estudio de suelos ie n°40380

INGENIERO GUIDO ROJAS SALAS E-mail [email protected] CONSULTOR DE OBRAS Telf. 4217385 9986-756-522

Estudio de suelos con Fines de INSTITUCION EDUCATIVA N° 40380 CALLALLI Dist. Callalli Dpto. Caylloma Dpto. Arequipa

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INFORME TECNICO

ESTUDIO DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACION

INSTITUCION EDUCATIVA N° 40380 CALLALLI

UBICACIÓN:

DEPARTAMENTO. : AREQUIPA PROVINCIA : CAYLLOMA DISTRITO : CALLALLI

SOLICITADO:

MINICIPALIDAD DE CALLALLI

MARZO– 2012



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INDICE

Págs.

1 GENERALIDADES 5 1.1 Objetivo del Estudio 5 1.2 Ubicación y Descripción del Área en Estudio 5 1.3 Acceso al Área en Estudio 5 1.4 Condición Climática 6 1.5 Levantamiento Topográfico. 6 1.6 Altitud de la Zona 6 2 GEOLOGIA Y SISMICIDAD EN EL AREA EN ESTUDIO 6 2.1 Geología 6 2.2 Sismicidad 7 3 INVESTIGACIONES DE CAMPO 7 3.1 Trabajo de Campo 8 3.1.1. Calicatas o Pozos de Exploración 8 3.1.2. Muestreo y Registros de Exploración 8 4 CIMENTACIONES DE LAS ESTRUCTURAS TIPO OINFES A TOMAR EN

CUENTA PARA EL CÁLCULO DE LA CAPACIDAD PORTANTE ADMISIBLE 8 5 ENSAYOS DE LABORATORIO 8 5.1. Ensayos Estándar 9 5.2. Ensayos Especiales 9 5.3. Clasificación de Suelos 9 6 PERFILES ESTRATIGRAFICOS 10 6.1. Descripción de la Conformación del Subsuelo del Área en Estudio 10



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7 ANALISIS DE LA CIMENTACION 10 7.1. Tipo y Profundidad de Cimentación 10 7.2. Cálculo de la Capacidad Portante Admisible 10 7.3. Determinación Asentamiento 11 8 ANALISIS QUIMICO DE SALES AGRESIVAS AL CONCRETO 12 9 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 12



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ANEXOS ANEXO I : ENSAYOS DE LABORATORIO

- Ensayos Estándar

- Ensayos Especiales ANEXO II : TRABAJO DE CAMPO

- Registro de Exploración ANEXO III :

PLANO

- Plano de ubicación de la zona, ubicación de Calicatas, Perfiles Estratigráficos. ANEXO IV :

MATERIAL FOTOGRAFICO

- Material Fotográfico



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1. GENERALIDADES

1.1 Objeto del Estudio

El presente Informe Técnico tiene por objeto investigar las condiciones

geotécnicas del subsuelo del terreno asignado a la INSTITUCION EDUCATIVA N° 40380 CALLALLI por medio de trabajos de campo a través de pozos de exploración o Calicatas “a cielo abierto“, ensayos de laboratorio estándar y especiales a fin de obtener las principales características físicas y mecánicas del suelo, sus propiedades de resistencias, deformación, la agresividad química de sus componentes, labores de gabinete en base a los cuales se define los Perfiles Estratigráficos, tipo y profundidad de cimentación, Capacidad Portante Admisible, Asentamiento y las recomendaciones generales para la cimentación.

El programa seguido para los fines propuestos, fue el siguiente: - Reconocimiento del terreno - Distribución y ejecución de Calicatas - Ejecución de ensayos de laboratorio - Evaluación de los trabajos de campo y laboratorio - Perfiles Estratigráficos - Análisis de la Capacidad Portante Admisible - Determinación de Asentamiento - Análisis de Sales Agresivas al Concreto - Conclusiones y Recomendaciones

1.2 Ubicación y Descripción del Área en Estudio

El terreno en estudio se encuentra ubicado en la Localidad de Callalli en

el Distrito de Callalli Prov. Caylloma y Dpto. Arequipa. Se encuentran ubicados en la parte alta del río Colca a una altitud promedio de 3800 msnm, donde la actividad económica principal es la cría de auquénidos y ovinos.

1.3 Acceso de Área en Estudio El poblado de Callalli se encuentra en la parte alta de la cuenca del

Colca se comunican con la ciudad de Arequipa a través de la carretera que por sectores se encuentran en proceso de reconstrucción, es posible llegar a estos poblados a través de Arequipa-Chivay o Arequipa-La Pulpera. A su vez los poblados de Callalli se conectan con la ciudad del Cusco y la localidad de Caylloma.



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1.4 Condiciones Climáticas de la zona

Región andina: Región ubicada entre los 3,000 y 4,000m, de clima templado subhúmedo con temperaturas promedio anuales de 7.8°C mayores en el verano (10.8°C) y mínimas en el invierno (4.8°C), con máximas de 21°C y mínimas extremas de 10.6°C.

1.5 Levantamiento topográfico

Se realizó el levantamiento topográfico de la integridad de la infraestructura del INSTITUCION EDUCATIVA N° 40380 CALLALLI tiene una topografía accidentada, con un área 10,239.24 m.

1.6 Altitud de la Zona

La zona en estudio, se encuentra entre las coordenadas de UTM

237,450 y 8’284,300 Zona 18, sobre la cota de 3878.80 metros sobre el nivel del mar.

2.00 GEOLOGIA Y SISMICIDAD EN EL AREA EN ESTUDIO 2.1 Geología 3.2 CORRELACION ENTRE CAUCE Y ESTRUCTURA GEOLÓGICA DEL RÍO COLCA Desde sus nacientes el río Colca presenta una correlación entre su recorrido (cauce) y la geología (sistemas de fallamiento, plegamiento y rocas). En la cuenca alta, en su naciente, conocido como río Chilamayo su cauce de dirección SE-NO y N-S, muestra un control litológico, pues recorre en el contacto entre areniscas tobáceas, calizas del Grupo Maure e ignimbritas dacíticas y lavas andesitas-dacitas del Grupo Barroso, hasta el sector de Pallca (Qda. Infiernillo), continuando con la misma dirección por los cuadrángulos de Callalli y Condoroma hasta el paraje Morokake desembocadura de la Qda. Charcantaya afluente por la margen derecha, cruzando en este sector primero a la Fm. Sillapaca (lavas porfiríticas , andesíticas a dacíticas, luego como característica peculiar cerca y en el contacto entre afloramientos de la Fm. Confital (Grupo Barroso) y Grupo Maure indiviso con la Fm. Sillapaca, y luego, entre las Qda. Huamarutuña y Charcantaya por sectores, entre lavas andesíticas del Grupo Tacaza y Fm. Acopata del Grupo Barroso, manifestándose igualmente un control litológico en el cauce principal y quebradas tributarias. Los afluentes primarios muestran un patrón de drenaje paralelo a subparalelo. Cabe mencionar que las fallas o estructuras geológicas, reconocidas en este sector tienen dirección NO-SE, que coinciden con la dirección principal del Río Colca, Río Llapa y otras quebradas menores cono Lloclla y Parcomayo. Entre Morokake y Sibayo el río cambia de dirección a NE-SO y N-S, dando un quiebre en forma de “U” invertida, debido evidentemente a un control litológico, originado por la depositación del Volcánico Barroso (Fm. Acopata) en el Plioceno, que hicieron cambiar de curso del Río Colca. Aquí atraviesa tobas del Grupo Tacaza y en el contacto entre cuarcitas, calizas y lutitas del Grupo Yura y los Volcánicos Tacaza (entre Cotaña y Sibayo). Este control lito-morfoestructural se hace más evidente entre Sibayo y Pinchollo, en donde la



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actividad volcánica del Plio-Pleistoceno (Grupo Barroso) y reciente (Grupo Ampato). La orientación entre Chivay y Cabanaconde es E-O, la dirección del cauce, está controlado por la actividad volcánica mencionada, e inclusive el ancho de la cuenca estrecha en este sector (Chivay y Pinchollo), que evidencia la ocurrencia de centros volcánicos tanto al Norte (Volcán Mismi y otros) y al sur (Hualca Hualca, Sabancaya, Ampato y Ananto), como divisorias de aguas, reduciendo el ancho de la cuenca en este sector a 27 Km. Como expresión litomorfo-estructural más saltante se incluye también el cañón del río Colca, de aproximadamente 64Km. de longitud, que se inicia en Pinchollo al este y termina 2Km. aguas debajo de la Qda. Andamayo, con un recorrido NE a SO, el cual ha labrado su cauce en el tramo inicial, en rocas volcánicas del Grupo Ampato, erosionadas en aproximadamente 3,000 metros (zona más profunda), luego rocas del Precámbrico y finalmente cortando perpendicularmente a secuencias replegadas del Grupo Yura y la Fm. Murco, fácilmente erosionables hasta la confluencia con el río Taparza. El río mantiene una dirección casi paralela a fallas gravitacionales neotectónicas, siendo posible que el cañón esté pasando por una de ellas, que en forma longitudinal se une a la falla Filos Unca, prolongándose hasta frente a Pampa de Ayo donde se ha reactivado y controla estructuralmente el cauce principal del río. Las divagaciones de éste serían pequeñas fallas tensionales relacionadas a la falla principal. La localidad de Callalli está constituido principalmente por material aluvial caracterizado por bloques, guijarros, y arenas gravosas de color gris claro, superficialmente se halla la presencia de arenas limosas de color rojiza hacia el sector nor-oeste y de color gris oscuro, con presencia de material orgánico hacia el sector Sur Oeste. Es recomendable, para el caso de las construcciones con material noble, el tipo de cimentación mediante vigas de conexión, ya que las características de los suelos inducen la presencia de deformaciones de los suelos, que podrían causar asentamientos diferenciales con los consiguientes efectos de daños estructurales. Según los estudios de refracción sísmica el poblado de Callalli se encuentra asentada sobre una terraza aluvial cuyo suelo es relativamente estable, correspondiéndole un nivel de peligrosidad moderada. 2.2. Sismicidad.

De acuerdo al Nuevo Mapa de Zonificación Sísmica del Perú, según la

nueva Norma Sismo Resistente (NTE E-030), se concluye que el área en estudio se encuentra dentro de la zona de Alta Sismicidad (Zona 3), existiendo la posibilidad de que ocurran sismos de intensidades tan considerables como de VII a IX en la escala de Mercalli Modificada. De acuerdo con la nueva Norma Técnica NTE E-30 y el promedio del suelo bajo la cimentación, se recomienda adoptar en los Diseños Sismo-Resistentes, los siguientes Parámetros

Factor de zona : Z = 0.4 Factor de amplificación del suelo : S = 1.00 Período que define la Plataforma de espectro : Tp = 0.90”

3.0 INVESTIGACIONES DE CAMPO



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3.1 Trabajos de Campo Para los fines propuestos, se realizaron los siguientes:

3.1.1. Calicatas o Pozos de Exploración

Se realizaron Cuatro (04), Calicatas o pozos de exploración “a cielo abierto”, designados como C-1, C-2, C-3, y C-4 los cuales fueron ubicados convenientemente y con profundidades suficientes de acuerdo a la intensidades las cargas estimadas en el Proyecto.

Este sistema de exploración nos permite evaluar directamente las

diferentes características del subsuelo en su estado natural. Las excavaciones alcanzaron las siguientes profundidades:

Pozo Profundidad (m) A cielo abierto

Nivel Freático con respecto a nivel de relieve

(m.) C-1 3.00 1.55 m.

C-2 3.00 1.50 m.

C-3 3.00 1.70 m.

C-4 3.00 1.75 m.

3.1.2. Muestreo y Registros de Exploración

Se tomaron muestras disturbadas representativas de los estratos atravesados en cada calicata y en cantidades suficientes como para realizar los ensayos de identificación y clasificación, también se extrajeron muestras representativas para el Análisis Químico de Sales Agresivas al Concreto en la en el estrato que varia de 0.00 – 3.00 m.

Paralelamente al muestreo se realizaron los registros de exploración, en

los que se indican las diferentes características de los estratos subyacentes, tales como tipo de suelo, espesor del estrato, color, humedad, plasticidad, compacidad, etc.

4 CIMENTACIONES DE LAS ESTRUCTURAS TIPO ONFE A TOMAR EN CUENTA

PARA EL CÁLCULO DE LA CAPACIDAD ADMISIBLE DE CARGA. El proyecto de la INSTITUCION EDUCATIVA N° 40380 CALLALLI

consistirá en edificaciones de hasta 2 piso, y mejoramiento de cerco perimétrico construidos con material de concreto armado.

5 ENSAYOS DE LABORATORIO



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Los ensayos de laboratorio Estándar y Especiales, fueron realizados en Arquitectura e ingeniería edificaciones y el Laboratorio de Mecánica de Suelos de GARUDHA INGENIEROS S.AC.GARUDHA INGENIEROS S.AC.GARUDHA INGENIEROS S.AC.GARUDHA INGENIEROS S.AC. Y el ensayo Químico de Sales Agresivas al Concreto fue realizado en el Laboratorio “UNIVERSIDAD AGRARIA DE LA MOLINA”, bajo las Normas de la American Society For Testing and Materials (A.S.T.M.).

5.1 Ensayos Estándar

Se realizaron los siguientes ensayos: - Análisis Granulométrico por Tamizado ASTM D-421 - Limite Líquido y Limite Plástico ASTM D-4318 - Contenido de Humedad ASTM D-2216 5.2 Ensayos Especiales

Se realizó el siguiente ensayo:

En una muestra representativa del terreno de 0.00 - 3.00 m. de profundidad, se realizó el Análisis Químico de Sales Agresivas al Concreto.

5.3 Clasificación de Suelos

Las muestras ensayadas en el laboratorio se han clasificado de acuerdo

al Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (S.U.C.S.) y las muestras restantes que no figuran en el cuadro fueron clasificados por pruebas sencillas de campo, observación y comparación con las muestras representativas ensayadas.

CUADRO DE CLASIFICACION DE SUELOS

POZOS C-1 C-3 Profundidad 0.30-1.50 0.40 – 2.50 % Pasa Malla Nº 4 100 72.84 % Pasa Malla Nº 200 53.45 34.18

% de grava 1.28 27.16 % de arena 45-04 38.65 Limite liquido 31.72 43.95 Índice Plástico 7.81 15.14 Coeficiente Uniformidad (Cu) --- --- Coeficiente Curvatura (Cc) --- --- Diámetro Efectivo (D10) --- --- Humedad 25.96 30.23 Clasificación de Suelos “SUCS”

ML SM



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6 PERFILES ESTRATIGRAFICOS

De acuerdo a los trabajos de campo, ensayos de laboratorio y de la inspección realizada, se efectuaron Cuatro (4) perfiles estratigráficos inferidos de eje A-A, eje B-B, eje C-C, y eje D-D que une los pozos C-1, C-2 distanciados entre sí 49.50 m., C-2, C-3 distanciados entre si 37.80 m., C-3, C-4 distanciados entre sí con 73.80 m., C-4, C-1 distanciados entre sí con 49.60 m., respectivamente.

6.1 Descripción de la Conformación del Subsuelo del Área en Estudio

De acuerdo a los perfiles estratigráficos inferidos, se determina que el subsuelo del área en estudio está conformado de la siguiente manera:

Superficialmente y hasta las profundidades variables de 0.00 m., a 0.30

m. presenta una superficie de arcillas y en algunos casos limos con presencia de material orgánico y raíces.

Por debajo y hasta la profundidad variable de 0.30 m. y 1.50 m.,

presenta limos arenosos de color marrón claro alta humedad, semicompacto, presencia de piedras angulosas mayores de 2” en un 40%.

Finalmente a la profundidad de variable de 1.50 m., a 3.00 m., presenta

arena de grano uniforme de color beige con tendencia a negro, húmeda semicompacto presenta piedras mayores a 2” en un 60%.

7 ANALISIS DE CIMENTACION

7.1 Tipo y Profundidad de Cimentación

De acuerdo a los trabajos de campo, ensayos de laboratorio, descripción de los perfiles estratigráficos, características del proyecto y al análisis efectuado, se concluyen que la cimentación será superficial por medio zapatas armadas conectadas en ambas direcciones, desplantada a la profundidad de 1.20 m. con respecto al nivel de terreno arenoso.

7.2 Capacidad de Carga Admisible

Se ha determinado la capacidad portante del terreno basándose en las

características del subsuelo y se han propuesto dimensiones para la cimentación.

Se aprecia en el análisis de laboratorio, que el sector en evaluación del

suelo para la densidad húmeda promedio (γ = 1.68 kg/cm3) y para una densidad sumergida (γ = 1.68 kg/cm3) obtenido en la muestras representativa en terreno natural corresponde a un suelo, cuyos valores del ángulo de fricción



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∅∅∅∅ = 29.6° y una cohesión C=0.00 como parámetro de resistencia del suelo a una profundidad de 1.30 m.

La capacidad de carga se ha determinado basándose en la fórmula de

Terzaghi y corroborada por Meyerhof. De acuerdo a la Siguiente relación.

Cohesión : C= 0.00 Kg./cm². Angulo de fricción : ∅∅∅∅ = 29.6º

1 2 qad = ---- (----- CN’c + γ1Df N’q + R’w 0.5 Bγ2 N’γ )....... (1) FS 3

qad = capacidad admisible de carga FS = factor de seguridad = 3 γ1, γ2 = densidades. C = cohesión B = ancho de la zapata Df = profundidad de cimentación R’w = factor de posición por nivel freático. Nc’, N’γ, N’q = factores de capacidad de carga combinada

Considerando:

∅∅∅∅ = 29.6º C = 0.00 Kg/cm2 γ1 = 1.68 Tn/m3 Df = 1.20 m. γ2 = 1.68 Tn/m3 B = 1.70 m. N’γ = 16.2 N’c= 34.24 N’q = 20 R’w = 1 Aplicando la fórmula 1: qad = 1.14 kg/cm²

7.3 Determinación del Asentamiento

El asentamiento elástico inicial será: B ( 1 – µ ² ) S = ∆qs --------------- Iw Es Donde : S = asentamiento (cm ) ∆qs = esfuerzo neto transmisible (Kg/cm2) B = ancho de cimentación (cm.) Es = módulo de elasticidad (Kg/cm2)



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µ = relación de Poisson Iw = factor de influencia que depende de la

forma y La rigidez de la cimentación (Bowles, 1997).

Las propiedades elásticas del suelo de cimentación fueron asumidas a

partir de tablas publicadas con valores para el tipo de suelo existente donde ira desplantada la cimentación.

Los cálculos de asentamiento se han realizado considerando cimentación rígida y flexible, se considera además que los esfuerzos transmitidos son iguales a la capacidad admisible de carga. A continuación se presenta los siguientes cálculos.

µ = 0.35 Qs = 11.41 B = 1.70 Es = 2000 Iw = 82 Se obtiene: ∆HD (cm) = 0.69 cm.

Por lo tanto podemos concluir que los asentamientos serán inferiores a

los permisibles (2.54 cm.) Se concluye que no habrá problemas por asentamiento.

8 ANALISIS QUIMICO DE SALES AGRESIVAS AL CONCRETO

De los resultados obtenidos del ensayo de Análisis Químico de Sales Agresivas al Concreto de Cimentación, realizado en una muestra representativa de 0.00 – 3.00 m. de profundidad, se tiene: Sulfatos como ión SO4 (ppm) ASTM-D516 = 13.62 PPM Cloruro como ión Cl (ppm) ASTM – D-512 = 37.21 PPM

Con este resultado se determina que no tiene agresividad de los sulfatos al concreto, en el caso de cloruros no tiene agresividad al fierro, por lo tanto se recomienda el uso del cemento Portland Tipo I.

9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

- El terreno en estudio se encuentra ubicado en la Localidad de Callalli en

el Distrito de Callalli Prov. Caylloma y Dpto. Arequipa. Se encuentran ubicados en la parte alta del río Colca a una altitud promedio de 3800 msnm, donde la actividad económica principal es la cría de auquénidos y ovinos. tiene una topografía accidentada, con un área 10,239.24 m.



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- El poblado de Callalli se encuentra en la parte alta de la cuenca del

Colca se comunican con la ciudad de Arequipa a través de la carretera que por sectores se encuentran en proceso de reconstrucción, es posible llegar a estos poblados a través de Arequipa-Chivay o Arequipa-La Pulpera. A su vez los poblados de Callalli se conectan con la ciudad del Cusco y la localidad de Caylloma.

- De acuerdo a los trabajos de campo, ensayos de laboratorio, a las características del proyecto y al análisis efectuado, se concluye lo siguiente: Superficialmente y hasta las profundidades variables de 0.00 m., a 0.30 m. presenta una superficie de arcillas y en algunos casos limos con presencia de material orgánico y raíces. Por debajo y hasta la profundidad variable de 0.30 m. y 1.50 m., presenta limos arenosos de color marrón claro alta humedad, semicompacto, presencia de piedras angulosas mayores de 2” en un 40%. Finalmente a la profundidad de variable de 1.50 m., a 3.00 m., presenta arena de grano uniforme de color beige con tendencia a negro, húmeda semicompacto presenta piedras mayores a 2” en un 60%.

- La cimentación en la zona a cambiar el Cerco perimétrico será superficial por medio de zapatas armadas conectadas, desplantada a la profundidad de 1.20 m. con respecto al nivel de terreno en material arenoso, para una Capacidad Portante Admisible de: qad = 1.14 Kg/cm2, y un asentamiento diferencial del orden de: ∆H = 0.59 cm. En el caso de encontrar materiales de diferentes características por debajo de ésta profundidad, se podrá reemplazar por subcimientos de concreto pobre para alcanzar el suelo de fundación.

- En el caso de realizar obras exteriores veredas, losas, se deberá

reemplazar la sub. Rasante con material de afirmado en un espesor mínimo de 0.30 m., para alcanzar el suelo de fundación mediante compactación dinámica por capa de 0.15 m., de espesor hasta alcanzar un grado mínimo de compactación igual al 95 % de la máxima densidad seca (MDS) del Proctor modificado.

- Se ha encontrado nivel freático una profundidad de 1.55 m del nivel de terreno. - El suelo en estudio no tiene agresividad de los sulfatos al concreto, el

caso de cloruros no tiene agresividad al fierro, por lo tanto se recomienda el uso del cemento Portland Tipo I.

- Las conclusiones y Recomendaciones son válidas para la zona en

estudio.

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