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ESTUDIO DE CIMENTACIONPUENTE RIO SECOCAMINO DIRECTO A COACNOPALANKM 240+400.00

I N D I C E PAG.

1. INTRODUCCION1

2. DESCRIPCION DEL SITIO Y DEL PROYECTO2

3. TRABAJOS DE CAMPO6

4. ENSAYES DE LABORATORIO7

5. ESTRATIGRAFIA Y PROPIEDADES8

6. ANALISIS DE LA CIMENTACION 86.1. ANLISIS DE LA CIMENTACIN6.2. ANLISIS DE ASENTAMIENTOS EN PILOTES COLADOS IN SITU6.3. DETERMINACION DE COEFICIENTES DE REACCION HORIZONTAL6.4. CALCULO DE SOCAVACIN GENERAL Y LOCAL

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES DE CIMENTACIN16

8. BIBLIOGRAFA18

ANEXO I.FIGURAS

ANEXO II.INFORME FOTOGRFICO

ANEXO III.MEMORIA DE CLCULO

ANEXO IV.REGISTROS DE CAMPO

ANEXO V.LABORATORIO

1. INTRODUCCIN

Como parte de la conservacin de la red carretera del pas, Caminos y Puentes Federales, realiza la revisin de diversos tramos en el estado de Oaxaca, por lo que encarg a la empresa Corporativo de Construccin y Proyectos, S.C.L., la revisin del puente Ro Seco ubicado en el Km 240+400 de la carretera Camino Directo a Coacnopalan.

Para la revisin del puente Ro Seco se inspecciono la estructura y se determin el estado actual de la misma, ya que presenta problemas de socavacin en los apoyos dentro del cauce.

En el presente Estudio de Mecnica de suelos se refiere al Puente Ro Seco, ubicado en el Km 240+400 del Camino Directo a Coacnopalan, con origen en Coacnopalan, Pue.

Como parte de los estudios para la revisin de esta obra, se procedi a realizar una visita a campo para determinar las condiciones actuales del cruce en estudio.

Posteriormente se procedi a realizar la ubicacin de la estructura y definir as el sitio de los sondeos de exploracin, para efectuar los estudios de mecnica de suelos de cada apoyo.

Para fines de presentacin el contenido de este informe se ha dividido en seis partes, como sigue: los incisos 2 a 5 describen las caractersticas del sitio, los trabajos de campo y ensayes de laboratorio efectuados en los estudios, as como la estratigrafa y propiedades del subsuelo determinadas. Con base en lo anterior, en el Inciso 6 se analiza la cimentacin para la estructura en proyecto y en el inciso 7 se presentan las Conclusiones y Recomendaciones. Por ltimo el estudio se complementa con cinco anexos: Figuras, Informes Fotogrficos, Memorias de Clculo, Registros de Campo y pruebas de Laboratorio.

2. DESCRIPCIN DEL SITIOEl sitio en estudio presenta una topografa de lomero suave y cruza actualmente un cuerpo de agua denominado Ro Seco, ubicado en el Km 240+400 del Camino Directo a Coacnopalan.El estado de Oaxaca se localiza en la parte sur de la Repblica Mexicana, entre las coordenadas geogrficas 18 40 al norte, al sur 15 39 de latitud norte, al este 93 52, al oeste 98 32 de longitud oeste, con una extensin territorial de 95,364 Km2, representando el 4.8% de la superficie del pas y el 5 lugar por su extensin, colinda al norte con los estados de Puebla y Veracruz, al sur con el ocano pacfico con un importante litoral de 598 Km., de largo, al oriente con el estado de Chiapas y al poniente con el estado de Guerrero, por su conformacin poltica, econmica y social, est dividido en ocho regiones geoeconmicas, 30 distritos polticos y 570 municipios, sealando que existen 531 municipios que tienen menos de 10,000 habitantes, en el 11 conteo de poblacin y vivienda del 2010 su poblacin fu de 3801 871 individuos donde el 48% son hombres y el 52 % mujeres; con una densidad de poblacin de 41por km2. En el territorio viven 16 grupos tnicos diferentes y comprende el nmero ms importante de habitantes de la repblica mexicana que habla exclusivamente lenguas indgenas (26% del total nacional), a pesar de que un importante grupo de la poblacin es mestiza, la mayora de los ncleos urbanos corresponde a indgenas que no tienen mezcla alguna con sangre europea.Las vas de comunicacin comprenden ocho carreteras federales, tres rutas de ferrocarril, cuatro puertos martimos, de los cuales solo el puerto de Salina Cruz es de altura tiene servicios de infraestructura portuaria y los dems para pesca y turismo, 2 aeropuertos internacionales y 3 aeropistas principales y 115 aerdromos y numerosas pistas de tierra distribuidas estratgicamente en zonas de difcil acceso. La red de telecomunicaciones est integrada principalmente por microondas, telefona, correo y en algunas partes telefona celular.Se localiza en la regin de los Valles Centrales del estado, en las coordenadas 96 48 longitud oeste, 17 08 latitud norte y a una altura de 1,600 metros sobre el nivel del mar, en una regin no montaosa. Su superficie total es de 12.76 kilmetros cuadrados, un 0.013% de todo el estado. Limita al norte con los municipios de Guadalupe Etla y Soledad Etla; al sur con San Andrs Ixtlahuaca y Santa Mara Atzompa; al oriente con San Felipe Tejalapam y Santo Tomas Mazaltepec; al poniente con Guadalupe Etla y con Santa Mara Atzompa. Cuenta con los ros, San Lucas, el ro Atoyac, y el ro Arenal.GeologaLas rocas del Precmbrico son las ms antiguas, datan de aproximadamente 600 millones de aos, se ubican al sur de la entidad con una direccin oeste-sureste, son principalmente metamrficas y cubren 25.5% de la superficie estatal; las rocas del Paleozoico (375 millones de aos) abarcan 11.6%, son de origen metamrfico e gneas intrusivas. Las unidades cartogrficas ms grandes estn en la porcin norte y oriental, colindando con el estado de Chiapas; el Periodo de la Era del Mesozoico con mayor cobertura es el Cretcico (135 millones de aos) con 14.3%, representado por rocas de tipo sedimentario y metamrfico, dispersos en todo el estado, concentrados sobre todo en la zona media hacia el norte; otras unidades litolgicas abarcan 7.3% pertenecen a la Era del Mesozoico, se localizan al sur, centro y noroeste de la entidad. Las rocas del Trisico-Jursico (200 millones de aos) se sitan al norte y noreste, son sedimentarias y cubren 3.9%, en el Periodo Jursico (180 millones de aos) las rocas son generalmente sedimentarias, su cubrimiento estatal es de 0.9%, sus principales afloramientos estn localizados al occidente, cerca del lmite con el estado de Guerrero, otra unidad se encuentra en el extremo opuesto de la entidad, colindando con la parte sur del estado de Veracruz-Llave. El Periodo Terciario, cubre 25.0% del territorio estatal, compuesto por rocas gneas extrusivas y sedimentarias, datan aproximadamente de 63 millones de aos, se distribuyen en la parte central y norte del estado, algunas unidades litolgicas colindan con los estados de Puebla y Guerrero, otras unidades ubicadas al norte colindan con el estado de Veracruz-Llave; los suelos del Cuaternario (3 millones de aos aproximadamente), se ubican al sur, sureste paralelamente con la lnea de costa.

A manera de informacin complementaria, atendiendo a la Regionalizacin Ssmica de la Repblica Mexicana, el sitio se ubica en la Zona C de actividad ssmica alta.

3. TRABAJOS DE CAMPO

Para efectuar la revisin de la cimentacin del puente de referencia, se efectu el Estudio de Mecnica de suelos, en el que se realiz la exploracin del subsuelo, misma que se apoy en las caractersticas estratigrficas del sitio, para lo cual se realizaron tres sondeos, ubicados sobre el cauce y mrgenes del ro, localizados en los sitios donde se ubican los apoyos actuales.

Los trabajos de campo consistieron en la exploracin y muestreo del subsuelo mediante tres sondeos de penetracin estndar (norma ASTM D1586-67) con mquina perforadora, denominados: SP-1 a SP-3, cuya posicin y longitud se anotan en la siguiente tabla:

SONDEOUBICACINKMELEVACIN(m)PROF.(m)

SP-1240+451.901599.1635.40

SP-2240+481.701590.0022.20

SP-3240+514.201599.2435.45

La profundidad del nivel fretico al momento de la exploracin se indica en la siguiente tabla:

SONDEONPROF.(m)

SP-19.60

SP-20.80

SP-310.20

Para efectuar estos trabajos se emple el siguiente personal y equipo de perforacin:

PERSONAL

1 Coordinador de Campo1 Supervisor1 Perforista2 Ayudantes1 Velador1 Chofer

EQUIPO

1 Camin F-350 de 3.5 ton.1Perforadora Long Year LY-241 Bomba moyno 3L-4 Implementos y herramienta para el equipo de perforacin

4. ENSAYES DE LABORATORIO

Todas las muestras de suelos fueron ensayadas en laboratorio para determinarles:

a) Clasificacin manual y visual segn el Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos (norma ASTM D2488-93, ver Anexo V)

b) Contenido de agua (norma ASTM D2216-92, ver Anexo IV), w.

A muestras de suelo tpicas seleccionadas se les determinaron, adems:

c) Lmites de consistencia lquido y plstico (norma ASTM D4318-95a), LL y LP.

d) Porcentaje de finos o fraccin que pasa la malla N 200 (norma ASTM D1140-97), F.

Para efectuar estos trabajos de laboratorio se emple el siguiente personal:

Jefe de Laboratorio Laboratoristas Ayudantes generales Calculistas Equipo completo de Laboratorio Computadoras e impresoras

5. ESTRATIGRAFA Y PROPIEDADES

A partir de los datos obtenidos de los trabajos de campo y ensayes de laboratorio anteriores y con base a las columnas estratigrficas, se form el perfil estratigrfico del cruce, en el cual se detectaron tres estratos bsicos, que en forma descendente se indica a continuacin:

Detectado superficialmente con espesor mximo de 12.80 m, se tiene arena limosa (SM) con gravas y gravillas localmente, caf a gris verdoso oscuro, en estado suelto a muy compacto.

Bajo el estrato anterior con espesor mximo de 17.40 m, se tienen alternancias de arena poco limosa a limosa (SP-SM,SM) y arcilla (CL) con contenido variable de arena, caf verdoso a gris oscuro, de consistencia media a dura o estado suelto a muy compacto.

Subyaciendo los estratos anteriores y hasta la mxima profundidad explorada de 30.45 m, se tiene arena limosa (SM), caf verdoso, de compacidad alta a muy alta.

6. ANLISIS DE LA CIMENTACIN

Para la revisin de la cimentacin profunda existente se tom en cuenta las condiciones topohidrulicas y estratigrficas del sitio, as como el nivel de desplante de los pilotes colados en el lugar.

6.1 Anlisis de la cimentacin

Anlisis de capacidad de carga para pilotes colados in situ, desplantados en materiales predominantemente friccionantes o cohesivos.

Para el clculo de capacidad de carga por punta de pilotes colados en el lugar, se emple el criterio de Meyerhof y/o Skempton, para lo cual se utiliz la siguiente expresin:

........................ (1)

De donde:

qu: capacidad de carga ltima por punta, en t/mc: cohesin del estrato al nivel de desplante en t/mNc y Nq: coeficientes de capacidad de carga, adimensionalesm: Peso volumtrico del material, en t/mDf: profundidad de desplante, m Para determinar los coeficientes de capacidad de carga, se emple la grficas contenidas en el libro de mecnica de suelos tomo II del Ing. Jurez Badillo, propuesta por Meyerhof, en funcin del ngulo de friccin, la penetracin del estrato resistente y el dimetro de la cimentacin, es decir de la relacin D/B.

Para determinar la cohesin y el ngulo de friccin al nivel de desplante se determinaron mediante correlaciones empricas existentes entre la prueba de penetracin estndar y dichos valores, del cual resulto una cohesin entre 20 a 27 ton/m y un ngulo de friccin de 31, as como la profundidad de desplante de cada apoyo.

Sustituyendo los valores anteriores en la ecuaciones 1 y 2, y determinando la capacidad de carga para dimetros de 1.00, 1.20 y 1.50 m, y aplicando un factor de resistencia de 0.35 para la punta, se obtuvo una capacidad de carga para cada apoyo, la cual se indica en la siguiente tabla:

ApoyoNQadm (ton)B= 1.00 mQadm (ton)B= 1.20 mQadm (ton)B= 1.50 m

Caballete 1170215300

Pila 2115150205

Caballete 3200270390

6.2 - Anlisis de asentamientos inmediatos para pilotes colados in situ Para determinar los asentamientos inmediatos bajo el nivel de desplante para pilotes colados en el lugar con excavacin previa, se utiliz la siguiente expresin:

..................................(3)Donde:

: asentamiento inmediatoQ: combinacin ms desfavorable de cargas (por pilote)L: longitud del pilote o pila

Ec: mdulo de elasticidad del material del piloteAp: rea de la seccin transversal del piloteEs: mdulo de elasticidad del suelo en el estrato de apoyo : relacin de Poisson del estrato de apoyo

La longitud total de los pilotes desde la superficie del terreno natural y hasta el nivel de desplante de la cimentacin ser 25.00 a 30.00 m; el mdulo de elasticidad del suelo bajo el nivel de desplante ser variable, el mdulo de Poisson para una arcilla ser de 0.40 y para una arena de 0.30.

Sustituyendo los valores anteriores en la ecuacin 3 y tomando a la capacidad de carga admisible como la combinacin ms desfavorable, as como los dimetros de 1.00, 1.20 y 1.50 m, se obtuvo el asentamiento inmediato de 10 a 13 cm, los cuales se presentaran durante la construccin y no afectarn el comportamiento general de la estructura.

6.3 Determinacin de los coeficientes de reaccin horizontal.

Para la revisin ante cargas laterales de la cimentacin se proporcionan los coeficientes de reaccin horizontal Ks, para suelos friccionantes y cohesivos se calcularon mediante el mtodo propuesto por Terzaghi, para lo cual se emplearon las siguientes expresiones_

Suelos predominantemente friccionantes

..(4)De donde:

Ks: coeficientes de reaccin horizontal, en t/m.z:profundidad, m.D:dimetro del pilote, m.nh:constante relacionada con la compacidad del suelo.Suelos predominantemente cohesivos:

(5)

Cu:resistencia al corte no drenada del suelo, t/m.

ApoyoKMB(m)Prof.(m)Ksh(t/m)Ksv(t/m)

Caballete 11.200.00 6.705025

6.70 12.903675

12.90 21.906525

21.90 28.708561810

Pila 21.500.00 2.75119

2.75 8.90387

8.90 15.003871196

Caballete 31.200.00 6.201757

6.20 13.103619

13.10 24.15633

24.15 29.95247962040

6.4.-Clculo de socavacin general y local

Para el clculo socavacin general se emple el criterio de Lischtvan-Levediev, los datos hidrulicos fueron tomados del estudio topohidrulico y las propiedades del subsuelo del estudio de mecnica de suelos.

Con este anlisis se reconocer la potencialidad de la socavacin en una eventual avenida extraordinaria y se definir el nivel de desplante que garantice la estabilidad de los apoyos del puente existente para tal condicin.

El gasto de diseo se determin por medio del estudio topohidrulico y resulto de 536 m/s.

La socavacin general del cauce se determin por el criterio de Lischtvan-Levediev, para suelos no cohesivos y cohesivos. La expresin para determinar la socavacin en suelos friccionantes es:

En suelos cohesivos:

Donde:

dm: tirante medio, en m.

A: rea hidrulica, en mBe: ancho efectivo de la superficie libre del cauce, en m.Hs,tirante hasta la profundidad de socavacin, en m.Dm,dimetro medio de las partculas del cauce.Qd,gasto de diseo, en m/sHm,tirante medio, m., coeficiente de contraccin, adimensional.

do,Tirante antes de la socavacin, en m.coeficiente que depende de la probabilidad de que se presente el gasto de diseo, adimensional.

d,peso volumtrico seco del material en el fondo del cauce.

El peso volumtrico seco de los suelos cohesivos fue del orden de 1.64 a 1.92 t/m. De acuerdo con la expresin anterior y considerando un gasto Q= 536 m/s, se obtuvieron socavaciones para los diferentes puntos, los cuales se indican en la siguiente tabla:

SOCAVACION GENERAL DEL CAUCE

PuntoKmdo(m)ds(m)

240+469.282.824.37

240+475.103.574.43

240+478.104.956.55

Pila 24.926.51

240+485.264.866.41

240+488.213.054.39

La socavacin mxima terica tiene una profundidad mxima de 6.55 m.

Clculo de socavacin local de las pilas

La socavacin local del apoyo central ocurre por la alteracin que se produce en el flujo debido a la presencia de estos elementos de apoyo, los cuales crean corrientes transversales de gran capacidad erosiva, la socavacin local se calcul con la siguiente expresin:

Donde:

So:profundidad de socavacin, en m.Kf:coeficiente que depende de la forma de la nariz de la pila y del ngulo de incidencia entre la corriente y el eje de la misma, que en este caso resulto de 10.66

Kv:definido por la siguiente expresin.

KH:definido por la siguiente expresin.

v:velocidad de la corriente despus de la socavacin general, en m/s.

e:coeficiente de correccin que depende del sitio donde se encuentre colocadas las pilas: vale 0.60 si se encuentra en el cauce principal y 1.0 para las construidas en el cauce de avenidas.

Hs:tirante de la corriente frente a la pila, en m.

b1:proyeccin en un plano perpendicular a la corriente, ancho y largo de la pila, en m.d:dimetro de las partculas ms gruesas que formas el fondo y sta representado aproximadamente por el d85 de la curva granulomtrica.

g:9.81 m/s.

Sustituyendo los valores en la expresin 12, se obtuvo la socavacin local de cada uno de los apoyos y se presenta en la siguiente tabla:

ESTACIONKmHo(m)So(m)

PILA 24.922.40

La socavacin total se presenta en la siguiente tabla:

ESTACIONKmSoc. general(m)Soc. Local(m)Soc. Total(m)

240+469.284.370.004.37

240+475.104.430.004.43

240+478.106.550.006.55

Pila 26.512.408.90

240+485.266.410.006.41

240+488.214.390.004.39

Como puede apreciarse la socavacin mxima se presentara en el sitio de la pila 2 que se encuentra dentro del cauce y deber ser tomada en cuenta en la revisin de la capacidad de carga de este apoyo.

Se revis adicionalmente la socavacin general y local con otros mtodos los cuales se indican a continuacin.

Socavacin general con el criterio propuesto por Maza Alvarez y Echeverra Alfaro (1973).

Donde:

Yms:es el tirante medido desde el nivel de diseo, en m.Q: gasto de diseo, en m/s.W:es el ancho del espejo de agua, para el gasto de diseo, en m.d50:es el dimetro de las partculas del material del cauce, en m.

Considerando el gasto de diseo de 536 m/s, el tirante medio de 3.32 m, un ancho del espejo de agua de 30.93 m, el dimetro de las partculas de 0.003 m y sustituyendo estos valores en la ecuacin 16, se obtuvo una socavacin general en el cauce de 5.28 m.

Para el calcul de socavacin local se emple el criterio propuesto por Melville.

Donde:

KyB:tirante y dimensin de la pila, en m.Kl:intensidad del flujo, adimensional.Kd:tamao del sedimento, adimensional.Ks:forma de la pila, adimensional.K:alineamiento de la pila, adimensionalKG:geometra del cauce, adimensional.Kt:tiempo, adimensional.b:ancho de la pila , en m.

Considerando un dimetro d50 de 1.12 mm, una velocidad de 5.01 m/s, un ancho de la pila de 1.20 m, un tiempo de concentracin de la avenida de 3 das y sustituyendo estos valores en la ecuacin 17, se obtuvo una socavacin local de 2.82 m.La socavacin total con estos criterios, se presenta en la siguiente tabla:

ESTACIONKmSoc. general(m)Soc. Local(m)Soc. Total(m)

240+469.285.280.005.28

240+475.105.280.005.28

240+478.105.280.005.28

Pila 25.282.407.68

240+485.265.280.005.28

240+488.215.280.005.28

7.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES DE CIMENTACION

7.1.-CONCLUSIONES

a) El material al nivel de desplante en la zona de los apoyos sta constituido por arcilla de consistencia dura, en el Caballete 1 y pila 2. En el Caballete 3 el material est constituido por arena, caf verdoso, compacta.

b) Para fines de revisin de la cimentacin y con base en el Manual de Diseo de Obras Civiles de la Comisin Federal de Electricidad, el puente se encuentra dentro de la zona C de sismicidad alta y el tipo de material a considerar en la revisin ser tipo II.

c) La socavacin total afectara el comportamiento de la pila 2, ya que la mxima resulto del orden de 8.90 m, por lo contraccin que produce el puente en el cauce del ro.

7.2.-RECOMENDACIONES DE CIMENTACIN

a) El nivel de desplante de los apoyos de los apoyos se indica en la siguiente tabla:

APOYONNIVEL DE DESPLANTE(m)

Caballete 11570.56

Pila 21573.00

Caballete 21569.24

b) La capacidad de carga admisible para cada uno de los apoyos, se indica en la siguiente tabla:

ApoyoNQadm (ton)B= 1.00 mQadm (ton)B= 1.20 mQadm (ton)B= 1.50 m

Caballete 1170215300

Pila 2115150205

Caballete 3200270390

c) Los asentamientos calculados de estos cimientos sern del orden de 10 a 13 cm inmediatos en su mayor y no afectaran el comportamiento general de la estructura, ya que estos ya se presentaron durante su construccin y vida til.

d) Los coeficientes de reaccin horizontal y vertical ante solicitaciones dinmicas por sismo se presentan en la siguiente tabla:

ApoyoKMB(m)Prof.(m)Ksh(t/m)Ksv(t/m)

Caballete 11.200.00 6.705025

6.70 12.903675

12.90 21.906525

21.90 28.708561810

Pila 21.500.00 2.75119

2.75 8.90387

8.90 15.003871196

Caballete 31.200.00 6.201757

6.20 13.103619

13.10 24.15633

24.15 29.95247962040

A t e n t a m e n t e

ING. JORGE DELGADO CORDOBACED. PROF. 2578561

BIBLIOGRAFA

1.-Mecnica de suelos tomo II, Eulalio Jurez Badillo y Alfonso Rico Rodrguez, sexta reimpresin 1986.

2.-Foundation, Analysis and Design, Joseph E: Bowles, Tirad Edition.

3.-Geologa aplicada a la ingeniera Civil, Mariano Ruiz Vzquez y Silvia Gonzalez Huesca, primera reimpresin.

4.-Principios de Ingeniera de Cimentaciones, Braja M. Das, Quinta Edicin.

5.-Manual de Cimentaciones Profundas, de la Sociedad Mexicana de Mecnica de Suelos, A.C. Mxico 2001.

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