“Año de la Inversión para el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria”
MECANICA DE SUELOS I
“ESTUDIO DE SUELOS MEDIANTE METODO DE LA CALICATA-ZONA DE SAN JERONIMO”
Alumnos: Docente:
Ing. Wilbert Dueñas Perea CUSCO - PERU 2014
1. GENERALIDADES
Objetos de Estudio. El presente trabajo tiene por objetivo realizar la verificación de las condiciones geológicas y geotécnicas del suelo de fundación para las ,
estructuras proyectadas como construcciones domiciliarias. Esta evaluación se realizó por medio de trabajos de laboratorio, campo y gabinete, que incluyen la excavación de 1 calicata ó pozos a cielo abierto, ensayos de laboratorio, a fin de obtener las principales características físicas y propiedades índice del suelo, sus propiedades de agresividad química y realizar las labores de gabinete en base a los cuales se define los perfiles estratigráficos y las recomendaciones generales para la cimentación de la estructura proyectada. Para el caso de las obras lineales, estos resultados permitirán definir las actividades del proceso constructivo dependiendo del tipo de suelo encontrado, (suelo normal, semirocoso ó rocoso), para estimar los costos unitarios asociados al presupuesto de la obra en la partida de excavaciones.
Ubicación y descripción del área de estudio.
La ubicación de la calicata para el estudio de suelos es en el departamento de Cusco, provincia de Cusco y distrito de San Jerónimo, en la urbanización de Larapa baja, Calle Costa Verde.
El área de trabajo es de un terreno que momentáneamente sirve como garaje, tiene una construcción provisional de un ambiente de no más de 12m² del material adobe y calaminas. Las construcciones colindantes también son algo rusticas pues están a base del material antes mencionado. Un poco más alejada de la zona de trabajo ya se encuentran construcciones más modernas de concreto, estas se ubican a casi 60 metros de distancia.
Por la parte sur, la zona de trabajo colinda con el rio Huatanay.
Condiciones climáticas de la zona.
El Cusco está situado en la zona central y sur oriental del Perú Ocupa gran parte del gran nudo orográfico de Vilcanota. Su diversidad y los cambios abruptos de paisaje y ecosistemas están principalmente asociados a la Cordillera de los Andes. Si esta no existiera, el Cusco y el Perú en general, serian lugares tropicales. Los territorios del Cusco se hallan bajo la influencia macro-clima rica de grandes masas de aire provenientes de la selva sur oriental, del Altiplano, e incluso de la lejana región de la Patagonia. Los vientos de la selva sur implican inmensas masas de aire cargadas de humedad, que son impulsadas por los vientos alisios del oriente. Los vientos que llegan del Altiplano peruano boliviano son más bien fríos y secos, al igual que los que provienen de la Patagonia y que por lo general suponen eventos de mayor escala. Estos ingresan por la zona sur oriental. Por otro lado, los vientos locales que se generan en los valles y en las llanuras del Cusco tienen la función de distribuir calor y humedad a lo largo del día. De manera general se distinguen dos estaciones climáticas: la estación de lluvias, de noviembre a marzo y la estación de secano, de abril a octubre.
Altitud de la zona.
De acuerdo al GPS que utilizamos al trabajar en la ubicación del terreno, nuestra zona de trabajo está ubicado a 3242 m.s.n.m.
2. GEOMORFOLOGIA, GEOLOGIA Y SISMICIDAD DEL AREA DE ESTUDIO.
GEOMORFOLOGIA
La geomorfología del área de estudio corresponde al valle del Huatanay, la margen izquierda específicamente el cual presenta colinas, cerros de gran pendiente, la zona baja, está formado por depósitos aluviales en su mayoría suelos de granulometría fina y gruesas conformado por arenas gravosas ó gravas arenosas, y arcillas arenosas, mientras que los cerros son producto de procesos tectónicos y plutónicos, dando lugar a la formación de mantos rocosos, sobre impuestos por los procesos de geodinámica interna y externa que han modelado la geología en esta zona.
GEOLOGIA.
El distrito de San Jerónimo, específicamente la zona de LARAPA geográficamente no es muy diversa, pero con relieves y geo formas muy variados que determinan ciertas características. Esta zona de estudio se encuentra ubicado en la ciudad del Cusco, en la margen izquierda del rio Huatanay. Según la carta geológica nacional del cuadrángulo 28- s “Cusco” a escala 1/100,000 del boletín 43 de Ingemet, la zona de estudio donde se ubican las montañas de Ccorao, más específicamente hablando de La montaña “El Huaynapiccol”, y se emplaza por las capas rojas de la zona de San Jerónimo.
o
CAPAS ROJAS DEL GRUPO SAN JERONIMO.
Las capas rojas del grupo San Jerónimo, sobre yacen al grupo Yuncaypata, Moho, formación Puquin o al Paleozoico inferior. Se trata de una intercalación de areniscas y lutitas rojas y escasos conglomerados de origen fluvial, correspondientes a ríos de canales entrelazados y de llanura de inundación (Noblet 1985). La existencia de estructuras tectónicas sin sedimentarias (discordancias progresivas) y una subsidencia importante muestran que el bloque de capas rojas de Sicuani corresponde a una cuenca activa de tipo pull –apart origina por movimientos de rumbo dextrales (Noblet 1985; Carlotto 1998) sobre la edad a partir de su posición estratigrafica y dotaciones radiometricas se le considera como Eocena - Oligocena inferior. En esta unidad se han encontrado importantes niveles de cobre estrato ligado.
GEODINAMICA
DESLIZAMIENTO PICOL. El deslizamiento Picol es el más importante de esta zona y es de tipo gradacional y traslacional, tiene lugar en la naciente de la quebrada. La zona de arranque es en contra de la estratificación de dirección Nor- Este a SurOeste , con aproximadamente 500 m de longitud y 300 m de ancho , la escarpa de arranque que se observa en la parte alta del cerro Huaynapicol tiene un salto de 1500 m. aproximadamente. El material deslizado está compuesto mayormente por gravas en una matriz limo arena arcillosa. De acuerdo con las observaciones de campo, el deslizamiento ha sido arrastrado por las aguas de escorrentía superficial y por algunos afloramientos. En esta quebrada todo el material ha sido arrastrado en flujos de lodo, hasta la cantera de lastre actualmente es explotado por la comunidad de Picol Orcompugio tal arrastre no ocasionó ningún problema de desastre muy a pesar que el deslizamiento se reactivó por el sismo del 5 de Abril de 1986.
SISMICIDAD
Cusco se encuentra en una zona considerada de alta sismicidad, Zona II a nivel nacional y ha registrado 2 terremotos devastadores en la historia republicana, siendo el mayor de ellos en el siglo 15 que se estima fue del grado VII en la escala de Ritcher. En 1950 la ciudad fue afectada por otro sismo que destruyó casi la totalidad de viviendas (que eran de adobe). En los últimos años se registran sismos que producen daños menores en muchas edificaciones y daños estructurales serios a un muy reducido porcentaje de edificaciones con una recurrencia de 1 cada 3 años aproximadamente. El documento titulado "Investigación de Actividad Sísmica en la Región Inca" por Cuenca S.J. del Instituto de Investigación Universidad Región de la Universidad Nacional San Antonio Abad del Cusco (IIUR-UNSAAC) 1991, presenta una relación histórica de sismos en la Región Cusco de la cual han sido extractados los sismos para la Ciudad del Cusco, la que ha sido complementada por los últimos sismos registrados, resultando la relación siguiente: 1590, 1650, 1707, 1804, 1823, 1832, 1832, 1870, 1905, 1928, 1941, 1944, 1946, 1946, 1948, 1948,1949, 1949, 1950, 1952, 1952, 1952, 1954, 1954, 1986. La frecuencia de los sismos está afectada por el hecho de que en tiempos antiguos no se registraban los sismos menores, es probable que en la
información más remota solo se hayan considerado los sismos más severos y en la información reciente se incluyan sismos de menor intensidad. Riesgo Sísmico. Existe información referida a riesgo sísmico en la región, en el documento “Riesgo Sísmico en la Zona del Altiplano” (Vargas/Casaverde). Esta
información está basada en datos sísmicos instrumentales, datos sísmicos históricos, registros de movimientos fuertes, datos geotécnicos y geofísicos, los que usando el modelo probabilístico de Poisson han sido procesados para obtener la aceleración, velocidad y desplazamiento máximos esperados para periodos de retorno de 30, 50 y 100 años. Esta información se encuentra en mapas con curvas que abarcan los departamentos de Cusco y Puno. Los parámetros correspondientes a la ubicación del proyecto son:
3. INVESTIGACION DE CAMPO.
TRABAJO DE CAMPO. El trabajo de campo se realizó en día 5 de noviembre del presente en el distrito de San Jerónimo, provincia de Cusco, departamento de Cusco. L a realización de la calicata se hizo en 2 días para los cuales el grupo de los 3 alumnos mencionados al inicio del presente trabajo utilizamos herramientas y demás cosas para la correcta excavación de esta calicata, que tiene las dimensiones de 1x1x2. Luego de realizar la calicata llevamos material de suelo para ser tratada y realizar los ensayos correspondientes en el laboratorio de Mecánica de Suelos ubicado en la Jirón Espinar, con la asesoría de la ingeniera Jane, recalcando que fue muy amable y comprensiva. Calicata o pozo de exploración. Las calicatas permiten la inspección directa del suelo que se desea estudiar y, por lo tanto, es el método de exploración que normalmente entrega la información más confiable y completa. En suelos con grava, la calicata es el único medio de exploración que puede entregar información confiable, y es un medio muy efectivo para exploración y muestreo de suelos de fundación y materiales de construcción a un costo relativamente bajo. Es necesario registrar la ubicación y elevación de cada pozo, los que son numerados según la ubicación. Si un pozo programado no se ejecuta, es preferible mantener el número del pozo en el registro como "no realizado" en vez de volver a usar el número en otro lugar, para eliminar confusiones. La profundidad está determinada por las exigencias de la investigación pero es dada, generalmente, por el nivel freático. La sección mínima recomendada es de 0,80 m por 1,00 m, a fin de permitir una adecuada inspección de las paredes. El material excavado deberá depositarse en la superficie en forma ordenada separado de acuerdo a la profundidad y horizonte correspondiente. Debe desecharse todo el material contaminado con suelos de estratos diferentes. Se dejarán plataformas o escalones de 0,30 a 0,40 metros al cambio de estrato, reduciéndose la excavación. Esto permite una superficie para efectuar la determinación de la
densidad del terreno. Se deberá dejar al menos una de las paredes lo menos remoldeada y contaminada posible, de modo que representen fielmente el perfil estratigráfico del pozo. En cada calicata se deberá realizar una descripción visual o registro de estratigrafía comprometida.
4. ENSAYOS DE LABORATORIO. ENSAYOS ESTÁNDAR. Los ensayos realizados en para determinar el tipo de suelo y sus características físicas y mecánicas son los siguientes y detallaremos a continuación paso a paso como los realizamos. 4.1.- GRANULOMETRIA. Materiales: Recipientes. Mallas (3, 2 ½, 2,1 ½, 1,3/4,1/2,3/8,1/4,4) para las gruesas y (8, 10, 16, 30, 40, 50, 100, 200) para los finos. Balanza con precisión a 1 gr. Horno. Plástico grande. Madera para separar.
Procedimiento: Se realiza el método del Cuarteo y se logra seleccionar el la muestra de lados opuestos. Se selecciona una muestra la más representativa posible y luego se deja secar primero al aire y luego al horno por 24 horas a una temperatura promedio de 100°c. Luego de estar secado al horno por 24 horas se procede a lavar y secar nuevamente al horno. Cuando el material este seco se procede a tamizar por las mallas, el grueso desde la N°3 hasta la N°4 y el fino desde la N°8 a la N°200. Cada vez que tamizamos por cada malla se procede a pesar en la balanza cada porcentaje que se queda en las mallas tamizadas hasta llegar al fondo. Hacemos este procedimiento tanto para los agregados gruesos como para los finos.
4.2.- PESO ESPECÍFICO. Materiales: Piola. Balanza con aproximación a 1gr. Material del suelo. Agua. Recipiente.
Embudo.
Procedimiento: Se llena en la Piola 500 ml de agua cuyo peso es igual a 661 gr. Tomamos 237 gr de la muestra para luego introducirlo en la piola. Introducimos el material con la ayuda de un embudo. Ingresamos el material con mucho cuidado sin desperdiciar nada. Dejamos reposar por un tiempo de 24 horas.
4.3.- PESO UNITARIO. Materiales: Recipientes Balanza con aproximación a 1 gr. Material. Horno.
Procedimiento: Pesamos una cantidad de material en un recipiente (aproximadamente 150 gr.) Llevamos al horno y esperamos a que seque 24 horas.
4.4.- LIMITES DE CONSISTENCIA. Materiales: Muestra de suelo que pase por la malla N° 40. Recipientes. Espátula pequeña para mezclar. Máquina de Casagrande. Vidrio de aproximadamente 40x40 cm. Varilla de metal de 3/8. Horno. Procedimiento: Echamos el material en un recipiente y añadimos agua hasta que la mezcla quede pastosa y dejamos reposar 24 horas. Una vez saturada totalmente la muestra separamos en dos partes una para el Limite Liquido y otra para el Limite Plástico. Para el limite liquido usamos la máquina de Casagrande la cual preparamos anteriormente.
Colocamos un poco del material en la cuchara y esparcimos homogéneamente. Tratamos que la mezcla quede paralela a la mesa. Con la ayuda de un ranurador seccionamos por el medio. Contamos los golpes a una velocidad de 2 golpes por segundo. Una vez que se junta ambos lados del material seccionado detenemos el conteo. Registramos los datos y tomamos el peso del material en una capsula.
OBSERVACION: EN EL ENSAYO DE LIMITE LIQUIDO CERRO EN 18 GOLPES COMO MAXIMO Y NO HUBO FORMA DE CONSEGUIR EN MAS PUESTO QUE EL SUELO ES ARENOSO, CONSECUENTEMENTE TAMPOCO HAY LIMITE PLASTICO POR SER SUELO ARENOSO, ES DECIR EL INDICE DE PLASTICIDAD NO SE PUEDE DETERMINAR.
4.5.- ENSAYO PROCTOR: Materiales: 30 kilogramos de material aproximadamente. Recipientes. Matraz. Agua. Recipiente para el Ensayo PROCTOR STANDART. Pisón. Ranulador. Brochas. Martillo de goma. Esparcidor de agua (botella con un agujero en la tapa). Horno.
Procedimiento: Secamos la muestra al sol y luego al horno a 150ºC por un tiempo de 24 horas. Se tamiza la muestra en la malla ¾. Tomamos 4 muestras de 6.0 Kg cada una. Calculamos el porcentaje de agua que rociaremos a cada muestra para hallar la humedad óptima.
Separamos una pequeña porción de material en un recipiente pequeño (aproximadamente 500gr), esto lo hacemos para obtener la humedad en cada punto, las pesamos y llevamos al horno. En el molde PROCTOR empezamos la compactación del material. La compactación se realiza en 5 capas y 56 golpes cada capa. Al estar compactadas totalmente pesamos para ver los datos para realizar la curva de humedad.
4.6.- ENSAYO CBR. Materiales: Molde para CBR. El resto es lo mismo que usamos en el ensayo PROCTOR.
Procedimiento: Separamos 6.000 Kg de la muestra La diferencia de humedades entre el ensayo de proctor (punto óptimo) y el de CBR = 5.85% y como usamos 6.000 kg multiplicamos el resultado anterior por 6 dando resultado 351 ml que es la cantidad de agua que usaremos para el ensayo Compactamos con 56 golpes en 5 capas Se deja sumergir por espacio de 24 horas El factor de esponjamiento inicial es de 11.2
ENSAYOS ESPECIALES. Los ensayos especiales son los que se realizan si el suelo está siendo atacado por agentes químicos como carbonatos, sulfatos, etc. En nuestro trabajo no fue necesario realizar estos ensayos especiales.
CLASIFICACION DE LOS SUELOS. Según el resultado de nuestra granulometría y la tabla S.U.C.S. el tipo de terreno en el que trabajamos resulta ser GM (Grava limosa con bloques), que es un suelo de partículas gruesas con finos, es un suelo sucio. Por otra parte según la tabla AASHTO el suelo clasifica como un material granular, excelente a bueno como subgrado. Está ubicado dentro del grupo A-1-B con Fragmentos de roca, grava y arena.
5. PERFILES ESTRATIGRAFICOS. Proyecto:
Estudio de suelos en la calle Costa Verde – San Jerónimo - Cusco Fecha: 05/11/2014 Profundidad M(metros)
Perfil Grafico
Clasificación SUCS estimada
0.30 --------
Suelo organico
0.50 SM
Material Limo arenoso
1.10 GM
Material Grava-limoso
1.60 GP-GW
Descripción del suelo
En los primeros 0.30m de excavación solo encontramos material orgánico como algunas raíces de plantas, trozos de tejas e incluso insectos, el color predominante es el marrón oscuro, las partículas que componen a este horizonte son final y se puede percibir un ligero olor a vegetación. A esta altura encontramos una capa arcillo-limosa de un color rojo oscuro, hay muy poca presencia de gravas que llegan a medir máximo 2 cm. No se distingue algún olor en particular. La humedad en esta zona es leve.
En este horizonte se alcanza a apreciar un cambio de estrato, pasamos del suelo limo-arenoso a un tipo de suelo arenoso con gravas de pocos milímetros a otros casi de 10 cm. El color cambio de rojo oscuro a un rojo con tonos de plomo oscuro por la presencia de la arena, la textura del suelo cambio y se siente más áspera. La humedad es moderada.
A una profundidad de 1.60m aproximadamente encontramos un último estrato, este ya está
Material Gravosoarenoso
constituido por material gravosoarenoso, con gravas que llegan a medir hasta 20 cm, estas cubren alrededor de 30% del suelo en esta parte, el color que posee este horizonte es gris oscuro, los tonos de rojo desaparecieron. La humedad en este estrato es similar a la de los 2 anteriores.
6. DESCRIPCION DE LA CONFORMACION DEL SUB-SUELO DEL AREA DE ESTUDIO. En base a los trabajos de campo y ensayos de laboratorio se deduce la siguiente conformación del subsuelo: La calicata, localizada en la Urbanización Picol Mojompata 1ra Etapa Lote E-1 del Distrito de San Jerónimo Provincia del Cusco a una cuadra de la Universidad Andina del Cusco siguiendo la Calle La Marina y la Calle Costa Verde, presenta un perfil estratigráfico como sigue: desde 0.00 a .50 metros el primer estrato, encontramos la capa inicial de material orgánico de hasta 0.10m. de espesor y seguidamente arena mal gradada con limo de hasta 0.50m de espesor; por debajo se encuentra el segundo estrato encontrando un material limoso con un poco de arena de baja plasticidad con un espesor de 0.60m de colores marrón claro , medianamente densa, llegando hasta 1.10m de profundidad empieza el tercer estrato encontrando gravas limosas, mezcla de grava y arena de color plomizo, llegando a 1.690m se pudo encontrar más gravas con mayor diámetro como consecuencia de que el terreno se encuentra a unos metros del rio.
7. CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES. CONCLUSIONES.
Todos los ensayos realizados anteriormente en el transcurso del semestre, fueron útiles a la hora de determinar el tipo del suelo.
La zona de San Jerónimo cuenta con un suelo competente a cierta profundidad.
Los estudiantes podemos realizar trabajos de investigación adecuados si contamos con una asesoría adecuada.
RECOMENDACIONES
En el laboratorio realizar todos los pasos recomendados por el asesor.
Mantenerse informado de las publicaciones o boletines regionales de los temas relacionados con la construcción, pues esto ayudara a la mejor realización del informe o trabajo de investigación.
8. BIBLIOGRAFIA.
Ingenieria de suelos en las vías terrestres. Segunda Edicion. Alfonso Rico Rodriguez.
Estudio del mapa de peligros de la ciudad del Cusco. Ing. Ruperto Benavente Velasquez o Ing. Carlos Fernandez baca Vidal. o Ing. Andrés Gomez Noblega. o Ing. Renzo Benavente Azpaza. o
Mecanica de Suelos. o William Lambe. o Robert Whitman.
www.ingemmet.gob.pe
www.igp.gob.pe
www.civilgeeks.com
www.mtc.gob.pe/portal/Manual_Suelos_final.pdf
ANEXOS
Plano de ubicación de la calicata.
PANEL FOTOGRAFICO
Inicio de excavación de la calicata
Muestra de suelo organico. Extraemos el material de cada estrato en bolsas para mantener la humedad natural
Cuarteando el material para luego secarlo y posteriormente lavarlo.
Tamizado del material
Mezcla pastosa para el limite líquido y plástico
Mezcla para proctor o para CBR (mismo procedimiento hasta la compactación).
Pesado de la muestra compactada para luego sacarla del molde.
Aplicando fuerzas para descompactar el molde del ensayo proctor.
ENSAYO CBR. Maq uina de cbr para medir la capacidad de aguantar la presión.
