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ESTUDIO DE CIMENTACIN

PSF KM A-479+010.00VA FRREA LNEA A: MXICO - CD. JUAREZTRAMO LEN - SAN FCO. DE LOS ROMOI N D I C E

PAG.

1. INTRODUCCIN

1

2. DESCRIPCIN DEL SITIO Y DEL PROYECTO

1

3. TRABAJOS DE CAMPO

54. ENSAYES DE LABORATORIO

65. ESTRATIGRAFA Y PROPIEDADES

76. ANLISIS DE LA CIMENTACIN

77. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

11ANEXO I.FIGURAS

ANEXO II.INFORME FOTOGRFICO

ANEXO III.MEMORIA DE CLCULOANEXO IV.REGISTROS DE CAMPOANEXO V.LABORATORIO1. INTRODUCCIN

Como parte de la modernizacin de la red ferroviaria del pas, Ferromex, pretende ampliar la red del tramo Len-San Fco. De los Romo entre Lagos de Moreno Encarnacin de Daz, por lo que encargo a la empresa Corporativo de Construccin y Proyectos, S.C.L., los estudios y proyecto respectivo del PSF Km A-479+010.00.En el presente Estudio de Mecnica de suelos se refiere al PSF Km A-479+010.00 de la Va Frrea lnea A: Mxico-Cd. Jurez.Como parte de los estudios para la ampliacin del puente existente, se procedi a realizar una visita a campo para determinar las condiciones actuales del cruce en estudio.Posteriormente se procedi a realizar la ubicacin de la estructura y definir la ubicacin de los apoyos de la misma y ubicar as el sitio de los sondeos de exploracin, para efectuar el estudio de mecnica de suelos.

Para fines de presentacin el contenido de este informe se ha dividido en seis partes, como sigue: los incisos 2 a 5 describen las caractersticas del sitio, los trabajos de campo y ensayes de laboratorio efectuados para el estudio, as como la estratigrafa y propiedades del subsuelo determinadas. Con base en lo anterior, en el Inciso 6 se analiza la cimentacin para la ampliacin de la estructura existente y en el inciso 7 se presentan las Conclusiones. Por ltimo el estudio se complementa con cinco anexos: Figuras, Informe Fotogrfico, Memoria de Clculo, Registros de campo y Laboratorio. 2. DESCRIPCIN DEL SITIO

El cruce en estudio se encuentra sobre la Va Frrea Lnea A: Mxico-Cd. Jurez entre Lagos de Moreno y Encarnacin de Daz. La topografa de la zona es de lomero suave.

GeologaEl subsuelo de la zona pertenece a los periodos Terciario y Cuaternario y se compone de rocas gneas, intrusivas, granito, granodiorita, diorita, cionita, rocas metamrficas, filita, pizarra, esquisto, rocas gneas extrusivas, basalto, toba, brecha volcnica y suelo pluvial, residual y lacustre.

La zona se encuentra formada por dos provincias geolgicas: Mesa del Centro y Eje Neovolcnico.

En el pasado la minera tuvo gran relevancia en parte del municipio, sobre todo en la Sierra de Comanja, donde se explotaron varias minas, pero debido al bajo precio de los minerales y al elevado costo de la explotacin y beneficio, fueron abandonadas las obras.

Actualmente, una pequea compaa minera est rehabilitando las minas El Horcn y El Diamantillo de las cuales se han extrado material que contiene minerales de oro, plata, plomo, cobre, zinc.

Por otra parte, el Consejo de Recursos minerales est realizando algunos proyectos de explotacin, con el fin de evaluar los yacimientos existentes y determinar la factibilidad de su rehabilitacin.

A la Mesa del Centro corresponden tierras de los periodos:

a) Cenozoico (Cuaternario) con suelos aluvial y residual: Norte de San Cristbal, La Troje, La Punta y Los Azulitosb) Cenozoico (Terciario), con roca sedimentaria, conglomerado, roca gnea, extrusiva cida, riolita totasbrecha y volcnica: El Puesto, Sur de la Troje, San Cristbal, La Mesa, Hacienda de La Punta, Lic. Primo de Verdad, Mesa Forln, Mesa del Saucillo y Mesa de Los Dolores.

c) Mezosoico (Trisico), con rocas metamrficas, filita pizarra y esquisto: Sierra de San Isidro hacia el Oriente de Lagos de Moreno.

El Eje volcnico se localiza al Norte por la Mesa del Centro; y el resto del municipio se encuentra dentro de la Provincia del eje neovolcnico:

a) Cenozoico (Cuaternario)con suelos aluvial y residual: Potrerillos, Loma de los Rodrguez, El Arenal, San Bernardo, La Sauceda, Moya, San Isidro, 1o. de Mayo, 18 de Marzo, y la zona de riego de las presas El Cuarenta y San Juanico.

b) Cenozoico (Terciario) que a su vez tiene tres diferentes regiones: Con roca sedimentaria, arenista y conglomerado: Chipinque, La Merced, Caada de Ricos, 18 de Marzo y El Cuarenta. Con roca gnea, extrusiva cida, riolita, tobas, brecha volcnica: El Destierro, Jaramillo de Arriba, El Chero y El Tigre; y con roca gnea intrusiva cida, granito, grano y diorita tonalita; Microondas, Bernalejo, Ro de Comanja, Santa Elena y Rancho Seco.

Las rocas que afloran en el rea son esencialmente de origen continental; y corresponden con rocas gneas de origen extrusivo de composicin rioltica y basltica, rocas intrusivas, rocas metamrficas, y afloramientos muy pequeos de rocas sedimentarias de origen marino.Los depsitos lacustres se encuentran en contacto con riolitas y basaltos, por lo que es evidente que se han producido varias etapas de vulcanismo.ESTRTIGRAFATRIASICO SUPERIOR

Formacin Zacatecas. Se conoce con este nombre a una sucesin de lutitas y areniscas que en parte tienen metamorfismo. Las rocas atribuidas a esta formacin se observan en algunos afloramientos que se localizan en el camino que conecta a Comanja de Corona con el Rancho La Venta. Los sedimentos cartografiados tentativamente como pertenecientes a la Formacin Zacatecas, estn constituidos por una alternancia de areniscas de color verde oscuro, en la parte ms afectada por el metamorfismo se observan minerales de color verde, que posiblemente correspondan con epidota.La Formacin Zacatecas sobreyace a los granitos e infrayace a las rocas extrusivas cidas; sus afloramientos se localizan circundando al cuerpo intrusivo de Comanja de Corona.Por sus caractersticas litolgicas, es posible correlacionar estas rocas con la Formacin Zacatecas del Trisico Superior que afloran en el Arroyo de La Pimienta, al oeste de la Ciudad de Zacatecas; no se le ha encontrado fauna por lo que se carece de datos paleontolgicos para asignar una edad definitiva.TRISICO SUPERIOR

Granito. Roca gnea extrusiva de color caf claro al intemperismo; cuando est sana es muy compacta y se le observan abundantes cristales de feldespatos de color rosa, tiene xenolitos de color verde de dimensiones pequeas y vetas de color negro que la cortan con frecuencia. Aflora nicamente en Comanja de Corona, Rancho El Pirl, Santa Elena, Los Llanitos y otros ranchos que se localizan al oriente de Lagos de Moreno.Se considera que este intrusivo provoc el metamorfismo de la Formacin Zacatecas. En parte de su periferia est en contacto con rocas gneas extrusivas cidas que lo sobreyacen, as como en contacto con conglomerados que en parte lo sobreyacen. En forma tentativa se le atribuye edad Trisico Superior.CRETCICO MEDIOCalizas y Lutitas. Calizas de color gris obscuro en capas medianas, interestratificadas con capas delgadas de lutitas de color verde obscuro. Ambas rocas estn muy alteradas por el intemperismo y ligeramente silicificadas. Sus afloramientos son muy restringidos y se localizan en las estribaciones de la Mesa del Toro, en el Arroyo Las Negritas y al SE del Rancho La Paz.

La caliza es de origen marino (de ambiente de mares profundos) con radiolarios calcificados y espculas de esponja. Infrayacen a las rocas gneas extrusivas cidas cuyo contacto discordante se observa en el Arroyo Las Negritas; en el campo no se observa a que roca sobreyacen. Por sus caractersticas litolgicas es posible correlacionarlas tentativamente con rocas del Cretcico Medio.Geologa Estructural

El marco tectnico-estructural que se observa en el rea de estudio est relacionado a un vulcanismo de tipo rioltico principalmente, que produce la presencia de ignimbritas, tobas y brechas riolticas. Durante esta fase y de manera ms o menos simultnea existe gran actividad tectnica, bsicamente un fallamiento de tipo distensivo, que da origen a grandes bloques delimitados por fallas normales que, en la regin donde queda involucrada el rea del acufero, presentan una orientacin general NNE-SSW, originndose de esta manera fosas o cuencas de dimensiones considerables (a finales del Mioceno).Las fallas mayores originadas por la tectnica descrita, produjeron sistemas locales de fallamiento y fracturamiento, como es el caso de los sistemas conjugados, que se pueden detectar y medir en las rocas que afloran en el rea de estudio.Por otra parte, al sur y al norte de Comanja de Corona, podra bosquejarse un pliegue anticlinal, abierto en rocas sedimentarias metamorfizadas, del Trisico Superior, originado durante la fase de deformacin laramdica.A manera de informacin complementaria, atendiendo a la Regionalizacin Ssmica de la Repblica Mexicana, el sitio se ubica en la Zona B de actividad ssmica baja.

3. TRABAJOS DE CAMPO

Para efectuar el Estudio de Mecnica de suelos del Puente de referencia, se llev a cabo la exploracin del subsuelo en el sitio, misma que se realiz con base en las caractersticas estratigrficas del sitio, para lo cual se realizaron dos sondeos, ubicados sobre el camino en cuestin y localizados en los sitios donde se ubican los apoyos existentes.

Los trabajos de campo consistieron en la exploracin y muestreo del subsuelo mediante dos sondeos con mquina perforadora, de penetracin estndar (norma ASTM D1586-67), denominados: SP-1 y SP-2, cuya posicin y longitud se anotan en la siguiente tabla:

SONDEO

UBICACINELEVACIN

(m)PROFUNDIDAD

(m)

SP-13+171.201883.5020.49

SP-23+155.391883.5020.48

La profundidad del nivel fretico no fue detectada a la profundidad explorada.Para efectuar estos trabajos se emple el siguiente personal y equipo de perforacin:

PERSONAL

1 Coordinador de Campo

1 Supervisor

1 Perforista

2 Ayudantes

1 Velador

1 Chofer

EQUIPO

1 Camin F-350 de 3.5 ton.

1Perforadora Long Year LY-34

1 Bomba moyno 3L-6

Implementos y herramienta para el equipo de perforacin

En el anexo 3 se presenta el registro de campo del sondeo.

4. ENSAYES DE LABORATORIO

Todas las muestras de suelos fueron ensayadas en laboratorio para determinarles:

a) Clasificacin manual y visual segn el Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos (norma ASTM D2488-93, ver Anexo V)

b) Contenido de agua (norma ASTM D2216-92, ver Anexo IV), w.

A muestras de suelo tpicas seleccionadas se les determinaron, adems:

c) Lmites de consistencia lquido y plstico (norma ASTM D4318-95a), LL y LP.

d) Porcentaje de finos o fraccin que pasa la malla N 200 (norma ASTM D1140-97), F.

La clasificacin de los suelos a), as como la variacin con la profundidad de sus propiedades b) a d), anteriores, se presentan en las Figs. 3 y 4.

Para efectuar estos trabajos de laboratorio se emple el siguiente personal:

Jefe de Laboratorio

Laboratoristas

Ayudantes generales

Calculistas

Equipo completo de Laboratorio

Computadoras e impresoras

5. ESTRATIGRAFA Y PROPIEDADES

A partir de los datos obtenidos de los trabajos de campo y ensayes de laboratorio anteriores y con base en las columnas estratigrficas, se formo el perfil estratigrfico, en el cual se detectaron dos estratos bsicos, que en forma descendente se indica a continuacin:

Detectado a todo lo largo del cruce con espesor mximo de 1.80, se tiene relleno artificial heterogneo. Subyaciendo el estrato anterior y hasta la mxima profundidad explorada de 20.49 m, se tiene arcilla arenosa (CL,CH) con intercalaciones de arena limosa localmente, caf oscuro a caf verdoso, de consistencia muy firme a dura.6. ANLISIS DE LA CIMENTACIN

De acuerdo a las condiciones topogrficas y estratigrficas del subsuelo determinadas, y en virtud de la resistencia de los materiales detectados, se considera que la cimentacin ms conveniente es de tipo superficial.

Anlisis de capacidad de carga para una cimentacin superficial a base de zapatas de concreto reforzado desplantada sobre un material predominantemente cohesivo.

Para el clculo de capacidad de carga de esta cimentacin se emple la teora de Terzaghi para lo cual se utiliz la siguiente expresin:

........................ (1)

De donde:

qu: capacidad de carga ltima, en t/m

c: cohesin del estrato al nivel de desplante en t/m

Nc,N( y Nq : coeficientes de capacidad de carga, adimensionales

(m: Peso volumtrico del material, en t/m

D: profundidad de desplante, m

B: ancho de la cimentacin, en m

Para determinar las propiedades mecnicas de suelo como son el ngulo de friccin y la cohesin, en el nivel de desplante se estimaron por medio de correlaciones empricas existentes entre la prueba de penetracin estndar y el tipo de material, con las cuales se tuvieron una cohesin de 30 t/m, con dichos valores, se determin el coeficiente de capacidad de carga que resulto ser de Nc= 6.19.

Sustituyendo los valores anteriores en la ecuacin 1 y determinando la capacidad para ancho de 2.50 a 4.50 m, as como una profundidad de desplante de 2.00 m, y factor de seguridad de 3, se obtuvo una capacidad de carga admisible de 60 t/m.

6.2 - Anlisis de asentamientos inmediatos para zapatas de concreto reforzado

Para determinar los asentamientos inmediatos bajo el nivel de desplante de la cimentacin superficial a base de zapatas de concreto reforzado se emple el criterio de Steinbrenner para una superficie rectangular, aplicando la siguiente expresin:

..................................(2)

Donde:

(: Asentamiento inmediato

p: Combinacin ms desfavorable de cargas, en t/m

B: Ancho de la cimentacin, en m

Es: Mdulo de elasticidad del suelo en el estrato de apoyo

(: Relacin de Poisson del estrato de apoyo

F1 y F2: son funciones de z/B y L/B

Para este caso se consideraron mdulos de elasticidad del suelo de 6000 t/m, as como mdulos de poisson entre 0.30 y 0.40, para cada uno de los estratos y tomando a la capacidad de carga admisible como la combinacin ms desfavorable, as como los algoritmos obtenidos en el libro Foundatin Analysis and Design, de Joseph E. Bowles, para F1 y F2.

Sustituyendo los valores anteriores en la ecuacin 2 y un ancho de cimentacin de 4.0 m, se obtuvo un asentamiento inmediato de 4 cm, los cuales se presentarn durante la construccin y no afectarn el comportamiento general de la estructura.

7.- CONCLUSIONES Y REVISIN DE LA CIMENTACIN

7.1.-CONCLUSIONES

a) El material al nivel de desplante en la zona de los apoyos sta constituido por arcilla arenosa (CL,CH), caf oscuro a caf verdoso.b) Para fines de revisin de la cimentacin y con base en el Manual de Diseo de Obras Civiles de la Comisin Federal de Electricidad, el puente se encuentra dentro de la zona B de sismicidad media y el tipo de material a considerar en la revisin ser tipo I.

7.2.-RECOMENDACIONES

a) La cimentacin ser de tipo superficial a base de zapatas de concreto reforzado, apoyadas sobre arcilla arenosa.

b) El nivel de desplante se indica en la siguiente tabla:

APOYO

NNIVEL DE DESPLANTE

(m)

ESTRIBO 11881.00

ESTRIBO 21880.00

c) La capacidad de carga admisible de sta cimentacin ser de 60 t/m, para los dos estribos.

d) Para el diseo de las zapatas de cimentacin en condiciones estticas, las capacidades de carga admisibles del terreno sern las anotadas en el inciso c. Para combinaciones de cargas estticas y accidentales por sismo dichas capacidades podrn incrementarse en un 33 % de su valor.

e) Los asentamientos elsticos que se presentaran en esta cimentacin sern del orden de 4 cm inmediatos en su mayor parte y no afectaran el comportamiento de la cimentacin.

f) Las excavaciones temporales para alojar las zapatas podrn efectuarse con taludes :1 (horizontal: vertical), los cuales podrn efectuarse en seco.g) Una vez alcanzada la elevacin de desplante, se deber verificar que los materiales encontrados en el fondo de las excavaciones sean los previstos en este estudio; en caso contrario se deber solicitar una visita a la obra de un ingeniero especialista con objeto de recomendar lo procedente. h) Una vez efectuadas las excavaciones para alojar las zapatas, se colocar en el fondo una plantilla de concreto simple con fc= 100 kg/cm, de 5cm de espesor. Despus se construirn las zapatas y se rellenarn las excavaciones con material de terrapln compactado al 95% de su peso volumtrico seco mximo.A t e n t a m e n t e

ING. JORGE DELGADO CORDOBA

CED. PROF. 2578561BIBLIOGRAFA

1.-Mecnica de suelos tomo II, Eulalio Jurez Badillo y Alfonso Rico Rodrguez, sexta reimpresin 1986.

2. -Foundation, Analysis and Design, Joseph E: Bowles, Tirad Edition.

3.-Geologa aplicada a la ingeniera Civil, Mariano Ruiz Vzquez y Silvia Gonzalez Huesca, primera reimpresin.

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