SOLICITADO POR: METRO S.A.
ENERO 2011
INFORME Nº INGE-SGC- 3067- 207Rev2/2011
INFORME GEOTECNICO
INFORME CONSOLIDADO
TRAMOS I y II
“EXPLORACIONES GEOTÉCNICAS PARA EL PROYECTO DE LA LÍNEA 6 DEL METRO DE SANTIAGO,
SECTOR VITACURA – LOS CERRILLOS”
SANTIAGO
Santiago, 7 de Enero de 2011 INGE-3067-207Rev2/2011 Señores Metro S.A. Alameda 1414 – 3 piso Santiago
At.: Ing. Sr. Carlos Mercado
Ing. Sr. Carlos Nuñez.
Ref. EXPLORACIONES GEOTÉCNICAS PARA EL
PROYECTO DE LA LÍNEA 6 DEL METRO DE
SANTIAGO, SECTOR VITACURA – LOS
CERRILLOS”
Mat.: Informe Geotécnico Consolidado ML6
Estimados Señores:
Tenemos el agrado de adjuntar a la presente misiva el documento de la materia para Obra en Referencia, Saluda muy atentamente a Uds.,
Margarita Iris Soto Alfonso MSA GEOCONSULTORES LTDA. Gerente General MSA
INDICE
1 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO ... 5
1.1 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO ... 7
1.2 DESCRIPCIÓN DEL TRAZADO DEL PROYECTO ML6 ... 15
1.3 TAMAÑO DE CAMPAÑA PROSPECCIÓN Y PROFUNDIDAD DE LAS CALICATAS... 17
1.4 OBJETIVOS Y ALCANCE DEL ESTUDIO ... 18
1.5 ENSAYOS REQUERIDOS Y SU JUSTIFICACIÓN ... 18
1.5.1 ENSAYOS DE TERRENO ... 19
1.5.1.1DESCRIPCIÓN ESTRATIGRÁFICA Y TOMA DE MUESTRAS ... 19
1.5.1.2 ENSAYOS PRESIOMÉTRICOS Y SU UTILIZACIÓN ... 20
1.5.1.3 COEFICIENTE DE REPOSO IN-SITU MEDIDO EN LA GRAVA DE SANTIAGO ... 21
1.5.1.4 K0 EN FINOS ... 27
1.5.1.5 PRUEBAS DE CARGA. ... 28
1.5.1.6 ENSAYOS PORCHET ... 32
1.5.1.7 PRUEBAS DE AGOTAMIENTO... 32
1.5.2 ENSAYOS DE LABORATORIO ... 32
1.5.2.1 GRANULOMETRÍA Y CLASIFICACIÓN USCS ... 32
1.5.2.2ENSAYOS DE COMPRESIÓN NO CONFINADA ... 33
1.5.2.3ENSAYOS DE COMPRESIÓN TRIAXIAL ... 36
1.5.2.3.1 EXPLICACIÓN DEL ENSAYOS DE COMPRESIÓN TRIAXIAL ... 37
1.5.2.4 ENSAYOS DE CONSOLIDACIÓN ... 41
1.5.2.5 ENSAYOS DE CORTE DIRECTO ... 41
1.5.2.6 HUMEDAD NATURAL Y PESO UNITARIO NATURAL ... 41
2 ESTRATIGRAFIA ... 42
2.1 ESTRATIGRAFIA DESDE E.CERRILLOS HASTA E.FRANKLIN (TRAMO II) ... 42
2.1.1. ESTRATIGRAFIA DESDE INICIO (COLA DE MANIOBRAS) HASTA LA ESTACIÓN FRANKLIN (E4)... 43
2.1.2. ESTRATIGRAFIA CALICATAS E.P.AGUIRRE CERDA (C1-1T) Y ESTACIÓN CLUB HIPICO (E3) ... 45
2.1.3. SECTOR CALICATA PENITENCIARÍA ... 46
2.2 ESTRATIGRAFIA E. FRANKLIN (E4) A E. VITACURA (E12)-TRAMO I ... 46
2.2.1 ESTRATIGRAFIA E. FRANKLIN (E4) HASTA LA ESTACIÓN VITACURA (E12) ... 46
2.2.2 ESTRATIGRAFIA E. FRANKLIN (E4; C13-4E) HASTA STA. ROSA(E5) ... 49
2.2.3 ESTRATIGRAFIA E. STA. ROSA(E5) hasta ÑUBLE (E6, C18-6E) ... 50
2.2.4 TRAMO C18-6E - C22-7E (E. Ñuble a Estación Grecia) ... 51
2.2.5 TRAMO C22-7E – C24-8E (Estación Grecia a Estación Irarrázaval) ... 51
2.2.6 TRAMO C24-8E - CALICATA C-28-9E (Estación Irarrázaval a Estación Bilbao) ... 51
2.2.7 TRAMO C28-9E - CALICATA C-34-12E (Estación Bilbao a Estación Vitacura) ... 52
3 PARAMETROS GEOTÉCNICOS DE LOS SUELOS ... 53
3.1 PROPIEDADES ÍNDICES ... 53
3.1.1 UBICACIÓN DE LOS SUELOS FINOS EN LA CARTA DE PLASTICIDAD ... 53
3.1.2 GRANULOMETRÍA ... 53
3.1.3 GRADOS DE SATURACIÓN ... 54
3.1.4 PESOS UNITARIOS ... 55
3.1.5 ÍNDICE DE HUECOS ... 57
3.1.6 INDICE DE PENETRACIÓN STANDAR ... 57
3.2 PROPIEDADES MECÁNICAS PARA CARGAS ESTÁTICAS ... 58
3.2.1 MÓDULOS DE DEFORMACIÓN PARA LAS GRAVAS... 58
3.2.2 MÓDULOS DE DEFORMACIÓN PARA SUELOS FINOS ... 59
3.2.2.1 MÓDULOS PRESIOMETRICOS ... 60
3.2.3 COEFICIENTE DE REPOSO IN-SITU PARA LAS GRAVAS ... 64
3.2.4 COEFICIENTE DE REPOSO IN-SITU PARA LOS SUELOS FINOS ... 65
3.2.5 PARÁMETROS RESISTENTES PARA LAS GRAVAS ... 65
3.2.6 PARÁMETROS RESISTENTES PARA LOS SUELOS FINOS ... 67
3.2.7 MÓDULO DE POISSON Y ÁNGULOS DE DILATANCIA ... 71
3.3 PROPIEDADES MECÁNICAS PARA CARGAS CÍCLICAS (SISMO) ... 72
3.3.1 COEFICIENTES DE DEFORMACIÓN CÍCLICA ... 72
3.3.2MÓDULO DE DEFORMACIÓN CÍCLICO ... 74
3.3.3 MODELO DE DEFORMACIÓN CÍCLICO PARA GRAVAS Y FINOS DE LÍNEA 6. ... 77
4.1 ASPECTOS GEOLÓGICOS GENERALES ... 80
4.4 MODELO ESTRATIGRÁFICO... 84
4.5 PROSPECCIONES Y ENSAYES ... 84
4.6 ENSAYES LEFRANC ... 85
4.6.1 CON CARGA CONSTANTE ... 85
4.6.2 CON CARGA VARIABLE... 87
5.1 BASES DE DISEÑO PARA PIQUES ... 88
5.1.2 MODELO DE ANALISIS CINEMATICO PARA EMPUJES SÍSMICOS ... 89
5.1.3 EMPUJES SÍSMICOS EN PIQUES OVOIDALES ... 92
5.1.4 BASES DE DISEÑO PIQUES RECTANGULARES ... 92
5.2 BASES DE DISEÑO DE TUNELES ... 95
5.2.1 EMPUJES ESTÁTICOS EN TUNEL CONSIDERANDO EFECTO DEL AGUA ... 95
5.3 BASES DE DISEÑO ESTRUCTURAS ENTERRADAS ... 100
6.1 ESTRUCTURAS TUNELEADAS ... 103
6.2 PIQUES Y ESTACIONES ... 103
7. ANALISIS DE CÁLCULO DE EMPUJES EN PIQUES ... 105
7.1 EXPLICACION DEL METODO UTILIZADO PARA CÁLCULO DE REVESTIMIENTOS (PIQUES NO RECTANGULARES) ... 105
7.2.1 Se fijó 2B h y se definió un coeficiente K de análisis igual al de reposo en carga ... 107
7.3 COMENTARIOS Y RESULTADOS DEL ANÁLISIS ... 108
7.4 CONCLUSIÓN ... 109
8. CONCLUSIONES ... 110
10 LÁMINAS ... 113
11 ANEXOS ... 114
ANEXO I ESTRATIGRAFIAS... 115
ANEXO II ENSAYES DE LABORATORIO Y DE TERRENO ... 116
ANEXO III ALBUM FOTOGRÁFICO ... 117
ANEXO IV MEMORIA DE CÁLCULO ... 118
ANEXO V ANTECEDENTES UTILIZADOS ... 119
ANEXO VI OPINIÓN TÉCNICA CONSULTOR EQUIPO MSA ... 120
INDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1 TRAZADO ML6 Y SUS TRAMOS ... 8
Ilustración 2 PLANTA DE UBICACIÓN TRAZADO ML6 Y SUS ESTACIONES ... 8
Ilustración 3 CALICATAS SECTOR EL GOLF ... 15
Ilustración 4 VARIACIÓN DE LA TENSIÓN VERTICAL ... 22
Ilustración 5 COEFICIENTE DE EMPUJE EN REPOSO CONSIDERANDO ÁNGULO FRICCIÓN ... 24
Ilustración 6 EFECTO DE LA DENSIFICACIÓN SISMICA EN LA GRAVA DE SANTIAGO ... 26
Ilustración 7 EFECTO DE LA DENSIFICACIÓN SISMICA EN LA GRAVA DE SANTIAGO ... 26
Ilustración 8 CICLAJES EN PRUEBAS DE CARGA ... 29
Ilustración 9 ENSAYO DE COMPRESION NO CONFINADA ... 34
Ilustración 10 DETERMINACION DE PROPIEDADES MECÁNICAS SUELO FINO ... 35
Ilustración 11 ESTADOS TENSIONALES EN ENSAYO DE TRIAXIAL ... 37
Ilustración 12 SIMPLIFICACION USANDO DIAGRAMAS P-Q ... 38
Ilustración 13 SIMPLIFICACION USANDO DIAGRAMAS P-Q ... 39
Ilustración 14 TRIAXIAL GIGANTE EN LA GRAVA DE SANTIAGO ... 40
Ilustración 15 ENVOLVENTES Cmáx – *máx PARA LA 1ª DEPOSITACION GRAVA DE SANTIAGO ... 40
Ilustración 16 VARIACIÓN DEL GRADO DE SATURACIÓN S CON LA PROFUNDIDAD % ... 55
Ilustración 18 Variación del Índice de Huecos e con la profundidad ... 57
Ilustración 19 k0 in situ para la grava de Santiago ... 64
Ilustración 20 Desacople C- - para determinar valores de diseño. ... 67
Ilustración 21 Deformación unitaria en probetas extraídas de C2-1E a 22 m ... 69
Ilustración 22 COMPRESIÓN NO CONFINADA qU Kg/cm2 CON Z ... 71
Ilustración 23 COEFICIENTE DE CORTE CÍCLICO P DE CARGA ML6... 73
Ilustración 24 K2/K2MÁX DESANGULACIÓN CÍCLICA ... 74
Ilustración 25 G/Gmáx vs DESANGULACIÓN SÍSMICA ... 79
Ilustración 26 G/Gmáx vs DESANGULACIÓN SÍSMICA ... 79
Ilustración 27 CORTE NORTE – SUR EN CUENCA DEL MAIPO ... 82
Ilustración 28 FIGURA 4.2 CORTE NORTE SUR ... 83
Ilustración 29 PROFUNDIDAD DE LA NAPA EN TRAMOS I y II ... 83
Ilustración 30 EN SAYO DE LEFRANC CON CARGA CONSTANTE ... 86
Ilustración 31 EN SAYO DE LEFRANC CON CARGA CONSTANTE ... 87
Ilustración 32 EFECTO DE ARCO EN PIQUES Y METODO CONSTRUCTIVO (Fig. 26 de CAP.9)... 105
Ilustración 33, Cuña Cedente y Tensiones actuantes- (Ecuación 45, Fig. 27 de CAP.9) ... 105
Ilustración 34 ESTADO TENSIONAL EN EL PUNTONVOLVENTE DE FALLA... 106
Ilustración 35 Cm: Ecuación 46, sen m: Ecuación 47, q p :Ecuación 48 ... 107
INDICE DE TABLAS TABLA 1 LISTADO GENERAL DE CALICATAS ML6 ... 10
TABLA 2 ESTRUCTURAS DEL PROYECTO ML6 ... 11
TABLA 3 DETALLE ESTRUCTURAS DEL PROYECTO ML6 ... 11
TABLA 4 DETALLE DE PIQUES Y GALERÍAS ML6 ... 12
TABLA 5 COEFICIENTE DE EMPUJE EN REPOSO IN-SITU PARA LA GRAVA DE SANTIAGO (BRAGA ET AL, 2004) ... 25
TABLA 6 VALORES DE DISEÑO PARA ML6 ... 62
TABLA 7 Valor de la cohesión y del ángulo de fricción para las gravas... 66
TABLA 8 VALORES DEL PAR c- PARA EL SUELO FINO CON HUMEDAD NATURAL ... 70
TABLA 9 FACTOR DE AMPLIFICACION (Fc) PARA OBTENER EL MODULO DE DEFORMACION CICLICO PARA FUNDACIONES APOYADAS EN GRAVA (INCLUYE DESPLAZAMIENTOS PERMANENTES) ... 75
TABLA 10 Coeficientes de Permeabilidad ML6 ... 85
TABLA 11 Coeficientes para cálculo de balastos en grava ... 90
TABLA 12 Coeficientes para cálculo de balastos en grava ... 91
TABLA 13: VELOCIDADES DE PROPAGACION DE LAS ONDAS DE CORTE ENTRE (16 Y 25 m DE PROFUNDIDAD APROXIMADA) ... 98
1 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO
Con motivo de Proyecto “Exploraciones Geotécnicas para el Proyecto de la Línea 6 del
Metro de Santiago, Sector Vitacura – Los Cerrillos”1 , Metro S.A. encargó a MSA
GEOCONSULTORES Ltda. el Estudio de Mecánica de Suelos correspondiente.
El presente Informe Geotécnico tiene por objeto presentar la Estratigrafía y las Propiedades Mecánicas del suelo del tramo en estudio utilizando los antecedentes geotécnicos obtenidos
Con la finalidad de contar con un mayor acopio de información geotécnica, para la emisión del presente informe se incluyen resultados de ensayos de terreno y laboratorio para los suelos de otros estudios en que ingenieros de esta oficina han participado directa o indirectamente como especialistas.
La planta general del trazado del Proyecto se presenta en las Láminas 1 de 32 y 2 de 32 y en detalle en las Láminas 2.01 de 32 a 2.02 de 32 las que se entregan en el Capítulo 10 (Láminas) del presente documento.
En los Capítulos 2 y 3 se presentan los resultados de la campaña de reconocimiento del
suelo la cual cubrió el eje del Proyecto y se materializó con la excavación manual de 382
calicatas cuyas profundidades máximas estuvieron comprendidas entre los 16 m y 25 m. Las calicatas se emplazaron en torno a la ubicación de las estaciones proyectadas
(calicatas designadas como CE3) y en los tramos interestación (calicatas designadas como
CT).
El Perfil estratigráfico del subsuelo se presenta en la Lámina 3 de 32, observándose las siguientes unidades geotécnicas:
Gravas fluviales de las depositaciones distales de los Ríos Mapocho y Maipo. Las
que corresponden a Gravas arenosas asimilables4 por su granulometría,
compacidad y propiedades índice a las siguientes unidades: o Gravas Fluviales Depositación Mapocho (Tramo I)
1
En adelante ML6
2
Se iniciaron 38 excavaciones 2 de las cuales fueron discontinuadas.
3
Ci-jE, con i :1-36, j:1-12
o Gravas Fluviales Depositación Maipo (Tramo II)
Suelos Finos Limosos y Arcillo limosos de plasticidad media a baja cuyo origen corresponde a depositaciones fluvio lagunares presentes a partir de profundidades típicas comprendidas entre los 17 y 19 m; en el sector poniente del trazado (Tramo II) y en la Comuna de Ñuñoa (Tramo I) entre los 12 y 25 m de profundidad típica.
El presente informe incorpora un capítulo de Análisis Hidrogeológico (Capítulo 4, Lámina 4 de 32, del Capítulo 9).
El alcance principal de este documento consiste en la entrega de Bases de Diseño para piques y túneles ubicados a lo largo del trazado del proyecto, las que se entregan en el Capítulo IV.
Las bases de diseño responden a los resultados de ensayos in situ y de laboratorio desarrollados en los dos Tramos en que se dividió el trazado para el desarrollo del estudio. Para ello se utilizaron resultados de ensayos in situ y laboratorio efectuados en
los suelos granulares “potencialmente”5 homologables a las depositaciones fluviales de
los ríos Mapocho y Maipo y en los suelos finos potencialmente “homologables” a los suelos finos de otros sectores de Santiago.
Precisando lo anterior se incluyen a modo comparativo propiedades geotécnicas de Gravas y Suelos Finos del sector Recoleta hacia Américo Vespucio (Extensión de la Línea 2), Suelos Finos de la Línea 4 entre Príncipe de Gales y la Rotonda Quilín y resultados de otros estudios efectuados por esta oficina y por sus Ingenieros, para validar los modelos utilizados en este estudio.
Los estudios citados para Metro cuentan con la experiencia constructiva y con los controles de desplazamiento y monitoreo en túneles y estaciones que permiten entregar Bases de Diseño con fundamento en modelos calibrados. En el Anexo V se entrega en detalle la bibliografía y antecedentes consultados.
5
El estudio a partir de análisis de los resultados obtenidos deberá fundamentar en forma concluyente si los suelos son homologables a otros estudiados en profundidad para otros proyectos. Por ello hablamos en este párrafo de suelos “potencialmente
En el Anexo I se entrega en detalle la Estratigrafía obtenida a partir del examen de las paredes de las calicatas realizado según se explica en acápite 1.5.1 del presente capítulo. El Anexo II entrega la certificación de laboratorio.
En el Anexo III presentamos un álbum fotográfico con imágenes del interior de los pozos excavados, de los trabajos de perforación del sondaje y trabajos de terreno de nuestro equipo.
El Anexo IV del presente informe entrega la memoria de cálculo de Bases de Diseño, y el Anexo V presenta detalle bibliográfico.
1.1 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO
El Proyecto ML6, se extiende por 15,6 Kilómetros aproximadamente, considera 12
estaciones y pasa por 7 comunas de Santiago. LaS FIGURAS 1 y 26 siguientes presentan la
planta del Proyecto en estudio. En color azul se marca el TRAMO I y en rojo el llamado TRAMO II. Éste se detalla en las Láminas 1 de 32 @ Lámina 2.28 de 32.
La Tabla 1 presenta un listado detallado de las calicatas de prospección excavadas y su ubicación.
Las Calicatas C24 8E y C33 8T fueron discontinuadas ya que se detectaron filtraciones de combustible.
6Los colores verde y café indican los suelos que se espera encontrar en el trazado según lo indicael texto “Suelo de fundación del
Gran Santiago” de Gloria Valenzuela; publicación del Instituto de Investigaciones Geológicas del año 1978. En ella hemos hecho modificaciones actualizándola a medida que avanza nuestro conocimiento del subsuelo de Santiago.
Ilustración 1 TRAZADO ML6 Y SUS TRAMOS
Ilustración 2 PLANTA DE UBICACIÓN TRAZADO ML6 Y SUS ESTACIONES7
7
TABLA 1 LISTADO GENERAL DE CALICATAS ML6
1 C1-1T COLA DE MANIOBRAS P A CERDA 19,0 Avda . Pedro Aguirre Cerda
2 C2-1E EST.PEDRO AGUIRRE CERDA E1 PA CERDA 22,0 Avda . Pedro Aguirre Cerda
3 C3-2T TUNEL PA CERDA 19,0 BUZETA
4 C4-3T PIQUE PA CERDA 19,0 PLAZA BUZETA
5 C5-4T PIQUE PA CERDA 19,0 GRAL VELAZQUEZ AUTOPISTA CENTRAL/ CARLOS VALDOVINOS
6 C6-2E EST.INTERCAMBIO EFE E2 EST CENTRAL 22,0 Es ta ción de interca mbio EFE
7 C7-5T= C1 EFE TUNEL EST CENTRAL 19,0 BASCUÑAN
8 C8-S1 = C2 EFE TUNEL ENTRADA A TALLERES ESTACION CENTRAL 19,0 INTERIOR RECINTO EFE (SINGULARIDAD)
9 C9-T1 TALLERES ESTACION CENTRAL 19,0 MAESTRANZA SAN EUGENIO
10 C10-3E EST. CLUB HIPICO E3 SAN MIGUEL - SANTIAGO 22,0 FRANJA EFE
11 C11-6T PENITENCIARÍA SAN MIGUEL-SANTIAGO 19,0 CLUB HIPICO--FRANJA EFE
12 C12-7T TUNEL SANTIAGO-SAN MIGUEL 19,0 SAN IGNACIO-FRANJA EFE
36 C36-T2 =C3 EFE TALLERES EST. CENTRAL - MAESTRANZA SAN EUGENIO
13 C13-4E EST. FRANKLIN E4 SAN MIGUEL 27,5 SAN DIEGO
14 C14-5E EST. SANTA ROSA E5 SAN MIGUEL 25,5 SANTA ROSA
15 C15-8T TÚNEL SANTIAGO-FRANJA EFE 18,0 FRANJA EFE -Edua rdo Ma tte
16 C16-8AT TÚNEL SANTIAGO-FRANJA EFE 18,0 PLACER- Lira
17 C17-9T TÚNEL SANTIAGO 19,0 Sta . Elena -Fra nklin
18 C18-6E EST. ÑUBLE E6 ÑUÑOA 23,5 Pla zoleta Sa n Eugenio
19 C19-10T PIQUE NUÑOA 21,0 Avda . Ca rlos Dittborn - Los Ja zminez
20 C20-11T DA TÚNEL NUÑOA 19,0 Interior Es ta dio Na ciona l Ca rlos Dittborn con Ma ra ton
21 C21-11AT PIQUE NUÑOA 23,0 Interior Es ta dio Na ciona l
22 C22-7E
EST. GRECIA E7 NUÑOA 25,0 Pedro de Va ldivia con Avda . Grecia
23 C23-12T
PIQUE NUÑOA 22,5 Pedro de Va ldivia con Edua rdo Ca s tillo Vela zco
24 C24-8E
EST.IRARRAZABAL E8 NUÑOA 15,5 Pedro de Va ldivia N° 3482(entre Duble Almeyda e Ira rra za ba l)
24A C24-8AE
EST.IRARRAZABAL E8 NUÑOA 22,5 Pedro de Va ldivia SECTOR FUTURA ESTACION IRARRAZABAL
25 C25-13T DA TÚNEL NUÑOA 22,0 Pedro de Va ldivia -Luis Uribe
26 C26-14T PIQUE ÑUÑOA 21,0 Pde Va ldivia - Ra món Puebla
27 C27-15T TÚNEL PROVIDENCIA 20,5 Pedro de Va ldivia -Diego de Alma gro
28 C28-9E
EST. BILBAO E9 PROVIDENCIA 23,0 Pla za Pedro de Va ldivia Sector Sur
29 C29-17T
PIQUE PROVIDENCIA 23,2 Pedro de Va ldivia a l Sur de Pocuro
30 C30-10E
EST. ELEODORO YAÑEZ E10 PROVIDENCIA 25,0 Pedro de Va ldivia entre Ma r del Pla ta y La dizla o Erra zuriz
31 C31-11E
EST. PEDRO DE VALDIVIA E11 PROVIDENCIA 30,0 Pedro de Va ldivia N° 239 entre Fidel Oteiza y Alfredo Ba rros
32 C32-17T TUNEL PROVIDENCIA 24,0 RICARDO LYON A PASOS DE PROVID. VEREDA SURPONIENTE
33 C33-18T PIQUE PROVIDENCIA 3,0 LOS LEONES CON PROVIDENCIA
33A C33-18AT PIQUE PROVIDENCIA 25,0 LOS LEONES INTERIOR HOSPITAL METROPOLITANO
34 C34-12E ESTACION VITACURA LAS CONDES 30,0 ENCOMENDEROS
35 C35-19T CM TUNEL LAS CONDES 27,5 ISIDORA GOYENECHEA CON VITACURA NEW
T R A M O I I UBICACIÓN T R A M O I COM UNA ESTACION Y/O SECTOR DE
EM PLAZAM IENTO TRAM O CALICATA N°
Las Láminas 2.1 de 32 @ 2.28 de 32 (Capítulo 10.- LÁMINAS) presentan la planta de ubicación en detalle de todas y cada una de las calicatas y el trazado completo de los 2 tramos en estudio.
Las estructuras que considera el Proyecto se resumen en las Tablas 2 y 3 siguientes:
TABLA 2 ESTRUCTURAS DEL PROYECTO ML6
Todos los túneles en trinchera considerados en el proyecto se encuentran ubicados en el denominado Tramo II .
TABLA 3 DETALLE ESTRUCTURAS DEL PROYECTO ML6
ESTACIÓN8 KM TIPO
ESTRUCTURA
FUNCIÓN COTA DE
RIEL (M)
E1 – Pedro Aguirre Cerda 0+317 Túnel Terminal -16,3
E2 – Intercambio EFE 2+220 Túnel Combinación EFE -17,1
E3 – Club Hípico 3+600 Túnel Intermedia -15,8
E4 – Franklin Línea 6 5+053 Túnel Combinación Metro L2 -20,3
E5 – Santa Rosa 5+697 Túnel Intermedia -17,7
8
En adelante las estaciones se designan en forma abreviada según lo indicado en esta tabla: Estación Pedro Aguirre Cerda=E1
ESTRUCTURA LONGITUD ESTRUCTURA (M)
Túnel inter estaciones 12.239
Túnel estaciones 1.620
Túnel en trinchera para dos vías 1.424
Túnel en trinchera para tres vías 377
Túnel en trinchera para una vía 65
ESTACIÓN8 KM TIPO ESTRUCTURA
FUNCIÓN COTA DE
RIEL (M)
E6 – Ñuble Línea 6 7+712 Túnel Combinación Metro L5 -16,2
E7 - Grecia 9+677 Túnel Intermedia -17,2
E 8 – Irarrázaval Línea 6 10+589 Túnel Posible futura Combinación Metro -17,8
E9 – Bilbao Línea 6 12+343 Túnel Intermedia -16,7
E 10 - Eliodoro Yáñez 13+220 Túnel Intermedia -15,7
E11 – Pedro de Valdivia Línea 6 13+937 Túnel Combinación Metro -25,7
E12 - Vitacura 15+264 Túnel Terminal -26,5
Los Piques de ataque considerados para construir los túneles son los siguientes:
TABLA 4 DETALLE DE PIQUES Y GALERÍAS ML6
PIQUE KM GALERÍAS
Cola de Maniobra (Inicio Trazado) 0+000 Simple
E1 – Pedro Aguirre Cerda 0+300 Doble
Interestación 1+125 Simple
Interestación 1+707 Simple
E2 – Intercambio EFE 2+220 Doble
E3 – Club Hípico 3+602 Simple
Interestación 4+300 Simple
PIQUE KM GALERÍAS
E5 – Santa Rosa 5+697 Simple
E6 – Ñuble Línea 6 7+712 Sector Abierto
Interestación 8+428 Simple
Interestación 9+160 Simple
E7 - Grecia 9+673 Simple
Interestación 10+162 Simple
E 8 – Irarrázaval Línea 6 10+625 Simple
Interestación 11+436 Simple
E9 – Bilbao Línea 6 12+330 Simple
Interestación 12+776 Simple
E 10 - Eliodoro Yañez 13+199 Simple
E11 – Pedro de Valdivia Línea 6 13+920 Pique Subterráneo
Interestación 14+906 Simple
E12 - Vitacura 15+286 Doble
Cola Maniobras 15+517 Simple
Fin de Trazado 15+660 --
Se desarrolló un análisis comparativo entre las Gravas y Suelos finos descubiertos en esta campaña de prospección y la Grava y Suelo Fino estudiados en profundidad con motivo de
estudios geotécnicos9 anteriores.
Destacamos, entre otros antecedentes considerados, los estudios efectuados en el sector del nudo Vial General Velasquez, Viaducto Suiza y Metro Línea 5 Extensión a Maipú para el Tramo II y estudios del sector El Golf, Comuna de Las Condes (para el Tramo I) para los que se hicieron excavaciones de prospección muy profundas por lo que proporcionaron información relevante del subsuelo a niveles inferiores a 25 m de profundidad, que fue el nivel máximo típico prospectado en esta oportunidad. Por tratarse de obras todas ya construidas se cuenta con registros fotográficos y todas fueron visitadas durante las faenas de excavación masiva y durante la construcción por profesionales especialistas de esta oficina.
Entre los Proyectos consultados10 destacan:
Viaducto Suiza
Proyecto de Expansión Metro Línea 5 a Maipú Estudio Geotécnico Autopista del Sol
Estudio Geotécnico Puente sobre Zanjón de la Aguada, Estación El Sol Estudio Geotécnico Autopista Central
Edificio Costanera Center ubicado en Avda. Vitacura con Isidora Goyenechea Edificio Titanium, en Avenida Vitacura con Isidora Goyenechea
Edificio Territoria 3000(Hotel W)), en Avda. Isidora Goyenechea Edificio Magdalena Paz en Santa Magdalena con Isidora Goyenechea
Edificio Corporativo BCI, ubicado en Nuestra Sra. De Los Ángeles con Avda. El Golf Estos antecedentes aseguran no quedar deficitarios en cuanto a profundidad prospectada considerando que por razones de seguridad se limitó a 25 m la profundidad máxima a excavar en esta campaña. En el Anexo V se entrega un resumen ejecutivo de la
información obtenida a partir de los citados estudios geotécnicos11.
La forma de análisis se fundamenta en la necesidad de entregar la caracterización de suelos y su comparación con aquellos donde ya existe la experiencia constructiva.
En la Ilustración 3 siguiente se indica la ubicación en planta de los proyectos consultados.
10
Archivos MSA y apuntes de clases .
11
Ilustración 3 CALICATAS SECTOR EL GOLF
1.2 DESCRIPCIÓN DEL TRAZADO DEL PROYECTO ML6
La Línea 6 se inicia en la Av. Pedro Aguirre Cerda. Las calicatas se emplazaron en torno a la ubicación de las estaciones proyectadas –como se indicó en anterior acápite- designándolas como CE cuando están próximas a una futura estación y CT si se encuentran en los tramos interestación.
La Avda. Pedro Aguirre Cerda corresponde al antiguo camino a Melipilla, y está ubicada, al costado de los terrenos del antiguo Aeropuerto de Los Cerrillos. En este sector se emplaza la cola de maniobras (C1-1T) y la primera estación de la línea (C2-1E) en el subsuelo de la avenida Pedro Aguirre Cerda.
Posteriormente el trazado se dirige hacia el norte por Av. Buzeta, (C3-2T y C4-3T) hasta el nudo vial Carlos Valdovinos- Autopista General Velasquez – Autopista del Sol (C5-4T). El túnel de ML6 cruza la Autopista del Sol y el Zanjón de la Aguada y llega a los terrenos de EFE donde se ubicará la Estación San Eugenio (C6-2E) cuyo objetivo es permitir la transferencia de pasajeros entre Metrotren y Metro.
ML6 hacia el oriente sigue por el costado de la Maestranza San Eugenio. En la Maestranza se proyecta construir una instalación de talleres y cocheras para lo cual se excavaron 3 calicatas de prospección (C8-S1, C9-T1 y C36-T2)
El trazado cruza luego la Av. Bascuñán (C7-5T), y avanza por la franja del ferrocarril de Circunvalación. En la Av. Club Hípico se proyecta la estación Club Hípico (C10-3E), y cruza la Línea 2 en Franklin (C13-4E) inicio del denominado Tramo I).
El eje ML6 cruza el Zanjón de la Aguada antes de llegar a la Autopista Central. Al oriente el Metro se proyecta en un túnel profundo hasta la Estación E4 Franklin L6 (C13-4E), en donde cruza bajo de la Estación Franklin la Línea 2 del Metro. La estación Franklin. En ese punto se inicia al TRAMO I.
Hacia el oriente se llega bajo la franja ferroviaria a la Estación E5 (Santa Rosa, C14-5E) en túnel profundo. El trazado preliminar indica que será más superficial en este sector y será construido en trinchera tapada, pero al llegar a la Estación Ñuble (C18-6E) se profundiza pasado la calle Santa Elena antes de Av. Vicuña Mackenna. La Estación E6 (Ñuble L6) se ubica en Ñuble con Av. Benjamín Vicuña Mackenna.
Luego el trazado sigue bajo la Av. Carlos Dittborn, cruzando bajo la avenida Marathon en terrenos del Estadio Nacional, hasta la Estación E7 (Grecia).
A continuación de este punto el trazado sigue por la Av. Pedro de Valdivia, hacia el norte, estableciéndose la Estación E8 (Irarrázaval)(C24-8E) poco antes de llegar a esta arteria pero fuera de la misma ya que probablemente será el punto de conexión con la futura Línea 3 que correrá bajo dicha avenida.
A ML6 seguirá hacia el norte, hasta la Estación E9 (Bilbao)(C28-9E) emplazada antes del cruce con la Av. Francisco Bilbao.
La siguiente estación corresponde a la Estación E10 (Eliodoro Yañez, C30-10E), emplazada bajo el cruce de Av. Pedro de Valdivia y Av. Eliodoro Yañez, situada profunda, en previsión de un futuro hundimiento de esta avenida.
El eje ML6 continúa hacia el norte hasta poco antes de la Avda. 11 de Septiembre, donde se ubicará la futura Estación E11 (Pedro de Valdivia, C31-11E) que sería una Estación de combinación con la actual Línea 1.
A continuación sigue por la Av. Pedro de Valdivia, hacia el norte, hasta la estación E11 (Pedro de Valdivia), emplazada antes de la intersección de Pedro de Valdivia con Av. 11 de Septiembre, donde se proyecta una estación de combinación con la actual Estación Pedro de Valdivia de Línea 1.
El trazado continúa hacia Av. Providencia donde gira hacia el oriente en túnel profundo hasta llegar a Vitacura, por la cual gira, cruza bajo el canal San Carlos y bajo la Cola de Maniobras de la Línea 4, hasta la proyectada Estación E12 (Vitacura, C34-12E), frente a la calle Encomenderos.
Las Láminas 2 1 @ 2.28 / 32 presentan, como se indicó en el Capítulo 1, la ubicación en planta de cada una de las calicatas de prospección.
1.3 TAMAÑO DE CAMPAÑA PROSPECCIÓN Y PROFUNDIDAD DE LAS CALICATAS
La cantidad y profundidad de los puntos prospectados se estableció en base al conocimiento del suelo de Santiago, la experiencia en otros proyectos Metro en Santiago, considerándose a su vez el proyecto referencial, Bases del contrato y términos de referencia.
La Lámina 3/32 presenta el perfil estratigráfico que resume la posición y profundidad de los puntos estudiados.
Por existir una evidente continuidad estratigráfica a lo largo del trazado se estima que el tamaño de la campaña de prospección para efectos de definir la estratigrafía del subsuelo en la profundidad de interés del proyecto- fue el adecuado- alcanzándose en un 100% de los casos profundidades de prospección superiores a los niveles de excavación que
considera el proyecto referencial12.
En todos los casos una vez confirmada la continuidad estratigráfica obtenida en cada punto se decidió el término de la excavación de cada una de las calicatas. La información hidrogeológica se considera suficiente toda vez que las filtraciones detectadas en muchas de las calicatas provienen básicamente de la grava arenosa del Horizonte H-3 el cual fue
12
En el sector de El Golf se incorpora como parte integrante de presente estudio la información provista por otros estudios del sector según se indicó en anterior Capítulo del presente documento.
atravesado en todos los puntos prospectados, según se indica en el Capítulo 4.
1.4 OBJETIVOS Y ALCANCE DEL ESTUDIO
El presente documento considera la entrega de parámetros geotécnicos necesarios para el diseño de piques,y túneles que considera el proyecto ML6.
Se entregan en el Capítulo 5 y 6 las bases de diseño para las estructuras indicadas considerando las propiedades geotécnicas del subsuelo que se entregan en el Capítulo 3. Para cumplir con los objetivos propuestos fue necesario obtener los parámetros mecánicos de corto y largo plazo los que permiten entregar recomendaciones constructivas, metodologías, estimar deformaciones, diseñar estructuras definitivas, para lo cual se requiere desarrollar una serie de ensayos cuyo fundamento, justificación y metodología se detalla en siguiente acápite.
1.5 ENSAYOS REQUERIDOS Y SU JUSTIFICACIÓN
En este acápite se explica que parámetros del suelo son requeridos para alcanzar los objetivos del estudio justificándose indirectamente la necesidad de ejecución de los ensayos programados.
Los parámetros mecánicos de corto plazo, tanto en términos de presiones totales como en términos de presiones efectivas, con la humedad natural se requieren para definir:
Metodologías y procedimientos constructivos Estimación de convergencias en el túnel Estimación de asentamientos en superficie
Los parámetros mecánicos de largo plazo en términos de presiones totales como en términos de presiones efectivas con la humedad natural, tanto en condiciones drenadas como no drenadas se requieren para definir:
El proyecto de estructuras de sostenimiento definitivo
La estimación del impacto de las obras sobre las construcciones existentes Análisis avanzados de diseño
Para la determinación de los parámetros indicados se desarrollaron ensayos de terreno y de laboratorio descritos en los siguientes acápites.
De la calicatas se obtuvo muestras inalteradas y perturbadas, las que alcanzaron una profundidad de al menos el nivel de sello de fundación siendo la típica de 25 m.
1.5.1 ENSAYOS DE TERRENO
1.5.1.1DESCRIPCIÓN ESTRATIGRÁFICA Y TOMA DE MUESTRAS
Se realizó la descripción estratigráfica del subsuelo a partir de la observación de las paredes en todas sus caras indicando de lentes, bolsones anómalos y todo tipo de singularidades. Ella se entrega en el Anexo I y en el perfil estratigráfico de la Lámina 3 de 32.
A su vez se describen los contactos entre estratos, tipos de engranes y ubicación de ellos. Se tomaron muestras para determinar la humedad del subsuelo metro a metro de profundidad, con el objeto de establecer pesos unitarios totales, secos, grados de Saturación, es decir las propiedades índices del suelo metro a metro. Los resultados de este trabajo se exponen en el Capítulo 2. La descripción visual considera forma y dureza de los granos, presencia de finos en forma cualitativa y estimación cuantitativa porcentual, grado de plasticidad y procedencia probable.
En el Anexo uno se entrega la descripción estratigrafica de todas las calicatas
Se tomaron muestras alteradas para clasificación USCS13 cada cuatro metros de
profundidad y muestras inalteradas en suelos finos sobre las cuales se hicieron ensayos especiales. Los resultados de ellos se expone en el Anexo II y en la Lámina 3 de 32 se exponen:
Los puntos de extracción de muestras perturbadas para los ensayos de clasificación completa (granulometría, contenido de humedad, límites de Atterberg y peso específico).
Los puntos de extracción de muestras inalteradas para determinación de pesos unitarios, contenidos de humedad, ensayos de compresión no confinada, ensayos de consolidación y ensayos triaxiales.
Las profundidades a las cuales se ejecutaron pruebas de carga horizontales en las paredes de la calicata C10-11T DA.
Las profundidades en las cuales se ejecutaron ensayos especiales
13
La evolución en profundidad de los límites de Atterberg, contenido de humedad y grado de saturación.
1.5.1.2 ENSAYOS PRESIOMÉTRICOS Y SU UTILIZACIÓN
El ensayo presiométrico permite obtener directamente el coeficiente de reposo in situ del depósito, preferentemente en suelos finos, y arenosos.
Los ensayos presiométricos se utilizan para la obtención del Módulo de Deformación a
largo plazo y el coeficiente de reposo k0 in situ. Los resultados de las mediciones se
entregan en Anexo V.
En esta campaña no se realizaron ensayes presiométricos por lo que se utilizaron ensayos efectuados para otros estudios los que se complementaron con los ensayes triaxiales para obtener (validando para los suelos finos de este proyecto) el Módulos de Deformación a
largo plazo y el coeficiente de reposo in situ k0 in situ. En Anexo II se entregan los
resultados de las mediciones14.
Los ensayes presiométricos entregan para cada estado tensional el valor del coeficiente de empuje en reposo in-situ es un parámetro relevante en el diseño de túneles ya que influye en el cálculo de las solicitaciones sobre el revestimiento y por lo tanto en las condiciones de estabilidad de la frente de excavación y en los asentamientos inducidos en la superficie
del terreno. El k0 se midió directamente en las campañas desarrolladas para las Línea 4 y 2
de Metro.
Se ejecutaron ensayos presiométricos cada 5 metros con lo que se midió en cada caso directamente el k0 in situ.
El laboratorio entrega curvas Volumen vs Presión durante el ensayo , a partir de ellas se
obtuvo en cada punto la tensión vertical 0, a partir de la cual se obtiene k0, utilizado las
ecuaciones:
K
o=
H0/
V0Ecuación 1 k0 in situ
14
vo
=
h
1 1+h
2 2Ecuación 2 Tensión Vertical
h1 y h2: espesor de los estratos de 1 y 2
1 y 2 : Pesos Unitarios de los suelos presente.
El Módulo presiométrico se obtuvo a partir de la siguiente relación:
Em = 2(1+ )[ Vc + (Va+Vb/2] p/ v
Ecuación 3 Módulo Presiométrico
1.5.1.3 COEFICIENTE DE REPOSO IN-SITU MEDIDO EN LA GRAVA DE SANTIAGO
El coeficiente de empuje k0in situ depende de la geometría de la sección del túnel. Así por
ejemplo, para secciones circulares un valor bajo de Koin-situ, como podría ser el de un suelo
normalmente consolidado, genera momentos flectores mayores y esfuerzos normales menores en el revestimiento, y viceversa. Para secciones ovoidales se demuestra en cambio que su influencia es diferente,
En los párrafos siguientes explicamos el concepto del coeficiente a partir de su definición.
La Ilustración 6 muestra la Variación de la Tensión Vertical, v, y horizontal, h, en un
elemento de suelo sujeto a una condición de deformación unidimensional.
Como indicamos, para la condición en reposo el coeficiente de empuje que define la tensión horizontal corresponde al coeficiente de empuje en reposo expresado como:
v h
o
K
Ecuación 4
Ilustración 4 VARIACIÓN DE LA TENSIÓN VERTICAL
En el tramo AB de este ejemplo se carga el suelo con una carga virgen en el que la tensión
vertical en cualquier punto del tramo es igual a la tensión máxima, vmax, que ha actuado
sobre el suelo hasta ese momento.
La razón de preconsolidación del suelo, RPC, se define como:
v vmax RPC
Ecuación 5
luego en el tramo AB el término RPC = 1.0, es decir se trata de un suelo normalmente consolidado. Sin embargo, si a partir del punto B el suelo se descarga hasta alcanzar el punto C, esta disminución de la tensión vertical le induce una razón de preconsolidación:
v h h (KO)NC= tg = 1-sen KO= tg Kor= tg ( v)B ( v)C B C Tensión horizontal h Te ns ió n ve rtical, v 0 0 A DEFORMACION 1-D
RPC =[ (
v)
B] / [ (
v)
c] > 1.0.
Por lo tanto la trayectoria de tensiones en descarga genera un aumento del coeficiente de
empuje en reposo desde el valor Ko = tg para RPC = 1.0 a Ko = tg > tg para RPC > 1.0.
Para suelos granulares15, se propone la siguiente relación entre Ko y RPC:
RPC K K NC o o 16 Ecuación 6 (Ko)NC = 1-sen Ecuación 7
Si estamos en C (estado tensional “inicial”) e incrementamos la carga manteniendo la
condición de deformación unidimensional se generarán dos valores de Ko:
a. Si la tensión vertical aplicada es inferior a ( v)B se define un nuevo valor de Ko
que corresponde al coeficiente de empuje en reposo en recarga, Kor,
representado por tg , que es el menor valor de Ko que puede exhibir el suelo.
b. Si la tensión vertical aplicada es mayor que ( v)B el suelo responde con Kor = tg
en el tramo de recarga CB y con (Ko)NC = tg para los incrementos de tensión
vertical por sobre la tensión ( v)B.
El coeficiente de reposo en recarga está dado por la siguiente relación deducida a partir de la Ilustración 4 y con las Ecuaciónes 6 y 7
RPC 1 1 RPC 1 1 K Kor o NC Ecuación 8
La Ilustración 517 ilustra los valores de los coeficientes de empuje en reposo que pueden
presentarse en un suelo granular según sea el historial de tensiones estáticas a las que se
15
Schimdt (1967) propone usar esta relación.
16 (K
o)NC corresponde al coeficiente en reposo para una condición normalmente consolidada (RPC = 1) cuyo valor se obtiene con la venerable
ve sometido. En estos ensayos el coeficiente en reposo se determinó a partir del módulo de Poisson, , medido para pequeñas deformaciones y corresponde a un coeficiente de reposo en recarga, Kor, a partir de un estado inicial con RPC = 2 a 4 (tensión antes de
excavar > c). Así entonces, adoptando el rango = 0.15 a 0.20 medido para pequeñas
deformaciones se obtiene :
Kor = /(1- ) = 0.18 a 0.25
Ilustración 5 COEFICIENTE DE EMPUJE EN REPOSO CONSIDERANDO ÁNGULO FRICCIÓN
17
La figura incluye resultados experimentales informados por Broms (1971) en arenas con RPC = 6 y 32 que son consistentes con los valores entregados por las curvas. También se incluyen valores obtenidos de los ensayos triaxiales in-situ en la Grava de Santiago que se ejecutaron a 8m de profundidad y con tensiones de confinamiento, c, entre 0.22 y 0.8 kg/cm2 (Kort et al, 1979).
Los valores propuestos por Braga et al para el (Ko)in-situ en los primeros 14 m del depósito
de gravas implican un RPC del orden de 12, el que se obtiene de la Figura 1.5 con el ángulo de fricción máximo que desarrolla la grava ( = 45 – 53º).
Los valores del coeficiente Ko in-situ medidos con ensayos presiómetricos en sondajes
perforados en la Grava de Santiago concuerdan con los obtenidos mediante análisis retrospectivos usando mediciones en dos secciones de túnel instrumentadas. En los
primeros 15 m del depósito de grava se obtienen valores de Ko entre 0.75 y 1.0, para el
suelo en condición normalmente consolidada (para = 45º a 53º ) se obtiene (Ko)NC =
1-sen = 0.20 a 0.30
Es decir k0decrece a un valor asintótico que hemos adoptado 0.25, es decir equivalente a (Ko)NC.
La Fig. 11 expuesta en el Capítulo 9 (FIGURAS) resume los valores de Ko in-situ medidos con
ensayos presiométricos en la Grava de Santiago. La Tabla 5 presenta los parámetros de la
instrumentación y los correspondientes valores de Ko in-situ
TABLA 5 COEFICIENTE DE EMPUJE EN REPOSO IN-SITU PARA LA GRAVA DE SANTIAGO (BRAGA ET AL, 2004)
Parámetro registrado por la Ko in-situ según ajuste
instrumentación PK 2+554 PK 3+446
Asentamiento máximo en la superficie 0.93 0.63
Asentamiento máximo a 4.8 y 4.2 m de profundidad 1.20 0.65
Distorsión máxima longitudinal en superficie 2.40 1.60
Distorsión máxima transversal en superficie 0.90 0.68
Convergencia pared del túnel 1.05 1.00
Esfuerzos normales sobre la pared del túnel 0.98 1.24
Valores propuestos 1.04 0.79
La explicación de estos altos valores se atribuye a procesos de densificación sísmica cuyo mecanismo se explica esquemáticamente en la Ilustracion 6 y 7 para la zona superficial del depósito actual la trayectoria de tensiones corresponde a la ABCD, siendo CD el tramo generado por el espesor de suelo con depositación más reciente. Un elemento de suelo que actualmente se encuentra más profundo, el mayor espesor de suelo depositado genera la trayectoria DEF, borrando el efecto del historial sísmico pasado y alcanzando un
Ko in-situ menor. Con este modelo se explica que el Ko in-situ de la Grava de Santiago
disminuya con la profundidad, sea asíntota al Ko para suelo normalmente consolidado a
Las Ilustraciones 6 y 7 muestran el efecto de la densificación sísmica atribuida al terremoto de Febrero 27 2010 consignándole un aumento de 8 puntos normalizados (cm/m)
Ilustración 6 EFECTO DE LA DENSIFICACIÓN SISMICA EN LA GRAVA DE SANTIAGO
Ilustración 7 EFECTO DE LA DENSIFICACIÓN SISMICA EN LA GRAVA DE SANTIAGO
El coeficiente de empuje k0in situ depende de la geometría de la sección del túnel. Así por
ejemplo, para secciones circulares un valor bajo de Koin-situ, como podría ser el de un suelo
0 2 4 6 8 10 12 0,1 1 10 100 densi fi ca ci ón Nor m al iza da Diámetro D50 mm
INFLUENCIA DEL DIAMETRO D50EN LA DENSIFICACIÓN DE SUELOS GRANULARES vc/ c
arena arena
arena cristal sílice ARENA HORMIGÓN GRAVILLA
normalmente consolidado, genera momentos flectores mayores y esfuerzos normales menores en el revestimiento, y viceversa. Para secciones ovoidales en cambio su influencia es diferente.
1.5.1.4 K0 EN FINOS
En el caso de suelos finos naturales se presentan las mismas modalidades del coeficiente de empuje en reposo expuestas para suelos granulares. En los suelos finos se producen adicionalmente cambios por efectos de succión por secamiento, adicionales al efecto de preconsolidación.
Lo anterior queda cuantificado por la expresión siguiente:
1 RPC 1 K RPC Ko o NC Ecuación 9 18
: Módulo de Poisson obtenido a partir de ensayos triaxiales drenados.
La Fig.12 (Capítulo 9), representa los valores de Ko generados con la Ecuación 6 utilizando
= 0.25 para pequeñas deformaciones y el RPC promedio definido con la tensión de preconsolidación obtenida con ensayos de consolidación 1-D.
Existen por lo tanto diversos valores para el coeficiente de empuje en reposo que dependen del historial de tensiones.
Los valores del coeficiente Ko in-situ medidos con el presiómetro en la Grava de Santiago
concuerdan razonablemente con los obtenidos mediante análisis retrospectivos usando mediciones en dos secciones de túnel instrumentadas de las Líneas 4 y 5 de Metro. En los
primeros 15 m del depósito de grava se obtienen valores de Ko entre 0.75 y 1.0, para
posteriormente decrecer a un valor asintótico que se presume en torno a 0.25, es decir a
(Ko)NC.
18
Wroth (1975) estableció la expresión para evaluar el coeficiente de reposo in-situ en función de la razón de preconsolidación. la expresión de Wroth entrega valores del orden de los medidos in-situ con ensayos presiométricos. En los primeros 10m los finos del noroeste presentan valores que varían típicamente entre 0.60 y 0.80, mientras que para los finos del suroriente el rango es de 0.90 a 2.0. En ambos depósitos el Koin-situ decrece a partir de 10m para tender a valores propios de un suelo normalmente consolidado.
1.5.1.5 PRUEBAS DE CARGA.
Para la determinación del Módulos de Deformación Estáticos (E), Módulo de deformación Cíclico (G) de corto plazo y de los coeficientes de corte cíclico de largo plazo en suelos finos de ML6 se deben realizar pruebas de carga insitu o bien ensayos de laboratorio.
Para este estudio se desarrollaron Pruebas de Carga en el suelo fino de Ñuñoa (Calicata C20-11T ) ubicada en el interior del Estadio Nacional.
Para la determinación de los Módulos de deformación Estáticos y Cíclicos de la grava se considerarán ensayos efectuados para estudios toda vez que los suelos en los cuales se han realizado numerosas pruebas de carga en Santiago (Gravas arenosas de depositaciones Maipo y Mapocho) se homologaron con los suelos granulares presentes en este proyecto tanto en el Tramo I como en el Tramo II. Esta homologación se basa fundamentalmente en la similitud granulométrica, en la comparación de propiedades índice y otras consideraciones que la avalan.
Para este estudio se desarrollaron ensayos de placa en los finos de Ñuñoa, obteniéndose Módulos de Rigidez y de deformación estáticos y cíclicos en los rangos de los obtenidos para los suelos finos de Santiago.
El ensayo se materializó utilizando dos placas rígidas de 50cm de diámetro que cargaron las paredes verticales de la calicata en dos niveles de profundidad (2 niveles tensionales) Con los resultados de los ensayos de placa se establecieron las constantes de balasto estáticas y sísmicas y las correspondientes a la interacción sísmica horizontal entre el suelo y estructuras enterradas.
1.5.1.5.1. DETERMINACION DEL MÓDULO DE DEFORMACIÓN ESTÁTICO
Se graficó la zona lineal tensión vs. desplazamiento de la curva generada por el ensayo de placa eliminando el setting inicial. A su vez, el desplazamiento para generar esta curva se definió con el registrado hasta antes del desplazamiento subsecuente que corresponde a creep.
1.5.1.5.2 DETERMINACION DE MÓDULO DE DEFORMACIÓN CÍCLICO
La Ilustración 8 presenta gráficamente las mediciones efectuadas en el ensayo. Ellas permiten determinar el Módulo de Deformación Cíclico.
DEFORMACIÓN PERMANENTE c DEFORMACIÓN ELÁSTICA cic
Ilustración 8 CICLAJES EN PRUEBAS DE CARGA
A partir de la Ecuación 10 se determina la variación del coeficiente mc con el número de
ciclos.
Dicha variación se representa en la Fig. 16 A (Capítulo 9, FIGURAS) y permite ubicar los
resultados obtenidos dentro de la
banda generada mediante ensayos de placa en otras obras de Santiago.
La prueba permite determinar a su vez el desplazamiento cíclico permanente (también llamado anelástico o no recuperable) cuyos términos se exponen en la Ilustracion 10
4Ι π σ ρ σ m ρ e e c c c Ecuación 10
mc = coeficiente de deformación cíclica permanente
c = desplazamiento cíclico permanente al cabo de N ciclos
| c| = tensión cíclica de amplitud constante aplicada en 30 ciclos
(N = 30 ciclos corresponde al número de ciclos equivalentes para un sismo con magnitud Richter M > 7.5)
e = tensión estática en torno a la cual se aplica c
e = desplazamiento del área cargada debido a la tensión e
= factor de forma del área cargada que para una placa rígida
circular es igual a /4.
El ensayo permite conocer además la evolución de c con el número de ciclos de aplicación
de la tensión c y también se conoce el par ( e, e). Luego con la Ecuación 10 se obtiene
la variación del coeficiente mc con el número de ciclos.
En el Capitulo 3 acápite 3.3 y en Anexo IV (Memoria de Cálculo), se entregan los resultados obtenidos en las Pruebas de Carga efectuadas en suelo fino.
1.5.1.5.3 DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE RIGIDEZ CÍCLICA
El coeficiente de rigidez cíclica, K2, permite definir el módulo de deformación elástico para
carga cíclica, Ec, eliminando la deformación anelástica asociada a cada ciclo de carga
(Figura 16 C). Para incluir la no linealidad de la curva deformación vs tensión cíclica, el
valor de K2 se expresa en función de la deformación de corte, c, inducida en el suelo por la
carga cíclica. Las expresiones que ligan estas variables en un ensayo con placa circular rígida, son:
Ecuación 11 Ecuación 12 Ecuación 13 Ecuación 14
Ec = módulo de deformación para carga cíclica en el elemento representativo
ubicado en el eje de la placa a una distancia 1.5 veces el radio de la placa.
K2 = coeficiente de rigidez cíclica;
= módulo de Poisson igual a 0.30 como valor adoptado para los suelos finos
presentes.
c = deformación de corte cíclica en el elemento representativo;
R = radio de la placa;
c amplitud de la tensión cíclica aplicada;
e = tensión estática en torno a la cual se aplica la tensión cíclica;
o = tensión estática media de confinamiento en el elemento representativo;
cic= desplazamiento de la placa debido a la acción c que se obtiene
promediando el cic en carga con el cic en descarga.
Mediante las ecuaciones 11 @ 14 se obtiene la relación entre el coeficiente de rigidez cíclica,
K2, y la deformación de corte cíclica, c, que se incluye en la Fig. 16C. del Anexo I.
En el Capítulo 3, acápites 3.3.1 a 3.3.2 se entregan las propiedades mecánicas para cargas cíclicas del subsuelo de la franja ML6.
1.5.1.6 ENSAYOS PORCHET
Se desarrollaron ensayos Porchet para determinar el coeficiente de Permeabilidad no saturada con agua natural, capacidad de almacenamiento, y permeabilidad saturada del depósito.
Las metodologías del ensaye y los resultados se entregan en el Capítulo 4, y en el ANEXO II del presente Informe Consolidado.
1.5.1.7 PRUEBAS DE AGOTAMIENTO
Se efectuaron pruebas de agotamiento a Caudal constante y variable para medición de caudales para el diseño de eventuales sistemas de agotamiento de la napa freática en aquellos sectores en que se detectó.
Las metodologías del ensaye y los resultados se entregan en el Capítulo 4 y en el ANEXO II respectivamente.
1.5.2 ENSAYOS DE LABORATORIO
1.5.2.1 GRANULOMETRÍA Y CLASIFICACIÓN USCS
Los Análisis Granulométricos dada la estratigrafía prevista del subsuelo en la franja del
proyecto se programó considerando ensayes de clasificación USCS19 cada cuatro metros de
profundidad. Con este número de ensayes se logra validar las observaciones estratigráficas obtenidas en terreno, según nuestra experiencia en los suelos de Santiago.
Se desarrollaron Análisis Granulométricos que permiten la obtención de las curvas granulométricas de las muestras que se entregan en las Figuras 2, 2 A y 2B (Capítulo 9, FIGURAS). Sin perjuicio de este número mínimo de análisis planificado a priori, se extrajeron muestras de los estratos novedosos y singularidades. El cuadro general de análisis y sus resultados se entrega en el ANEXO II del presente documento. Se realizaron del orden de 250 clasificaciones.
19
Complementariamente se determinó en laboratorio el Peso específico de las partículas gruesas para identificar las componentes granulares y el origen de la unidad y el Peso Unitario de las muestras inalteradas de suelos finos.
La experiencia de esta oficina da cuenta de que con este criterio de muestreo se obtuvo una cantidad suficiente y representativa de muestras y ensayes asociados para la caracterización del subsuelo de manera tal que se estableció una base de datos que permitió establecer conclusiones relativas fundamentalmente a homologación de muestras. Además, este número de ensayes se logra validar las observaciones estratigráficas obtenidas en terreno, según nuestra experiencia en los suelos de Santiago.
1.5.2.2ENSAYOS DE COMPRESIÓN NO CONFINADA
Los ensayos de compresión no confinada tienen por objetivo primero determinar la resistencia al corte de los suelos finos del Depósito designado U-2.
Se desarrollaron ensayos de compresión no confinada sobre muestras inalteradas de suelo fino con su humedad natural. Todas las muestras se tallaron con su dimensión mayor en dirección vertical. La velocidad de ensayo fue tal que permitió la toma de suficientes puntos del tramo inicial de la curva tensión – deformación para determinar Módulos de Deformación en rango elástico
La probetas así confeccionadas se sometieron a esfuerzos de compresión axial hasta la falla. El siguiente ejemplo presentado en la Ilustración 9 considera en forma gráfica el ensayo de una muestra extraída de la calicata C19-10T y los parámetros obtenidos a partir de él.
Ilustración 9 ENSAYO DE COMPRESION NO CONFINADA
En el ensayo de compresión no confinada la tensión de confinamiento lateral es nula y el corte por lo tanto lo establece la deformación vertical, lo cual se explica gráficamente.
Ilustración 10 DETERMINACION DE PROPIEDADES MECÁNICAS SUELO FINO
Al tener un elemento de suelo en la profundidad Z, se verá sometido a un incremento del
empuje H, manteniéndose constante la tensión vertical hasta que el suelo alcanza su
estado final de falla, en el cual está movilizado plenamente el par c- . En el estado final tenemos:
Hf
=
vK+2c (K)
1/2 Empuje máximo que pude resistir elsuelo a la profundidad Z
v
=
q
s+Z
20Ecuación 16
K =K
p= (1+sen
mov)/ (1-sen
mov)
Empuje máximo que pude resistir elsuelo a la profundidad Z
Ecuación 17
A partir de estos ensayos se obtuvo la cohesión máx (cmax), el ángulo de fricción movilizado
mov*, el coeficiente de deformación cíclico k221, y se compararon los parámetros
obtenidos con las prueba de carga, validándose la homologación con suelos finos de otros sectores de Santiago.
1.5.2.3ENSAYOS DE COMPRESIÓN TRIAXIAL
Los ensayos triaxiales se desarrollan para determinar parámetros resistentes de los suelos. Los parámetros resistentes de la grava se definieron una vez que ellas se homologaron a partir de la comparación de las propiedades índices obtenidas para los suelos granulares de ML6, con las conocidas de las muy estudiadas y ensayadas Gravas de Santiago.
Se consideró necesario efectuar al menos 9 ensayos triaxiales en suelos finos para lo cual se obtuvo una gran cantidad de muestras inalteradas, de entre las que se eligieron las más representativas para obtener sus parámetros resistentes.
En un ensayo triaxial se cargan las probetas hasta su falla, lo cual permite definir la trayectoria de esfuerzos a partir de gráficos simplificados p-q, y a partir de ellos, se obtiene en analítica y gráficamente el par c- para distintos estados tensionales del suelo
En el siguiente acápite se explica de manera resumida como se obtiene el par c- a partir de ensayos triaxiales y de ensayos de corte directo.
20
No considera efecto de arco, para ello ver Capítulo 7 Figura 26 Ecuación 45 que entrega v
21
Obtenido a su vez de la prueba de carga, según se indica en memoria de cálculo ANEXO IV y en Acápite donde entregan Módulos de rigidez, coeficientes de deformación cíclica, desangulación cíclica y la metodología de cálculo .
Los resultados obtenidos los comparamos con aquellos de otros estudios logrando demostrar que los suelos son homologable también a partir de ensayos especiales validando nuestra homologación.
1.5.2.3.1 EXPLICACIÓN DEL ENSAYOS DE COMPRESIÓN TRIAXIAL
La probeta de suelo fino se somete a una tensión inicial designada 10 considerando la
tensión de confinamiento del suelo a la cota en que se tomó la muestra inalterada. A partir
de ella se aplican incrementos 1 axiales, lo que produce deformaciones en la probeta las
cuales quedan registradas. El estado de la probeta sometida a estos esfuerzos (estado tensional) queda representado en un círculo de Mohr según se indica en la figura siguiente:
Ilustración 11 ESTADOS TENSIONALES EN ENSAYO DE TRIAXIAL
En este ejemplo: c= 10= 30
Para simplificar la representación de los estados tensionales se trabaja con un diagrama p-q, en el que el estado de tensiones del círculo de Mohr se representa por un punto.
Ilustración 12 SIMPLIFICACION USANDO DIAGRAMAS P-Q
Usando esta representación es muy sencillo graficar estados de tensiones para incrementos que se rijan por una ley determinada. Por ejemplo si el confinamiento es
anisotrópico y el historial de tensiones se rige por 3/ 1 = K a partir de un estado
de confinamiento inicial definido por 30, 10 se tendrá:
2 3 1 p 2 3 1 q q K K p q p q 1 1 1 1 1 3 1 3
Trayectoria de tensiones correspondiente
Ilustración 13 SIMPLIFICACION USANDO DIAGRAMAS P-Q
Hay infinitas trayectorias de tensiones, algunas de las cuales se representan en la Ilustración 13 figura a partir de un estado inicial de confinamiento isotrópico.
En la Ilustración 14 se grafica la evolución de cm y de m con la deformación de la probeta
triaxial distinguiéndose la cohesión máxima, cmax, que puede movilizar el suelo y el ángulo
de fricción movilizado, m* , cuando la cohesión alcanza el máximo.
En la Ilustración 15 se representan las envolventes definidas por cmax y
*
m mediante tres
tipos de ensayos ejecutados en la 1ª Depositación de la grava del Mapocho.
Las que se obtuvieron a partir de las envolventes de falla obtenidas a su vez , con el par
Ilustración 14 TRIAXIAL GIGANTE EN LA GRAVA DE SANTIAGO
Ilustración 15 ENVOLVENTES Cmáx – *máx PARA LA 1ª DEPOSITACION GRAVA DE SANTIAGO22
En este estudio se efectuaron ensayos triaxiales sobre series de muestras individuales obtenidas a partir del mismo trozo inicial (“queque”) a humedad natural, en la misma dirección. A partir de ellos se determinaron:
Parámetros de resistencia al corte qu y
22 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 0 2 4 6 8 10 12 T EN SI ÓN D E C OR TE [T o n /c m 2]
TENSIÓN NORMAL [Ton/cm2]
Triaxiales en grava de Santiago
Tensión normal Passive Tests Tensión normal Corte Directo Tx Situ
Parámetros de resistencia al corte c’ y ’
Para los suelos granulares se asignaron los parámetros obtenidos a partir de ensayos de placa y triaxiales gigantes efectuados para otros estudios en la grava de Santiago.
1.5.2.4 ENSAYOS DE CONSOLIDACIÓN
Los ensayos de consolidación se deben realizar en suelos finos para definir la razón de
preconsolidación, determinar los parámetros de rigidez , Índice de compresión
C
c,
índicede recarga
C
r,
e índice de compresión secundaria Cα representativo del depósito.Los gráficos presentan “gráficamente” la dispersión y el grado de confiabilidad de las determinaciones. Se analizaron seis muestras determinando la tensión de preconsolidación en cada caso como se presenta en el set de Figuras 12 Bi con i:1 a 6 del Capítulo 9; los resultados obtenidos son un factor adicional para la homologación con suelos finos del Norte y Oriente de Santiago.
1.5.2.5 ENSAYOS DE CORTE DIRECTO
Se midió la variación con la profundidad, del nivel de presiones medias y el progreso de la deformación por corte obteniéndose el Módulo de Poisson elástico , en términos de
presiones efectivas y, el módulo de Poisson elástico
u
en términos de presiones totales.Para la realización del ensayo se ocuparon probetas obtenidas de muestras inalteradas para determinar la resistencia al corte drenada. En este ensayo se mide la deformación de la probeta a una velocidad controlada en un plano de corte. Se ensayaron 2 probetas para cada nivel de tensión para obtener la resistencia al corte y la deformación asociada.
1.5.2.6 HUMEDAD NATURAL Y PESO UNITARIO NATURAL
La humedad natural es fundamental a la hora de realizar ensayos .
Se debe conocer la humedad natural ya que con ello se determinar las propiedades índice del suelo en un determinado punto.
Se hizo para cada calicata un perfil de humedades en el cual se indica además el grado de saturación a partir de la determinación de la humedad natural y propiedades físicas del suelo (Lámina 3 de 32).
En el gráfico -que se ubica a la izquierda de la columna estratigráfica- se indica la humedad de la muestra en estado natural, el Límite Plástico y el Límite Líquido, quedando indicada gráficamente la magnitud del índice de Plasticidad.
La determinación del Peso Unitario se hizo para todas las muestras simultáneamente con la determinación de la humedad natural y del grado de saturación, datos indicados en el gráfico
2 ESTRATIGRAFIA
En la Lámina 1/32 y 2.01 a 2,28 de 32 se presenta la ubicación en planta de las calicatas mencionadas en este capítulo.
La Lámina 3 de 32 del Capítulo 10 inserta en el bolsillo externo del presente informe se representa la estratigrafía en el eje del Proyecto ML6.
La estratigrafía detallada por calicata se presenta en ANEXO I incluyéndose fotografías del interior de ellas a distintas profundidades.
2.1 ESTRATIGRAFIA DESDE E.CERRILLOS HASTA E.FRANKLIN (TRAMO II)
Corresponde a un depósito de Gravas Arenosas de la primera (H-3) y segunda (H-4) depositación del Río Maipo. La compacidad del depósito gravo arenoso es alta a muy alta. Los Finos de la matriz son limosos y limo arcillosos aumentando el contenido de ellos a partir de los 17 m de profundidad típica, presentan plasticidades típicamente nulas y muy bajas a profundidades mayores. En profundidad aumenta levemente el contenido de finos de la matriz, siendo el típico de 1 a 3 %.
Aunque se puede considerar una estratigrafía en general uniforme en que se destacan tres Unidades, la descripción estratigráfica se hace por tramos con descripciones simplificadas para cada uno de ellos:
La Grava presenta un tamaño máximo típico de 5” a 8”, es muy compacta, desgranable al golpe de martillo geológico. Debido a la alta desgranabilidad del depósito las calicatas fueron necesariamente entibadas por razones de seguridad de excavadores y visitantes durante su excavación y durante su vida útil.
Hasta los 13m a 19 m de profundidad la grava es muy desgranable al impacto del martillo geológico (HORIZONTE H-3), bajo los 13 a 19 m la resistencia al impacto aumenta (HORIZONTE H-4).
Existe riesgo potencial en este tipo de suelo de derrames de la arena de la matriz. Comparativamente respecto de la grava de Maipú es más resistente al impacto de martillo geológico sin embargo presenta desgranabilidad por lo que clasifica como grava arenosa desgranable.
Los suelos Finos exhiben una consistencia alta y alta a muy alta en profundidad.
La configuración estratigráfica es pareja en todo el TRAMO II salvo en las calicatas ubicadas en la Estación Pedro Aguirre Cerda y la Calicata ubicada en calle Club Hípico donde aparece un estrato de suelo fino de potencia superior a 2 metros.
La configuración estratigráfica es similar a la existente en la extensión Línea 5 sector pajaritos, el suelo fino se detecta sólo al fondo de la calicata no detectándose “pasadas” múltiples como en Maipú y en el norte eje Recoleta hacia Vespucio.
En los extremos del Tramo II se constata la presencia de suelos finos (H-2) limosos levemente arcillosos a arcillo limosos, de plasticidad baja a nula, de color café, humedad media y consistencia alta a muy alta a profundidades mayores a los 16m, para efectos de diseño se considera subyacente a este estrato la 1ª Depositación del Maipo hasta una profundidad indefinida, según se presenta en perfil de la Lámina 1 de 32.
Sin perjuicio de la uniformidad estratigráfica del suelo la descripción estratigrafica se presenta en los siguientes acápites por sectores entre calicatas.
2.1.1. ESTRATIGRAFIA DESDE INICIO (COLA DE MANIOBRAS) HASTA LA ESTACIÓN FRANKLIN (E4)
En las calicatas ubicadas en este tramo, están presentes las formaciones granulares homologadas a la 1ª y 2ª depositación del Río Maipo, por contener un porcentaje de finos típico muy bajo, comprendido entre el 1 y 3%. La ubicación del cambio de los estratos granulares entre la 2ª y 1ª depositación es variable, y se sitúa entre los 13 y 19 m, para luego considerarse indefinida la Unidad H-3 (1ª Depositación del Río Maipo).
