GEOCONS ESTUDIO GEOTÉCNICO DE UN DESLIZAMIENTO EN LA VIA UTUANA - TACAMOROS, CANTÓN SOZORANGA, PROVINCIA DE LOJA.

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1 ESTUDIO GEOTÉCNICO DE UN DESLIZAMIENTO EN LA VIA UTUANA - TACAMOROS, CANTÓN SOZORANGA, PROVINCIA DE LOJA. REALIZADO POR: GEOCONS LABORATORIO SOLICITADO POR: GOBIERNO PROVINCIAL DE LOJA. UBICACIÓN: VIA UTUANA - TACAMOROS, CANTÓN SOZORANGA, PROVINCIA DE LOJA. FECHA: 21 de Junio del 2017 LOJA ECUADOR JUNIO

2 ESTUDIO GEOLÓGICO - GEOTÉCNICO 1.- INTRODUCCIÓN Ante la necesidad de analizar y evaluar el área de terreno que visualmente se encuentra deslizándose en la calzada de la vía Utuana - Tacamoros, y que pone en riesgo la estabilidad de sus taludes y de las vía en mención, EL GOBIERNO PROVINCIAL DE LOJA contrata la consultoría de ESTUDIO GEOTÉCNICO DE UN DESLIZAMIENTO EN LA VIA UTUANA - TACAMOROS, CANTÓN SOZORANGA, PROVINCIA DE LOJA, la cual será ejecutada por el Ing. Ramiro Jiménez con el LABORATORIO GEOCONS, realizando lo necesario para determinar dichos objetivos. 2.- OBJETIVOS. El objetivo principal de este estudio, es determinar las propiedades geotécnicas del suelo y los parámetros que permitan definir sus características mecánicas y de estabilidad, en base a la capacidad portante del terreno; diseño que deberá ser tanto técnico y económicamente el más adecuado que esté acorde con los resultados del estudio, así mismo determinar posibles presencias de fallas geológicas, escorrentías subterráneas, o movimientos de masas que pongan en riesgo a este sector, debido a que no existen estratos visibles con inclinaciones de diferentes composiciones estratigráficas se investigará a profundidad mediante ensayos Geofísicos hasta la profundidad de 30,00 y 60,00 metros ALCANCE DE LOS TRABAJOS. De acuerdo a lo indicado en la propuesta para realizar los estudios se establecieron los siguientes objetivos: 2

3 Conocer las características físicas y mecánicas del suelo de la sub-rasante. Determinar la capacidad de soporte de la sub-rasante de cada estrato presente en el terreno. Determinar los tramos homogéneos en función de las características mecánicas de la sub-rasante. Determinar los factores de seguridad. Determinar el ángulo de fricción interna de los estratos presentes. Determinar escorrentías subterráneas. Determinar movimiento de masas o fallas geológicas UBICACIÓN DEL PROYECTO. El terreno en estudio se encuentra ubicado en el cantón Sozoranga, Provincia de Loja, específicamente en la vía Utuana - Tacamoros en las coordenadas N = E= = ELEV= 2269 m.s.n.m. en la gráfica siguiente se muestra la ubicación del proyecto: ESQUEMA DE UBICACIÓN DEL PROYECTO 3

4 5.- TRABAJOS REALIZADOS. 5.1 TRABAJOS DE CAMPO Como el objetivo principal del estudio, es determinar las propiedades geotécnicas del suelo y las cotas de los terrenos estables, así como sus características mecánicas y elásticas, se realizó 5 ensayos geofísicos (Sísmica) y 2 SPTs distribuidas de manera longitudinal y transversal a lo largo de la falla en la vía, para de esta manera determinar los perfiles estratigráficos y capacidades de soporte más profundos en donde el ensayo de SPT no es ejecutable, estos ensayos de sísmica se realizan con el fin de no desestabilizar los taludes. 5.2 TRABAJOS DE LABORATORIO Después de haber realizado los ensayos de campo, se procede a descargar los datos e introducirlos en el software para determinar las características mecánicas del suelo. 6.- EVALUACIÓN GEOTÉCNICA DE LA SUBRASANTE ENSAYOS DE EXPLORACIÓN MEDIANTE ENSAYOS GEOFÍSICOS (SÍSMICA DE REFRACCIÓN).- Para la determinación de la estratigrafía a profundidades mayores a 7 metros, se realizó ensayos de Sísmica de Refracción, con la cual se obtendrá las características mecánicas del suelo a profundidades de 30,00 y 60,00 metros, así como posibles presencias de escorrentías subterráneas que pongan en riesgo dicho terreno, para este fin se realizó 2 líneas de 30,00 metros de longitud con una profundidad de 30 metros de exploración, longitudinales a la vía y 3 líneas de 60,00 metros de longitud con una profundidad de 60,00 metros de exploración transversales a la vía. 4

5 7.- CAPACIDAD DE CARGA.- Para la determinación de la capacidad de soporte y el tipo de estrato encontrado mediante la sísmica de refracción, se determinó los dromocromas obtenidos mediante los perfiles sísmicos, estos resultados de los dromocromas se detallan a continuación: LINEA SISMICA (LS28) LONGITUDINAL SISMOGRAMAS 5

6 DROMOCROMAS 6

7 LINEA SISMICA (LS29) LONGITUDINALES SISMOGRAMAS DROMOCROMAS 7

8 LINEA SISMICA (LS30-31) TRANSVERSALES SISMOGRAMAS 8

9 DROMOCROMAS LINEA SISMICA (LS32-33) TRANSVERSALES SISMOGRAMAS 9

10 DROMOCROMAS 10

11 LINEA SISMICA (LS34-35) TRANSVERSALES SISMOGRAMAS DROMOCROMAS 11

12 LINEA SISMICA (LS-28) ESPESOR DE ESTRATO 1 ESPESOR DE: 0.00 A 5.60 LINEA SÍSMICA N: m/s m/s Tn/m3 21 GRADOS Kg/cm Kg/cm Kg/cm Kg/cm2 ESPESOR DE ESTRATO 2 ESPESOR DE: 5.60 A LINEA SÍSMICA N: m/s m/s Tn/m3 11 GRADOS Kg/cm Kg/cm Kg/cm Kg/cm2 ESPESOR DE ESTRATO 3 ESPESOR DE: A LINEA SÍSMICA N: m/s m/s Tn/m3 21 GRADOS Kg/cm Kg/cm Kg/cm Kg/cm2 ESPESOR DE ESTRATO 4 ESPESOR DE: > A LINEA SÍSMICA N: m/s m/s Tn/m3 9 GRADOS Kg/cm Kg/cm Kg/cm Kg/cm2 12

13 LINEA SISMICA (LS29) ESPESOR DE ESTRATO 1 ESPESOR DE: 0.00 A 3.50 LINEA SÍSMICA N: m/s m/s Tn/m3 21 GRADOS Kg/cm Kg/cm Kg/cm Kg/cm2 ESPESOR DE ESTRATO 2 ESPESOR DE: 3.50 A LINEA SÍSMICA N: m/s m/s Tn/m3 21 GRADOS Kg/cm Kg/cm Kg/cm Kg/cm2 ESPESOR DE ESTRATO 3 ESPESOR DE: A LINEA SÍSMICA N: m/s m/s Tn/m3 21 GRADOS Kg/cm Kg/cm Kg/cm Kg/cm2 ESPESOR DE ESTRATO 4 ESPESOR DE: > A LINEA SÍSMICA N: m/s m/s Tn/m3 9 GRADOS Kg/cm Kg/cm Kg/cm Kg/cm2 LINEA SISMICA (LS30-31) ESPESOR DE ESTRATO 1 ESPESOR DE: 0.00 A 4.00 LINEA SÍSMICA N: m/s m/s Tn/m3 21 GRADOS Kg/cm Kg/cm Kg/cm Kg/cm2 ESPESOR DE ESTRATO 2 ESPESOR DE: 4.00 A LINEA SÍSMICA N: m/s m/s Tn/m3 11 GRADOS Kg/cm Kg/cm Kg/cm Kg/cm2 13

14 ESPESOR DE ESTRATO 3 ESPESOR DE: A LINEA SÍSMICA N: m/s m/s Tn/m3 9 GRADOS Kg/cm Kg/cm Kg/cm Kg/cm2 ESPESOR DE ESTRATO 3 ESPESOR DE: > A LINEA SÍSMICA N: m/s m/s Tn/m3 9 GRADOS Kg/cm Kg/cm Kg/cm Kg/cm2 LINEA SISMICA (LS32-33) ESPESOR DE ESTRATO 1 ESPESOR DE: 0.00 A 4.20 LINEA SÍSMICA N: m/s m/s Tn/m3 11 GRADOS Kg/cm Kg/cm Kg/cm Kg/cm2 ESPESOR DE ESTRATO 2 ESPESOR DE: 4.20 A LINEA SÍSMICA N: m/s m/s Tn/m3 30 GRADOS Kg/cm Kg/cm Kg/cm Kg/cm2 ESPESOR DE ESTRATO 3 ESPESOR DE: A LINEA SÍSMICA N: m/s m/s Tn/m3 9 GRADOS Kg/cm Kg/cm Kg/cm Kg/cm2 ESPESOR DE ESTRATO 4 ESPESOR DE: > A LINEA SÍSMICA N: m/s m/s Tn/m3 9 GRADOS Kg/cm Kg/cm Kg/cm Kg/cm2 14

15 LINEA SISMICA (LS34-35) ESPESOR DE ESTRATO 1 ESPESOR DE: 0.00 A 4.40 LINEA SÍSMICA N: m/s m/s Tn/m3 11 GRADOS Kg/cm Kg/cm Kg/cm Kg/cm2 ESPESOR DE ESTRATO 2 ESPESOR DE: 4.40 A LINEA SÍSMICA N: m/s m/s Tn/m3 30 GRADOS Kg/cm Kg/cm Kg/cm Kg/cm2 ESPESOR DE ESTRATO 3 ESPESOR DE: A LINEA SÍSMICA N: m/s m/s Tn/m3 9 GRADOS Kg/cm Kg/cm Kg/cm Kg/cm2 ESPESOR DE ESTRATO 3 ESPESOR DE: > A LINEA SÍSMICA N: m/s m/s Tn/m3 9 GRADOS Kg/cm Kg/cm Kg/cm Kg/cm2 PERFILES SÍSMICOS Y SU TIPO CAPA VELOCIDAD SÍSMICA (m/s) ESPESORES DE ESTRATO (m) TIPO DE MATERIAL ESTIMADO ,50 a 7,30 Arcilla de media plasticidad limosa ,00 a 7.10 Arcilla de media plasticidad con arena ,50 a 18,90 Arcilla blanda con grava y arena (Conglomerado) > a profundidades de 29,70 Roca Blanda (Conglomerados) 15

16 8.- EQUIPO UTILIZADO.- Las investigaciones se realizaron utilizando un sismógrafo de refracción PASI ANTERO DE 48 CANALES, como también se emplearon sus respectivos accesorios de cables de geófonos y de extensión, geófonos, batería y detonador. Este equipo tiene la particularidad de registrar las ONDAS Longitudinales y las Transversales. Además facilita el sismograma directamente. 16

17 9.- CAPACIDAD DE CARGA MEDIANTE ENSAYOS DE SPTs.- En el área de estudio, se realizó 2 ensayos de SPT para corroborar datos y determinar capacidades de soporte de acuerdo al perfil estratigráfico, obteniendo la estratigrafía a continuación detallada: 17

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20 Como se observa el estrato determinado por el ensayo de SPT es muy homogéneo correspondiente a en su mayoría a arcillas de alta y media plasticidad del tipo CL-CH, de bajas capacidades de soporte con humedades muy altas de hasta el 33,00%, lo que hace muy inestable esta zona, y bajo este estrato se encuentra una arcilla media arenosa de medianas capacidades de soporte del tipo CL: CAPACIDAD DE SOPORTE SPT 1 PROF= 3.00 m. Q ultimo = 39,64 Tn/m2 = 3,960 Kg/cm2 Q admisible = 13,21 Tn/m2 = 1,321 Kg/cm2 Ángulo de fricción interna = 21,05 Factor de Seguridad = 3,00 Densidad = g/cm3 NOTA: La capacidad de soporte es muy baja y con muy alta humedad correspondiente al estrato arcilloso, lo que los vuelve susceptibles a deslizamientos a estos estratos, se recomienda cambio de estrato. CAPACIDAD DE SOPORTE SPT 2 PROF = 3.00 m. Q ultimo = 39,94 Tn/m2 = 3,994 Kg/cm2 Q admisible = 13,31 Tn/m2 = 1,331 Kg/cm2 Ángulo de fricción interna = 21,05 Factor de Seguridad = 3,00 Densidad = g/cm3 NOTA: La capacidad de soporte es muy baja y con muy alta humedad correspondiente al estrato arcilloso, lo que los vuelve susceptibles a deslizamientos a estos estratos, se recomienda cambio de estrato. 20

21 10.- ESTRATIGRAFIA GLOBAL DEL PROYECTO.- A continuación se detalla el esquema de estratigrafía en 3D de acuerdo a la obtenida mediante los ensayos sísmicos y Spts. ARCILLA DE ALTA PLASTICIDAD - Qadm= 0,64 Kg/cm2 ARCILLA BLANDA CON ARENA- Qadm= 1,23 Kg/cm2 FILTRACIONES SUBTERRANEAS EXISTENTES ARCILLA BLANDA CON GRAVA Y LIMOS- Qadm= 2,28 Kg/cm2 ROCA BLANDA (CONGLOMERADO) - Qadm= 3,27 Kg/cm2 LS LS LS 28 LS LS 28 21

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23 Como se puede observar según los perfiles estratigráficos se encuentran movimientos de masas activos actualmente, esto corresponde a que en la estratigrafía de la zona se encuentra una capa arcillosa blanda y saturada con espesores variables, es decir en el área de la calzada este estrato varia de 7,20 a 5,00 metros de espesor y en el talud hacia la parte superior esta corteza o estrato arcilloso varia de 3,50 a 4,00 metros; cabe destacar que por este estrato circula escorrentías subterráneas a las profundidades de 1,00 y 4,00 metros, este estrato superior se desliza sobre un estrato arcilloso endurecido de media plasticidad, con espesores variables de 5,00 a 7,00 metros, y bajo este estrato se encuentra un tercer estrato correspondiente a un estrato del tipo conglomerado. 23

24 11.- DETERMINACIÓN DEL ESPEJO DE FALLA.- Luego de haber extraído el perfil topográfico del terreno se ubica la estratigrafía determinada mediante el ensayo de sísmica de refracción y SPTs con sus características mecánicas correspondientes. A continuación se determina la superficie potencial de falla, asociada al FS mínimo, mediante el proceso de búsqueda de la superficie crítica se determina los contornos del mismo FS, los cuales por lo general tienden a presentar una forma elíptica, cuyo eje mayor se acerca a la superficie del talud. El objetivo del análisis de taludes consiste en evaluar la posibilidad de ocurrencia de deslizamientos de masas de suelo existentes en taludes naturales y artificiales o construidos. En general, los análisis se realizan mediante la comparación de los esfuerzos cortantes movilizados con la resistencia al corte. Así se define un factor de seguridad dado por: FS> 1 ; Obra estable FS= 1; Ocurre la falla del talud FS<1 No tiene significado físico A continuación se detalla el análisis de la zona del talud en estudio. DESLIZAMIENTO O FALLA En este deslizamiento según los resultados de sísmica de refracción se observa la existencia de un estrato arcilloso saturado de variables espesores que se desliza sobre un estrato arcilloso endurecido de mayor capacidad de soporte, las características mecánicas fueron determinadas mediante los ensayos de sísmica de refracción y a 24

25 continuación se determina los estados de fallas del talud analizado. PERFIL MODELO DESLIZAMIENTO 25

26 Factor de Seguridad: 4,240 Como se puede observar el círculo de falla frecuente en este talud inestable nos determina un factor de seguridad de el cual se hace necesario cortar mediante estabilización de la calzada y taludes de corte correspondiente, los cuales que a continuación se detallan REMEDIACION Y MITIGACIÓN DE MOVIMIENTO DE MASAS.- Para mitigar y contrarrestar este movimiento de masas se deberá realzar los siguientes trabajos recomendados. Se hace muy necesario densificar la calzada de la vía y contrarrestar las fuerzas actuantes del movimiento de masas o presión de tierra del talud hacia la calzada, para esto se deberá realizar una excavación de todo el ancho de calzada con un sobre ancho de 2,00 metros hacia el talud, y de una profundidad de 4,00 metros con una longitud recomendada de 40,00 metros correspondiente al área afectada, esta excavación será remplazada con 2,00 metros de enrocado con rocas de diámetro de 1,00 a 2,00 metros, y los siguientes 2,00 metros con material de mejoramiento de un diámetro menor a 10,00 centímetros (pasante 4 pulgadas), este mejoramiento deberá ser debidamente compactado en capas no mayores a 40,00 centímetros. A continuación se detalla un gráfico del método constructivo. 26

27 Como siguiente paso es necesario realizar un corte hacia el talud con el fin de romper este espejo de falla, para esto se realizara una excavación hacia el talud de un ancho de 7,00 metros y un talud de corte con inclinación H:1 V:2, cabe indicar que este corte de sobre ancho de 7,00 metros se lo realizara bajo un metro del nivel de calzada, como se observa en el detalle grafico anterior. 27

28 13.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES El área de estudio del presente proyecto se encuentra ubicado en el cantón Sozoranga, Provincia de Loja, específicamente en la vía Utuana - Tacamoros en las coordenadas N = E= = ELEV= 2269 m.s.n.m. 2.- Para la determinación de la estratigrafía se ha realizado: 2 SPT s 2 Líneas sísmicas de 30,00 metros (longitudinales) 3 Líneas sísmicas de 60,00 metros (transversales) 3.- En la estratigrafía encontrada en la zona en estudio se encuentra una capa arcillosa blanda y saturada con espesores variables, es decir en el área de la calzada este estrato varia de 7,20 a 5,00 metros de espesor y en el talud hacia la parte superior esta corteza o estrato arcilloso varia de 3,50 a 4,00 metros; cabe destacar que por este estrato circula escorrentías subterráneas a las profundidades de 1,00 y 4,00 metros, este estrato superior se desliza sobre un estrato arcilloso endurecido de media plasticidad, con espesores variables de 5,00 a 7,00 metros, y bajo este estrato se encuentra un tercer estrato correspondiente a un estrato del tipo conglomerado. 28

29 5.- El espejo de falla determina la superficie potencial de falla, asociada al FS mínimo, mediante el proceso de búsqueda de la superficie crítica se determina los contornos del mismo FS, los cuales por lo general tienden a presentar una forma elíptica, cuyo eje mayor se acerca a la superficie del talud. 6.- El círculo de falla frecuente en este talud inestable nos determina un factor de seguridad de el cual se hace necesario cortar mediante estabilización de la calzada y taludes de corte correspondiente. 7.- Como alternativa de solución, se propone densificar la calzada de la vía y contrarrestar las fuerzas actuantes del movimiento de masas o presión de tierra del talud hacia la calzada, para esto se deberá realizar una excavación de todo el ancho de calzada con un sobre ancho de 2,00 metros hacia el talud, y de una profundidad de 4,00 metros con una longitud recomendada de 40,00 metros correspondiente al área afectada, esta excavación será remplazada con 2,00 metros de enrocado con rocas de diámetro de 1,00 a 2,00 metros, y los siguientes 2,00 metros con material de mejoramiento de un 29

30 diámetro menor a 10,00 centímetros (pasante 4 pulgadas), este mejoramiento deberá ser debidamente compactado en capas no mayores a 40,00 centímetros, también será necesario realizar un corte hacia el talud con el fin de romper este espejo de falla, para esto se realizara una excavación hacia el talud de un ancho de 7,00 metros y un talud de corte con inclinación H:1 V:2, cabe indicar que este corte de sobreancho de 7,00 metros se lo realizara bajo un metro del nivel de calzada, como se observa en el detalle grafico siguiente: Atentamente. Ing. Ramiro Jiménez V. RESPONSABLE DEL LABORATORIO RUC: CODIGO:

31 14.- ANEXO FOTOGRÁFICO 31

32 ENSAYOS DE SÍSMICA DE REFRACCIÓN TOPOGRAFIA DE LA ZONA 32

33 15.- ENSAYOS DE LABORATORIO 33