Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza MINISTERIO DE INFRAESTRUCTURA, VIVIENDA Y TRANSPORTE OBRA: METROTRANVÍA DE MENDOZA ESTUDIO GEOTÉCNICO BASES DE LA LÍNEA DE ALTA TENSIÓN PROVINCIA DE MENDOZA DEPARTAMENTO: GODOY CRUZ – MENDOZA EMPRESA SIEMENS S. A. Julio de 2011 Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza 1- INTRODUCCION El Ministerio de Infraestructura, Vivienda y Transporte de la Provincia de Mendoza está construyendo el METROTRANVÍA DE MENDOZA. La traza del mismo utiliza el recorrido de las vías del ex Ferrocarril General San Martín, El Tramo total se desarrolla entre la Estación Central en la ciudad de Mendoza y la Estación Gutiérrez de Maipú, con una longitud total aproximada de 12,5 km. El Tramo a estudiar geotécnicamente corresponde a la parte donde la traza va en terraplén, en particular el que se desarrolla entre las Calles Av. San Martín a Balcarce. Dado que el Metrotranvía será eléctrico, es necesario proyectar y construir obras de electrificación, en particular, se contempla la ejecución de una línea de alta tensión, proyecto a cargo de la Empresa SIEMENS S. A. El presente Estudio Geotécnico tiene por objetivo conocer los tipos, características y parámetros geomecánicos de los suelos de fundación en tres (3) sitios elegidos previamente por el Comitente. Los sitios elegidos están en las cercanías de los puentes metálicos que cruzan la siguientes Calles: - Av. San Martín - Belgrano - Balcarce En el Departamento Godoy Cruz, donde se prevé la instalación de columnas para la Línea de Alta Tensión. A continuación se muestra en Figuras Nᵒ 1-1 y Nᵒ 1-2, la Ubicación General en la República Argentina y en la Provincia de Mendoza. Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza Figura Nᵒ 1-1: Imagen de Ubicación General Figura Nᵒ 1-2: Imagen de Ubicación en la provincia de Mendoza Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza 2- PLANIFICACION DE LOS ESTUDIOS Los estudios se planificaron en sitios preseleccionados por Siemens S.A. y que se denominaron Calicatas y consisten en pozos excavados a mano de aproximadamente 0,90 m de diámetro y 7 m de profundidad. Esta última variable fue fijada por el comitente. En consecuencia se denominó P-l, P-2 y P-3, a los pozos calicatas, cuya ubicación se muestra en la Figura Nᵒ 2-1. El detalle de la ubicación planificada es el siguiente: P-1 Puente sobre Av. San Martín: A aproximadamente 16,00 m sobre el costado oeste del cruce, en el centro de ambas vías. P-2 Puente sobre calle Belgrano: A aproximadamente 17,00 m sobre el costado oeste del cruce y al sur de las vías. P-3 Puente sobre calle Balcarce: A 74,00 m sobre el costado oeste del cruce y al norte de las vías. Calicata P-1 P-2 P-3 Tabla Nᵒ 2-1 Coordenada X [m] 6 358 514 6 358 249 6 358 116 Coordenada Y [m] 2 514 370 2 514 634 2 514 786 Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza Figura Nᵒ 2-1: Imagen de Ubicación-Planificación de la Ubicación de las Calicatas Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza 3- TRABAJOS DE CAMPAÑA Se procedió a excavar en cada sitio preestablecido, salvo en el sitio P-3 (Puente sobre calle Balcarce), donde se interrumpió a 3,80 m la excavación por la existencia de un relleno muy inestable conformado por gravas y rodados grandes. A pesar de chicotear sus paredes con una lechada de yeso y cemento, no pudo evitarse el desprendimiento intermitente de cantos rodados, con el consiguiente riesgo para el operario que en el fondo del pozo hacía el avance. En consecuencia se decidió continuar la exploración a partir del pie del talud sobre el costado norte de las vías, realizando un nuevo sondeo continuación del anterior y que se ha numerado P-3’. El mismo comenzó a una cota relativa de aproximadamente 3.70 m respecto al terraplén del Ferrocarril, hasta alcanzar la profundidad envolvente de los 7,00 m y real de 3.20 m, aproximadamente. De acuerdo a los breves antecedentes obtenidos, estos terraplenes que soportan las vías del ex-FFCC datan de aproximadamente 100 años, habiéndose utilizado para su construcción materiales heterogéneos, conformados en general por suelos de la zona, conteniendo además rodados grandes y piedras de rechazo de cantera. Es importante destacar que en la época de construcción la disponibilidad de equipos de construcción, eran limitados, pero por el gran lapso transcurrido y el intensivo tráfico, estos terraplenes tuvieron su desempeño para ese exclusivo fin. Surge de los trabajos de campaña que el espesor final de los rellenos y la descripción de los materiales utilizados en los tres lugares se muestra continuación: Calicata Espesor de Relleno [m] P-1 3,00 m P-2 3,60 m P-3 5,30 m P-3’ Tipo de Relleno Suelo fino del lugar sin escombros; con algunas gravas hasta 1,60 m. Bajo nivel de compactación. Suelo fino del lugar sin escombros. Entre 3,00-3,60 m inestable, con gravas y rodados grandes. Suelo fino y granular con pequeños restos de escombros hasta 1,40 m. Sigue inestable y suelto, con restos de escombros y basura. Tabla Nᵒ 3-1 En P-3’ al pie del talud, continúa el relleno hasta 1,50 m; por ello asumimos que la altura total del relleno en el puente de calle Balcarce es: 3,80 m + 1,50 m = 5,30 m. Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza Figura Nᵒ 3-1: Imagen de Ubicación de la Calicata P-1 San Martín Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza Figura Nᵒ 3-2: Imagen de Ubicación de la Calicata P-2 Belgrano Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza Figura Nᵒ 3-3: Imagen de Ubicación de la Calicata P-3 y P-3’ Balcarce 3.1- ENSAYOS IN SITU Se efectuó metro a metro el ensayo de penetración S.P.T. utilizando el equipo normalizado Terzaghi (con punta maciza en los suelos granulares) y con el cono de arena se determinó la densidad natural de los suelos. 3.2- EXTRACCION DE MUESTRAS Se extrajeron muestras para realizar los siguientes ensayos de laboratorio: - Granulometría - Límites de Atterberg - Contenido de humedad natural - Densidades - De corte triaxial 3.2- DESCRIPCION FOTOGRAFICA DE LAS TAREAS DE CAMPAÑA REALIZADAS Se conformó un registro fotográfico de las tareas de campaña realizadas, a continuación se muestras las imágenes representativas. Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza Sondeo Nᵒ 1 Fotografía Nᵒ 1-1 Vista General Fotografía Nᵒ 1-2 Vista de las muestras extraidas Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza Fotografía Nᵒ 1-3 Vista Local de la Calicata Fotografía Nᵒ 1-4 Vista de la Calicata Realizada Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza Sondeo Nᵒ 2 Fotografía Nᵒ 2-1 Vista General de la Calicata Fotografía Nᵒ 2-2 Vista de los trabajos de excavación Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza Fotografía Nᵒ 2-3 Vista Local del Pozo Fotografía Nᵒ 2-4 Vista del Pozo excavado Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza Sondeo Nᵒ 3 Fotografía Nᵒ 3-1 Vista del Pozo P3 Fotografía Nᵒ 3-2 Vista de la medición de la profundidad del pozo Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza Fotografía Nᵒ 3-3 Vista de la ubicación de la calicata P-3’ Fotografía Nᵒ 3-4 Vista del Pozo de la calicata P-3’ Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza 4- RESULTADOS OBTENIDOS Los resultados de los ensayos de campaña y laboratorio se plasman Tablas, estratigráficos, planillas y las curvas granulométricas. Figura Nᵒ 4-1: Estratigrafía P-1 Figura Nᵒ 4-2: Estratigrafía P-2 perfiles Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza Figura Nᵒ 4-3: Estratigrafía P-3 Figura Nᵒ 4-4: Estratigrafía P-3’ Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza Figura Nᵒ 4-5: Curva Granulométrica Suelo Tipo CL Figura Nᵒ 4-6: Curva Granulométrica Suelo Tipo ML Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza Figura Nᵒ 4-7: Curva Granulométrica Suelo Tipo SP-SM Figura Nᵒ 4-8: Curva Granulométrica Suelo Tipo GP Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza Figura Nᵒ 4-9: Análisis Granulométrico Sondeo Nᵒ P-1 Figura Nᵒ 4-10: Análisis Granulométrico Sondeo Nᵒ P-2 Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza Figura Nᵒ 4-11: Análisis Granulométrico Sondeo Nᵒ P-3 y P-3’ Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza Ensayo Triaxial Rapido Escalonado Procedencia: Obra Metrotranvía Lugar Calicata San Martín Fecha: 11 de Julio de 2011 Nivel [ m] Cohesión Angulo de Fricción Módu lo de Elasticidad inicial Eo Módulo de Elasticidad 50 E50 -3,00 0,17 [ Kg/cm2 ] 15,92 [ Grados ] 156,67 [ Kg/cm2 ] 70,09 [ Kg/cm2 ] Densidad aparente del suelo 1,73 [ Kg/cm3 ] Presión cámara inicial Presión cámara final 1,00 [ Kg/cm2 ] 2,00 [ Kg/cm2 ] T1 ( máximo ) T1- Tlll ( máximo ) 3,97 [ Kg/cm2 ] 1,97 [ Kg/cm2 ] Cámara T1-Tlll T1 [ Kg/cm2 ] [ Kg/cm2 ] [ Kg/cm2 ] 1,00 1,21 2,21 2,00 1,97 3,97 3,00 0,00 3,00 4,00 0,00 4,00 5,00 0,00 5,00 6,00 0,00 6,00 Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza Ensayo Triaxial Rapido Escalonado Procedencia: Obra Metrotranvía Lugar Calicata San Martín Fecha: 11 de Julio de 2011 Nivel [ m] Cohesión Angulo de Fricción Módu lo de Elasticidad inicial Eo Módulo de Elasticidad 50 E50 -4,50 0,06 [ Kg/cm2 ] 19,15 [ Grados ] 170,45 [ Kg/cm2 ] 76,89 [ Kg/cm2 ] Densidad aparente del suelo 1,71 [ Kg/cm3 ] Presión cámara inicial Presión cámara final 1,00 [ Kg/cm2 ] 2,00 [ Kg/cm2 ] T1 ( máximo ) T1- Tlll ( máximo ) 4,12 [ Kg/cm2 ] 2,12 [ Kg/cm2 ] Cámara T1-Tlll T1 [ Kg/cm2 ] [ Kg/cm2 ] [ Kg/cm2 ] 1,00 1,15 2,15 2,00 2,12 4,12 3,00 0,00 3,00 4,00 0,00 4,00 5,00 0,00 5,00 6,00 0,00 6,00 Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza Ensayo Triaxial Rapido Escalonado Procedencia: Obra Metrotranvía Lugar Calicata Belgrano Fecha: 11 de Julio de 2011 Nivel [ m] Cohesión Angulo de Fricción Módu lo de Elasticidad inicial Eo Módulo de Elasticidad 50 E50 -4,50 0,16 [ Kg/cm2 ] 14,22 [ Grados ] 111,59 [ Kg/cm2 ] 52,35 [ Kg/cm2 ] Densidad aparente del suelo 1,88 [ Kg/cm3 ] Presión cámara inicial Presión cámara final 1,00 [ Kg/cm2 ] 2,00 [ Kg/cm2 ] T1 ( máximo ) T1- Tlll ( máximo ) 3,72 [ Kg/cm2 ] 1,72 [ Kg/cm2 ] Cámara T1-Tlll T1 [ Kg/cm2 ] [ Kg/cm2 ] [ Kg/cm2 ] 1,00 1,07 2,07 2,00 1,72 3,72 3,00 0,00 3,00 4,00 0,00 4,00 5,00 0,00 5,00 6,00 0,00 6,00 Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza Ensayo Triaxial Rapido Escalonado Procedencia: Obra Metrotranvía Lugar Calicata Balcarce Fecha: 11 de Julio de 2011 Nivel [ m] Cohesión Angulo de Fricción Módu lo de Elasticidad inicial Eo Módulo de Elasticidad 50 E50 -4,50 0,07 [ Kg/cm2 ] 21,34 [ Grados ] 118,53 [ Kg/cm2 ] 127,14 [ Kg/cm2 ] Densidad aparente del suelo 1,47 [ Kg/cm3 ] Presión cámara inicial Presión cámara final 1,00 [ Kg/cm2 ] 2,00 [ Kg/cm2 ] T1 ( máximo ) T1- Tlll ( máximo ) 4,50 [ Kg/cm2 ] 2,50 [ Kg/cm2 ] Cámara T1-Tlll T1 [ Kg/cm2 ] [ Kg/cm2 ] [ Kg/cm2 ] 1,00 1,35 2,35 2,00 2,50 4,50 3,00 0,00 3,00 4,00 0,00 4,00 5,00 0,00 5,00 6,00 0,00 6,00 4.1- DESCRIPCION DE LOS SUELOS En el Departamento Godoy Cruz mayoritariamente los suelos son sedimentarios de origen aluvial. El perfil predominante es una mezcla de suelos finos con contenido variable de arcilla, también con estratos intercalados de arena fina. Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza Sobre estos estratos naturales apoyan los terraplenes en estudio. A profundidad variable aparecen estratos granulares de gravas de espesor variable, pudiéndose encontrar suelos de granulometría discontínua tipo GP. 4.2- CLASIFICACIÓN – PROPIEDADES 4.2.1. CLASIFICACIÓN En función de los resultados de los ensayos de granulometría y de los límites de Atterberg se hizo la clasificación de los suelos de acuerdo al Sistema Unificado de Clasificación de Suelos y la carta de plasticidad de Casagrande. Luego de atravesar los rellenos indicados y tal como se verifica en los perfiles estratigráficos de las tres calicatas, se manifiesta una alternancia de suelos finos: arcilla inorgánica tipo CL y limo inorgánico tipo ML, seguidos por un pequeño estrato de arena con gravas mal graduada algo limosa tipo SPSM. Subyacente se define en forma franca el horizonte granular más grueso mezcla de grava y arena mal graduada con rodados variables de 20 a 40 cm tipo GP. 4.2.2. PROPIEDADES FÍSICAS Y GEOMECÁNICAS El contenido de humedad natural de los suelos finos es relativamente bajo (wmáx = 16,3%). La plasticidad de los estratos CL y ML varía entre media a baja: LLmáx = 41,6 IPmáx = 17,0 Representada por la franja rayada entre las curvas límites de Atterberg. Los suelos no estarían afectados por sales. El Ensayo de penetración S.P.T., que aporta in situ una idea concreta del grado de resistencia natural de los suelos. Los valores Obtenidos se muestran en la siguiente Tabla: Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza Profundidad (m) 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 P1 5 (relleno) 4 (relleno) 10 9 9 8 32 Número de Golpes (N) P2 P3 4 (relleno) 11 (relleno) 3 (relleno) 3 (relleno) 4 (relleno) 3 (relleno) 4 36 >50 >50 P3’ 5 (relleno) 5 40 >50 Tabla Nᵒ 4-1 N: es el número de golpes que corresponden para los últimos 30 cm de penetración. Esta Tabla pone de manifiesto los bajos registros obtenidos del S.P.T., sobre todo en los rellenos propiamente dichos (N = 3-4-5-11). A esto se agrega, que en los suelos finos sobre los que se construyeron los terraplenes tampoco los S.P.T. son elevados (N = 4-5-8-9); su consistencia puede calificarse cualitativamente como blanda a medianamente compacta, favorecida por el escaso porcentual de humedad. En cambio, en los tres lugares los valores aumentan sensible y progresivamente cuando se detecta el horizonte granular GP (N = 32-36-40>50). 4.3- PARÁMETROS GEOTÉCNICOS Suelo Tipo CL 3 2 γ = 1,74 Tn/m c = 0,17 Kg/cm 3 Cbvert = 2,00 kg/cm 2 ϕ = 16º Eo = 300 Tn/m 3 Cbhor = 1,00 kg/cm Suelo Tipo ML 3 2 γ = 1,65 Tn/m c = 0,06 Kg/cm 3 Cbvert = 3,00 kg/cm 2 ϕ = 19º Eo = 400 Tn/m 3 Cbhor = 1,50 kg/cm Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza Suelo Tipo SP-SM 3 2 γ = 1,83 Tn/m c = 0,00 Kg/cm 2 ϕ = 40º 3 Eo = 1 700 Tn/m 3 Cbvert = 8,00 kg/cm Cbhor = 4,00 kg/cm Suelo Tipo GP 3 2 γ = 2,15 Tn/m c = 0,00 Kg/cm 3 Cbvert = 12,00 kg/cm 2 ϕ = 40º Eo = 2 000 Tn/m 3 Cbhor = 6,00 kg/cm No corresponde adjudicar valores de las constantes geomecánicas a los suelos de los rellenos ( Terraplén del Ferrocarril). CAPACIDAD PORTANTE A dichas cotas, proponemos para el GP un valor único de capacidad portante máxima admisible con cargas de servicio normal σadm = 3,00 Kg/cm2 Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza 5- CONCLUSIONES 5.1. De la ejecución de las tres calicatas sobre los terraplenes del Ferrocarril en las inmediaciones de los puentes que cruzan las calles: Av. San Martín, calles Belgrano y Balcarce del Dpto. Godoy Cruz, se encontraron rellenos de materiales heterogéneos cuyos espesores y características ya descriptos, se apoyan sobre estratos de suelos finos y a mayor profundidad se encuentra el estrato de suelo granular, mezcla de grava y arena mal graduada con rodados del orden de 20- 30-40 cm tipo GP. 5.2. Los pequeños valores obtenidos en el ensayo de penetración S.P.T. del espesor del relleno(terraplén), función de los materiales que los constituyen, ponen en evidencia que estos suelos son de baja calidad geotécnica, debido a su heterogeneidad y a su baja compacidad, solamente compatibles con un terraplén de apoyo de balasto y durmientes de línea férrea. En consecuencia los rellenos de los terraplenes no son aceptables para soportar cargas puntuales y concentradas, que requieran la colaboración del suelo en los laterales. 5.3. En el estrato de suelos tipo GP las características geomecánicas son mayores, por lo que se puede concluir que los suelos son de mayor calidad geotécnica y sería el estrato más competente y adecuado para recibir las cargas concentradas y la colaboración lateral del suelo. Demostrando que posee alta densidad relativa, es resistente y el más competente para recibir las cargas de las estructuras. 5.4. Respecto a la capacidad portante máxima admisible con cargas de servicio normal, se propone un valor único de σ adm = 3,00 Kg/cm2, para el estrato GP. 5.5. En la etapa constructiva, se deberán adoptar medidas de seguridad al excavar los rellenos que conforman los terraplenes, porque en algunos sectores son de carácter inestable y suelto. Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza 6- RECOMENDACIONES 6.1- Se recomienda no fundar bases de estructuras que trasmiten cargas puntuales y/o concentradas, con momento flector y en zona sísmica de máxima graduación, en el estrato de rellenos (terraplén), ni en el de suelos finos. 6.2- Se recomienda fundar en la zona de suelo granular tipo GP y en función de la magnitud de las solicitaciones y el bulbo de presiones que generen, en particular la profundidad del mismo, investigar el suelo hasta una profundidad no menor de 2 m por debajo de la influencia del mismo. Francisco Grimalt Ingeniero Civil Estudio Geotécnico de 3 Calicatas Línea de Alta Tensión Metrotranvía Mendoza 7- BIBLIOGRAFIA 1. Giménez Salas, J. A. y coautores. Geotecnia y Cimientos. 2da. Ed., Rueda, 1992. 2. Bowles J. Propiedades geofísicas de los Suelos. Mc Graw Hill. Colombia (1981). 3. Lambe W. & Whitman R. Mecánica de Suelos. Limusa. Mexico (1972). 4. Terzaghi K., Peck R. and Mesri G. Soil Mechanics in Engineering Prectice. J Wiley. (1996). 5. Bardet, J. P. Experimental Soil Mechanics. Pearson Education, 1997. 6. Bowles, J. Manual de Laboratorio de Suelos en la Ingeniería Civil. Mc. Graw-Hill Latinoamericana. 7. Bowles, J. E. Foundation Science/Engineering/Math; Analysis and Design. 5ta. Ed., McGraw-Hill 1995
