Informe Geotecnia

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1.1

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indice 1.1

1.

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indice ................................................................................................................................1

INTRODUCIÓN .......................................................................................................................................... 7

1.1

OBJETIVOS ......................................................................................................................7

1.2

ALCANCES DEL ESTUDIO ..............................................................................................8

2.

ANTECEDENTES ...................................................................................................................................... 8

3.

MARCO NORMATIVO ............................................................................................................................... 8

4.

UBICACIÓN ............................................................................................................................................... 9

4.1 5.

6.

Clima y vegetación ........................................................................................................10

MARCO GEOLÓGICO REGIONAL ......................................................................................................... 10

5.1

Geomorfología Regional ...............................................................................................10

5.2

Estratigrafía Regional ....................................................................................................11

5.3

Geología Local ...............................................................................................................13 5.3.1

Geomorfología local ............................................................................................13

5.3.2

Lito estratigrafía Local ........................................................................................13

EXPLORACIONES GEOTÉCNICAS ....................................................................................................... 16

6.1

EXCAVACIÓN DE CALICATAS .....................................................................................16

6.2

ENSAYO DE DENSIDAD IN SITU – MÉTODO DE CONO DE ARENA (ASTM D 1556) 17

6.3

ENSAYOS DPL ...............................................................................................................18

6.4

ENSAYO DE REFRACCIÓN SÍSMICA ...........................................................................20

6.5

ENSAYO MASW (MULTI-CHANNEL ANALYSIS OF SURFACE) .................................27

6.6

6.7

6.5.1

Procesamiento .....................................................................................................30

6.5.2

Perfiles unidimensionales obtenidos ................................................................30

PARÁMETROS DE DISEÑO EN BASE A ENSAYOS GEOFÍSICOS .............................32 6.6.1

Parámetros de deformación ...............................................................................32

6.6.2

Parámetros de resistencia ..................................................................................34

6.6.3

Parámetros para el diseño sismo resistente .....................................................35

Evaluación Geomecánica del Macizo Rocoso .............................................................36

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7.

8.

9.

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6.7.1

Clasificación Geomecánica de Bieniawski (1989) ............................................37

6.7.2

Estabilidad de taludes rocosos valoración SMR ..............................................38

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD EN DISCONTINUIDADES ....................................................................... 39

7.1

Falla Tipo Planar ............................................................................................................40

7.2

Falla Tipo Cuña ..............................................................................................................41

7.3

Falla por Volteo ..............................................................................................................42

ENSAYOS DE LABORATORIO .............................................................................................................. 43

8.1

ENSAYOS DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS ...............................................................43

8.2

ENSAYO DE CORTE DIRECTO .....................................................................................44

8.3

ENSAYO QUÍMICO DE SUELO ......................................................................................45

8.4

ENSAYO DE CARGA PUNTUAL (ASTM D5731) ...........................................................47

8.5

DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DE LA ROCA. ..........................47

PERFIL ESTRATIGRÁFICO .................................................................................................................... 48

10. DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS GEOTÉCNICOS ....................................................................... 50

10.1 PARÁMETROS DE RESISTENCIA EN FUNCIÓN DEL ENSAYO DE LABORATORIO 50 10.2 PARÁMETROS DE RESISTENCIA EN FUNCIÓN DE LOS ENSAYOS DE DPL...........51 10.3 PARÁMETROS DE RESISTENCIA EN FUNCIÓN DE LOS ENSAYOS GEOFÍSICOS .53 11. ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE LOS TALUDES ................................................................................. 54

11.1 PARÁMETROS DE RESISTENCIA UTILIZADOS EN EL ANÁLISIS (BACK ANÁLISIS) .................................................................................................................................56 11.2 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DEL TALUD SIN SOLUCIÓN .........................................58 11.3 SOLUCIÓN PROPUESTA ...............................................................................................62 11.4 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DEL TALUD CON SOLUCIÓN PROPUESTA ................63 12. CARACTERÍSTICAS SÍSMICAS DEL ÁREA DE ESTUDIO ................................................................... 67 13. CONCLUSIONES .................................................................................................................................... 68 14. REFERENCIAS ........................................................................................................................................ 75

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ANEXOS: ANEXO A: EXPLORACIONES DE CAMPO ANEXO B: ENSAYOS DE LABORATORIO ANEXO C: ANALISIS DE INGENIERIA ANEXO D: PANEL FOTOGRÁFICO ANEXO E: PLANOS ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1-1. Vista panorámica del lugar de trabajo ............................................................................................ 7 Figura 4.1 – Polígono del área de estudio. (Fuente Google Earth) ................................................................. 10 Figura 5.1 – Mapa Geológico Regional de la zona evaluada (Zona de estudio, círculo Rojo), Fuente: INGEMMET, 2011............................................................................................................................................ 12 Figura 5.2 – Vista panorámica del afloramiento de roca volcánica en la zona Norte (N). ............................... 14 Figura 5.3 – Vista de la muestra de mano, roca andesita. .............................................................................. 14 Figura 5.4 – Vista talud vertical, conformado por intercalaciones de estratos de arena y limo ....................... 15 Figura 5.5 – vista del material de cobertura conformado en su mayor parte por arenas y arenas limosas. ... 15 Figura 6.1 – Ensayo DPL-03 realizado en la Panamericana Sur .................................................................... 19 Figura 6.2 – Se muestra la distribución de los shots o golpe, el primero se ejecuta antes del 1er geófono y a una distancia igual a la separación entre geófonos, el segundo shot se realiza en el medio de 6to y 7mo geófono (Fuente: Manual Seisimager 2D, 2009). ............................................................................................ 20 Figura 6.3 – El tercer shot se realiza entre 12vo y 13vo geófono (Fuente: Manual Seisimager 2D, 2009). ... 21 Figura 6.4 – Los últimos dos shots son una simetría de los mismos dos primeros; el cuarto shot se ubica entre el 18vo y 19vo geófono y el último se ubica después del 24vo geófono a una distancia igual a la separación entre geófonos (Fuente: Manual Seisimager 2D, 2009).. .............................................................. 21 Figura 6-5 – Registros de ondas compresionales (Fuente: Manual Seisimager 2D, 2009). ........................... 21 Figura 6-6 – La figura de la izquierda, muestra el picado de la llegada de la onda de compresión, a la derecha los respectivos puntos que forma la dromocrónica, la cual muestra los cambios de velocidades en el terreno de la zona de estudio (Fuente: Manual Seisimager 2D, 2009). ........................................................... 22 Figura 6-7 – Ejemplo de perfil del terreno según la dromocrona. ................................................................... 22 Figura 6-8 – Ejemplo de perfil geosísmico del terreno según la velocidad de la onda P. ............................... 23 Figura 6-9 – Distribución de puntos de disparo del ensayo MASW (Fuente: Manual Seisimager 2D, 2009). 27 Figura 6-10 – Ejemplo del Procesamiento del registro de campo del ensayo MASW (Fuente: Manual Seisimager, 2009). ........................................................................................................................................... 28 Figura 6-11 – Ejemplo de la variación de la velocidad de la onda S con la profundidad. ............................... 28 Figura 6.12 – Vista panorámica de la estación geomecánica EG-01. ............................................................ 37 Figura 7.1 – Superficie de deslizamiento (Adaptado de Hoek and Bray, 2005) .............................................. 40 Figura 7.2 – Zona critica de Falla Planar, según análisis del software DIPS. ................................................. 41

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Figura 7.3 – Zona crítica de Falla por Cuña, según análisis del software DIPS. ............................................ 42 Figura 7.4 – Zona critica de Falla por Volteo, según análisis del software DIPS. ........................................... 42 Figura 9.1 – Perfil estratigráfico del área de corte de la zona norte. ............................................................... 49 Figura 9.2 – Perfil estratigráfico del área de corte de la zona sur. .................................................................. 50 Figura 10.1 – Valores de resistencia a la compresión simple vs NSPT para suelos cohesivos de distinta plasticidad (Navfac, 1971). .............................................................................................................................. 52 Figura 11.1 – Superficie de deslizamiento definido (arena limosa). ................................................................ 57 Figura 11.2 – Back análisis en condiciones estáticas ..................................................................................... 57 Figura 11.3 – Análisis de estabilidad en condiciones iniciales (sin solución) a) estático y b) pseudoestático de la zona Norte Este. .......................................................................................................................................... 59 Figura 11.4 – Análisis de estabilidad en condiciones iniciales (sin solución) a) estático y b) pseudoestático de la zona Norte Oeste. ........................................................................................................................................ 60 Figura 11.5 – Análisis de estabilidad en condiciones iniciales (sin solución) a) estático y b) pseudoestático de la zona Sur este. .............................................................................................................................................. 61 Figura 11.6 – Geometría de la solución propuesta para el talud de la zona Norte este. ................................ 62 Figura 11.7 – Geometría de la solución propuesta para el talud de la zona Norte oeste. .............................. 62 Figura 11.8 – Geometría de la solución propuesta para el talud de la zona Sur este..................................... 63 Figura 11.9 – Análisis de estabilidad con alternativa de solución a) estático y b) pseudoestático de la zona Norte Este. ....................................................................................................................................................... 64 Figura 11.10 – Análisis de estabilidad con alternativa de solución a) estático y b) pseudoestático de la zona Norte Oeste. .................................................................................................................................................... 65 Figura 11.11 – Análisis de estabilidad con alternativa de solución a) estático y b) pseudoestático de la zona Sur este. .......................................................................................................................................................... 66

ÍNDICE DE CUADROS Cuadro 4.1 – Cuadro resumen de la ruta hacia el proyecto. ............................................................................. 9 Cuadro 5.1 – Secuencia Estratigráfica Regional............................................................................................. 12 Cuadro 6.1 – Resumen de ubicación y profundidad alcanzada de Calicatas. ................................................ 16 Cuadro 6.2 –Datos técnicos de ensayo de densidad de campo. .................................................................... 17 Cuadro 6.3 – Resumen de ubicación y profundidad alcanzada de ensayos DPL........................................... 19 Cuadro 6-4 – Características del sismógrafo. ................................................................................................. 23 Cuadro 6-5 – Coordenadas UTM – WGS 84, de las líneas de refracción....................................................... 24 Cuadro 6-6 – Velocidad de la onda de compresión Vp: Arce Helberg (1990)................................................. 24 Cuadro 6-7 – ASTM D 5777 – 95.................................................................................................................... 24 Cuadro 6-8 – Curvich J. (1975), Dobrin, Milton (1961), NB (1976), Savicha y Satonov V.A. (1979) .............. 25 Cuadro 6-9 – Recopilación de Martínez Vargas A. (1990).............................................................................. 25 Cuadro 6-10 – Resultados de los ensayos de refracción sísmica LS-01. ....................................................... 26

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Cuadro 6-11 – Resultados de los ensayos de refracción sísmica LS-02. ....................................................... 26 Cuadro 6-12 – Características del sismógrafo (Geometrics) .......................................................................... 29 Cuadro 6-13 – Coordenadas UTM – WGS 84 Zona 18M de las líneas de MASW. ........................................ 29 Cuadro 6-14 – Clasificación del IBC. .............................................................................................................. 29 Cuadro 6-15 – Clasificación del MASW según el IBC..................................................................................... 30 Cuadro 6-16 – Velocidades de corte, calculadas a partir del ensayo MASW-01. ........................................... 30 Cuadro 6-17 – Velocidades de corte, calculadas a partir del ensayo MASW-02. ........................................... 31 Cuadro 6-18. Valores representativos de la relación de Poisson (v). Pickering (1970), Salem (2000). .......... 32 Cuadro 6-19- Los parámetros de estáticos, recomendados desde una profundidad de 1 a 30 m, realizados en las líneas LS 01 – MASW 01. .......................................................................................................................... 33 Cuadro 6-20- Los parámetros de estáticos, recomendados desde una profundidad de 1 a 30 m, realizados en las líneas LS 02 – MASW 02. .......................................................................................................................... 33 Cuadro 6-21. Parámetros de resistencia, recomendados hasta una profundidad de 30 m realizados en las líneas LS 01 – MASW 01. ................................................................................................................................ 34 Cuadro 6-22. Parámetros de resistencia, recomendados hasta una profundidad de 30 m realizados en las líneas LS 02 – MASW 02. ................................................................................................................................ 35 Cuadro 6-23. Los parámetros para el diseño sismo resistente para la zona de estudio. Zona Norte y Zona Sur. .................................................................................................................................................................. 36 Cuadro 6-24 – Ubicación de la Estación Geomecánica .................................................................................. 37 Cuadro 6-25 – Calidad del Macizo Rocoso en relación al índice RMR ........................................................... 38 Cuadro 6-26 – Resumen de la Valoración RMR del Macizo Rocoso .............................................................. 38 Cuadro 6-27 – Descripción generalizada del SMR (Romana 1985) ............................................................... 39 Cuadro 6-28 – Valoración SMR (Romana 1985) ............................................................................................ 39 Cuadro 6-28 – Análisis de falla con el Software DIPS – Alternativa 1 ............................................................ 43 Cuadro 8-1 – Evaluación de la plasticidad en función al IP. ........................................................................... 44 Cuadro 8-2. Resultados de Ensayos de Clasificación – Exploraciones a cielo abierto. .................................. 44 Cuadro 8-3. Rango del ángulo de fricción en suelos granulares. ................................................................... 45 Cuadro 8-4. Resultado del ensayo de Corte Directo drenado para el estacionamiento Sur. .......................... 45 Cuadro 8-5. Resumen de ensayos químicos en muestras de suelos. ............................................................ 45 Cuadro 8-6. Límites Permisibles de cloruros y sales solubles. ....................................................................... 46 Cuadro 8-7. Recomendaciones para el ataque de sulfatos. ........................................................................... 47 Cuadro 8-8. Resumen de ensayos de Carga Puntual..................................................................................... 47 Cuadro 8-9- Resumen de las Propiedades Físicas de la roca ........................................................................ 48 Cuadro 8-9- Parámetros de corte en función del ensayo de corte directo..................................................... 50 Cuadro 10-2- Parámetros de resistencia al corte en función del ensayo DPL en el Sector Norte. ................. 52 Cuadro 10-3- Parámetros de resistencia al corte en función del ensayo DPL en el Sector Sur. .................... 53 Cuadro 10-4- Parámetros de resistencia al corte en función del ensayo MASW............................................ 53 Cuadro 10-5. Resumen de los parámetros de resistencia al corte para la zona norte y sur. .......................... 54 Cuadro 11-1- Valores de factor de seguridad mínimo. ................................................................................... 55

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Cuadro 11-2- Valores de factor de seguridad mínimo .................................................................................... 56 Cuadro 11-3- Parámetros de resistencia de los materiales en la Zona Norte................................................. 56 Cuadro 11.4- Parámetros de resistencia de los materiales en la Zona Sur. ................................................... 58 Cuadro 11-5- Factores de seguridad global para el caso sin solución en condiciones iniciales. .................... 58 Cuadro 11-6- Factores de seguridad global para el caso con alternativa de solución. .................................. 63

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1. INTRODUCIÓN El presente informe contiene los resultados de la investigación geotécnica y geofísica para el estudio geotécnico en el marco del proyecto “CONSTRUCCIÓN Y OPERACIÓN - PROYECTO ESCOMBRERA LA ESPERANZA” a solicitud de la empresa ECOTEC. Para tal efecto el equipo de especialistas de la empresa SOTELO & ASOCIADOS se trasladó a campo a realizar la correspondiente evaluación geotécnica.

Figura 1-1. Vista panorámica del lugar de trabajo

En tal efecto se llevaron a cabo las investigaciones geológicas-geotécnicas con labores de ejecución a través de métodos directos e indirectos los cuales consisten en; 1 estación geomecánica, la excavación de cinco (05) calicatas, siete (07) ensayos DPL, dos (02) ensayos de Refracción Sísmica y MASW. Para determinar las propiedades físico, mecánica y químicas del suelo, se tomaron muestras para realizar ensayos de laboratorio, tales como: clasificación de suelos, ensayo de corte directo y químicos. 1.1

OBJETIVOS

 Obtener resultados de los ensayos de campo, que nos permitan determinar los perfiles estratigráficos.  Obtener el perfil de ondas compresionales P (Vp), con el fin de conocer las variaciones tanto en profundidad como en la horizontal de la velocidad de onda P.  Obtener la variación de las velocidades de ondas de corte S (Vs) a través de los diversos materiales.  Evaluar las propiedades físico - mecánicas del terreno. Estimación de los parámetros de resistencia de cada uno de los materiales en función de la rigidez (Angulo de fricción y cohesión) para el sector evaluado.

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 Realizar el análisis de capacidad admisible del terreno  Evaluar la agresividad química del suelo a la cimentación. 1.2

ALCANCES DEL ESTUDIO

El presente estudio evalúa las condiciones geotécnicas del suelo para el proyecto Estacionamientos de Panamericana Sur y Norte, y tiene como alcance los siguientes puntos específicos. -

Evaluación geotécnica basada a partir de exploraciones directas e indirectas en el área de estudio. Obtención de las propiedades físicas, mecánicas y químicas que permitirán conocer el comportamiento del material en el área de estudio. Obtención de un perfil estratigráfico del área en estudio Obtener la capacidad admisible de la interacción suelo – estructura.

2. ANTECEDENTES En fecha 19 y 20 de enero del 2017 se realizó la visita de campo a las áreas de estudio. El objetivo de esta visita consistió en la evaluación geotécnica del suelo para el proyecto CONSTRUCCIÓN Y OPERACIÓN - PROYECTO ESCOMBRERA LA ESPERANZA. Fue realizada la investigación del suelo a partir de diferentes ensayos directos e indirectos. Los ensayos de campo, registros fotográficos y antecedentes del proyecto ayudan a concluir una evaluación geotécnica. 3. MARCO NORMATIVO En el presente estudio se han tenido en cuenta la siguiente documentación. - American Society for Testing and Materials (ASTM) - American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) - Normas Técnicas Peruanas. Las evaluaciones en campo y ensayos de laboratorio se realizaron con miras a una adecuada caracterización de los materiales presentes y proporcionar información geotécnica necesaria. El cuadro siguiente muestra la normatividad de ensayos realizados: Técnicas de investigación y ensayos de campo

Norma

Caracterización de campo con fines de diseño de ingeniería y construcción

NTP 339.162 (ASTM D 420)

Descripción visual - manual

ASTM D 2488

Ensayo de densidad In Situ

ASTM D 1556

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Ensayo de DPL

NTP 339.159

Ensayo de Refracción sísmica

ASTM D 5777

Técnicas de investigación y ensayos de campo

Norma

Ensayos Estándar Análisis Granulométrico

ASTM D 422

Contenido de Humedad

ASTM D 2216

Limite Líquido y Limite Plástico

ASTM D 4318

Clasificación Unificada de Suelos (SUCS)

ASTM D 2487

Ensayo de Corte Directo

ASTM D 3080

Ensayos Especiales Contenido de Sales Solubles Totales en suelos y agua subterránea

NTP 339.152 (BS 1377)

Contenido de Cloruros Solubles en suelos y agua subterránea

NTP 339.177 (AASHTO T291)

Contenido de Sulfatos Solubles en suelos y agua subterránea

NTP 339.178 (AASHTO T290)

4. UBICACIÓN La zona de estudio, se localiza al Sur del departamento de Lima, provincia de Lima, distrito de Punta Hermosa, en el kilómetro 38 de la Panamericana Sur (Figura.4.1), alrededor de las coordenadas N: 8626959 y E: 303392 (WGS84), correspondiente a la zona longitudinal UTM 18. Las rutas o vías de acceso existentes hacia el área de estudio se indican en el Cuadro 4.1: Cuadro 4.1 – Cuadro resumen de la ruta hacia el proyecto. Ruta Lima – Punta Hermosa Punta Hermosa - Zona de Estudio

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Tipo de vía Asfaltada Trocha carrosable

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Kilometro 38 Km 0.5 Km

Tiempo 40 min 10 minutos

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Área de Estudio

Figura 4.1 – Polígono del área de estudio. (Fuente Google Earth)

4.1

Clima y vegetación

La zona de estudio presenta un clima atípico debido a la influyente y fría corriente de Humboldt que se deriva de la Antártida, la cercanía de la cordillera de los Andes y su ubicación geográfica, dándole a un clima subtropical, desértico y templado y húmedo, con presencia de lloviznas bajas entre Abril y Diciembre, y sol intenso entre Enero y Marzo. La temperatura anual promedio es de 18° a 19° C. La vegetación en la zona de estudio es típica de un ambiente desértico, siendo esta muy escasa.

5. MARCO GEOLÓGICO REGIONAL El resultado de la evaluación geológica del área de estudio, fue correlacionado con el boletín N°43, de la Carta Geológica Nacional Serie A, Geología del cuadrángulo de Lima, Lurín, Chancay y Chosica (hoja 25-J, 25-J3), mapas geológicos (Escala 1:50,000 y 1:100,000), realizados por el INGEMMET; y las investigaciones geológico-geotécnicas desarrolladas durante el estudio. 5.1

Geomorfología Regional

Los rasgos Geomorfología regional desarrollada es el resultado de fenómenos geodinámicos, tectónica, erosión y transporte, etc., los cuales contribuyeron a la actual configuración del relieve. En base a criterios litológicos, estratigráficos, morfológicos, geográficos se identificó 3 unidades

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geomorfológicas principales a nivel regional donde se enmarca la zona de estudio y la cual se menciona a continuación: 1. Borde de Isla: Esta unidad geomorfológica se desarrolla tierra adentro y encierra toda el área de tierra firme adyacente al litoral peruano. Se enmarcan dentro de esta unidad geomorfológica las playas abiertas formadas por arenas transportadas a través de las corrientes litorales. El modelamiento y configuración de esta unidad geomorfológica es desarrollado por la acción erosiva del mar, formando acantilados en su mayoría sub-verticales. 2. Lomas y cerros testigos: Dentro de esta unidad geomorfológica se ha considerado a las colinas que bordean las estribaciones de la cordillera occidental las cuales quedan como cerros testigos. La topografía de esta unidad geomorfológica está ligada íntimamente a las unidades geológicas que las conforman, pudiéndose desarrollar un relieve diferenciado según el tipo de roca que la constituya; rocas ígneas intrusivas, calizas de gran dureza resistentes al intemperismo; y cuarcitas, desarrollaran un relieve abrupto. El relieve será más redondeado y de pendiente suave cuando se trate de lutitas o limolitas; en el caso de rocas volcánicas debido a que presentan diferente resistencia al intemperismo sus pendientes serán más empinadas y en algunos casos regularmente suaves. La acción eólica (cobertura de arenas eólicas) también contribuye al modelamiento de las lomas o cerros testigos, dándoles una configuración de pendiente suave. 3. Planicies costaneras: Esta unidad geomorfológica se desarrolla entre el borde litoral y las estribaciones de la cordillera occidental, constituida por una faja angosta de territorio paralela a la línea de la costa. En la zona de estudio a nivel regional la planicie costanera se enmarca dentro del denominado cono aluvial del rio Lurín y constituye amplias superficies cubiertas por los materiales provenientes del transporte y sedimentación de las quebradas que discurren directamente al mar, quedando cubiertos por arena eólica producto de la acción eólica provenientes de las playas. 5.2

Estratigrafía Regional

La zona de estudio geológicamente se enmarca dentro del Mesozoico con edades que fluctúan entre el Cretáceo – inferior y el Cuaternario reciente. Dicho escenario desarrolla secuencia volcánica perteneciente a la Formación Chilca. Los depósitos cuaternarios están conformados por depósitos aluviales y depósitos eólicos. Las formaciones identificadas en el Mapa Geológico del ámbito de estudio se describen a continuación geocronológicamente desde la más antigua hasta el reciente.

MESOZOICO – CRETÁCEO INFERIOR

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Formación Chilca Esta formación se presenta como una secuencia volcánico – sedimentaria marina constituida por calizas y rocas clásticas intercaladas con derrames volcánicos andesíticos porfiriticos. La secuencia clástica, está conformada por areniscas de matriz calcárea y horizontes conchíferos. Hacia la parte alta de la secuencia litológica podemos encontrar formaciones netamente volcánicas. CUATERNARIO – HOLOCENO

Depósitos aluviales Son acumulaciones fluviales de materiales sueltos o poco consolidados de naturaleza heterogénea y heterométrica, que han sido transportados grandes distancias por las corrientes. Están constituidos por cantos y gravas redondeadas, envueltos en una matriz areno-limosa, que se depositaron durante el Cuaternario reciente. Depósitos eólicos Son acumulaciones de arenas de grano fino a medio, y de color gris oscuro por su contenido de minerales ferro magnesianos o arenas finas cuarzosas de color más claro y de mayor movilidad, depositadas por el viento en las planicies que conforman la penillanura costera.

Figura 5.1 – Mapa Geológico Regional de la zona evaluada (Zona de estudio, círculo Rojo), Fuente: INGEMMET, 2011.

Cuadro 5.1 – Secuencia Estratigráfica Regional

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Era

Sistema

Serie

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Unidades Estratigráficas

CENOZOICO

Depósitos Eólicos (Qh-e) CUATERNARIO

MESOZOICO

CRETÁCEO

Holoceno

Inferior

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Descripción Arenas de Cuarzo bien seleccionadas que cubren las superficies.

Depósitos Aluviales (Qh-al)

Acumulaciones de conglomerados y gravas provenientes de quebradas y ríos ahora secos y desérticos.

Formación Chilca (Ki-chi)

Tobas líticas y vitricas con delgadas intercalaciones de brechas piroclásticas y areniscas volcánicas bien estratificadas.

(Fuente: Cuadrángulo de Lurín - hoja 25j, 25-J3, INGEMMET)

5.3

Geología Local

5.3.1 Geomorfología local Los rasgos geomorfológicos que presentan la zona son el resultado de un proceso tectónico y plutónico sobre impuesto por los procesos de geodinámica, que han modelado el rasgo morfoestructural de la región. El área de estudio que comprende la zona del proyecto, se encuentra dentro de la unidad geomorfológica Menor Ladera de Cerro. Laderas de Cerro Unidad Morfológica Menor, localizada en el flanco occidental de la cadena de cerros, forma parte de las estribaciones de la cordillera de la costa, presenta un relieve moderadamente accidentado, con pendiente que va entre 30º - 35º, se encuentra estable y en superficie presenta cobertura de sedimentos de arena limosa, de poco espesor (50 cm aproximadamente), ligeramente contaminado, completamente seca, no plástica, de color beige. 5.3.2 Lito estratigrafía Local El área en estudio, comprende unidades litológicas que van desde el cretáceo inferior hasta el cuaternario reciente. El desarrollo lito-estratigráfico se enmarca dentro de un ambiente volcánico – sedimentario. Hacia la zona Noreste (NE) y Este (E) de la área de estudio, se puede observar la presencia de afloramientos rocosos en forma de lomadas, estos afloramientos están conformados por derrames lávicos presentando pseudo-estratificación típico de las rocas volcánicas. Litológicamente los

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afloramientos son de naturaleza andesítica, de grano fino (matriz), presenta una textura porfirítica con cristales de plagioclasas alterados por el intemperismo. La roca presenta una resistencia al golpe del martillo R4, lo que le otorga una clasificación de roca dura, según la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas, la alteración de la roca es moderada; mientras que a nivel global el afloramiento presenta un grado de fracturamiento de moderado a alto (apreciación visual). Cabe mencionar que este tipo de afloramiento podría pertenecer a la formación Chilca o ser un remanente de la formación Quilmaná.

Figura 5.2 – Vista panorámica del afloramiento de roca volcánica en la zona Norte (N).

Figura 5.3 – Vista de la muestra de mano, roca andesita.

Los depósitos cuaternarios antiguos se pueden observar en los taludes verticales de las escombreras (zona Norte) y canteras de arenas (Zona Sureste), compuestos por estratos centimétricos a métricos de arenas de grano fino y grueso intercalados con estratos de limos y gravas, estos materiales se

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encuentran medianamente consolidados, presentando a los pies de los taludes materiales sueltos producto de la erosión e intemperismo.

Figura 5.4 – Vista talud vertical, conformado por intercalaciones de estratos de arena y limo

Los depósitos cuaternarios recientes se hacen presentes como materiales de cobertura a través de acumulaciones de sedimentos transportados (arenas eólicas) por corrientes de viento que recorren de Sur a Norte, cubriendo la mayor parte de los afloramientos rocosos pre-existentes.

Figura 5.5 – vista del material de cobertura conformado en su mayor parte por arenas y arenas limosas.

Cabe mencionar que la zona de estudio es y será utilizada como escombrera, es decir depósito de material antrópico, los cuales servirán como material de relleno. En el Anexo E: PLANOS, se encuentra el mapeo geológico local de la zona de estudio.

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6. EXPLORACIONES GEOTÉCNICAS 6.1

EXCAVACIÓN DE CALICATAS

Para identificar el perfil estratigráfico de los terrenos y sus composiciones, fueron ejecutadas cinco (05) calicatas de profundidad variable. En la actividad de excavación de calicatas se realizaron los registros de los diferentes materiales encontrados de acuerdo a la norma ASTM D 2488 (Práctica Estándar para la descripción e identificación de Suelos - Procedimiento Visual Manual). En estos registros se describe el tipo de material encontrado en toda la profundidad de acuerdo: al sistema unificado de clasificación de suelos (SUCS), a su compacidad o consistencia, a la plasticidad del material fino, a la forma del material granular, a su humedad natural y color, al porcentaje estimado de cantos rodados, al porcentaje estimado de bolos o bolones, al porcentaje estimado de bloques y su tamaño máximo, a la presencia o no de material orgánico u óxidos, a la evidencia de material cementante, a la estabilidad de las paredes de la calicata, al grado de dificultad al excavar, etcétera. Se tomaron muestras representativas para la ejecución de los ensayos de laboratorio correspondientes, para lo cual cada muestra fue identificada convenientemente y embalada en bolsas de polietileno que fueron remitidas al laboratorio, al laboratorio de geotecnia de Sotelo & Asociados ubicado en ciudad de Lima. Cuadro 6.1 – Resumen de ubicación y profundidad alcanzada de Calicatas. CUADRO DE COORDENADAS N°

Zona

Sondaje

Coordenadas UTM (WGS84) ESTE

NORTE

Profundidad alcanzada (m)

1

Punta Hermosa

C-01

286158

8651594

2.20

2

Punta Hermosa

C-02

286114

8651396

3.10

3

Punta Hermosa

C-03

286228

8651415

2.00

4

Punta Hermosa

C-04

286319

8651452

2.00

5

Punta Hermosa

C-05

286242

8651366

3.00

Los registros de calicatas se muestran en el anexo A.01 “Excavación de calicatas”.

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6.2

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ENSAYO DE DENSIDAD IN SITU – MÉTODO DE CONO DE ARENA (ASTM D 1556)

La densidad natural de un suelo corresponde al cociente de su masa y el volumen total que la contiene. Para calcular el volumen que ocupa el material en el terreno se utiliza el Método del Cono de Arena. Este método establece un procedimiento para determinar en terreno la densidad de suelos cuyo tamaño máximo absoluto de partículas sea menor o igual a 50 mm (2”) en un caso y menor o igual a 150 mm (6”) en el otro. Es uno de los métodos más utilizado, representa una forma indirecta de obtener el volumen del agujero utilizando para ello una arena estandarizada compuesta por partículas cuarzosas, sanas, no cementadas, de granulometría redondeada y comprendida entre las mallas Nº 10 ASTM (2.0 mm.) y Nº 35 ASTM (0.5 mm). El ensayo permite obtener la densidad de terreno, obteniendo la masa del suelo húmedo (𝑊ℎ ) de una pequeña excavación hecha sobre la superficie. Obtenido el volumen de dicho agujero (𝑉𝑒 ), la densidad del suelo estará dada por la siguiente expresión: 𝑊ℎ 𝜌ℎ𝑢𝑚 = ( ) (𝑔𝑟⁄𝑐𝑚3 ) 𝑉𝑒 Si se determina luego el contenido de humedad natural (𝑤) del material extraído, la densidad seca será: 1 𝜌𝑠𝑒𝑐𝑎 = 𝜌ℎ𝑢𝑚 ( ) (𝑔𝑟⁄𝑐𝑚3 ) 1+𝑤 En el cuadro siguiente se muestran un resumen de los resultados del ensayo de densidad de campo. Cuadro 6.2 –Datos técnicos de ensayo de densidad de campo.

N° 1 2 3 4 5

Zona Punta Hermosa Punta Hermosa Punta Hermosa Punta Hermosa Punta Hermosa

Sondaje

CUADRO DE COORDENADAS Coordenadas UTM (WGS84) Profundidad (m) ESTE NORTE

SUCS

Densidad natural del suelo g/cm3

C-01

286158

8651594

2.20

SP-SM

2.028

C-02

286114

8651396

3.10

SP

1.588

C-03

286228

8651415

2.00

SP

1.112

C-04

286319

8651452

2.00

SM

1.587

C-05

286242

8651366

3.00

SP-SM

1.923

En el anexo A.02: “Densidad in situ” se encuentran el registro de ensayos de densidad de campo In situ.

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6.3

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ENSAYOS DPL

Con el objetivo de estimar los parámetros de resistencia del suelo de fundación y plataforma de la subestación se ejecutaron nueve (09) ensayos de penetración dinámica ligera (DPL) en total. El Ensayo DPL (DIN 4094), se realizó en los suelos que permitió el ingreso de la varilla con la punta cónica; el procedimiento del ensayo consistió en el hincado continuo en tramos de 10 cm de una punta cónica de 60º utilizando la energía de un martillo de 10 Kg. de peso, que cae libremente desde una altura de 50 cm. Este ensayo, permitió obtener un registro continuo de resistencia del terreno a la penetración. Los valores determinados con este ensayo fueron correlacionados con el valor N del ensayo SPT, estimándose así los parámetros físicos mecánicos del suelo. El valor de N (SPT) es determinado a partir de la relación planteada por el Ing. A. Martínez V. en el XIII Congreso de Ingeniería Civil (Puno, 1990) el cual permite determinar el valor N cuando se usa penetrómetros de dimensiones y energía distinta.

N SPT  N DPL

W1 H 1 A2 e2 W2 H 2 A1e1

Dónde: NSPT = Número de golpes por 30 cm. del SPT. NDPL = Número de golpes por 10 cm. del DPL. W1, W2 =Peso del martillo. H1, H2= Altura de caída. A1, A2=Área de Sección Transversal de la Punta. e1, e2=Distancia de Penetración. Sobre la base de esta relación y una serie de registros recopilados de ensayos DPL ejecutados en una misma zona en diferentes proyectos, se ha obtenido que el promedio del número de golpes para tres tramos de 10cm de penetración del ensayo DPL equivale al número de golpes para 30cm de penetración del ensayo SPT.

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Figura 6.1 – Ensayo DPL-03 realizado en la Panamericana Sur

Cuadro 6.3 – Resumen de ubicación y profundidad alcanzada de ensayos DPL. CUADRO DE COORDENADAS N°

Zona

DPL

Coordenadas UTM (WGS84) ESTE

NORTE

Profundidad alcanzada (m)

1

Punta Hermosa

DPL-01

303606

8636805

4.20

2

Punta Hermosa

DPL-02

303585

8636821

0.30

3

Punta Hermosa

DPL-03

303523

8636871

1.00

4

Punta Hermosa

DPL-04

303347

8637376

0.30

5

Punta Hermosa

DPL-05

303300

8637367

2.00

6

Punta Hermosa

DPL-06

303261

8637372

2.10

7

Punta Hermosa

DPL-07

303371

8637378

1.90

Los registros de ensayos DPL se muestran en el anexo A.03 “Ensayos DPL”.

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ENSAYO DE REFRACCIÓN SÍSMICA

El ensayo de refracción sísmica es un método indirecto, con el cual se determinan perfiles sísmicos en función de las velocidades de onda compresionales tipo “P”, este ensayo persigue los siguientes objetivos:  Determinar los perfiles sísmicos del suelo en función de sus velocidades de compresión (Vp).  Determinar las características dinámicas de los estratos en función de las velocidades compresionales de las ondas P.  Determinar los parámetros de deformación dinámica de los suelos. Método de ensayo El ensayo de refracción sísmica consistió en la medición de los tiempos de viaje de las ondas compresionales tipo P generadas por un golpe de impacto producidas por una comba de 25 lb; los impactos fueron localizados a diferentes distancias a lo largo de un eje sobre la superficie del suelo. La energía fue detectada y registrada de tal manera que puede determinarse el tiempo de arribo en cada punto. El inicio de la grabación fue dado a partir de un dispositivo o SWITCH que nos da el tiempo cero para evaluar el tiempo de recorrido. Estos datos, tiempo y distancia, usados para cada caso especial y, además una variación del punto aplicación de la energía, nos permite evaluar las velocidades de propagación de ondas P, a través de los diferentes suelos cuya estructura, geometría, continuidad son investigadas. Se utilizó el método de “Delete Time” que permite calcular la profundidad de los límites estratigráficos debajo de cada geófono con la ayuda de disparos en dirección normal y reversa. Todas las formas de análisis manejan criterios que utilizan la suposición de la Ley de Snell en cuanto a la reflexión y refracción de las ondas P. De los espesores y las velocidades de propagación de ondas P obtenidas, las características geotécnicas pueden ser correlacionadas a la compacidad y densidad. Para este estudio se utilizó la Estación Portátil de Prospección Sísmica Geode con 24 canales de registro, cables con espaciamiento de 2.5 m y 1.0 m, geófonos magnéticos y una computadora para almacenar los registros. Para la aplicación de la energía necesaria para iniciar el ensayo se han considerado 5 puntos de impacto distintos.

Figura 6.2 – Se muestra la distribución de los shots o golpe, el primero se ejecuta antes del 1er geófono y a una distancia igual a la separación entre geófonos, el segundo shot se realiza en el medio de 6to y 7mo geófono (Fuente: Manual Seisimager 2D, 2009).

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Figura 6.3 – El tercer shot se realiza entre 12vo y 13vo geófono (Fuente: Manual Seisimager 2D, 2009).

Figura 6.4 – Los últimos dos shots son una simetría de los mismos dos primeros; el cuarto shot se ubica entre el 18vo y 19vo geófono y el último se ubica después del 24vo geófono a una distancia igual a la separación entre geófonos (Fuente: Manual Seisimager 2D, 2009)..

Procesamiento Para realizar la interpretación de los perfiles sísmicos se usó como ayuda el grupo de programas de refracción sísmica como son el PickWin y Plotrefa. El primer programa permite realizar las lecturas de los sismogramas y además de ello nos permite obtener la llegada, es decir ubicar el tiempo de llegada de la primera onda, esto se realiza para los 5 shots efectuados en el ensayo de campo.

Figura 6-5 – Registros de ondas compresionales (Fuente: Manual Seisimager 2D, 2009).

El segundo programa produce un modelo de profundidad desde el archivo de datos de entrada preparado por el programa anterior, creando para ello el gráfico de las dromocrónicas el cual nos ayuda a distinguir los diferentes cambios de pendientes que vendría a representar el cambio de velocidad en el suelo en estudio, así mismo el programa Plotrefra calcula las velocidades de los estratos mediante técnicas de mínimos cuadrados, luego usa el método de tiempo de retardo para

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estimar las profundidades, el programa ajusta las profundidades de cada estrato por efecto de la superficie topográfica; este proceso se hace en forma iterativa hasta encontrar el modelo que se ajuste a la geología superficial del terreno investigado.

Figura 6-6 – La figura de la izquierda, muestra el picado de la llegada de la onda de compresión, a la derecha los respectivos puntos que forma la dromocrónica, la cual muestra los cambios de velocidades en el terreno de la zona de estudio (Fuente: Manual Seisimager 2D, 2009). .

Figura 6-7 – Ejemplo de perfil del terreno según la dromocrona.

A través del perfil generado del terreno se puede obtener la tomografía mediante el proceso de inversión de ondas, este resultado nos ofrece valores de la velocidad P vs profundidad en rangos más discretizados, en el cual se observa el perfil del suelo de acuerdo al relieve de los estratos.

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Figura 6-8 – Ejemplo de perfil geosísmico del terreno según la velocidad de la onda P.

Equipo utilizado El equipo sismógrafo utilizado para realizar el ensayo de refracción sísmica posee un sistema de adquisición de datos que son almacenados y procesados por una computadora; este equipo tiene las siguientes características técnicas: Cuadro 6-4 – Características del sismógrafo. Características Nº de canales Resistencia de salida Rango de frecuencia Filtro de frecuencias Ganancia Tiempo de registro Tiempo de retardo de registro Tiempo de pre-arranque Sistema de mando Tensión de alimentación Potencia de consumo

Valor nominal 24 > 600 Ω 10 - 400 Hz 10, 15, 25, 35, 50, 70, 100, 140, 200, 280, 400 Hz. 63X(36 dB) 2% 64, 128, 256, 512, 1024 0-999 ms 90% duración general Computadora IBM AT-80386sx 12 V 48 W

Trabajo de campo Como parte del estudio geofísico se realizaron dos (02) líneas de refracción sísmica en total, siendo la distribución de las líneas sísmicas la siguiente:

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Cuadro 6-5 – Coordenadas UTM – WGS 84, de las líneas de refracción. N°

LS

Longitud (m)

Coordenadas UTM (WGS 84) Inicio Final Norte Este

Este

Norte

1

LS01

60

303231

8637337

303251

8637381

2

LS02

60

303612

8636806

303566

8636762

La longitud y la ubicación de las líneas fueron determinadas en función a las necesidades del cliente. Para la interpretación del perfil de refracción se hace uso de cuadros con valores típicos de velocidad de compresión. Cuadro 6-6 – Velocidad de la onda de compresión Vp: Arce Helberg (1990) Descripción

Vp (m/s)

Suelo de cobertura

< 1000

Roca muy alterada o aluvión compacto

1000 – 2000

Roca alterada o aluvión muy compacto

2000 – 4000

Roca poco alterada

4000 – 5000

Roca firme

> 5000

Cuadro 6-7 – ASTM D 5777 – 95

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Descripción

Vp (m/s)

Suelo intemperizado

240 – 610

Grava o arena seca

460 – 915

Arena saturada

1220 – 1830

Arcilla saturada

910 - 2750

Agua

1430 - 1665

Agua de mar

1460 - 1525

Arenisca

1830 - 3960

Esquisto, arcilla esquistosa

2750 - 4270

Caliza

2134 - 6100

Granito

4575 - 5800

Roca metamórfica

3050 - 7000

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Cuadro 6-8 – Curvich J. (1975), Dobrin, Milton (1961), NB (1976), Savicha y Satonov V.A. (1979) Descripción

Vp (m/s)

Esquisto arcilloso

2700 – 4800

Grava arcillosa seca

300 – 900

Arena –arena húmeda

200 – 1800

Roca metamórfica

4500 – 6800

Cuadro 6-9 – Recopilación de Martínez Vargas A. (1990) Descripción

Vp (m/s)

Arena suelta sobre el manto freático

245–610

Suelo blando

< 300

Arena suelta bajo el manto freático

45-1220

Arenas y gravas

300–1000

Arena Suelta mezclada con grava húmeda

455–1065

Rocas blandas, grava y arena compacta

1000–2000

Grava suelta, húmeda

455–915

Roca compacta

2000–4000

Roca muy compacta

> 4000

En el anexo A.04: “Refracción Sísmica” se encuentran los perfiles sísmicos. Perfiles Geosísmicos obtenidos La evaluación de la refracción sísmica ha consistido en graficar líneas de la superficie basándose en la topografía superficial, indicando los puntos de localización de geófonos y los puntos de impacto. Para la línea sísmica se estableció un perfil estratigráfico con valores de velocidad de propagación de ondas longitudinales (ondas P), basándose en las dromocrónicas que son gráficas que Relacionan tiempo de llegada con distancias. De acuerdo a los datos obtenidos de campo para cada una de las líneas sísmicas se obtuvieron los siguientes perfiles sísmicos.

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Cuadro 6-10 – Resultados de los ensayos de refracción sísmica LS-01.

PERFIL LS-01

Observaciones Ensayo

Tipo de onda

LS 01

P

Material - Vp (m/s)

Descripción del tipo de suelo estimado

H1 - 496

Material suelto a medianamente compacto o arena eólica.

H2 - 947

Material compacto o probablemente gravas.

Cuadro 6-11 – Resultados de los ensayos de refracción sísmica LS-02. PERFIL LS-02

Observaciones Ensayo LS 02

Tipo de onda

Material - Vp (m/s)

Descripción del tipo de suelo estimado

H1 - 422

Material suelto o arena eólica.

H2 - 906

Material compacto o probablemente gravas.

P

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ENSAYO MASW (MULTI-CHANNEL ANALYSIS OF SURFACE)

El ensayo de MASW (Multi-Channel Analysis of Surface Waves) tiene como objetivos principales lo siguiente:  Determinar los perfiles estratigráficos unidimensionales del suelo en función a las velocidades de ondas de corte Vs.  Determinar las características dinámicas de los estratos en función a las velocidades de las ondas de corte Vs.  Determinar los parámetros de deformación dinámica de los suelos como es el módulo de Poisson (µ), módulo de corte (G), módulo elástico dinámico (E) con la ayuda de los valores de Vp. Método de ensayo El ensayo es similar al de refracción sísmica, consiste en la medición de los tiempos de viaje de las ondas de corte (Vs) generadas por un golpe de impacto producidas por una comba. La diferencia principal radica que para este método se emplean geófonos de 4.5 Hz de frecuencia, además los puntos de shot o disparo se ubican a 0,2 y 0,4 L a los extremos de la línea, tal y como se muestra en la siguiente figura:

Figura 6-9 – Distribución de puntos de disparo del ensayo MASW (Fuente: Manual Seisimager 2D, 2009). .

Procesamiento e interpretación Para el procesamiento de los registros de campo, se realiza la inversión de velocidades de las ondas S mediante el análisis de la dispersión de las ondas de superficie. Esto se debe a que éstas cuentan con un 98% de componente de onda S y menos del 2% de onda P. Las ondas de superficie pierden velocidad de fase de manera significativa mientras la frecuencia de las mismas aumenta. Por esto, la dispersión de la onda de superficie (o Rayleigh) ocurre por lo general entre 5 Hz y 30 Hz. Se hizo el procesamiento haciendo uso para ello de los programas Surface Wave Analysis Wizard y Wave Eq (Surface Wave Analysis). El primer programa (Surface Wave Analysis Wizard) nos muestra el gráfico de distancia versus tiempo que luego mediante las transformadas de Fourier se obtiene las curvas de velocidad de fase versus frecuencia en donde se puede ver la tendencia de la onda de fase que define la velocidad de la onda S que nos permite obtener la curva de dispersión en el modo fundamental generada en el ensayo.

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Figura 6-10 – Ejemplo del Procesamiento del registro de campo del ensayo MASW (Fuente: Manual

Seisimager, 2009). .

El segundo programa (Wave Eq - Surface Wave Analysis) permite obtener la variación de las velocidades de onda S con la profundidad mediante el proceso de inversión de ondas lo cual se desarrolla por procesos iterativos.

Perfil Unidimensional

Cuadro Resumen

Ve l o c i d ad d e C o r t e ( m / s) 0

200

400

600

800

1000

1200

0

2 4 6

18 20 22

24

RÍGIDO / ROCA

16

SUELO MUY DENSO O ROCA BLANDA

14

SUELO RIGIDO / MEDIO

12

SUELTO / BLANDO

P r of u n dida d ( m )

8

10

D(m) 1.07 2.31 3.71 5.28 7.01 8.90 10.96 13.19 15.58 18.13 20.85 23.74 26.79 30.00

Vs(m/s) 247.75 238.75 372.25 460.50 437.00 450.00 546.50 637.25 709.00 764.75 820.50 870.50 901.75 938.75 ∑

D/Vs 0.00437 0.00519 0.00381 0.00346 0.00398 0.00450 0.00381 0.00350 0.00339 0.00335 0.00332 0.00332 0.00338 0.00343 0.05281

26

Vs 30 (m/s) Tipo de Suelo

28

30

568 C

Figura 6-11 – Ejemplo de la variación de la velocidad de la onda S con la profundidad.

Equipo utilizado El equipo utilizado para realizar el trabajo de Prospección Sísmica por el ensayo MASW es el mismo que el equipo utilizado para realizar el ensayo de refracción sísmica (sismógrafo GEODE de 24 canales) con la diferencia que los geófonos empleados son de 4.5 Hz de frecuencia. El equipo tiene las siguientes características:

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Cuadro 6-12 – Características del sismógrafo (Geometrics) Características Nº de canales Resistencia de salida Rango de frecuencia Filtro de frecuencias Ganancia Tiempo de registro Tiempo de retardo de registro Tiempo de pre-arranque Sistema de mando Tensión de alimentación Potencia de consumo

Valor nominal 24 > 600 Ω 10 - 400 Hz 10, 15, 25, 35, 50, 70, 100, 140, 200, 280, 400 Hz. 63X(36 dB) 2% 64, 128, 256, 512, 1024 0-999 ms 90% duración general Computadora IBM AT-80386sx 12 V 48 W

Trabajo de campo Como parte del estudio geofísico se realizó nueve (02) ensayos de MASW, siendo la distribución de los ensayos lo siguiente: Cuadro 6-13 – Coordenadas UTM – WGS 84 Zona 18M de las líneas de MASW. N°

MASW

Tipo de onda

Coordenadas UTM en WGS84 Este

Norte

1

MASW-01

S

303241

8637359

2

MASW-02

S

303589

8636784

Para clasificar sísmicamente el suelo se aplicó el código internacional IBC( The International Building Code) del 2009 que define el tipo y nombre de suelo de acuerdo a la velocidad promedio de los 30 m más superficiales Vs 30, tal como se muestra en la siguiente cuadro: Cuadro 6-14 – Clasificación del IBC. Tipo de Suelo

Clasificación del Suelo

A

Roca muy dura

B

Roca

C

Suelo muy denso o roca blanda

D

Suelo Rígido

INFORME GEOTÉCNICO

Propiedades Promedio en los primeros 30 metros (Vs30*) Velocidad Vs Resistencia a la Penetración Resistencia al corte no (m/s) estándar, NSTP drenado S(psf) Vs > 1500 N/A N/A 760 < Vs ≤ N/A N/A 1500 360 < Vs ≤ NSPT >50 Su ≥ 2000 760 180 ≤ Vs ≤ 15 ≤ NSPT ≤ 50 1 000 ≤ Su ≤ 2000 360

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Tipo de Suelo

Clasificación del Suelo

E

Suelo blando

Fecha Revisión 30/01/2017

HSA-17002

Propiedades Promedio en los primeros 30 metros (Vs30*) Velocidad Vs Resistencia a la Penetración Resistencia al corte no (m/s) estándar, NSTP drenado S(psf) Vs < 180 NSPT <15 Su < 1000

Para el presente informe según los resultados de campo, se ha propuesto calificar la rigidez del material identificado en función de la velocidad Vs en este caso la data más confiable se dará hasta los 25m obteniéndose los siguientes resultados: Cuadro 6-15 – Clasificación del MASW según el IBC.

N°

Tipo de onda

MASW

Coordenadas UTM en WGS84 Este

Norte

Código Internacional IBC Vs 30 (m/s)

Tipo

1

MASW-01

S

303241

8637359

405

C

2

MASW-02

S

303589

8636784

413

C

6.5.1

Clasificación Suelo muy denso o roca blanda Suelo muy denso o roca blanda

Norma Técnica E030 Periodo Fundament al (Ts) 0.30 0.29

Clasificación S2: Suelo Intermedio S2: Suelo Intermedio

Procesamiento

Para el procesamiento de los registros de campo, se realiza la inversión de velocidades de las ondas S mediante el análisis de la dispersión de las ondas de superficie. Esto se debe a que éstas cuentan con un 98% de componente de onda S y menos del 2% de onda P. Las ondas de superficie pierden velocidad de fase de manera significativa mientras la frecuencia de las mismas aumenta. Por esto, la dispersión de la onda de superficie (o Rayleigh) ocurre por lo general entre 5 Hz y 30 Hz. Mediante un procesamiento minucioso se obtiene un gráfico de distancia versus tiempo que luego mediante las transformadas de Fourier se obtiene las curvas de velocidad de fase versus frecuencia en donde se puede ver la tendencia de la onda de fase que define la velocidad de la onda S que nos permite obtener la curva de dispersión en el modo fundamental generada en el ensayo.

6.5.2

Perfiles unidimensionales obtenidos

A continuación, se presenta la descripción de los perfiles unidimensionales obtenidos a partir de los ensayos MASW. Cuadro 6-16 – Velocidades de corte, calculadas a partir del ensayo MASW-01. D(m)

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Vs(m/s)

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Descripción

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Fecha Revisión 30/01/2017

1.07

314.25

2.31

305.75

3.71

286.75

5.28

317.50

7.01

395.00

8.90

420.75

10.96

434.50

13.19

431.00

15.58

425.75

18.13

430.25

20.85

440.50

23.74

446.50

26.79

448.75

30.00

472.50

HSA-17002

H1: VS 306 – 318 m/s Espesor aproximado: 0 – 5.3m Material Suelto a medianamente compacto. H2: VS 395 – 473 m/s Espesor aproximado: 5.3 – 30m Material compacto, posiblemente gravas compactas.

Cuadro 6-17 – Velocidades de corte, calculadas a partir del ensayo MASW-02. D(m)

Vs(m/s)

1.07

278.75

2.31

236.75

3.71

273.75

5.28

380.75

7.01

427.50

8.90

414.75

10.96

390.50

13.19

405.00

15.58

430.00

18.13

455.25

20.85

480.25

23.74

498.00

26.79

503.50

30.00

534.75

Descripción

H1: VS 274 – 278 m/s Espesor aproximado: 0 – 3.7m Material Suelto. H2: VS 381 – 534 m/s Espesor aproximado: 3.7 – 30m Material compacto, posiblemente gravas compactas.

En el anexo A.05: “MASW” se encuentran el análisis multicanal de ondas superficiales.

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6.6

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HSA-17002

PARÁMETROS DE DISEÑO EN BASE A ENSAYOS GEOFÍSICOS

Los métodos geofísicos aplicados a la geotecnia en especial los métodos sísmicos son útiles en varios factores una de ellas son los diferentes parámetros que pueden ser calculados a partir de la correlación entre las velocidades de ondas de compresión (Vp) y de ondas de corte (Vs) obtenidos de los estudios de refracción sísmica y de MASW respectivamente para el uso que sea necesario en el análisis de ingeniería. 6.6.1

Parámetros de deformación

Las técnicas sísmicas permiten obtener la velocidad de propagación de las ondas sísmicas P (primarias) y de las ondas sísmicas S (secundarias). Con estos valores de velocidad de propagación de las ondas P y S (Vp y Vs) a través del terreno y los pesos volumétricos obtenidos se determina la relación de Poisson (ν), el Módulo de Elasticidad Dinámico (Ed), el Módulo de Corte Dinámico (Gd), y el Módulo Volumétrico Dinámico (Kd) de los suelos o macizos rocosos.

Coeficiente de Poisson:

- Módulo de Corte:

2

 Vp     2 V   s 2  Vp  2.   2  Vs 

Gd   .Vs - Módulo de Young:

2

( = densidad del terreno)

Ed  2.Gd (1   )

- Módulo Volumétrico: Kd 

Ed 3.(1  2 )

Cuadro 6-18. Valores representativos de la relación de Poisson (v). Pickering (1970), Salem (2000). TIPODE MATERIAL

RELACIÓN DE POISON, v

Arcilla

0.40-0.5

Arcilla Blanda

0.15-0.25

Alcilla Media

0.2-0.5

Arena

0.30-0.40

Arena Densa

0.3-0.45

Arena Limosa

0.2-0.4

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Fecha Revisión 30/01/2017

HSA-17002

Arena Media

0.25-0.4

Arena Seca

0.3-035

Arena Suelta

0.2-04

Roca

0.15-0.25

Rocas muy Blandas.

0.45

Rocas muy Duras

0-0.05

Sedimentos no Consolidados y no Saturados.

0.31

Suelo; Anisotropicos

-1.0-0.5

Suelos Superficiales con Presencia de Humus,

<0.5

En base a los resultados de las velocidades se ondas primarias Vp y ondas de corte Vs, obtenidos de los ensayos geofísicos, se han obtenido los siguientes valores del módulo de elasticidad del suelo para cada estrato: Cuadro 6-19- Los parámetros de estáticos, recomendados desde una profundidad de 1 a 30 m, realizados en las líneas LS 01 – MASW 01.

1.7

Relación de poisson µ 0.19

Módulo de Corte Ge (Kg/cm2) 114.2

Módulo de Young Ee (Kg/cm2) 271.8

Módulo Volumétrico Ke (Kg/cm2) 146.1

306

1.7

0.24

108.1

267.9

171.2

538

287

1.7

0.30

95.1

247.5

208.0

5.28

636

318

1.7

0.33

116.6

311.0

311.7

7.01

941

395

1.9

0.39

252.1

702.3

1095.0

8.90

978

421

1.9

0.39

286.0

793.1

1164.1

10.96

994

435

1.9

0.38

305.0

843.0

1189.9

13.19

994

431

1.9

0.38

300.1

830.9

1196.5

15.58

994

426

1.9

0.39

292.9

812.8

1206.2

18.13

994

430

1.9

0.38

299.1

828.3

1197.9

20.85

994

441

1.9

0.38

313.5

863.9

1178.6

23.74

994

447

1.9

0.37

322.1

884.9

1167.2

26.79

994

449

1.9

0.37

325.4

892.8

1162.8

30.00

994

473

1.9

0.35

360.7

976.8

1115.7

Profundidad (m)

Vp (m/s)

Vs (m/s)

Densidad (Tn/m3)

1.07

508

314

2.31

522

3.71

Cuadro 6-20- Los parámetros de estáticos, recomendados desde una profundidad de 1 a 30 m, realizados en las líneas LS 02 – MASW 02. Vp (m/s)

INFORME GEOTÉCNICO

Vs (m/s)

[email protected] [email protected] Tel: 01 – 7190500 Anexo 102 33 de 75

Firma del profesional responsable

CONSTRUCCIÓN Y OPERACIÓN - PROYECTO ESCOMBRERA LA ESPERANZA REV. 00

HSA-17002

1.07

436

279

1.7

Relación de poisson µ 0.16

2.31

454

237

1.7

0.31

64.8

170.3

152.2

3.71

522

274

1.7

0.31

86.7

227.1

199.7

5.28

823

381

1.9

0.36

234.2

638.9

781.8

7.01

868

428

1.9

0.34

295.3

791.1

822.5

8.90

921

415

1.9

0.37

277.9

763.1

1000.2

10.96

932

391

1.9

0.39

246.4

686.6

1074.0

13.19

950

405

1.9

0.39

265.0

736.1

1103.8

15.58

953

430

1.9

0.37

298.7

819.9

1069.5

18.13

953

455

1.9

0.35

334.8

905.6

1022.0

20.85

953

480

2.1

0.33

411.9

1095.5

1074.0

23.74

953

498

2.1

0.31

442.9

1162.4

1032.9

26.79

954

504

2.1

0.31

452.7

1183.1

1019.9

30.00

954

535

2.1

0.27

510.6

1297.7

942.9

Profundidad (m)

6.6.2

Fecha Revisión 30/01/2017

Densidad (Tn/m3)

Módulo de Corte Ge (Kg/cm2) 89.9

Módulo de Young Ee (Kg/cm2) 207.6

Módulo Volumétrico Ke (Kg/cm2) 100.4

Parámetros de resistencia

Mediante correlaciones empíricas y en función a las velocidades de onda Vp y Vs, se puede estimar los parámetros de resistencia en profundidad siendo los siguientes, para cada perfil evaluado: Cuadro 6-21. Parámetros de resistencia, recomendados hasta una profundidad de 30 m realizados en las líneas LS 01 – MASW 01. Profundidad (m)

Densidad (Tn/m3)

N

 

1.07

1.7

60

40.00

-

271.8

5.7

Relación de poisson µ 0.19

2.31

1.7

56

40.00

-

267.9

5.2

0.24

Suelo compacto

3.71

1.7

46

38.98

-

247.5

4.3

0.30

Suelo compacto

5.28

1.7

62

40.00

-

311.0

5.8

0.33

Suelo compacto

7.01

1.9

-

40.91

0.3

702.3

9.7

0.39

Suelo muy denso

8.90

1.9

-

41.41

0.3

793.1

11.0

0.39

Suelo muy denso

10.96

1.9

-

41.67

0.3

843.0

11.7

0.38

Suelo muy denso

13.19

1.9

-

41.61

0.3

830.9

11.5

0.38

Suelo muy denso

15.58

1.9

-

41.51

0.3

812.8

11.3

0.39

Suelo muy denso

INFORME GEOTÉCNICO

C Es (kg/cm2) (Kg/cm2)

Kv (Kg/cm3)

[email protected] [email protected] Tel: 01 – 7190500 Anexo 102 34 de 75

Caracterización Sísmica (código internacional IBC-2009) Suelo compacto

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Fecha Revisión 30/01/2017

HSA-17002

Profundidad (m)

Densidad (Tn/m3)

N

 

18.13

1.9

-

41.59

0.3

828.3

11.5

Relación de poisson µ 0.38

20.85

1.9

-

41.79

0.3

863.9

12.0

0.38

Suelo muy denso

23.74

1.9

-

41.91

0.3

884.9

12.3

0.37

Suelo muy denso

26.79

1.9

-

41.95

0.3

892.8

12.4

0.37

Suelo muy denso

30.00

1.9

-

42.41

0.3

976.8

13.6

0.35

Suelo muy denso

C Es (kg/cm2) (Kg/cm2)

Kv (Kg/cm3)

Caracterización Sísmica (código internacional IBC-2009) Suelo muy denso

Cuadro 6-22. Parámetros de resistencia, recomendados hasta una profundidad de 30 m realizados en las líneas LS 02 – MASW 02. Profundidad (m)

Densida d (Tn/m3)

1.07

Relació Kv n de (Kg/cm3) poisson µ 3.9 0.16

Caracterización Sísmica (código internacional IBC-2009) Suelo compacto

N

 

C (kg/cm2)

Es (Kg/cm2)

1.7

42

37.91

-

207.6

2.31

1.7

25

32.68

-

170.3

1.8

0.31

Suelo compacto

3.71

1.7

40

37.36

-

227.1

3.6

0.31

Suelo compacto

5.28

1.9

-

40.64

0.3

638.9

9.0

0.36

Suelo muy denso

7.01

1.9

-

41.54

0.3

791.1

11.4

0.34

Suelo muy denso

8.90

1.9

-

41.29

0.3

763.1

10.7

0.37

Suelo muy denso

10.96

1.9

-

40.83

0.3

686.6

9.5

0.39

Suelo muy denso

13.19

1.9

-

41.11

0.3

736.1

10.2

0.39

Suelo muy denso

15.58

1.9

-

41.59

0.3

819.9

11.5

0.37

Suelo muy denso

18.13

1.9

-

42.07

0.3

905.6

12.7

0.35

Suelo muy denso

20.85

2.1

-

42.55

0.3

1095.5

14.0

0.33

Suelo muy denso

23.74

2.1

-

42.90

0.3

1162.4

14.9

0.31

Suelo muy denso

26.79

2.1

-

43.00

0.3

1183.1

15.2

0.31

Suelo muy denso

30.00

2.1

-

43.60

0.4

1297.7

16.7

0.27

Suelo muy denso

6.6.3

Parámetros para el diseño sismo resistente

Dentro del territorio peruano se han establecido tres zonas sísmicas, las cuales presentan diferentes características de acuerdo a la mayor o menor ocurrencia de los sismos. Según los Mapas de Zonificación Sísmica del Perú, propuesto por la norma Sismo – Resistente E-030 del Reglamento Nacional de Construcciones; la ciudad de Lima se encuentra comprendida en la Zona 3 correspondiéndole una alta sismicidad.

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Fecha Revisión 30/01/2017

HSA-17002

Las velocidades de onda de corte en los primeros 30m, determinadas en el proyecto tanto en Lima Sur como en Lima Norte son de: VS (30) = 406.2m/s Por lo tanto, los parámetros sísmicos correspondientes en función a la velocidad de onda Vs; son los siguientes: Cuadro 6-23. Los parámetros para el diseño sismo resistente para la zona de estudio. Zona Norte y Zona Sur. Parámetros de Diseño Sismo Resistente Factor de Zona (Z)

0.35

Perfil del suelo tipo (T)

S2

Período fundamental predominante según MASW (TP)

0.30

Período fundamental según la norma E 030 (TP), (TL) Factor de amplificación del suelo (S)

0.6 2.0 1.15

Para el análisis pseudoestático ese recomienda el valor  = 0,175 g ensayos de medición.

6.7

Evaluación Geomecánica del Macizo Rocoso

El comportamiento y el aspecto de un macizo rocoso están directamente relacionados con el número de familias de discontinuidades existentes y su distribución espacial. Un macizo rocoso puede abarcar a una masa sólida, continua, o bien llegar al extremo de tener tantas fisuras que en conjunto se comportará como si estuviera compuesto de partículas íntimamente embonadas, sin resistencia alguna en condiciones de no-confinadas. Los planos de discontinuidades ofrecen diferentes grados de resistencia según estén cerradas, según la rugosidad que tengan, si estando abiertas posean material de relleno o no, y del tipo de material de relleno, pudiendo variar la capacidad de soporte de la roca y el grado de estabilidad del macizo. La evaluación se realizó en el afloramiento rocoso en superficie, este mapeo geológico estructural de las discontinuidades, consiste básicamente en la medición detallada de la orientación de los planos (juntas, estratificaciones y fallas) que cortan el macizo rocoso. También se evalúa la alteración/meteorización, estructura, rugosidad, persistencia, espaciamiento de las discontinuidades, para ser incorporadas en la clasificación del macizo rocoso y en la determinación de las familias

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principales de discontinuidades. Se realizó 01 estación geomecánica ubicada sobre el afloramiento rocoso de la parte NE de la zona de estudio.

Orientación de la Pseudo- estratificación (Dip/Dip Direction 50°/300°)

Figura 6.12 – Vista panorámica de la estación geomecánica EG-01.

En el siguiente cuadro se muestra la ubicación de la estación geomecánica realizada: Cuadro 6-24 – Ubicación de la Estación Geomecánica Ubicación Punta Hermosa

6.7.1

Coordenadas UTM en WGS84 Este

Norte

Estación Geomecánica

303382

8637381

EG-1

Tipo Roca ANDESITA

Clasificación Geomecánica de Bieniawski (1989)

El sistema de valoración del macizo rocoso (Rock Mass Rating), también conocido como Clasificación Geomecánica, fue desarrollado por Bieniawski durante la década de los 70. Este método es aceptado debido a su inherente facilidad de uso y versatilidad en la práctica de la ingeniería, involucrando túneles, cámaras, minas, taludes y cimentaciones. Este método es aceptado debido a su inherente facilidad de uso y versatilidad en la práctica de la ingeniería, involucrando túneles, cámaras, minas, taludes y cimentaciones. No obstante, como indican muchos investigadores es importante que el sistema RMR sea usado para el propósito para el cual fue desarrollado y no como respuesta a todos los problemas de diseño.

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La evaluación geomecánica de Bieniawski, 1979, permite estimar la calidad del macizo rocoso, mediante la cuantificación de parámetros de fácil medición. Los parámetros involucrados en la cuantificación de la calidad del macizo rocoso, son los siguientes: -

Resistencia de la roca intacta (Carga Puntual). Razón de calidad de la roca (RQD). Espaciamiento de las discontinuidades. Condición de las discontinuidades (rugosidad). Separación de las discontinuidades (apertura). Persistencia. Relleno. Grado de meteorización o alteración de la roca.

Para este estudio se usó la edición de 1989 (RMR 89), el cual evalúa considerando condiciones secas y orientación de juntas muy favorables. La calidad del macizo rocoso en relación al índice RMR es: Cuadro 6-25 – Calidad del Macizo Rocoso en relación al índice RMR VALORACIÓN

CLASE

DESCRIPCIÓN

100 - 81

I

Muy Buena

80 - 61

II

Buena

60 - 41

III

Regular

40 - 21

IV

Mala

< 20

V

Muy Mala

Del análisis realizado se determina la valoración RMR para el macizo rocoso que afloran en zona de estudio. Para nuestro caso se trata de un afloramiento de roca volcánica “Andesita”, con presencia de pseudo-estratificación. Cuadro 6-26 – Resumen de la Valoración RMR del Macizo Rocoso Tipo

Ubicación

Estación Geomecánica

Roca

RMR Básico

RMR Ajustado

RMR 89

Clase de la Roca

Calidad

Según RMR Ajustado

Punta Hermosa

EG-1

ANDESITA

47

22

47

Clase IV

Mala

22

En el Anexo A.7: “Estación Geomecánica” se encuentran los respectivos registros y resultados de la evaluación geomecánica. 6.7.2

Estabilidad de taludes rocosos valoración SMR

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La clasificación RMR descrita anteriormente ha sido complementada con factores de reducción que dependen de la interrelación de los elementos de orientación de las discontinuidades con la obra de ingeniería, así como de los métodos de excavación. En función al sistema de valoración propuesto por Bieniawski en 1979, Romana en 1985, propuso un sistema de valoración de aplicación a taludes, este sistema llamado SMR (Slope Mass Rating), considera el efecto de la discontinuidad del macizo rocoso en función al corte del talud, por otro lado considera, el tipo de falla predominante y método de excavación, el siguiente cuadro resume la valoración propuesta y la que utilizaremos en la evaluación: Cuadro 6-27 – Descripción generalizada del SMR (Romana 1985) CLASE

V

IV

III

II

I

SMR

0 - 20

21 – 40

41 - 60

61 - 80

81 - 100

DESCRIPCIÓN

Muy Mala

Mala

Regular

Buena

Muy Buena

ESTABILIDAD

Muy inestable

Inestable

Parcialmente Estable

Estable

Totalmente Estable

FALLA

Planar o como suelo

Planar o cuñas grandes

Algunas juntas o muchas cuñas

Algunos bloques

Ninguno

SOPORTE

Re-excavación

Correctivos Vastos

Sistemático

Ocasional

Ninguno

Considerando la evaluación bajo el sistema RMR realizado, se ha estimado la situación de estabilidad actual de los taludes rocosos, obteniendo los siguientes resultados: Cuadro 6-28 – Valoración SMR (Romana 1985) Estación Geomecánica

Tipo de Roca

RMR89

EG-01

ANDESITA

47

SMR Valor

Descripción

Grado

62

Buena

Estable

Roturas Algunos bloques aislados

Del análisis realizado se determina que el talud es estable con probabilidad de formación de algunos bloques aislados.

7. ANÁLISIS DE ESTABILIDAD EN DISCONTINUIDADES

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El grado de estabilidad de los taludes de corte ha sido determinado a partir resultado de la evaluación geomecánica de los taludes rocosos, pues como es conocido, el comportamiento de un macizo rocoso está directamente relacionado con el número de familias de discontinuidades existentes, su distribución espacial y orientación con respecto al talud en estudio. En tal sentido, se ha realizado la evaluación geomecánica de taludes rocosos identificando las principales familias, determinando el RQD, la dirección de buzamiento, espaciamiento entre discontinuidades, persistencia y otros aspectos relevantes. La evaluación geomecánica se realizó utilizando el programa de cómputo Dips para identificar las principales familias de discontinuidades y determinar el tipo de falla más probable de ocurrencia en el talud, una vez determinado el tipo de falla se analiza para cada caso, mediante el método de equilibrio límite. Del análisis que se realizó en el macizo rocoso se ha evaluado los siguientes tipos de falla: 7.1

Falla tipo planar Falla tipo cuña Falla por volteo

Falla Tipo Planar

Se trata del tipo de falla más frecuente que se presenta en un talud, y se produce cuando existe una fractura dominante en la roca, convenientemente orientada respecto al talud. En la salida del programa de cómputo Dips, la zona de ocurrencia de falla planar está limitada por el ángulo de fricción y el buzamiento del talud.

1. 2. 3. 4.

Condiciones: El plano de rotura ha de ser más o menos paralelo al del talud (+ ó – 20°). El plano de rotura debe aflorar en la cara del talud (menor buzamiento que este). El buzamiento del plano de rotura debe ser mayor que su ángulo de fricción. Necesita de superficies de despegue laterales para permitir la salida del material deslizante.

Figura 7.1 – Superficie de deslizamiento (Adaptado de Hoek and Bray, 2005)

Ψp > Ψf > Φ

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Dónde: Ψp: Ángulo de inclinación del talud Ψf: Ángulo de inclinación de la discontinuidad Φ: Ángulo de fricción de la roca

Zona critica de Falla Planar

Figura 7.2 – Zona critica de Falla Planar, según análisis del software DIPS.

7.2

Falla Tipo Cuña

Este tipo de falla se produce a través de dos discontinuidades dispuestas oblicuamente a la superficie del talud con la línea de intersección de ambas, aflorando en la superficie del mismo además del buzamiento desfavorable. La obtención del factor de seguridad es más compleja que en el caso de rotura planar debido a que el cálculo debe hacerse en tres dimensiones, entrando en la caracterización geométrica del problema, lo cual conlleva un número mucho mayor de variables angulares.

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Zona critica de Falla por Cuña

Figura 7.3 – Zona crítica de Falla por Cuña, según análisis del software DIPS.

7.3

Falla por Volteo

La falla por volteo se produce cuando dos familias de discontinuidades ortogonales convenientemente orientadas originan un sistema de bloques. El análisis de estabilidad de taludes se determina para cada talud por la variación de la dirección de las discontinuidades.

Zona critica de Falla por Volteo

Figura 7.4 – Zona critica de Falla por Volteo, según análisis del software DIPS.

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En el Cuadro 6.28, se presentan el resumen de los principales mecanismos de falla que han sido identificados mediante un análisis de discontinuidades con el Software DIPS. Cuadro 7-1 – Análisis de falla con el Software DIPS – Alternativa 1 Sector

Estación Geomecánica

Familias

Talud

Análisis de fallas

EG-1

F1 50° / 300° F2 40° / 080° F3 85° / 357°

37° / 285°

No existe Formación de Fallas en el talud evaluado.

SECTOR NORTE

Del cuadro anterior, según el análisis de discontinuidades con el software DIPS, podemos determinar que no existe probabilidad de formación de falla o rotura predominante. En el Anexo C.2 “Análisis de Discontinuidades”, se muestra las corridas del Software DIPS. 8. ENSAYOS DE LABORATORIO Durante el desarrollo de las exploraciones geotécnicas de campo se obtuvieron muestras representativas en zonas de interés, para llevar a cabo ensayos de Mecánica de Suelos con el objetivo de determinar los parámetros geotécnicos del suelo. Los ensayos de caracterización física y mecánica fueron realizados en el laboratorio de Sotelo & Asociados. Los ensayos de laboratorio fueron realizados siguiendo los procedimientos recomendados según las versiones actualizadas de los métodos de ensayo de la Sociedad Norteamericana de Ensayos y Materiales (ASTM), los reportes de los ensayos de laboratorio se presentan en el Anexo B. 8.1

ENSAYOS DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS

Se realizaron ensayos estándar de clasificación de suelos y de propiedades físicas consistentes en: análisis granulométrico por tamizado y contenido de humedad. Las normas para estos ensayos son las siguientes:    

Análisis granulométrico por tamizado Límites de Atterberg Contenido de humedad Clasificación SUCS

ASTM D-422 ASTM D-4318 ASTM D-2216 ASTM D-2487

El Índice de plasticidad define el campo plástico de un suelo y representa el porcentaje de humedad que deben tener las arcillas para conservarse en estado plástico. Este valor permite determinar los parámetros de asentamiento de un suelo y su potencial de expansión, siendo mayores cuanto mayor es el índice de plasticidad.

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El cuadro siguiente presenta la clasificación de suelos en función al índice de plasticidad. Cuadro 8-1 – Evaluación de la plasticidad en función al IP. Denominación

Índice de plasticidad (IP)

No plásticos

IP<1

Levemente plásticos

1
Moderadamente plásticos

7
Altamente plásticos

17
Extremadamente plásticos

IP>35

El resumen de los ensayos de clasificación de las muestras extraídas de las calicatas, se muestra en el siguiente Cuadro. Cuadro 8-2. Resultados de Ensayos de Clasificación – Exploraciones a cielo abierto. Granulometría (%) Calicata Muestra

Prof. (m)

LL

IP

Cont. Hum SUCS (%) (%) (%)

N°

Zona

1

Punta Hermosa

C-01

M-1

0.90-2.20

23.0

69.5

7.5

-

NP

1.0

SPSM

2

Punta Hermosa

C-02

M-1

0.90-3.10

0.0

98.5

1.5

-

NP

1.0

SP

3

Punta Hermosa

C-03

M-1

0.60-2.00

11.0

86.6

2.4

-

NP

2.0

SP

4

Punta Hermosa

C-04

M-1

1.40-2.00

0.1

81.2

18.7

-

NP

1.0

SM

5

Punta Hermosa

C-05

M-1

1.60-3.00

0.0

92.8

7.2

-

NP

1.0

SPSM

Grava Arena

Finos

Descripción Arena pobremente gradada con limo y grava Arena pobremente gradada Arena pobremente gradada Arena Limosa Arena pobremente gradada con limo

L.L. : Límite líquido L.P. : Límite plástico C.H. : Contenido de humedad

En el Anexo B.01 “Ensayos de Clasificación” se muestra los certificados de dicho ensayo. 8.2

ENSAYO DE CORTE DIRECTO

El ensayo de corte directo se realiza con la finalidad de determinar la resistencia al corte de una muestra de suelo consolidada y drenada. Este ensayo puede realizarse sobre todos los tipos de

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suelos, con muestras inalteradas o remodeladas, y nos permiten conocer el ángulo de fricción y cohesión del material. Cuadro 8-3. Rango del ángulo de fricción en suelos granulares.

(Fuente: Geología-Luís Gonzales de Vallejo)

Cuadro 8-4. Resultado del ensayo de Corte Directo drenado para el estacionamiento Sur. Ubicación

Calicata

SUCS

Profundidad (m)

Punta Hermosa

C-02/M-1

SP

C-05/M-1

SP

Parámetros de resistencia al corte Angulo Fricción (°)

Cohesión (kPa)

0.90 - 3.10

31.0

20.0

1.60 - 3.00

21.6

14.6

El certificado del ensayo se muestra en el Anexo B.02: Ensayo de Corte Directo. 8.3

ENSAYO QUÍMICO DE SUELO

Con la finalidad de conocer la agresión química del suelo a la cimentación se realizaron ensayos de análisis químico para determinar el pH, sales solubles totales, cloruros y sulfatos contenidos en las muestras de suelo, regidos bajo las normas: ASTM D 1889, ASTM D 4972, ASTM D 1293, ASTM D 512, ASTM D 516. Cuadro 8-5. Resumen de ensayos químicos en muestras de suelos. N°

1 2 3

ZONA Punta Hermosa Punta Hermosa Punta Hermosa

Sondeo

SUCS

Profundid ad (m)

S.S.T. (ppm)

Cl(ppm)

SO=4 (ppm)

pH

C-01

SP-SM

0.90-2.20

6492

4869

419

8.44

C-04

SM

1.40-2.00

96900

79001

9873

8.18

C-05

SP-SM

1.60-3.00

354

108

15

8.74

En el Anexo B.03 “Ensayos de químicos”, se presenta el certificado de los ensayos de Químicos.

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En base a los resultados del análisis químico de las muestras obtenidas y de acuerdo al Cuadro 8-6 “Límites Permisibles de cloruros y sales solubles” en que se presentan las cantidades en partes por millón (p.p.m.) de sulfatos, cloruros y sales solubles totales, así como el grado de alteración y las observaciones del ataque a las armaduras y al concreto, se da las recomendaciones necesarias para la protección de la cimentación del ataque químico de las muestras analizadas. Cuadro 8-6. Límites Permisibles de cloruros y sales solubles.

El Cuadro 8-7 muestra las recomendaciones para el grado de ataque de los sulfatos. Se observa que para una muestra de suelo (C-04) el grado de ataque llega a ser severo, en ese caso el tipo de cemento a utilizar debe ser el tipo V.

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Cuadro 8-7. Recomendaciones para el ataque de sulfatos. Sondeo

SUCS

Profundidad (m)

SO=4 (ppm)

Grado de Ataque

Recomendación

C-01

SP-SM

0.90-2.20

419

Leve

Cemento tipo I

C-04

SM

1.40-2.00

9873

Severo

Cemento tipo V

C-05

SP-SM

1.60-3.00

15

Leve

Cemento tipo I

Los resultados químicos concluyen que el suelo presenta grado de ataque por sulfatos al concreto del tipo leve, se recomienda el tipo de cemento tipo I, con excepción de la C-04 que presenta un ataque severo, donde es recomendable el uso de cemento tipo V. En el caso de otros resultados químicos, no presentan problemas de ataque químico en sales solubles totales ni de cloruros que comprometerían una estructura de concreto armado, con excepción de la C-04 que presenta un grado de riesgo perjudicial.

8.4

ENSAYO DE CARGA PUNTUAL (ASTM D5731)

Basado en la norma ASTM D-5731, este ensayo consiste en comprimir la muestra de roca entre dos puntos situados en generatrices opuestas, generando así la deformación y falla de la roca. Como resultado de este ensayo se obtiene el índice de carga puntual Is, mediante la corrección de éste se obtiene el índice de carga puntual corregido I50 con el cual obtenemos la resistencia a la compresión de la roca intacta. Cuadro 8-8. Resumen de ensayos de Carga Puntual Ubicación Punta Hermosa

Estación Valor promedio de la Resistencia a Tipo de Roca Geomecánica la Compresión Simple (MPa) EG-1

Andesita

90.2

Dureza de la Roca

R4

En el Anexo B4: “Ensayos de Carga Puntual”, se muestra el certificado del ensayo de Carga Puntual. 8.5

DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DE LA ROCA.

Adicionalmente al ensayo de carga puntual, también se obtuvieron las propiedades físicas de las muestras de roca, los cuales han sido ensayadas siguiendo las normas ASTM respectivas.

- Densidad (ASTM D2397).

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- Gravedad específica y absorción de la roca (ASTM D6473) Cuadro 8-9- Resumen de las Propiedades Físicas de la roca Ubicación Punta Hermosa

Estación Tipo de Roca Geomecánica EG-01

Andesita

Densidad (gr/cm3)

Absorción (%)

Gravedad Especifica aparente

Porosidad (%)

2.59

0.66

2.64

1.70

En el Anexo B5: “Propiedades Físicas de la Roca”, se muestra el certificado de dicho ensayo. 9. PERFIL ESTRATIGRÁFICO La exploración geotécnica con métodos directos e indirectos permitió obtener un posible perfil estratigráfico del suelo. A seguir se detalla los perfiles en las dos áreas de estudio: Zona norte y zona sur. Zona Norte (área de corte): Esta área fue investigada en los taludes y en la zona excavada a partir de exploraciones geofísicas, calicatas y DPLs. En el Talud ubicado al oeste, se realizaron ensayos DPL-6 y MASW-01(cota 88 msnm). Esta zona está conformada por un estrato de grava limosa con presencia de bolonería, color marrón claro, seco con espesor de 1.5 a 2.0 metros. Para profundidades de 1.5 a 4.0 m se presenta una arena pobremente gradada limosa, color marrón, medianamente denso, no plástico, ligeramente húmedo, presenta velocidades de 286 a 314 m/s. Una intercalación de limo de baja plasticidad de espesor de 2 m (4.0 a 6.0 m), color beige claro, seco, no plástico, presenta velocidades de 314 a 317 m/s. Subyacente a este estrato se tiene la presencia de una arena pobremente gradada limosa SPSM con espesor de 2 m (6.0 a 8.0m) y seguidamente un estrato de limo de baja plasticidad con un espesor de 2 m (8.0 a 10 m). Para profundidades a partir de 10 m, se infiere un estrato de arena pobremente gradada limosa, medianamente densa, color beige, ligeramente húmedo, no plástico, presenta velocidades entre 425 m/s a 472 m/s. La excavación C-5 realizado en la parte baja (Cota 80 msnm), presenta hasta 0.80 m de profundidad arena fina a gruesa, color beige, medianamente densa, no plástica, seca. En el talud ubicado en la zona este, se realizaron ensayos de DPL-7 y estación geomecánica EG-01. Realizando una trinchera de profundidad de 1.0 m aproximadamente ya se encuentra una roca volcánica andesítica con buzamiento de 38° E-W.

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En la progresiva 0+100 (sección transversal) se ubica un talud en donde presenta una tubería que pasa por el talud a una profundidad aproximadamente de 2 m. Durante la exploración no se ubicó nivel freático.

Figura 9.1 – Perfil estratigráfico del área de corte de la zona norte.

Zona Sur (área de corte): Esta área fue investigada en la zona excavada y taludes a partir de exploraciones geofísicas, calicatas y DPLs. En el Talud ubicado al este, se realizaron ensayos DPL-1 y MASW-02 (cota 82 msnm). Esta zona está conformada por un estrato de arena de grano fino pobremente gradada, medianamente densa, no plástica, seca, compacidad suelta con espesor de 4 m aproximadamente, presenta velocidades de 273 a 278 m/s. Para profundidades de 4.0 a 10.0 m se presenta una grava pobremente gradada con matriz de limo de baja plasticidad con presencia de arena fina, color gris, medianamente denso, no plástico, ligeramente húmedo, presenta velocidades de 380 a 427 m/s. Un estrato subyacente mayor a 10 m de profundidad se infiere la presencia de una arena se infiere un estrato de arena pobremente gradada limosa, medianamente densa, color beige, ligeramente húmedo, no plástico, presenta velocidades entre 405 m/s a 534 m/s. La excavación C-2 realizado en la parte baja (Cota 75 msnm), presenta hasta 0.90 m de profundidad una grava pobremente gradada con matriz limo de baja plasticidad y presencia de arena, color beige, medianamente densa, no plástica, seca y de 0.90 a 3.10 m, presenta una arena de grano fino pobremente gradada, compacidad suelta, color beige, ligeramente húmeda, no plástica. Durante la exploración no se ubicó nivel freático.

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Figura 9.2 – Perfil estratigráfico del área de corte de la zona sur.

10. DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS GEOTÉCNICOS El objetivo principal en este capítulo es determinar los parámetros de resistencia cortante del material para el análisis de capacidad admisible del terreno.

10.1 PARÁMETROS DE RESISTENCIA EN FUNCIÓN DEL ENSAYO DE LABORATORIO Se realizó el ensayo de corte directo para determinar los parámetros de resistencia corte, siendo los resultados: Cuadro 10-1- Parámetros de corte en función del ensayo de corte directo. Ubicación

Calicata

SUCS

Profundidad (m)

Punta Hermosa

C-02/M-1

SP

C-05/M-1

SP

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Angulo Fricción (°)

Cohesión (kPa)

0.9-3.1

31.0

20.0

1.6-3.0

21.6

14.6

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Parámetros de resistencia al corte

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10.2 PARÁMETROS DE RESISTENCIA EN FUNCIÓN DE LOS ENSAYOS DE DPL Metodología de Determinación El valor de N (SPT) es determinado a partir de la relación planteada por el Ing. A. Martínez V. en el XIII Congreso de Ingeniería Civil (Puno, 1990) el cual permite determinar el valor N cuando se usa penetrómetros de dimensiones y energía distinta. Dónde:

N SPT  N DPL

W1 H1 A2 e2 W2 H 2 A1e1

NSPT = Número de golpes por 30cm. del SPT. NDPL = Número de golpes por 10cm. del DPL. W1, W2 =Peso del martillo. H1, H2= Altura de caída. A1, A2=Área de Sección Transversal. e1, e2=Distancia de Penetración. NSPT = 1.02 NDPL; por lo que podríamos indicar que ambos valores son equivalentes, independiente del tipo de suelo. Por otro lado, German Vivar (1994), X CONIC Lima relaciona el valor SPT con DPL y determina la correlación para arenas finas (SP) y arenas limosas (SM) la siguiente correlación: NDPL  NSPT Una vez obtenido el Nspt, se determina el ángulo de fricción para suelos granulares y la cohesión para el caso de suelos cohesivos: -

El ángulo de fricción para suelos granulares se determina a partir de la correlación propuesta por Osaki, 1959; en función al número de golpes de SPT, formulada como sigue: ∅ = 15 + √20(𝑁)

-

Para la determinación de la cohesión se usa las curvas de correlación que propuso NAVFAC (1971); la cual determinar 3 curvas en función del grado de plasticidad del suelo. (Figura 9.1)

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Figura 10.1 – Valores de resistencia a la compresión simple vs NSPT para suelos cohesivos de distinta plasticidad (Navfac, 1971).

Con esta metodología se estimó los parámetros de corte en función del número de golpes del SPT (Nspt), correlación obtenida a partir del número de golpes DPL (Ndpl). En el Cuadro 8.2 y Cuadro 8.3 se muestran los parámetros de resistencia al corte, obtenidos en función de los ensayos de DPL en el Sector Norte y Sector Sur, respectivamente. Cuadro 10-2- Parámetros de resistencia al corte en función del ensayo DPL en el Sector Norte. DPL

Profundidad (m)

DPL-4

DPL-5

DPL-6

DPL-7

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Parámetros de resistencia al corte Angulo Fricción (°)

Cohesión (Kg/cm2)

0-0.5

43.3

0

0-0.5

28.4

0

0.5-1.0

35

0

1.0-1.5

39.9

0

1.5-2.0

45

0

0-0.5

26.8

0

0.5-1.0

27.6

0

1.0-1.5

41.5

0

1.5-2.0

45

0

0-0.5

23.9

0

0.5-1.0

25

0

1.0-1.5

31.1

0

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Cuadro 10-3- Parámetros de resistencia al corte en función del ensayo DPL en el Sector Sur.

DPL

DPL-1

Profundidad (m)

Angulo Fricción (°)

Cohesión (Kg/cm2)

0-0.5

26

0

0.5-1.0

35

0

1.0-1.5

38.2

0

1.5-2.0

36

0

2.0-2.5

33.4

0

2.5-3.0

35.5

0

3.0-3.5

39.5

0

3.5-4.0

43.3

0

0-0.5

42.2

0

0-0.5

41.5

0

0.5-1.0

44.7

0

DPL-2 DPL-3

10.3

Parámetros de resistencia al corte

PARÁMETROS DE RESISTENCIA EN FUNCIÓN DE LOS ENSAYOS GEOFÍSICOS

Mediante correlaciones empíricas y en función a las velocidades de onda Vp y Vs, se puede estimar los parámetros de resistencia en profundidad. Los cuadros de los parámetros de resistencia y deformabilidad son mostrados en el ítem 5.6.2. El cuadro 9.4 presentan el resumen de los parámetros de resistencia de los ensayos geofísicos de la zona Norte y zona Sur. Cuadro 10-4- Parámetros de resistencia al corte en función del ensayo MASW. Zona Norte Profundidad (m)

0.00-1.07 1.07 - 2.31 2.31 - 3.71 3.71 - 5.28 5.28 - 7.01 7.01 - 8.9 8.9 - 10.96 10.96 - 13.19 13.19 - 15.58 15.58 - 18.13 18.13 - 20.85

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Zona Sur C

40 40 38.98 40 40.91 41.41 41.67 41.61 41.51 41.59 41.79

(kg/cm2) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3

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C 37.91 32.68 37.36 40.64 41.54 41.29 40.83 41.11 41.59 42.07 42.55

(kg/cm2) 0.0 0.0 0.0 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 Firma del profesional responsable

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41.91 41.95 42.41

0.3 0.3 0.3

42.9 43 43.6

HSA-17002 0.3 0.3 0.4

Conclusión: Los parámetros de resistencia estimados son los valores mínimos obtenidos a partir de la exploración de campo y ensayos de laboratorio que serán utilizados para evaluar la capacidad admisible del terreno para diferentes profundidades. El cuadro 9.5 muestran los valores de parámetros de resistencia utilizados en el análisis para la zona norte y sur, respectivamente. Cuadro 10-5. Resumen de los parámetros de resistencia al corte para la zona norte y sur. Zona Norte Profundidad (m)

0.00-1.07 1.07 - 2.31 2.31 - 3.71 3.71 - 5.28 5.28 - 7.01 7.01 - 8.9 8.9 - 10.96 10.96 - 13.19 13.19 - 15.58 15.58 - 18.13 18.13 - 20.85 20.85 - 23.74 23.74 - 26.79 26.79 - 30.00

Zona Sur C

40 40 38.98 40 40.91 41.41 41.67 41.61 41.51 41.59 41.79 41.91 41.95 42.41

(kg/cm2) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3

C 37.91 32.68 37.36 40.64 41.54 41.29 40.83 41.11 41.59 42.07 42.55 42.9 43 43.6

(kg/cm2) 0.0 0.0 0.0 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.4

11. ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE LOS TALUDES Para el análisis de estabilidad de taludes se utilizó el programa de cómputo Slide versión 5.0. Este programa permite modelar configuraciones complejas, definir modelos para el suelo y la roca tales como: Mohr-Coulomb, Hoek-Brown anisotrópico, Hoek-Brown generalizado, Bartin-Bandis, función esfuerzo normal-corte entre otros. El cálculo del factor de seguridad se realiza en secciones donde se tienen las condiciones más críticas, permitiendo llevar a cabo un análisis de forma bidimensional y aproximando el problema a un estado de deformaciones planas. La metodología está basada en el método de equilibrio límite, incorporando diversos métodos simplificados y rigurosos (Bishop, Spencer, Morgenster-Price, etc.) para el cálculo del factor de seguridad. El programa tiene la opción de utilizar diferentes métodos de análisis de estabilidad de manera simultánea, sin embargo, para el presente análisis se ha utilizado el Método de Spencer, el cual satisface simultáneamente todas las

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ecuaciones de equilibrio estático (fuerzas y momentos), además de ser considerado el más estable numéricamente. Como hipótesis del análisis se considera que las propiedades de los materiales son homogéneas e isotrópicas y que el colapso se produciría como resultado de fallas simultáneas a lo largo de la superficie de deslizamiento. Para el análisis pseudo-estático se considera que la masa involucrada en la falla está sometida a una fuerza horizontal igual a un coeficiente sísmico multiplicado por el peso de la masa, a fin de tomar en cuenta el efecto de las fuerzas inerciales producidas por el terremoto de diseño. Hynes –Griffin y Franklin (1984), recomendaron el valor de coeficiente sísmico horizontal igual a la mitad de la máxima aceleración en roca. Típicamente el análisis de estabilidad de taludes en las secciones de análisis se realiza para los siguientes casos: -

Análisis estático del talud natural (sin solución) y el talud con solución proyectada Análisis pseudoestático (coeficiente sísmico 0.175g) del talud natural (sin solución) y el talud con solución proyectada.

Factores de seguridad mínimo En el Cuadro 10.1 se muestra los factores de seguridad mínimos aceptables, recomendados por el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos (U.S. Army Corps of Engineers). Cuadro 11-1- Valores de factor de seguridad mínimo. Caso Talud de carreteras

Factor de seguridad

Al Final de la Construcción - Estático

1.3

A largo Plazo - Estático

1.5

Pseudo estático

1

Cabe mencionar que un factor de seguridad pseudo-estático mayor a 1,0 no significa que el talud no presente desplazamientos durante un sismo. Lo que probablemente ocurra es que se desarrollarán desplazamientos mínimos y no se producirán daños permanentes, asociados al sismo de diseño. En el caso de que el factor de seguridad pseudo-estático sea menor que 1,0 se deberán verificar los desplazamientos permanentes inducidos por el terremoto de diseño para verificar si estos son o no admisibles y definir la estabilidad en función de un criterio más riguroso, es decir, en función de los desplazamientos permanentes.

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Otra recomendación es la Norma E.050 Suelos y Cimentaciones para el caso de cimientos ubicados en terrenos próximos a taludes o sobre taludes o en terreno inclinado. Los factores de seguridad mínimos del talud son mostrados en el siguiente cuadro. Cuadro 11-2- Valores de factor de seguridad mínimo Caso Cimentación Superficial en Talud

Factor de seguridad

Estático

1.5

Pseudoestático

1.25

La recomendación más adecuada en el caso del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos para taludes de carreteras. No utilizaremos los factores recomendados por la Norma E.050 Suelos y Cimentaciones debido que no se presenta estructuras de cimentación sobre el talud. 11.1 PARÁMETROS DE RESISTENCIA UTILIZADOS EN EL ANÁLISIS (BACK ANÁLISIS) Los parámetros de resistencia al corte de los materiales para los dos sectores en estudio Zona Norte y Zona Sur son mostrados en el Cuadro 10.3 y Cuadro 10.4, respectivamente. Estos parámetros fueron obtenidos a partir de la evaluación geotécnica y geológica del área de estudio. Cuadro 11-3- Parámetros de resistencia de los materiales en la Zona Norte. Peso específico (kN/m3)

Ángulo de fricción (°)

Cohesión (kPa)

Grava Limosa

19

38.98

0

Limo de baja plasticidad con presencia de gravas

18

40

0

Arena Limosa

18

26.75

0

Roca Andesita

20

54.5

110

Material

Color

Los parámetros de resistencia de la arena limosa en el instante del deslizamiento (suelo deslizado) fueron obtenidos a partir de retro análisis, es decir, cuando el factor de seguridad sea igual a la unidad. El análisis retrospectivo (back análisis) es usado comúnmente en la ingeniería geotécnica para estimar la resistencia in situ del suelo. Esta resistencia se representa generalmente por los parámetros de resistencia al corte en tensiones efectivas de Mohr-Coulomb, cohesión c y ángulo de fricción interna φ. El análisis retrospectivo de fallas de taludes es un método efectivo que incorpora importantes factores que muchas veces no son bien representados en ensayos de laboratorio, tales como la estructura del suelo, la no homogeneidad, influencia de fisuras en la resistencia al corte y el efecto de los planos de debilidad dentro de la masa de suelo.

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El análisis retrospectivo asume un factor de seguridad igual a la unidad y considera la geometría original en el momento de la falla. Luego se estima la resistencia al corte del suelo que fue movilizada en la falla consistente con un modelo 2D realizado con un método seleccionado (Morgenstern-Price, Spencer, Janbu, Bishop, etc.) para un FS=1. Estudios han demostrado que usando un método que considere todas las condiciones de equilibrio (ΣF=0, ΣM=0) se obtiene un factor de seguridad que varía en ±5% (Tang, 1999). Para estimar los parámetros de corte del suelo deslizado, se determinará el factor de seguridad para distintos valores de cohesión y fricción en la superficie de deslizamiento, el cual fue definido previa evaluación en campo. Superficie de deslizamiento

Figura 11.1 – Superficie de deslizamiento definido (arena limosa).

Figura 11.2 – Back análisis en condiciones estáticas

De la figura anterior se observa los valores de factor de seguridad del talud conformado por estratos de arena limosa en el instante del deslizamiento (factor de seguridad igual a 1) para distintos valores de cohesión y ángulos de fricción. Para nuestro análisis consideraremos como parámetros de corte: cohesión igual a 0 KN/m2 y ángulo de fricción de 26.75°

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Los parámetros de resistencia al corte de los materiales para la Zona Sur son mostrados en el Cuadro 10.4. Cuadro 11.4- Parámetros de resistencia de los materiales en la Zona Sur. Peso específico (kN/m3)

Ángulo de fricción (°)

Cohesión (kPa)

Arena fina

16

26

0

Gravas con arenas limosas

18

40

30

Material

Color

11.2 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DEL TALUD SIN SOLUCIÓN En este ítem se evaluará la estabilidad de los taludes en los sectores Norte (Este y Oeste) y Sur. Se realizó un análisis estático y pseudoestático para los taludes sin alternativas de solución. El Cuadro 10.5 presenta un resumen de los factores de seguridad global para el caso sin solución en condiciones iniciales. Cuadro 11-5- Factores de seguridad global para el caso sin solución en condiciones iniciales.

Sector

Zona Norte Zona Sur

Talud Este Oeste Este

Factor de Seguridad Global FS : Caso sin Solución Estático

Pseudoestático

0.955 1.000 1.241

0.666 0.740 0.963

Se observa que para el análisis estático los factores de seguridad son menores a la unidad en la zona Norte. Por otro lado, en la zona sur se obtiene un factor mayor a la unidad pero en este talud el problema es local (deslizamiento de la arena fina en la parte superior del talud). En el caso pseudoestático, los factores de seguridad son menores a 0.963. Por tanto, se concluye que los valores de factores de seguridad están por debajo de los valores limites exigidos por norma. A seguir se muestra los análisis de estabilidad de taludes en los sectores en estudio, para los casos estáticos y pseudoestáticos.

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A) Zona Norte Este El factor de seguridad en condiciones iniciales en el análisis estático es menor a 1.5; por otro lado el factor de seguridad para condiciones pesudoestáticas es menor a la unidad, es decir, el talud se deslizará cuando se dé un sismo de 0.175g de aceleración.

(a)

(b) Figura 11.3 – Análisis de estabilidad en condiciones iniciales (sin solución) a) estático y b) pseudoestático de la zona Norte Este.

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B) Zona Norte Oeste El factor de seguridad en condiciones iniciales en el análisis estático es menor a 1.5; por otro lado el factor de seguridad para condiciones pesudoestáticas es menor a la unidad, es decir, el talud se deslizará cuando se dé un sismo de 0.175g de aceleración.

(a)

(b) Figura 11.4 – Análisis de estabilidad en condiciones iniciales (sin solución) a) estático y b) pseudoestático de la zona Norte Oeste.

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C) Zona Sur Este El factor de seguridad en condiciones iniciales en el análisis estático es menor a 1.5; por otro lado el factor de seguridad para condiciones pesudoestáticas es menor a la unidad, es decir, el talud se deslizará cuando se dé un sismo de 0.175g de aceleración.

(a)

(b) Figura 11.5 – Análisis de estabilidad en condiciones iniciales (sin solución) a) estático y b) pseudoestático de la zona Sur este.

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11.3 SOLUCIÓN PROPUESTA La solución propuesta para el talud ubicado en la zona norte este es conformar el talud desde la base con un inclinación 2.5:1 (H:V) hasta un altura de 6.30m, a partir de ese nivel realizar una banqueta de 5 m, cortar el talud superior con una inclinación 2:1 (H:V) hasta alcanzar una altura de 10 m aprox.

Figura 11.6 – Geometría de la solución propuesta para el talud de la zona Norte este.

La solución propuesta para el talud ubicado en la zona norte oeste es conformar el talud desde la base con un inclinación 2:1 (H:V) hasta un altura de 2.30m, a partir de ese nivel realizar una banqueta de 5.4 m, cortar el talud superior con una inclinación 2:1 (H:V) hasta alcanzar una altura de 3 m, ejecutar una banqueta de 1m y cortar el talud superior con una inclinación 2:1 (H:V) hasta alcanzar una altura de 4 m.

Figura 11.7 – Geometría de la solución propuesta para el talud de la zona Norte oeste.

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La solución propuesta para el talud ubicado en la zona sur este es cortar el talud desde la base con un inclinación 1:2 (H:V) hasta un altura de 5.70m, a partir de ese nivel ejecutar una banqueta de 3.0 m, cortar el talud superior con una inclinación 3.5:1 (H:V) hasta alcanzar una altura de 4.2 m.

Figura 11.8 – Geometría de la solución propuesta para el talud de la zona Sur este.

11.4 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DEL TALUD CON SOLUCIÓN PROPUESTA En este ítem se evaluará la estabilidad de los taludes en los sectores Norte (Este y Oeste) y Sur. Se realizó un análisis estático y pseudoestático para los taludes con alternativas de solución. El Cuadro 10.6 presenta un resumen de los factores de seguridad global para el caso con alternativa de solución. Cuadro 11-6- Factores de seguridad global para el caso con alternativa de solución. Sector

Talud

Zona Norte Zona Sur

Este Oeste Este

Factor de Seguridad Global FS : Caso sin Solución Estático

Pseudoestático

1.739 1.608 1.707

1.047 1.034 1.006

A) Zona Norte Este El factor de seguridad en condiciones estáticas es mayor a.150, por lo tanto, el talud con la solución planteada, es estable a largo plazo. Y en el análisis pseudoestático el factor de seguridad es mayor a la unidad, es decir, se garantiza la estabilidad a largo plazo.

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(a)

(b) Figura 11.9 – Análisis de estabilidad con alternativa de solución a) estático y b) pseudoestático de la zona Norte Este.

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B) Zona Norte Oeste El factor de seguridad en condiciones estáticas es mayor a.150, por lo tanto, el talud con la solución planteada, es estable a largo plazo. Y en el análisis pseudoestático el factor de seguridad es mayor a la unidad, es decir, se garantiza la estabilidad a largo plazo.

(a)

(b) Figura 11.10 – Análisis de estabilidad con alternativa de solución a) estático y b) pseudoestático de la zona Norte Oeste.

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C) Zona Sur Este El factor de seguridad en condiciones estáticas es mayor a.150, por lo tanto, el talud con la solución planteada, es estable a largo plazo. Y en el análisis pseudoestático el factor de seguridad es mayor a la unidad, es decir, se garantiza la estabilidad a largo plazo.

(a)

(b) Figura 11.11 – Análisis de estabilidad con alternativa de solución a) estático y b) pseudoestático de la zona Sur este.

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12. CARACTERÍSTICAS SÍSMICAS DEL ÁREA DE ESTUDIO El factor de suelo contemplado en la Norma Técnica de Edificaciones E030 “Diseño Sismorresistente” depende de las características y espesores de los suelos que conforman el perfil estratigráfico del subsuelo. Dentro del territorio peruano se han establecido cuatro zonas sísmicas, las cuales presentan diferentes características de acuerdo a la mayor o menor ocurrencia de los sismos. Según los Mapas de Zonificación Sísmica del Perú, propuesto por la norma Sismo – Resistente E-030 del Reglamento Nacional de Construcciones, la ciudad de Lima se encuentra comprendida en la Zona 3. Además de ello, En la zona de estudio el perfil del terreno presenta características del tipo S2 que le corresponde un Factor de suelo igual a 1.15 y un Periodo Predominante de Vibración de 0.6s, por lo tanto, los parámetros sísmicos correspondientes son los siguientes:

Factor de Zona Perfil del suelo tipo Período predominante Factor de amplificación del suelo

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Z = 0,35 T = S2 Tp = 0,6 s S = 1.15

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13. CONCLUSIONES 

Zona Norte (área de corte): Esta área fue investigada en los taludes y en la zona excavada a partir de exploraciones geofísicas, calicatas y DPLs. En el Talud ubicado al oeste, se realizaron ensayos DPL-6 y MASW-01(cota 88 msnm). Esta zona está conformada por un estrato de grava limosa con presencia de bolonería, color marrón claro, seco con espesor de 1.5 a 2.0 metros. Para profundidades de 1.5 a 4.0 m se presenta una arena pobremente gradada limosa, color marrón, medianamente denso, no plástico, ligeramente húmedo, presenta velocidades de 286 a 314 m/s. Una intercalación de limo de baja plasticidad de espesor de 2 m (4.0 a 6.0 m), color beige claro, seco, no plástico, presenta velocidades de 314 a 317 m/s. Subyacente a este estrato se tiene la presencia de una arena pobremente gradada limosa SP-SM con espesor de 2 m (6.0 a 8.0m) y seguidamente un estrato de limo de baja plasticidad con un espesor de 2 m (8.0 a 10 m). Para profundidades a partir de 10 m, se infiere un estrato de arena pobremente gradada limosa, medianamente densa, color beige, ligeramente húmedo, no plástico, presenta velocidades entre 425 m/s a 472 m/s. La excavación C-5 realizado en la parte baja (Cota 80 msnm), presenta hasta 0.80 m de profundidad arena fina a gruesa, color beige, medianamente densa, no plástica, seca. En el talud ubicado en la zona este, se realizaron ensayos de DPL-7 y estación geomecánica EG-01. Realizando una trinchera de profundidad de 1.0 m aproximadamente ya se encuentra una roca volcánica andesítica con buzamiento de 38° E-W. En la progresiva 0+100 (sección transversal) se ubica un talud en donde presenta una tubería que pasa por el talud a una profundidad aproximadamente de 2 m. Durante la exploración no se ubicó nivel freático.

Perfil estratigráfico del área de corte de la zona norte.

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Zona Sur (área de corte): Esta área fue investigada en la zona excavada y taludes a partir de exploraciones geofísicas, calicatas y DPLs. En el Talud ubicado al este, se realizaron ensayos DPL-1 y MASW-02 (cota 82 msnm). Esta zona está conformada por un estrato de arena de grano fino pobremente gradada, medianamente densa, no plástica, seca, compacidad suelta con espesor de 4 m aproximadamente, presenta velocidades de 273 a 278 m/s. Para profundidades de 4.0 a 10.0 m se presenta una grava pobremente gradada con matriz de limo de baja plasticidad con presencia de arena fina, color gris, medianamente denso, no plástico, ligeramente húmedo, presenta velocidades de 380 a 427 m/s. Un estrato subyacente mayor a 10 m de profundidad se infiere la presencia de una arena se infiere un estrato de arena pobremente gradada limosa, medianamente densa, color beige, ligeramente húmedo, no plástico, presenta velocidades entre 405 m/s a 534 m/s. La excavación C-2 realizado en la parte baja (Cota 75 msnm), presenta hasta 0.90 m de profundidad una grava pobremente gradada con matriz limo de baja plasticidad y presencia de arena, color beige, medianamente densa, no plástica, seca y de 0.90 a 3.10 m, presenta una arena de grano fino pobremente gradada, compacidad suelta, color beige, ligeramente húmeda, no plástica. Durante la exploración no se ubicó nivel freático.

Perfil estratigráfico del área de corte de la zona sur.

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

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A partir del análisis de estabilidad de discontinuidades del macizo rocoso se presenta un cuadro resumen de los principales mecanismos de falla que han sido identificados mediante un análisis de discontinuidades con el Software DIPS.

Sector

Estación Geomecánica

Familias

Talud

Análisis de fallas

EG-1

F1 50° / 300° F2 40° / 080° F3 85° / 357°

37° / 285°

No existe Formación de Fallas en el talud evaluado.

SECTOR NORTE

Según el análisis de discontinuidades, podemos concluir que no existe probabilidad de formación de falla o rotura predominante en el macizo rocoso (Roca volcánica andesítica). 

Los resultados químicos concluyen que el suelo presenta grado de ataque por sulfatos al concreto del tipo leve, se recomienda el tipo de cemento tipo I, con excepción de la C-04 que presenta un ataque severo, donde es recomendable el uso de cemento tipo V. En el caso de otros resultados químicos, no presentan problemas de ataque químico en sales solubles totales ni de cloruros que comprometerían una estructura de concreto armado, con excepción de la C-04 que presenta un grado de riesgo perjudicial.



Los parámetros de resistencia obtenidos a partir de los ensayos geofísicos, corte directo y DPLs para las dos áreas de estudio: zona norte y zona sur se detallan en los siguientes cuadros. Resumen de los parámetros de resistencia al corte para la zona norte y zona sur. Zona Norte

Zona Sur

Profundidad (m)



C



C

0.00-1.07 1.07 - 2.31 2.31 - 3.71 3.71 - 5.28 5.28 - 7.01 7.01 - 8.9 8.9 - 10.96 10.96 - 13.19 13.19 - 15.58 15.58 - 18.13 18.13 - 20.85

 40 40 38.98 40 40.91 41.41 41.67 41.61 41.51 41.59 41.79

(kg/cm2) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3

 37.91 32.68 37.36 40.64 41.54 41.29 40.83 41.11 41.59 42.07 42.55

(kg/cm2) 0.0 0.0 0.0 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3

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20.85 - 23.74 23.74 - 26.79 26.79 - 30.00



41.91 41.95 42.41

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0.3 0.3 0.3

42.9 43 43.6

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0.3 0.3 0.4

Los parámetros de resistencia obtenidos considerados para el análisis de estabilidad del talud para las dos áreas de estudio: zona norte y zona sur se detallan en los siguientes cuadros. Parámetros de resistencia de los materiales en la Zona Norte. Peso específico (kN/m3)

Ángulo de fricción (°)

Cohesión (kPa)

Grava Limosa

19

38.98

0

Limo de baja plasticidad con presencia de gravas

18

40

0

Arena Limosa

18

26.75

0

Roca Andesita

20

54.5

110

Material

Color

Parámetros de resistencia de los materiales en la Zona Sur. Material

Color

Arena fina Gravas con arenas limosas



Peso específico (kN/m3) 16

Ángulo de fricción (°) 26

18

40

Cohesión (kPa) 0 30

Los resultados del análisis de estabilidad de los taludes en los sectores Norte (Este y Oeste) y Sur no cumplen con los limites permisibles. Se realizó un análisis estático y pseudoestático para los taludes sin alternativas de solución. El siguiente cuadro presenta un resumen de los factores de seguridad global para el caso sin solución en condiciones iniciales. Factores de seguridad global para el caso sin solución en condiciones iniciales.

Sector

Zona Norte Zona Sur

Talud Este Oeste Este

Factor de Seguridad Global FS : Caso sin Solución Estático

Pseudoestático

0.955 1.000 1.241

0.666 0.740 0.963

Se observa que para el análisis estático los factores de seguridad son menores a la unidad en la zona Norte. Por otro lado, en la zona sur se obtiene un factor mayor a la unidad pero

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en este talud el problema es local (deslizamiento de la arena fina en la parte superior del talud). En el caso pseudoestático, los factores de seguridad son menores a 0.963. Por tanto, se concluye que los valores de factores de seguridad están por debajo de los valores limites exigidos por norma. A seguir se muestra los análisis de estabilidad de taludes en los sectores en estudio, para los casos estáticos y pseudo-estáticos. 

Las soluciones para los sectores evaluados no presentan ninguna estructura de contención. La estabilidad es alcanzada realizando cortes adecuados para cada talud analizado como se muestra a seguir: Zona Norte Este: La solución propuesta para el talud ubicado en la zona norte este es conformar el talud desde la base con un inclinación 2.5:1 (H:V) hasta un altura de 6.30m, a partir de ese nivel realizar una banqueta de 5 m, cortar el talud superior con una inclinación 2:1 (H:V) hasta alcanzar una altura de 10 m aprox.

Geometría de la solución propuesta para el talud de la zona Norte este.

Zona Norte Oeste: La solución propuesta para el talud ubicado en la zona norte oeste es conformar el talud desde la base con un inclinación 2:1 (H:V) hasta un altura de 2.30m, a partir de ese nivel realizar una banqueta de 5.4 m, cortar el talud superior con una inclinación 2:1 (H:V) hasta alcanzar una altura de 3 m, ejecutar una banqueta de 1m y cortar el talud superior con una inclinación 2:1 (H:V) hasta alcanzar una altura de 4 m.

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Geometría de la solución propuesta para el talud de la zona Norte oeste.

Zona Sur Este: La solución propuesta para el talud ubicado en la zona sur este es cortar el talud desde la base con un inclinación 1:2 (H:V) hasta un altura de 5.70m, a partir de ese nivel ejecutar una banqueta de 3.0 m, cortar el talud superior con una inclinación 3.5:1 (H:V) hasta alcanzar una altura de 4.2 m.

Geometría de la solución propuesta para el talud de la zona Sur este.



Los resultados de estabilidad con la solución propuesta fueron evaluados en los taludes en los sectores Norte (Este y Oeste) y Sur. Se realizó un análisis estático y pseudoestático para los taludes con alternativas de solución. El cuadro presenta un resumen de los factores de seguridad global para el caso con la alternativa de solución. Factores de seguridad global para el caso con alterativa de solución.

Sector

Talud

Zona Norte Zona Sur

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Este Oeste Este

Factor de Seguridad Global FS : Caso sin Solución Estático

Pseudoestático

1.739 1.608 1.707

1.047 1.034 1.006

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Los factores de seguridad en condiciones estáticas son mayores a.150, por lo tanto, los taludes con la solución planteada, son estables a largo plazo. Y en el análisis pseudoestático los factores de seguridad son mayores a la unidad, es decir, se garantiza la estabilidad a largo plazo. 

El factor de suelo contemplado en la Norma Técnica de Edificaciones E030 “Diseño Sismorresistente” depende de las características y espesores de los suelos que conforman el perfil estratigráfico del subsuelo. Dentro del territorio peruano se han establecido cuatro zonas sísmicas, las cuales presentan diferentes características de acuerdo a la mayor o menor ocurrencia de los sismos. Según los Mapas de Zonificación Sísmica del Perú, propuesto por la norma Sismo – Resistente E030 del Reglamento Nacional de Construcciones, la ciudad de Lima se encuentra comprendida en la Zona 3. Además de ello, En la zona de estudio el perfil del terreno presenta características del tipo S2 que le corresponde un Factor de suelo igual a 1.15 y un Periodo Predominante de Vibración de 0.6s, por lo tanto, los parámetros sísmicos correspondientes son los siguientes: Parámetros de Diseño Sismo Resistente Factor de Zona (Z) Perfil del suelo tipo (T)

0.35 S2

Período fundamental según la norma E 030 (TP)

0.6

Factor de amplificación del suelo (S)

1.15

Para el análisis pseudoestático ese recomienda el valor  = 0,175 g ensayos de medición. 

Los resultados de este estudio se aplican exclusivamente a los sectores que comprenden el proyecto “Construcción y Operación – proyecto Escombrera LA ESPERANZA”.

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14. REFERENCIAS 

Ayashi, K. (2003), “Data Acquisition and Analysis of Active and Passive Surface Wave Methods”. Short Course – SAGEEP 2003.



Alva Hurtado J. (1992), “Mecánica de Suelos Aplicada a Cimentaciones”, Capítulo de Estudiantes ACI-UNI, Lima.



Dirección General de Carreteras, (2004), “Recomendaciones para el proyecto y construcción del drenaje subterráneo en obras de carretera”, Ministerio de Fomento, Madrid.



Park, C., Miller, R. y Xía, J. 1999, “Multichannel analysis of surface waves”. Geophysics. Vol. 64. N° 3. p: 800-808.



Park, C. B., R. D. Miller, and J. Xía, Julian M. (1999), Multichannel Analysis of Surface Waves to Map Bedrock, Kansas Geological Survey, Lawrence, Kansas, U.S.



Park, C., Miller, R., Xía, J., & Ivanov, J. 2001a. “Seismic characterization of geotechnical sites by Multichannel Analysis of Surfaces Waves (MASW) method”. Tenth International Conferecne on Soil Dynamics and Earthqueake Engineering (SDEE), Philadelphia.



Reglamento Nacional de Construcciones (1997), “Norma Técnica de Edificaciones E-30Diseño Sismorresistente”, Lima - Perú.



Reglamento Nacional de Cimentaciones (1997), “Norma E-050 de Suelos y Cimentaciones”, Lima- Perú.



Taylor, D.W. (1948), “Fundamentals of Soil Mechanics”, John Wiley & Sons, New York, 700p.



Trejo, A. S. (2008), “Identificación de arcillas dispersivas en las llanuras costeras del Golfo de México”, Tesis de Maestro, Universidad Autonóma de México, México D.F.



Terzaghi K. y Peck R.B. (1967), “Soil Mechanics in Engineering Practice”, John Wiley, New York.



Vesic A. (1973), “Análisis de la Capacidad de Carga de Cimentaciones Superficiales”, JSMFED, ASCE, Vol. 99.

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