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CENTRO DE SERVICIO DE DISEÑO

Estudio geotécnico del terreno

PROYECTO:

ST Coyol

Consecutivo CSD: 2010-203

Orden de Servicio: 3020-10-001

INFORME GEOTÉCNICO

INFORME HIDRÁULICO

ST Coyol

Febrero 2012

Área Ingeniería Geotécnica – CS Diseño – UEN Proyectos y Servicios Asociados 1

1. Introducción

A solicitud del Ing. José Carlos López Mora, UEN Transporte de Electricidad, Proceso de Expansión de la Red, se

realizó el estudio geotécnico del sitio donde se construirá la Subestación S.T. Coyol, la cual se localiza en El

Coyol, distrito de San José, Cantón Alajuela, provincia de Alajuela. El terreno consta de un área total de

1ha.0020.84 m2 y tiene el número de catastro A-1164763-2007.

Figura 1. Plano catastro de la propiedad donde se ubicara S.T. Coyol


Este estudio tuvo como principal objetivo establecer las propiedades y características geomecánicas de los

materiales donde se cimentaran las principales estructuras de la subestación, así como determinar la capacidad

de carga del terreno y asentamientos probables. También, se brindan algunas recomendaciones constructivas

para la cimentación de dichas estructuras.

El estudio se realizó en tres etapas: la primera etapa, abarcó el trabajo de campo, donde se realizaron 16

trincheras exploratorias de aproximadamente 2 metros de profundidad, y se obtuvieron muestras; la segunda

etapa correspondió a las pruebas de laboratorio; y la tercera etapa consistió en la interpretación de los

resultados de laboratorio y análisis para brindar la mejor solución de cimentación a las distintas estructuras a

construirse en el sitio.

En síntesis, después de analizar e interpretar los resultados obtenidos de los ensayos de campo y laboratorio, se

concluye que el terreno es apto para cimentar las estructuras que se pretenden construir, siempre y cuando se

acaten las recomendaciones contenidas en este informe.

En este informe se hace una descripción de los alcances del estudio, luego se describe la metodología para la

obtención de la información; se presentan los resultados de los ensayos de campo y laboratorio, se describe el

modelo geotécnico del lugar y por último se realiza el análisis de capacidad de carga y asentamientos.

2. Descripción del problema

La investigación realizada se concentró en el sitio donde se construirá la Subestación Coyol, específicamente

para el área de transformadores y las torres.

Con el presente estudio se busca dar solución a las obras de cimentación, basados en las características

geomecánicas del terreno.

La subestación se ubicará en un terreno relativamente plano, con la particularidad que es atravesado por una

servidumbre pluvial, la cual atraviesa la propiedad de este a oeste.

Con respecto a los materiales de fundación que conforman el sitio de la subestación se encontró una

coincidencia en todas las trincheras exploratorias. Se observó la presencia de una capa de suelo orgánico en la

superficie de unos 40 cm. en promedio, seguida por una capa de arcillas expansivas de 1.5 metros de espesor

aproximadamente. Y debajo de estas arcillas se tiene un material limoso elástico con buenas características

geotécnicas.


3. Objetivos y Alcance

3.1 Objetivo general

El objetivo general de este estudio es determinar si el terreno, donde se pretenden cimentar las

estructuras de la subestación, es apto según sus características geotécnicas.

3.2 Objetivos específicos

Como objetivos específicos se tienen:

Determinar la capacidad soportante admisible del terreno con base en los resultados de los ensayos de

laboratorio y de campo.

Determinar los asentamientos asociados según las cargas aplicadas al terreno.

Dar las recomendaciones necesarias para la cimentación de las estructuras, así como los parámetros

para realizar las estimaciones de las solicitaciones sísmicas.

Dar las recomendaciones necesarias para efectuar cualquier relleno de sustitución requerido.

Brindar las recomendaciones necesarias para una adecuada cimentación de las mismas.

3.3 Alcance

El informe incluye las recomendaciones de cimentación para las obras que contemplan la Subestación Coyol.

Estos datos deberán emplearse para diseñar las fundaciones de las estructuras.

El informe es general para todas las estructuras de la subestación, en el sitio particular de estudio.

3.4 Limitaciones

La principal limitación que tiene este estudio, es que la exploración realizada es puntual con respecto a toda el área que abarca la subestación y es probable encontrar variación de materiales y sus propiedades durante el proceso de excavación.

Por lo tanto, es conveniente informar al Área de Ingeniería Geotécnica cualquier anomalía observada durante las excavaciones o diferencias con respecto a lo expuesto en este informe.


4. Metodología

Este estudio se realizó en tres etapas: la primera etapa correspondió al trabajo de campo mediante 16 trincheras exploratorias de aproximadamente 2.0 metros de profundidad; la segunda etapa abarcó las pruebas de laboratorio; y la tercera etapa consistió en el análisis geotécnico para establecer un modelo geomecánico y determinar la capacidad de carga admisible y los asentamientos probables.

5. Investigación realizada

5.1 Objetivos de la investigación geotécnica

La investigación geotécnica efectuada en el sitio de la Subestación Coyol, tuvo dos objetivos:

I. Obtener muestras representativas de los materiales presentes, mediante ensayos de laboratorio para

determinar sus propiedades.

II. Efectuar trincheras exploratorias para establecer la consistencia de los materiales con la profundidad.

5.2 Descripción de la investigación

La investigación se dividió en dos partes, la primera enfocada al trabajo de campo, y la segunda a los ensayos de

laboratorio.

Trabajo de campo

Muestreo con trincheras exploratorias: se realizaron 16 trincheras exploratorias, en las cuales se tomaron

muestras para efectuar pruebas de laboratorio. Hay que destacar que los materiales encontrados en las 16

trincheras son iguales.


Figura 2. Diseño preliminar de la subestación Coyol con la ubicación de las 16 trincheras exploratorias. Fuente: Ing. José Carlos López Mora

2 3 4 5 6

7

11 10

12

9 8

13

1

14

15

16


Trabajo de Laboratorio

El trabajo de laboratorio consistió básicamente en realizar ensayos a las muestras obtenidas de las trincheras

exploratorias, con el fin de clasificar y determinar las propiedades de los materiales. Los ensayos efectuados

fueron: granulometría , contenido de humedad , clasificación SUCS e hinchamiento. Con la prueba de

hinchamiento o expansión libre se pretendía determinar el potencial de expansión de los materiales, conociendo

de antemano la existencia de una capa de arcilla grasosa.

Tabla 1. Datos de las muestras para pruebas de laboratorio.

Muestra Profundidad (m)

1 0.40-1.25

2 1.25-2.00

3 1.25-2.00


5.3 Resultados de la investigación

Perfil típico del terreno y nivel freático

Con base en la exploración geotécnica de campo, se puede decir que el terreno de la subestación es muy

homogéneo con respecto a la estratigrafía, en todas las trincheras realizadas se encontraron los mismos

materiales. El perfil típico del terreno está constituido por los siguientes materiales:

Tabla 2. Estratigrafía del terreno

Capa Profundidad (m) Material

A 0.0 – 0.40 Capa vegetal

B 0.40 – 1.25 Arcilla grasosa con un potencial de expansión muy alto.

C 1.25 – 2.00 Limo elástico

Hasta la profundidad estudiada y con las condiciones climáticas del mes de diciembre, no se encontró nivel

freático.

Resultados de los ensayos de laboratorio

En la tabla 3 se presentan los resultados obtenidos en los ensayos de laboratorio de las muestras

representativas de cada una de las capas.

Tabla 3. Resultados de laboratorio

Capa Descripción Prof. (m) %PAS 200 LL LP IP %

Expansión %W SUCS

B Arcilla grasosa 0.40-1.25 96 126 35 90 170 57 CH

C Limo elástico 1.25-2.00 94 81 41 40 50 50 MH

C Limo elástico 1.25-2.00 88 75 42 33 20 56 MH


6. Modelo geotécnico del terreno

Como se aprecia en la fotografía 1, el terreno de la subestación es relativamente plano, y como se observa en la

fotografía 2, el terreno se encuentra por debajo del nivel de calle pública, por lo que el manejo de aguas será de

vital importancia para evitar acumulaciones perjudiciales para la subestación.

Fotografía 1. Se muestra la topografía plana del terreno

Fotografía 2. Se presenta la diferencia de nivel entre el terreno y la calle pública


Una particularidad del terreno, como se muestra en las fotografías 3 y 4, es que es atravesado por una

servidumbre pluvial, la cual aunque no afecta la construcción de la subestación, podría afectar el

funcionamiento de la misma.

Según comenta el Ing. José Carlos López Mora de Expansión de la Red, UEN TE, las aguas provenientes de la

subestación no pueden dirigirse hacia esta servidumbre, ya que este canal atraviesa otras propiedades, que con

el aumento en el caudal podrían verse afectadas.

Por esto se deberá buscar el criterio hidráulico para evitar incovenientes producto de la existencia de esta

servidumbre.

Fotografía 3. Detalle de la servidumbre pluvial que atraviesa el terreno


Fotografía 4. Punto de salida de la servidumbre hacia calle pública

Como se mencionó anteriormente, en todas las trincheras exploratorias se encontró la misma estratigrafía

(Fotografías 5 y 6). Una primera capa de material orgánico de aproximadamente 40 cm. de espesor, seguido de

una capa de arcilla grasosa de muy alta plasticidad, con un potencial de expansividad muy alto, con un espesor

entre 1.0 a 1.5 m (Fotografía 7 y 8). Y por último, se encuentra un material limoso elástico con alta plasticidad.

Fotografía 5. Detalle de los materiales predominantes en la zona de la Subestación Coyol


Fotografía 6. Se aprecia el material limo elástico que se encuentra por debajo de la capa de arcilla expansiva.

Presenta buenas características geotécnicas

Fotografía 7. Material arcilloso expansivo, de muy alta plasticidad, no apto como material de cimentación


Fotografía 8. Se aprecia la arcilla grasosa presente en el sitio

7. Análisis y diseño geotécnico

7.1 Capacidad soportante

Para determinar la capacidad soportante del terreno se utilizó la metodología de equilibrio límite que presenta

el Código de Cimentaciones de Costa Rica (Asociación Costarricense de Geotecnia, 2004, p.54):

qult=

B N + c Nc + 2 Df Nq

donde:

qult = Capacidad de soporte última (kPa)

= Peso volumétrico del suelo por debajo del nivel de desplante(kN/m3)

C = Cohesión del material ( kPa)

B = Ancho mínimo de la cimentación (m)

N, Nc, Nq = Factores de capacidad de carga

Peso volumétrico del suelo sobre el nivel de desplante(kN/m3)

Df = Nivel de desplante (m)


Se determina que la capa B (arcilla grasosa), encontrada en el sitio, no es apta como material de fundación por lo

que deberá ser removida y cimentar las obras en la capa C (Limo elástico).

Los cálculos de capacidad de soporte se realizaron para el material denominado capa C, utilizando los siguientes

datos de resistencia:

Dadas las condiciones del terreno, y del material encontrado, se estimó conservadoramente un número

de golpes de N= 20, y mediante correlaciones se obtuvo una cohesión = 60 kPa.

Se asume un valor de ángulo de fricción de 0 grados.

Densidad de los materiales de 15.7 kN/m3 .

Con los datos de resistencia y la ecuación de capacidad de soporte se obtuvo el gráfico 1, el cual presenta la

capacidad de soporte admisible del terreno para cimientos corridos en función de la profundidad de desplante.

Para este caso en particular, y dado que se asume que el ángulo de fricción es igual a cero, la variación en el

ancho del cimiento no afecta la capacidad de soporte del terreno.

En el gráfico 2 se presenta la capacidad de soporte admisible para cimientos aislados cuadrados con diferentes

profundidades de desplante.

En ambos casos la capacidad de carga admisible presenta un factor de seguridad de 3 con respecto a la

capacidad de carga última.

Gráfico 1. Variación de la capacidad de soporte admisible para un cimiento corrido

117

118

119

120

121

122

123

124

125

0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25

Ca

pa

cid

ad

ad

mis

ible

, q

ad

m (

kP

a)

Nivel de desplante, D (m)

Capacidad de soporte admisible para cimiento corrido


Gráfico 2. Variación de la capacidad de soporte admisible para cimiento cuadrado

130

150

170

190

210

230

250

0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5 2,75

Cap

acid

ad

ad

mis

ible

, q

ad

m (

kP

a)

Ancho de cimentación, B (m)

Capacidad de soporte admisible para cimiento cuadrado

Nivel de desplante

D = 1.00 m

D = 1.25 m

D = 1.50 m

D = 2.00 m

D = 0.75 m


7.2 Cálculo de asentamientos

El asentamiento bajo cargas estáticas se evalúa por medio de la suma del asentamiento inmediato elástico, más

el asentamiento por consolidación , más el asentamiento por consolidación secundaria, según la siguiente

ecuación:

δ = δe + δc + δs

Donde:

δ= Asentamiento total (m)

δe= Asentamiento elástico (inmediato) (m)

δc= Asentamiento por consolidación primaria (m)

δs Asentamiento por consolidación secundaria (m)

Para los asentamientos elásticos se utilizó una sobrecarga máxima de 147 Kpa y un coeficiente de presión de

tierra en reposo de 0.60. Para los asentamientos por consolidación primaria se utilizó una sobrecarga máxima de

147 Kpa, una humedad relativa del 53% y un índice de compresión de 0.32 obtenido mediante correlaciones.

En el gráfico 3 se presentan, para diferentes dimensiones de placas cuadradas, los asentamientos totales

estimados. Estos asentamientos se consideran adecuados, según el Cuadro 3.5 del Código de Cimentaciones de

Costa Rica (Asociación Costarricense de Geotencia, 2004, p.49), para las estructuras de la subestación. Sin

embargo, se deberá realizar un control de asentamientos durante el proceso constructivo y durante un período

razonable de operación.


Gráfico 3. Asentamientos totales para sobrecarga de 147 KPa y diferentes tamaños de placa cuadrada

7.3 Solución geotécnica de cimentación seleccionada

De acuerdo a las capacidades de soporte admisibles del terreno obtenidas, a la evaluación de los posibles

asentamientos y de los riesgos asociados a la zona, se considera que la utilización de cimentaciones superficiales

convencionales tipo placas aisladas cuadradas o corridas, apoyadas directamente sobre la capa C (limo elástico),

es una solución adecuada para las estructuras que se construirán en la subestación.

Se deberán remover por completo las de material orgánico (Capa A) y arcillas (Capa B), y se podrá realizar un

relleno con material competente (lastre), hasta alcanzar el nivel de desplante deseado.

Con respecto a los asentamientos esperados, se debe tener especial cuidado con los asentamientos

diferenciales, por lo tanto en las excavaciones debe removerse por completo los materiales plásticos o arcillosos

que se detecten, y sustituirse con material de relleno tipo lastre.

0,00

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0 1 2 3 4 5 6 7

Asenta

mie

nto

(m

)

Ancho del cimiento (m)

Cálculo de Asentamiento Total Sobrecarga 147 Kpa

Total

Instantáneo

Consolidación


7.4 Relleno de sustitución

Cualquier relleno que deba realizarse para sustituir un material de propiedades no adecuadas, para cimentar las

principales estructuras de la subestación, debe estar constituido por material seleccionado y debe cumplir con

las siguientes características:

Clasificar como material no plástico (NP), es decir no debe contener partículas plásticas

No debe contener PARTÍCULAS ORGÁNICAS, GRUMOS NI TERRONES DE ARCILLAS

Partículas duras y durables de piedras, gravas, tobas o lastres, tamizados o triturados para obtener el

tamaño y la graduación requerida

Debe tener la siguiente graduación:

o Porcentaje pasando la malla 3 pulgadas (76.2 mm) : 100%

o Porcentaje pasando la malla No. 4 (4.75 mm): 40 - 100%

o Porcentaje pasando la malla No. 40 (0.425 mm) : 10 - 70%

o Porcentaje pasando la malla No. 200 (0.075 mm) : 0 – 20%

Éste material NO debe contener materia orgánica (troncos y ramas). Si se desea emplear algún otro material,

será necesario efectuar ensayos de laboratorio que permitan caracterizarlos y definir si se acepta o no como

material de sustitución.

Otro aspecto importante del relleno de sustitución que se podría colocar debajo de las fundaciones, es su

colocación y compactación, por lo que a continuación se presentan algunas consideraciones que deben tenerse

durante su construcción:

a. El material debe extenderse y colocarse en capas de espesor no mayor a los 25 cm.

b. La humedad del material a colocar no debe ser inferior o superior en 3% de la humedad óptima de

compactación.

c. El porcentaje de compactación no debe ser inferior al 95% del proctor estándar o de la densidad

máxima del ensayo de densidad relativa

d. La compactación se efectuará por medio de equipo mecánico vibratorio, iniciando desde los bordes

hacia el centro del relleno y manteniendo traslapes discontinuos en los sitios compactados

e. Cada vez que se concluya una capa del relleno debe ser verificada topográficamente

f. Se debe realizar un control de la compactación, para garantizar la homogeneidad del relleno,

principalmente para evitar problemas asociados a asentamientos

g. Este procedimiento será repetitivo para cada capa del relleno, hasta alcanzar el nivel establecido

previamente.


7.5 Estructuras de contención

Dada la topografía del terreno no se espera que haya la necesidad de realizar estructuras de contención.

7.6 Excavaciones

En todas las excavaciones que se hagan se deberá revisar que toda la excavación sea segura contra:

Falla por la inestabilidad de las paredes.

Falla por capacidad de soporte en el fondo.

Sifonamiento o falla de fondo por subpresiones

Daños en estructuras vecinas o servicios públicos por deformaciones del terreno producidas por

la excavación.

La profundidad de los estudios que se ejecuten deberá ser congruente con el tipo de excavación proyectada y su

importancia así como las características del medio. Debe quedar claro que el riesgo que se asume al no estudiar

una excavación o no proveer con protecciones a las zanjas es siempre alto y puede ocasionar incluso la pérdida

de vidas humanas.

Considerando el riesgo que implica realizar excavaciones para construcción de obras, tanto para el personal

dentro de la excavación como para las edificaciones vecinas, se debe colocar instrumentación que permita

detectar deformaciones previas a una ruptura súbita. Para esto se recomienda colocar puntos de control

topográfico, inclinómetros, piezómetros, entre otros.

Las excavaciones pueden estar asociadas con el asentamiento o deslizamiento de los terrenos adyacentes.

Cuando las excavaciones se ejecuten cerca de estructuras o edificios vecinos, se deben utilizar elementos de

sostenimiento para las excavaciones que reduzcan o impidan esas deformaciones. Tal práctica es especialmente

importante cuando la excavación interseca el bulbo de presiones de las fundaciones de las estructuras vecinas.

Las excavaciones profundas, en sitios en donde las cimentaciones de los edificios vecinos se encuentran por

encima del nivel del fondo de la excavación, se deben considerar como casos especiales que requieren de la

participación de especialistas en la materia.

Para reducir las deformaciones en terrenos vecinos, podrá considerarse el uso de precarga en los puntales el

sistema de ademe de la excavación.


7.7 Identificación de posibles riesgos geotécnicos

Considerando la topografía del sitio y los materiales presentes, se considera que la probabilidad de ocurrencia o

los impactos asociados son bajos, por lo que no amerita mayor consideración. Si debe tomarse en cuenta la

sismicidad del sitio.

7.8 Parámetros para diseño sísmico

De acuerdo al Código Sísmico de Costa Rica (2002), el proyecto ST Coyol se localiza en una zona sísmica III y el

suelo se clasifica como S3. Con base en lo anterior se establece en el mismo código una aceleración pico efectiva

de diseño de 0.36 g, como parámetro de la sacudida sísmica correspondiente a un período de retorno de 500

años.

8. Conclusiones y recomendaciones geotécnicas

De la investigación y análisis realizados se concluye lo siguiente:

1. La estratigrafía típica del sitio es:

2. Se deberá remover por completo las capas A y B antes de colocar las fundaciones de cualquier obra.

3. Todas las obras de construcción se deberán apoyar siempre en la capa C. Pudiendose utilizar

rellenos de sustitución para alcanzar los niveles de desplantes deseados.

4. El nivel de desplante de las fundaciones será determinado por el ingeniero estructural responsable,

de acuerdo con la información del gráfico 1 y 2.

Capa Profundidad (m) Material

A 0.0 – 0.40 Orgánico

B 0.40 – 1.25 Arcilla grasosa con un potencial de expansión muy alto.

C 1.25 – 2.00 Limo elástico


5. Los rellenos de sustitución deben cumplir con las indicaciones contenidas en la sección 7.4 del

presente informe.

6. No se detecto presencia de nivel freático en el terreno, por lo que se considera que las excavaciones

se realizaran en condiciones secas.

7. Por lo materiales presentes y las condiciones del sitio se considera que la susceptibilidad de

licuación es nula.

8. El proyecto se considera de media a baja magnitud de obra, así como complejidad geotécnica baja.

9. Para las estructuras de la subestación se recomienda la utilización de cimentaciones superficiales

convencionales tipo placas corridas o placas aisladas.

10. La capacidad de carga admisible según el tipo de cimiento se muestra en los gráficos 1 y 2.

11. Con respecto a los asentamientos, se considera que el ingeniero estructural responsable debe tener

especial cuidado con ellos y contemplarlos en sus consideraciones de diseño. La magnitud estimada

de estos asentamientos se presentan en el gráfico 3.

12. Se debe considerar lo expuesto con respecto a la servidumbre pluvial, para evitar inconvenientes

con las propiedades vecinas. Se debe buscar la asesoría de un ingeniero hidráulico para las

recomendaciones del caso.


9. Estudio hidráulico del canal y recomendación de manejo del canal

9.1 Introducción

Como parte de la orden de servicio número 3020-10-001 se solicita realizar un estudio hidráulico del canal y

emitir recomendaciones sobre su manejo, para la futura subestación El Coyol. El presente documento incluye

una breve caracterización de la zona de estudio, acompañado con algunas fotografías tomadas durante la visita

de campo. Posteriormente se analiza la hidrología de la cuenca drenante, a partir de una estimación de caudal

para un periodo de retorno razonable. Por último se estima la capacidad hidráulica del canal y otros conductos

existentes aguas abajo. Estos resultados permiten formular recomendaciones sobre el manejo de aguas

pluviales de la subestación.

9.2 Características de la zona

La subestación El Coyol se localizaría en la provincia de Alajuela, a 550 m al sur de la carretera Bernardo Soto.

Específicamente el terreno se ubica en el rectángulo definido por las coordenadas Norte 110400 y 110500 y Este

470000 y 471000 (ver Figura ).

En el costado sur del terreno discurre un pequeño canal de sección trapezoidal con ancho de fondo de 0,80 m,

altura de 1 m y pendiente lateral de 2H:1V (ver Figura y Figura ). Este canal es excavado en tierra y no posee

revestimiento alguno. Según indicaciones de los vecinos, el canal es una servidumbre pluvial que anteriormente

funcionaba como una acequia para el riego de cultivos. La corriente de agua corre a través de todo el costado

sur del terreno, luego cruza la calle pública a través de una alcantarilla. A partir de este punto la corriente es

entubada con un diámetro de 80 cm y pasa por debajo de las viviendas que se localizan en el costado oeste de la

calle pública (ver Figura ). Los habitantes de estas viviendas reportan que en ocasiones se generan problemas de

rebalse al inicio del entubamiento de la corriente, principalmente durante la época lluviosa.


Figura 3. Mapa de ubicación del terreno

En el costado este de la propiedad, se localiza la construcción de una carretera que comunica las

localidades del Coyol y Ciruelas. En este sector la carretera posee un relleno de aproximadamente 4 a 5 m de

altura. Las canaletas de recolección de aguas pluviales de un tramo de la carretera convergen el agua hacia una

alcantarilla de aproximadamente 80 cm que al final se une con la servidumbre pluvial que pasa por el costado

sur del terreno (ver Figura ).


Figura 4. Plano del terreno donde se localizaría la subestación El Coyol.


Figura 5. Fotografía del canal en el sector sur del terreno de la subestación.

Figura 6. Fotografía del entubamiento de la corriente en el sector oeste del terreno


Figura 7. Fotografía de la alcantarilla de recolección de aguas pluviales de un tramo de la carretera

Aproximadamente a 450 m hacia el sur del terreno de la subestación, se localiza una acequia que

atraviesa la vía pública. Esta corriente de agua puede resultar en una alternativa para evacuar las aguas pluviales

de la subestación, a través de una alcantarilla paralela a la vía pública que llega hasta la acequia. De esta forma

se evitarían conflictos y problemas futuros del manejo de aguas en las viviendas por donde pasa la corriente

entubada. Podría también plantearse la posibilidad de utilizar esta alcantarilla para conducir parte del caudal

transportado por el canal al costado sur del terreno.


Figura 8. Fotografía de la acequia localizada 450 m al sur del terreno de la subestación

Figura 9. Fotografía de la quebrada Ojo de Agua


Aguas abajo, estas dos acequias se juntan en la quebrada Ojo de Agua. Dicha confluencia se localiza a 2

km hacia el oeste de la subestación (ver Figura y Figura ).

9.3 ESTIMACIÓN DEL CAUDAL

Como primer paso para emitir recomendaciones sobre el manejo de aguas para la subestación es necesario

estimar el caudal de diseño. Para ello se define el área drenante, el período de retorno de la tormenta de diseño,

su duración y su intensidad. Con estos datos se procede a estimar la creciente de diseño de acuerdo con el

método racional. Esta creciente es definida para toda el área drenante de la acequia (ver Figura ).

Cuadro 1. Estimación del caudal de diseño para la totalidad de la acequia

Área (km2) 0,78

Periodo de retorno (años) 10,00

Duración de la tormenta de diseño (min) 21,16

Intensidad máxima (mm/hr) 126,53

Coeficiente de escorrentía promedio 0,40

Caudal de diseño (m3/s) 11,00

Si se considera solamente el área de la subestación, el caudal evacuado sería el mostrado en el Cuadro 2.

Este caudal sería el generado por la escorrentía pluvial que se produce únicamente en el área de la subestación.

Cuadro 2. Estimación de caudal de diseño de la subestación

Área (km2) 0,01

Periodo de retorno (años) 10,00

Duración de la tormenta de diseño (min) 3,79

Intensidad máxima (mm/hr) 239,97

Coeficiente de escorrentía promedio 0,80


9.4 ESTIMACIÓN DE CAPACIDAD HIDRÁULICA

El caudal de diseño estimado en el apartado anterior debe ser comparado con la capacidad actual del conducto

localizado por debajo de las viviendas, y con la capacidad del canal excavado que pasa por el costado sur del

terreno. Esto se realiza mediante la ecuación de Manning, suponiendo flujo uniforme.


Cuadro 3. Estimación de capacidad del conducto localizado por debajo de las viviendas

Coeficiente de rugosidad de Manning 0,013

Pendiente de fondo (m/m) 0,015

Diámetro del conducto (m) 0,80

Capacidad máxima del conducto (m3/s) 1,62

Como se indicaba anteriormente, el canal excavado presenta una sección trapezoidal. La Figura 1 muestra una

sección transversal útil para definir la capacidad del canal. El Cuadro 4 resume los resultados obtenidos.

Figura 1. Gráfico de la sección transversal del canal

Cuadro 4. Estimación de capacidad del canal al sur del terreno de la subestación

Coeficiente de rugosidad de Manning 0,022


Profundidad máxima (m) 1,04

Ancho en la base 0,85

Capacidad máxima del canal (m3/s) 7,00-9,00

813,80

814,00

814,20

814,40

814,60

814,80

815,00

815,20

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00

Ele

vaci

ón

(m

snm

)

Distancia (m)

SECCION 0+080

SECCION 0+080


9.5 RECOMENDACIONES DEL MANEJO DE AGUAS

Según los resultados obtenidos, el canal y el conducto no poseen la capacidad hidráulica necesaria para

transportar el caudal de escorrentía derivado del área drenante de la acequia. Por esta razón es recomendable

que se canalice el agua hacia la acequia localizada 450 m hacia el sur de la futura subestación, cerca del puente.

Esta canalización se podría realizar mediante una alcantarilla de concreto con las siguientes características

Cuadro 5. Características hidráulicas de la alcantarilla

Sección Circular


Diámetro Nominal (m) 1,68


Longitud (m) 450,00

Este arreglo permitiría tener un sistema de evacuación pluvial que no genere inconvenientes con las viviendas

localizadas al oeste de la subestación. Actualmente la construcción de la carretera está realizando trabajos de

recolección de aguas pluviales que orientan el agua hacia esta zona. En el futuro este sistema podría generar

problemas en las viviendas por donde pasa la tubería subterránea. Por esta razón se considera adecuado dirigir

las aguas pluviales hacia la acequia que se localiza más hacia el sur del terreno de la subestación, la cual no

posee controles tan estrictos como el localizado en las viviendas al oeste de la subestación. Como se muestra en

el Cuadro 5, este conducto tiene la capacidad de transportar la totalidad del caudal de la acequia y no solamente

las aguas pluviales de la subestación. Es recomendable evaluar este aspecto con los vecinos de la subestación,

dado que representaría un beneficio para el manejo de aguas de la comunidad.

Para la servidumbre pluvial al sur del terreno, es necesario reconformar el canal, de manera tal que posea la

capacidad hidráulica para transportar el caudal estimado y que no provoque problemas futuros para la

subestación. Es recomendable que se modifique el canal con las siguientes características:

Cuadro 6. Características hidráulicas del canal

Sección Trapezoidal

Revestimiento Concreto Convencional

Caudal de diseño 11,00

Pendiente lateral (ZH:1V) 1:1


Altura (m) 1,00

Ancho de base (m) 1,50

Ancho superior (m) 3,50

Longitud (m) 130,00


10. Referencias

1. Bowles, J. Foundation Analysis and design. McGraw-Hill, 4ta edition. U.S.A. 1985.

2. American Society of Testing and Materials (ASTM), 2010. ASTM Standards in Building Codes, 47TH

Edition. USA.

3. Asociación Costarricense de Geotecnia, 2009.Código de Cimentaciones de Costa Rica, 2. Ed. Cartago: Editorial Tecnológica de Costa Rica.

4. Colegio Federado de Ingenieros&Arquitectos, 2003. Código Sísmico de Costa Rica 2002. Cartago: Editorial Tecnológica de Costa Rica.

5. Denyer, P. & Arias, O., 1991: Estratigrafía de la Región Central de Costa Rica.- Rev. Geol. Amér. Central, 12: 1-59.

6. Denyer, P. &Kussmaul, S., 2000: Geología de Costa Rica- 515 págs. Ed. Tec. de Costa Rica, Cartago.

7. Naval Facilities Engineering Command. Soil Mechanics – Design Manual 7.1. Department of theNavy. NAVFAC DM-7.1.

8. Peck, R. Hanson, W. y Thornburn, T. Ingeniería de cimentaciones. Editorial Limusa. México. 1988.

9. Juárez B. y Rico R. Mecánica de Suelos. Tomo I. 3era edición. Editorial Limusa. México. 1986.

10. Geotechnical Engineering Group. Cornell University. Manual on Estimating Soil Porperties for Foundation Design. Ithaca, New York. EUA. 1990.

11. González de Vallejo Luis; Ferrer Mercedes. Ingeniería Geológica. Pearson Educación S.A. Madrid 2002.

12. Das, Braja. Principios de Ingeniería de cimentaciones. 4ta edition. Editorial International Thomson. México. 2001.

13. Das, Braja. Fundamentos de Ingeniería geotécnica. Editorial International Thomson. México.

14. Jiménez S., José A. Geotecnia y cimientos III. Editorial Rueda. Madrid, España. 1980.


11. Anexo A: Ensayo de Resistividad eléctrica


12. Anexo B: Descripción de sondeos

Trinchera # 1

0,00 0,40 Material orgánico

0,40 1,00 Material plástico color gris - azulado

1,00 2,00 Roca meteorizada limosa, color café amarillento

Trinchera # 2



0,75 1,75 transición plástico - arenoso

Trinchera # 3



1,00 1,50 Roca meteorizada blanda, aparenta la transición de roca - suelo


Trinchera # 4




se toca roca meteorizada dura

Trinchera # 5



1,00 1,75 Roca meteorizada blanda, aparenta la transición de roca - suelo


S.T. Coyol


Trinchera # 6




se toca roca meteorizada dura, levanta la máquina

Trinchera # 7




Trinchera # 8




Trinchera # 9




Trinchera # 10




sin transición blanda

Trinchera # 11





Trinchera # 12






Trinchera # 13




2,00 2,25 se toca roca meteorizada dura, levanta la máquina

Trinchera # 14




Trinchera # 15




Trinchera # 16





13. Anexo C: Resultados de ensayos de laboratorio

CLASIFICACIÓN SUCS, GRANULOMETRIA, CONTENIDO DE HUMEDAD Y EXPANSION LIBRE

centro de servicio de diseÑo - grupo ice · b 0.40 – 1.25 arcilla grasosa con un potencial de...

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