentro de la etapa de Cañón. La formación de terrazas marca el último movimiento de elevación de la etapa Cañón.
2.1.2.- Geología Regional Se ha utilizado la Carta Geológica de INGEMMET, donde la Laguna Chalhuacocha, se encuentra en el cuadrángulo geológico 17-h Pallasca, a escala 1:100,000, las unidades geológicas que afloran son la Formaciones Jumasha, Celendin, Parihuanca, Chulac, Pariatambo y formación Ferrat , como se muestra en la Figura Nº 02. En el área de emplazamiento se han reconocido unidades litoestratigráficas, que pertenecen al Mesozoico superior e inferior.
Laguna Chalhuacocha
FIGURA Nº 02 : Geología a nivel regional del área de e studio (Fuente Carta Geológica Hoja 17-h, INGEMMET)
2.1.3.- Estratigrafía En la zona de ubicación de la Laguna Chalhuacocha , predomina una topografía suave y ondulada en gran parte de la region. A continuación, se hace una breve descripción de las unidades litoestratigráficas (Cuadro Nº01); en tal sentido, se ha utilizado la información regional elaborada por INGEMMET - Instituto Geológico Minero y Metalúrgico, complementada con las verificaciones de campo realizadas en el mes de Enero del 2010:
Cuadro Nº 01 UNIDAD LITOESTRATIGRAFICA
Depositos Aluviales
SIMBOLOGIA
Qh-al
DESCRIPCION
Arenas limosas con gravas, eventualmente con bolonería Las Calizas de esta formacion, alcanzan
Formacion Jumasha
Kis-jc
grosores de 100 a 800 m. y un gran afloramiento en el sector oriental de la regíon.
Formacion Celendin
Kis-jc
Formacion Pariahuanca
Kis-pchp
Margas, arcillas calcareas y calizas, subyace concordantemente a las Fm. Jumasha Consiste en calizas de unos 100 m. de grosor Aflora ampliamente a lo largo de la Cordillera
Formacion Chulec
Kis-pchp
Occidental del Norte y centro del país, subyacen a la Fm. Pariahuanca é Intrayacen a la Fm. Pariatambo. Consiste de aproximadamente 100m. De
Formacion Pariatambo
Kis-pchp
margas y arcillitas negras, con intercalaciones de calizas.
2.1.4.- Geología Local El tipo de suelo que conforma la laguna Chalhuacocha son cubiertas de depósitos Aluviales, como arenas, gravas arcillosas y limosas, por sectores presentan calizas de la formación Pariahuanca
2.1.5.- Geodinámica Externa En la zona de cierre no se han observado procesos geodinámicos de Inestabilidad de Talud, como; deslizamientos, derrumbes, caída de bloques, flujos, etc. . Los observados coinciden con derrumbes de bloques rocosos, como consecuencia de los grandes períodos de lluvias, pero que son de magnitud leve y no son determinantes en los criterios de diseño de la Presa Chalhuacocha La actividad geodinámica externa sobre el emplazamiento de la Presa Chalhuacocha se encuentra relacionada básicamente a la presencia de materiales coluviales y los derrumbes de bloques rocosos de naturaleza volcánica (Derrames volcánicos tipo aglomerados) por acción de la gravedad y en épocas de lluvias intensas
2.1.6.- ESTABILIDAD DE TALUDES La estabilidad de los flancos del vaso en general es aceptable; es conformado por calizas de 100 m. de grosor, perteneciente a la formación Pariahuanca, los taludes que predominan alcanzan valores inferiores a 60º; si bien en algunos casos en la margen izquierda del embalse (Parte central) se presentan taludes superiores a 60º; estos no presentan evidencias de desprendimientos recientes de gran magnitud. En los flancos del embalse, conformados por los depósitos aluviales, predominan las pendientes inferiores a 20º y en algunos casos sub-horizontales (Parte baja del valle), por lo que no se prevén que existan movimientos de masa de gran consideración que afecten la seguridad de las obras proyectadas.
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 del 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 VI a VII 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 0.30g.
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)
2.3.5.- APRECIACION INGENIERO-GEOLOGICA a).- El represamiento de la Laguna Chalhuacocha se encuentra sobre un tramo encañonado del mismo, con un eje de presa proyectada en forma de “U” con los flacos inclinados. b).- En general a lo largo de la sección de cierre, se infiere que la roca sedimentaria (caliza), se encontrarán con diferencial grado de meteorización, fracturamiento y resistencia; con tendencia natural a mejorar sus características geomecánicas en profundidad y que deben ser corroborados con los resultados de las investigaciones con Sondeos de Perforacion con diamantina que se recomiendan para la siguiente etapa de elaboración del presente estudio. c).- Los afloramientos rocosos se muestran afectados por sistemas de fracturas y/o diaclasas inclinadas con un angulo de 50º en dirección Nor-este
Flanco Izquierdo de la zona de cierre de Presa proyectada; donde se aprecia la roca caliza con presencia de diaclasas inclinadas 50º con respecto a la horizontal
d).- Vaso: El área del embalse, involucrará a las siguientes unidades lito estratigráficas: Formación Pariahuanca (Calizas masiza) y a los depósitos Aluviales; predominan la caliza que cubren la parte baja y los flancos del embalse.
Vista del embalse de la Presa proyectada (Laguna Chalhuacocha). Se observa claramente la presencia de Caliza masiza y depósitos aluviales (Gravas Arenosos) de color blanquecino, dispuestas en formas verticales a subverticales .
e).- La cimentación de la Presa Proyectada (Laguna Chalhuacocha) y que está constituida por la roca caliza, con presencia de fuertemente fracturada y/o diaclasas tiene una capacidad portante muy alta y que se encuentra gobernada por la media a alta resistencia a la compresión simple de la matriz (1,178.0 Kg/cm2)
C A P I T U L O I II : I N V E S T IG A C I O N E S E F E C T U A D A S
3.1.- INVESTIGACIONES DE CAMPO Las investigaciones de campo que se describen en este Capítulo son aquellas destinadas al análisis geotécnico del emplazamiento de la Presa proyectada sobre la Laguna Chalhuacocha. Las investigaciones destinadas a la evaluación de Canteras se tratarán exclusivamente en el Capitulo VI, del presente Informe. Los trabajos de campo han sido realizados por el Consultor y su personal profesional, técnico y obrero entre los días 28 de Diciembre al 06 de Enero de 2010 y han consistido básicamente en: a).- Evaluación geológica-geotécnica “in situ” del suelo de cimentación ubicado sobre el emplazamiento de la Laguna Mucurca. b).- Excavación de 04 “calicatas” de 1.50 m . x 2.10 m. por 2.0 m. de profundidad, a la cual se encontró claramente el basamento rocoso de Caliza maciza, tomando en cuenta las variaciones geológicas de campo.
Para el análisis de las condiciones de cimentación del área de embalse de la Represa proyectada se han excavado hasta 04 “calicatas” debidamente ubicadas en el eje proyectado; las cuales han alcanzado hasta una profundidad mínima de 0.60 m. y máxima de 2.00 m. y encontrándose en todas ellas el basamento rocoso
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 Chalhuacocha
d).- Se realizó una Prueba de Permeabilidad vertical de carga Variable “in situ” ( Ensayo Lefranc), en el área del Eje de la Presa Challhuacocha, y muy cerca de la ubicación de la “calicata” excavada C.04.
Se observa la Ejecución del Ensayo de Permeabilidad InSitu, en las proximidades de la Calicata 04, la cual nos dan un valor de “k” de 2.85E-05 que nos indica practicamente que el suelo es impermeable de acuerdo a la Tabla Nº 01 adjunta en el presente informe
Toma de mediciones (altura variable y Intervalo de tiempo)para la prueba de permeabilidad INSuti de carga variable en el Eje de la Presa Challhuacocha
e).- Toma de muestras alteradas de las canteras de agregados y afirmado, que permitan la ejecución de ensayos de laboratorio y recopilación de información, destinada a obtener las propiedades físico-mecánicas y químicas de los materiales de construcción.
Cantera de agregado del Río Chalhuacocha de la cual se ha tomado muestras de suelos con la finalidad de identificar a través de Ensayos de Laboratorio. La presente Cantera está ubicada en la prog. 0+440 del camino de acceso a la laguna chalhuacocha
Cantera de material de afirmado de la cual se ha tomado muestras de suelos con la finalidad de identificar a través de Ensayos de Laboratorio. La presente Cantera está ubicada en la prog. 6+160 del camino de acceso a la laguna chalhuacocha
Para cada una de los puntos de investigación se ha efectuado la descripción del perfil estratigráfico y la toma de muestras de los estratos que conforman el suelo y/o macizo rocoso de cimentación.
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@S Company S.A.C. ubicada en la ciudad de Ayacucho; acorde a los resultados presentados en anexo Los ensayos para las muestras de matriz de roca han sido desarrollados en el Laboratorio de Mecánica de Rocas de la Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga ubicado en la ciudad de Ayacucho
C A P I TU L O I V : G E O T E C NI A D E L A R E A D E E M P L A Z A M I E NT O D E L A P R E SA P R O YE C TA D A A L A S A L ID A D E L A L A G U N A C H A L H U A C O C HA
4.1.- DESCRIPCION DEL PERFIL ESTRATIGRAFICO DEL SUELO DE CIMENTACION 4.1.1.- SUELO DE CIMENTACION EN EL EJE DE PRESA El apoyo de la cimentación de la Presa se debe realizar directamente sobre la roca, de tal manera que se debe despalmar la escasa cobertura aluvial y que no es mayor a 1.80 m. en toda el área del eje de Presa. 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 los flancos derecho e izquierdo del cuerpo principal de la Presa Flanco Derecho (Calicata 01) De 0.00 a 0.30 m. : Cobertura conformada por material organico con presencia de raíces y bolonerias De 0.30 a 1.60 m. : son suelos conformados por Gravas arcillosas “GC”, de mediana plasticidad, color gris, con 71.26% de grava, 9.64% de arenas y 19.11% de finos (limos y arcillas), y son suelos de compacidad media y de características semipermeables. De 1.60 a más : Conformado por roca sedimentarea, de grano fino constituida por calcita de la formación Pariahuanca con unos espesores de 100m de grosor Zona Central margen Derecho (Calicata 02) De 0.00 a 0.40 m. : Cobertura conformada por material orgánico con presencia de raíces y bolonerias De 0.40 a 1.00 m. : son suelos conformados por Limo Inorgánico de baja plasticidad “ML”, color beig claro, con 21.29% de grava, 11.85% de arenas y 66.86% de finos (limos y arcillas), y son suelos de compacidad media a suelta, la cual está envuelta sobre la matriz de Caliza. De 1.00 a más: Conformado por roca sedimentaria, de grano fino constituida por calcita de la formación Pariahuanca. Zona Central margen Izquierdo del río (Calicata 03) De 0.00 a 0.30 m. : Cobertura conformada por material orgánico de color negro, con presencia de raíces y bolonerias De 0.30 a 0.60 m. : son suelos conformados por Gravas Limosa Bien Gradadas “GW-GM”, color beig claro, con 91.83% de grava, 2.16% de arenas y 6.02% de finos (limos y arcillas), y son suelos de compacidad media a suelta, la cual está envuelta sobre la matriz de Caliza. De 0.60 a más : Conformado por roca sedimentaria, de grano fino constituida por calcita de la formación Pariahuanca. Zona Central margen Izquierdo del río (Calicata 04) De 0.00 a 0.30 m. : Cobertura conformada por material orgánico de color negro, con presencia de raíces.
De 0.30 a 1.60 m. : son suelos conformados por Gravas Arcillosas “GC”, color beig claro, con 45.63% de grava, 22.83% de arenas y 31.55% de finos (limos y arcillas), y son suelos de compacidad moderada. De 1.60 a más: Conformado por roca caliza. 4.1.2.- CLASIFICACION DE LOS MATERIALES DE EXCAVACION Los materiales para efectos de excavación se ha clasificados básicamente en 3 tipos la cual se detalla en el Cuadro Nº 02:
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 Nº 02 VOLUMEN DE CORTE Descripcion
MC %
RS %
10
10
Eje de presa proyectada
RF
%
80
4.2.- ANALISIS DE LA CIMENTACION 4.2.1.- CALCULO DE LA CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE POR FALLA AL CORTE En el cálculo de la capacidad de carga admisible por falla al corte para el suelo de cimentación en el área de emplazamiento de la Represa Chalhuacocha, se considera que las estructuras se han de apoyar directamente sobre la roca Caliza, luego de despalmar la potencia de cobertura Aluvial y/o residual hasta una profundidad máxima de 2.0 m. y un mínimo de 0.40 m. Para efectos de determinar la capacidad de carga admisible por falla al corte para cada macizo rocoso de cimentación promedio del área de embalse, se ha recurrido al uso del método siguiente: Las ecuaciones de capacidad de Carga de Terzaghi tanto para falla General como para falla Local por corte en suelos, en cimentaciones corridas y en zapatas, es como sigue: 2
c N c q N 1 q
1
B N 2 qu c N c 3 q N q 2 B N 3 2 qu
Cimentación corrida
Para Falla Local por corte Cimentación corrida
qu
c N c
q N q
1 2
B N
(1)
(2)
Para Falla General por corte
qad
qu FS
(3)
Donde: qu
: Capacidad última de carga en (Kg/cm2)
q ad
: Capacidad portante admisible en (Kg/cm2)
F.S.
: Factor de seguridad = 3
: Peso específico del suelo.
B
: Ancho de la zapata o cimiento corrido en (m)
Df
: Profundidad
C
: Cohesión en (Kg/cm2)
, N , N q N C N C , N , N q
de la cimentación (m)
: Parámetros que son función de (tabla Nº 04)
: Parámetros que son función de (tabla Nº 04)
El ancho y profundidad de cimentación se muestra en la siguiente figura:
Relleno con material seleccionado
Dique de roca de 6” a 20”
Df B
Donde N c , N q y N son los factores de capacidad de carga modificados los cuales se presentan en el Cuadro Nº 03 y éstos se calculan usando con el ángulo de fricción interna reducido mediante la siguiente fórmula:
2 tan 3
tan 1
Cuadro Nº 03
De acuerdo al Ensayo de Corte realizado en el Laboratorio de Mecánica del Rocas de la Facultad de Ingenieria Minas, se obtiene:
C = 1.70 Kg/cm²
Donde : Cohesión Angulo de fricción
= 29.0°
:C :Ф
Los cálculos se realizan para cimentación corrida de acuerdo a la fórmula indicada:
Cálculo de la Capacidad portante admisible por Falla general en Cimentación Corrida. Cuadro Nº 04
c
B
Df
N c
N q
N
tn/m3
tn/m2
m
m
º
q N
N
N c
D1
D2
m
m
q
tn/m3 tn/m 2
qu
qadm
qadm
tn/m2
tn/m2
kg/cm2
FALLA GENERAL POR CORTE
2.4
1.70
1.2
2
29 27.86
16.4 19.34
2
0 2.40 4.80 154.12 51.37
5.14
Las Capacidades Portantes admisibles de los dos Proyectos son:
CAPACIDAD PORTANTE (qa) = 5.14 kg/cm²
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: l f S qs B (1 u 2 ) Es Donde: qs = esfuerzo neto transmitible (kg/cm2) B = ancho de la cimentación (cm) Es = módulo de elasticidad (Kg/cm2) l f = factor de influencia que depende de la forma y rigidez de la cimentación. u
= relación de poisson
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 0.30 El Asentamiento es:
Cuadro Nº 05 q kg/cm2 5.14
B cm 120
u -
If -
0,25
2,3
Es kg/cm2 500
Asent. Total Cm 2.66
Por lo tanto el asentamiento máximo será 2.66 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 areno-limo-arcillosa de los suelos limosos y gravo-limo arcillosos predominantes en el área del Eje de la Represa Challhuacocha, de acuerdo a los resultados obtenidos en las Pruebas de Permeabilidad “in situ” de carga variable, tiene características propias de material pobremente
permeables con valores promedios de permeabilidad que van desde 10-4 a 10 -5 cm/s. los cuales se detallan en la Cuadro Nº 06
Cuadro Nº 06 ENSAYO DE PERMEABILIDAD MEDIA "IN SITU" LAGUNA CHALLHUACOCHA to
PRUEBA Nº
tr
T(seg)
ho(cm)
METODOLOGIA Kv Gilg Garvard hf (cm)
h1=H-ho
h2=H-hf
Kp (cm/s)
Kp (cm/s)
A-01
0
0.00
5
50
350
0
5
200
195
2.069E-04
3.84E-05
A-02
5
50.00
14
56
546
5
14
195
186
2.475E-04
4.38E-05
A-03
14
56.00
21
43
407
14
15
186
185
3.788E-05
6.66E-06
A-04
21
43.00
30
25
522
15
20
185
180
1.501E-04
2.57E-05
A-05
30
25.00
35
13
288
20
23
180
177
1.669E-04
2.81E-05
Promedio :
1.619E-04
2.854E-05
El macizo rocoso sedimentario de caliza que predomina a lo largo del eje proyectado para la Represa Challhuacocha y por debajo del suelo coluvial o fluvio-aluvial en el área de embalse (del tipo limo-areno-arcilloso) presenta diaclasas y fracturas con una apertura no mayor a 3.0 mm. que se encuentran rellenas con arcilla y que determinan una media a alta permeabilidad secundaria a través de las fisuras y grietas de la roca, para lo cual se necesita un estudio más detallado mediante perforaciones de Diamantina y ensayos del tipo Lefranc y Lugeon.
En el área del Eje de la Presa se realizo una prueba de permeabilidad de carga variable (Cerca a la calicata Nº 04) con una carga máxima de agua de 2.00 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 de Presa como del embalse.
4.4.- ESTABILIDAD DE TALUDES La estabilidad de las excavaciones que han de efectuarse en la construcción de la Represa proyectada sobre le embalse Chalhuacocha y sus obras conexas presenta el detalle siguiente: - Para excavaciones en material común suelto (como por ejemplo: ML, GC, GW-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, GWGC, 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 de la Represa proyectada 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, GMGC 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). Para los taludes artificiales de terraplenes formados con el material aluvial excavado en el área de la Presa proyectada, se recomienda que este debe ser igual al ángulo de reposo del material en condiciones saturadas en estado compacto que es igual a 2.5:1 (H:V). Para los taludes artificiales de pedraplenes formados con el material rocoso procedente de la voladura y excavación del área del macizo rocoso de la Presa proyectada (Laguna Chalhuacocha), se recomienda que este debe ser igual al ángulo de reposo del material en condiciones saturadas en estado compacto que es igual a 2.0:1 (H:V).
4.5.- RIESGO DE LICUEFACCION No existe la mayor posibilidad de licuefacción del suelo de cimentación de la Represa proyectada sobre la Laguna Chalhuacocha, debido a su conformación de basamento rocoso en estado preconsolidado y de consistencia rígida. Las cargas de agua que actúan sobre el macizo rocoso de cimentación fuertemente fracturado pueden producir sobre la arcilla que rellena la apertura de las grietas un proceso lento de
tubificación que a la larga puede lavar totalmente este relleno y producirse un aumento de las perdidas de agua por filtración en la cimentación. Este hecho requiere que las fracturas sean selladas con lechada de agua-cemento mediante Inyecciones de impermeabilización.
4.6.- 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 Presa Chalhuacocha, se debe considerar los datos siguientes: -
Tipo de Suelo : Perfil Tipo S1 (Según Norma E 030) Factor del suelo :1.0 Aceleración horizontal máxima : 0.30g Factor de amplificación por efectos locales : 1.00 (Este factor local se concentra en la práctica en toda el área de las obras de la Presa proyectada sobre la Laguna Chalhuacocha)
4.7.- TIPO DE PRESA RECOMENDADA Por la moderada capacidad portante existente a lo largo del eje de la Represa proyectada sobre el embalse de Chalhuacocha, se sugiere proyectar en orden de prioridad los siguientes tipos de Presas: Presa de gravedad, Presa de enrocado y Presa de tierra. Para cada uno de estos tipos de Presas, se ha de considerar una profundidad de cimentación como mínimo de 2.0 m. tomado desde el manto rocoso y que permita que las estructuras de cimentación se apoyen directamente sobre el macizo rocoso conformado por Calizas macizas, ligeramente diaclasadas a fracturada. La cimentación del cuerpo de la Presa proyectada sobre la Laguna Chalhuacocha, requiere que sea estudiada a mayor detalle mediante perforaciones rotativas diamantina con una altura minima de 20.00 m. de profundidad, en puntos específicos de la zona de cierre de la presa. -
-
Realización de Ensayos de permeabilidad en cada uno de los sondeos y a diferentes profundidades. Ensayos del tipo Lefranc con carga constante y del tipo Lugeon a presión en roca. Realización de Estaciones geomecánicas; las cuales se encuentran ubicadas en el mismo punto de ubicación de los Sondeos. Estas estaciones permiten realizar la Descripción litológica de la matriz y macizo rocoso de la cimentación, muestreo de rocas y determinación del valor del Rock Mass Rating (RMR).
Para llegar al nivel de cimentación de la Represa y en la construcción de dentellones se requiere utilizar una voladura controlada que minimice su efecto sobre las diaclasas ya existentes disminuyendo la estabilidad del macizo rocoso y aumentando la posibilidad de filtración de aguas por debajo de la cimentación.
C A P I T U L O V : E V A L U A C I O N D E C A N T E R A S D E M A T E R I A L D E C O N S T R U C C IO N
5.1.- MATERIALES DE CONSTRUCCION Los materiales a ser usados en la construcción del cuerpo de la Represa proyectada sobre la Laguna Chalhuacocha, 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. Material para terraplén y/o relleno común: Este material de préstamo o propio ha de servir para conformar com material impermeabilizante del cuerpo de la Presa de roca proyectada. Material de roca para enrocado: Este material seleccionado se empleará en la conformación del enrocado del cuerpo de la Presa proyectada (pedraplen). Material para impermeabilización : Este material de préstamo o propio, ha de servir para impermeabilizar cualquier terreno natural en contacto con agua y del cual se determine requiera su impermeabilización. 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 Arcilla o terrones de arcillas Carbón y lignito Material que pasa la malla N200 Total de todos los materiales deletéreos
Porcentaje en peso 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
Porcentaje en Peso
Fragmentos blandos Carbón y lignito Arcilla y terrones de arcilla Materiales que pasan la Malla N200 Piezas delgadas o alargadas
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%
Requerimientos técnicos del material de afirmado Los conformación del material impermeabilizante de la presa, se refieren básicamente a aquellos que han de permitir un cuerpo de roca sea homogéneo e impermeable y con las características mínimas que permitan considerarlo un material impermeable. El material básicamente debe estar constituido por grava-limosa a gravo-arcillosa conteniendo variadas cantidades de arcillas que en términos genéricos constituye un material prácticamente impermeable, de alta resistencia al esfuerzo cortante que garantiza la estabilidad del cuerpo de la Presa y de ideales condiciones para efectos de compactación mecánica. El material impermeabilizante ha de estar libre de impurezas orgánicas y material compresible o expansivo; con una granulometría variada de partículas desde angulosos a redondeadas y tamaños de diámetro hasta de 6” en una proporción no mayor al 30%, que presente preferentemente una clasificación SUCS tal como : GM, GC, CL y con un Límite Plástico no mayor a 35% y un Índice Plástico no mayor al 15%. El material impermeable deberá ser compactado mecánicamente hasta obtener grados de compactación mayores al 95% del valor establecido en el Ensayo de densidad seca máxima o Proctor Estándar. En cualquier caso, el material procedente de las mismas excavaciones efectuadas para la construcción de la Represa Chalhuacocha, puede ser usado como material impermeable; siempre y cuando cumpla con las características antes establecidas de manera natural o por procedimientos mecánicos; tales como zarandeo, selección, limpieza y otros. En caso de no
cumplir estas características, se utilizará material que cumpla con los requisitos, procedente de zonas de préstamo o canteras previamente seleccionadas. Este material seleccionado también puede ser usado como afirmado para los Caminos de acceso a las obras, siendo necesario adicionalmente, que tenga un valor mínimo del C.B.R. al 95% de su Densidad Máxima Seca obtenida con el Proctor Modificado, de 50%.
Requerimientos técnicos para un enrocado El material de enrocado, que puede ser usado en la conformación del cuerpo de la Presa, debe ser preferentemente una piedra volcánica y/o metamórfica del tipo granitico, andesitico o cuarcita, que representa básicamente a una piedra muy dura, competente, alta densidad y de alto peso específico, con baja porosidad y baja absorción. El material de enrocado deberá tener las características técnicas mínimas siguientes: -
-
-
Piedra procedente de formaciones volcánicas y/o metamórficas del tipo andesitico, granítico o cuarcita, ya sea en estado macizo o en forma de extrusiones escoráceas. Granulometría variada desde tamaños máximos de 75.0 cm. de diámetro, hasta tamaños mínimos de 30.0 cm. de diámetro de formas subangulosas a angulosas; que pueden ser obtenidos de las canteras en forma natural o por chancado con equipo mecánico. Peso específico con valores promedio preferentemente alrededor de 2.60. Absorción de valores promedios preferentemente menores a 5%. Resistencia al desgaste que permita un chancado mecánico de fácil operación; por lo que los valores de Abrasión en la prueba de los Angeles deben ser preferentemente menores a 30%, en promedio. Densidad natural con valores promedio alrededor de 2.50 Tn/m3. Resistencia a la compresión simple con valores promedio alrededor de 500.00 Kg/cm2 a 1,000.00 Kg/cm2.
Requerimientos técnicos para un impermeabilizante El material de impermeabilización, debe ser un material del tipo GC, GM, CL, MH, libre de materias orgánicas e impurezas, no expansible ni compresible, con un índice de plasticidad no mayor entre el 25.0% a 30.0% y cuya compactación deba realizarse con equipo idóneo para cada tipo de material, de manera de lograr un grado de compactación mayor al 95% de la Densidad máxima seca del caso obtenida del Ensayo de Proctor Estándar, que permite la obtención de un material de poca a nula permeabilidad.
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 a la Represa chalhuacocha, se encuentra sobre el lecho aluvial del río Chalhuacocha en la progresiva 0+440 del camino de acceso Conchucos – Laguna Chalhuacocha; aguas abajo del eje de presa proyectado (Ver PLANO PC-01). Esta cantera ha sido seleccionada tomando en cuenta: su mediana 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 Chalhuacocha (Cantera en río Chalhuacocha) -
Ubicación : Río Chalhuacocha (Lado Derecho e izquierdo del río Chalhuacocha , en el KM 0+440 de la carretera de Conchucos – Laguna Chahuacocha) Propiedad : Comunal
-
Potencia : Estimada en 100,000.00 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 las canteras citadas 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 afirmado, rellenos y 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 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)
NORMA USADA ASTM C 136 ASTM C 127 ASTM C 128 ASTM C 29 ASTM C 29
En el ANEXO N° 01, se presentan los resultados obtenidos en los ensayos ejecutados. Las propiedades físicas y mecánicas de la cantera Challhuaccocha, se muestran en el CUADRO Nº 04:
Agregado grueso Ubicación : En el KM 0+440 de la carretera de acceso a Conchucos – Laguna chalhuacocha Clasificación SUCS : GW : 2.60 - Peso específico Peso unitario suelto : 1.415 Tn/m3 Peso unitario compactado : 1.510 Tn/m3 Tamaño máximo : 3/4” -
- -
Impurezas orgánicas Partículas friables Absorción Humedad Módulo de Fineza
: Ninguna : Menor a 2% : 1.44 % : 0.88 % : 6.70
Agregado fino -
Ubicación
=
-
Clasificación SUCS Peso específico Peso unitario suelto Peso unitario compactado Impurezas orgánicas Partículas friables Absorción Módulo de Fineza
= = = = = = = =
En el KM 0+440 de la carretera de acceso a Conchucos – Laguna Chalhuacocha SW 2.680 1.482 Tn/m3 1.659 Tn/m3 Ninguna Menor a 2% 2.49 % 3.27
5.2.3.- EXPLOTACION EN CANTERAS Por el volumen de material granular, requerido para la construcción de las obras de la Represa Chalhuacocha, se recomienda que la explotación sea realizada en forma mecánica, usando: tractor D6, cargador frontal, volquete de 10 m 3, zarandas metálicas, motobomba de 6” y una chancadora.
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 Chalhuacocha 1,482.07 1,659.74 2.68 3.27 2.49 6.70 -
AGREGADO GRUESO Rio Chalhuacocha 1,415.10 1,510.33 2.60 6.70 1.44 0.88 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 Challhuacocha y los requerimientos técnicos exigidos para su uso en la preparación del Concreto, se concluye lo siguiente:
Agregado fino El agregado fino procedente de la Cantera Chalhuacocha es de origen volcánico (cuarzo) con algunas impurezas y materiales deletéreos de origen caliza que no superan el 2%. La granulometría del agregado fino (Chalhuacocha), presenta un Módulo de Fineza igual a 3.27 que es mayor 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 Chalhuacocha es un material aceptable para la preparación del Concreto.
Agregado Grueso El agregado grueso procedente de la Cantera Chalhuacocha es de origen volcánico (cuarzo), por lo que cumple ampliamente todos los requerimientos técnicos para su uso en la preparación del concreto. El agregado grueso Chalhuacocha tiene un tamaño máximo de 3/4” y se trata de un excelente material para ser usado en la preparación de concreto.
5.3.- CANTERAS DE MATERIAL PARA AFIRMADO 5.3.1.- UBICACIÓN Y ACCESO A CANTERAS La cantera de afirmado se encuentra ubicada en la progresiva 6+160 Km. Del camino de acceso Conchucos – Laguna Chalhuacocha, aguas abajo del eje de presa proyectado (Ver PLANO PC01), y ha sido seleccionada tomando en cuenta: su disponibilidad de material, 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 material de afirmado requerido en obra.
Denominación : Cantera I de afirmado (Cantera en ladera) -
Ubicación : KM 6+180 de la Carretera de acceso, Conchucos – Presa chalhuacocha Propiedad : Comunal Potencia : Estimada en 70,000 m3 Explotación : Con cargador frontal y/o tractor y chancadora Material : Grava Arcillosa Usos : Terraplén y Afirmado
5.3.2.- INVESTIGACIONES EFECTUADAS 5.3.2.1.- TRABAJOS DE CAMPO Los trabajos de campo desarrollados por el Consultor han consistido básicamente en una prospección geológica y geotécnica, de la zona de la cantera. Las investigaciones efectuadas, fueron descritas en el Capítulo III. Con la finalidad de obtener los parámetros físicos y mecánicos de los materiales de la Cantera natural antes citada, se ha efectuado el recojo de muestras representativa en un corte natural del terreno, de manera que permitan identificar las características promedio de dicho material.
5.3.2.2.- ENSAYOS DE LABORATORIO Los ensayos de Laboratorio de Suelos para las muestras de material extraídas en la Cantera I Chalhuacocha son presentados en el ANEXO Nº 01, del presente Informe y se resumen en el CUADRO Nº 05, con el detalle siguiente:
Terraplén y Afirmado -
Ubicación
=
- - -
Clasificación SUCS Clasificación AASHTO Humedad Natural % que pasa la malla N° 200 Límite Líquido Límite Plástico Indice Plástico Densidad Máxima Seca (DMS) Humedad óptima C.B.R. al 100% de la D.M.S. C.B.R. al 95% de la D.M.S.
= = = = = = = = = = =
En el KM 6+160 de la carretera de acceso a la Presa Chalhuacocha GC A-2-4 (0) 3.63% 15.38% 25.63% 16.95% 8.67% 1.92 Tn/m3 9.50% 68.0% 50.0%
5.3.3.- EXPLOTACION EN CANTERAS Por el volumen de material de terraplén requerido para la construcción de las obras de la Represa Chalhuacocha se recomienda que la explotación sea realizada en forma mecánica usando: tractor D6, cargador frontal, volquete de 10 m 3, zarandas metálicas y una Chancadora.
5.3.4.- ANALISIS DEL MATERIAL DE CANTERAS Acorde a los registros de la descripción estratigráfica de las canteras analizadas en las progresivas 6+160, 6+780 y 10+420 del camino de acceso (Conchucos – Laguna Chalhuacocha), se ha determinado la presencia de suelos GC, CL, SM y SM-SC en la clasificación SUCS, los que presentan las características de grava arcillosas, arcillas de baja plasticidad, arenas limo-arcillosas que se detallan en el Cuadro Nº 07 y pueden ser utilizados en la construcción de espaldones, presas de tierra homogéneas y afirmado por su razonable estabilidad, así como parte de núcleos impermeables, por su grado de permeabilidad alrededor de 10-5 cm/seg. Es también este material de buenas características para su compactación con equipo adecuado, resultando de estos trabajos una capacidad de carga elevada.
Cuadro Nº 07 RESUMEN DE LOS ENSAYOS DE CANTERA REALIZADOS Descripcion
Prof.
Ensayos Estándar
Muestra
Ensayos Especiales
(m) N°
Canera de Afirmado
de-a
0.30-5.00
CBR
Procto Modificado SUCS
m-2
GC
LL
LP
IP
Wn
O.C.H.
D.M.S
100% de la
100% de la
(%)
(%)
(%)
(%)
%
gr/cm3
M.D.S.
M.D.S.
25.63
16.95
8.68
3.63
9.50
1.92
68.00
50.00
Para:
C i
: Calicata N°
SUCS
: Sistema Unificado de Clasificación de Suelos
OCH
: Optimo contenido de Humedad
LL
: Límite Líquido
M DS
: Maxima densidad seca
LP
: Límite Plástico
N.P.
: No Presenta.
IP
:Indice de Plasticidad : Humedad Natural
Wn
5.4.- CANTERAS DE MATERIAL PARA ENROCADO 5.4.1.- UBICACIÓN Y ACCESO A CANTERAS El material para enrocado (piedras), se encuentra en los alrededores de la laguna, en suficiente cantidad para la conformación de la presa. Este material es producto de los desprendimientos de los bloques rocosos. Las piedras tienen formas desde subangulosas a angulosas con tamaños
mínimos de 0.30 m. y tamaños máximos de 0.75 m , presentándose también en bloques con dimensiones mucho mayores.
Denominación : Cantera Chalhuacocha ( Cantera de roca Caliza ) -
Ubicación : Inmediaciones de la laguna Propiedad : Sin propietario Potencia : Estimada en 100,000 m3 Explotación: Laboreo manual y con el uso de explosivos, cargador frontal y tractor. Material : Roca caliza, de alto peso especifico, alta densidad, baja porosidad y alta dureza. Usos: Cuerpo de Presa de enrocado.
5.4.2.- INVESTIGACIONES EFECTUADAS 5.4.2.1.- TRABAJOS DE CAMPO Los trabajos desarrollados por el Consultor, fueron llevados a cabo durante el mes de Enero del 2010; han consistido básicamente en una prospección geólogo y geotécnica al área de emplazamiento de la cantera con la finalidad de caracterizar las bondades de sus materiales de construcción. Con la finalidad de obtener los parámetros físicos y mecánicos del material de enrocado de la Cantera citada, se ha efectuado el recojo de muestras en superficie, 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 Mecánica de Rocas. Es preciso indicar en este punto que el recojo de muestras en un área de emplazamiento relativamente amplia como es el caso de las canteras citadas ha de involucrar un control permanente en obra al menos de las características técnicas más saltantes del material, puesto que la variación heterogénea común en las rocas podría alterar las propiedades inicialmente determinadas en el Laboratorio y pudiese ocasionar una mala selección del material de enrocado si es que no se toma en cuenta los permanentes controles de calidad durante la ejecución de obra.
5.4.4..- EXPLOTACION EN CANTERAS La explotación de la roca en la Cantera, se realizará por el método de explotación a cielo abierto; la cual representa el caso más corriente y más sencillo, que se efectúa cuando la roca se encuentra cerca de la superficie cubierto por una capa de poco espesor de material de cobertura, por tal motivo se desbroza y limpia de estas capas superpuestas, hasta quedar descubierto el afloramiento, luego se prepara un frente de cantera para realizar la voladura y se empieza a extraer atacándolo de afuera hacia adentro y de arriba hacia abajo, formando un plano escalonado o banco de altura fácilmente accesible. El método de explotación a “Cielo Abierto” en la Cantera de roca presenta las ventajas siguientes: -
-
Existe un 100% de cantera donde aflora la roca. La cobertura que cubre el afloramiento, no es de consideración y se puede fácilmente desbrozar. La explotación a cielo abierto se puede realizar con variaciones de aumento o disminución de volumen, de acuerdo a los requerimientos de obra. Con la extracción, las pérdidas son mínimas, pero consideramos solo el aprovechamiento del 70% y el otro 30% como material no aprovechable, por la presencia de fracturas y diaclasas. No se requiere material de sostenimiento y relleno Los costos son mínimos
6.0.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
La estratigrafía encontrada en el eje del dique (presa), está compuesto de un estrato superior de material orgánico, de una altura que varía de 0.50 m a 1.60 m, seguido de un manto rocoso con presencia de diaclasa y fracturas, las cuales no pueden activarse con el incremento de la carga de agua en la laguna. La cimentación para el represamiento de la laguna Chalhuacocha, estaría conformado básicamente por roca caliza de moderada resistencia, ligeramente diaclasadas a fracturada. Las Capacidad Portante admisibles de la roca de Cimentación de la represa proyectada es:
CAPACIDAD PORTANTE (qa) = 5.14 kg/cm²
Se recomienda los siguientes taludes en la conformación de los diques de roca: Aguas arriba
2:1 (H:V)
Agua abajo
2:1 (H:V)
Se recomienda, durante el proceso constructivo de la Represa Chalhuacocha, 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 suelos y rocas podría alterar las propiedades inicialmente determinadas en el Laboratorio y pudiese ocasionar una mala selección de los materiales de construcción.
Para taludes de corte 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, se recomienda la ejecución mínima de 04 Sondeos con recuperación de testigos, utilizando perforación rotativa diamantina hasta una profundidad máxima de 20.0 m. en puntos específicos de la zona de cierre de la Presa, que permita definir claramente donde se encuentra el basamento madre de roca sana e impermeable o el grado de fracturamiento de la roca con sus respectivos valores de permeabilidad a efectos de definir el Programa más adecuada para inyecciones de impermeabilización.
En cada uno de los sondeos se deben realizar Ensayos de permeabilidad a diferentes profundidades (Ensayos del tipo Lefranc con carga constante y del tipo Lugeon a presión en roca).
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 para la Represa Chalhuacocha, se debe considerar los datos siguientes: Tipo de Suelo : Perfil Tipo S1 (Según Norma E 030) Factor del suelo :1.0 Factor de Zona: Z=0.4 Aceleración horizontal máxima : 0.30g
A NEXO N° 01
:
RESULTADOS DE LAS INVESTIGACIONES DE CAMPO
