Informe
Geotécnico Final de Interpretación Estratigráfica para la PTAR Atotonilco, Hgo.
Estudios
para la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) Atotonilco
Para:
Comisión
Nacional del Agua (CONAGUA)
Por:
Subgerencia
de Geotecnia y Materiales
Departamento
de Mecánica de Suelos
Elaboró:
Ing.
Carmen Suárez Galán
Revisaron:
Ing.
Óscar Luna González
Ing.
César Dumas González.
Aprobó:
Ing.
Juan de Dios Alemán Velásquez
A. R.
KB4T5
ÍNDICE
PÁGINA
1 |
ANTECEDENTES |
1 |
2 |
OBJETIVOS |
1 |
3 |
DESCRIPCIÓN
DEL SITIO |
1 |
4 |
CONDICIONES GEOTÉCNICAS |
2 |
|
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Trabajos
de exploración |
2 |
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Trabajos
de laboratorio |
2 |
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Descripción
estratigráfica |
3 |
5 |
CONCLUSIONES |
3 |
6 |
RECOMENDACIONES
GENERALES |
4 |
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6.1 Recomendaciones constructivas |
4 |
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6.2 Recomendaciones generales |
6 |
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REFERENCIAS |
6 |
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NOTAS
ACLARATORIAS |
7 |
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AGRADECIMIENTOS |
7 |
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FIGURAS |
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TABLAS |
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ANEXOS |
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LISTA DE
FIGURAS, TABLAS Y ANEXOS
FIGURAS
Fig. 1 Ubicación general del proyecto
Fig.
2 Ubicación de sondeos y
cortes estratigráficos
Fig.
3 Corte estratigráfico
A-A´
Fig.
4 Corte estratigráfico
B-B´
Fig.
5 Corte estratigráfico
C-C´
Fig.
6 Corte estratigráfico
D-D´
Fig.
7 Zonificación geotécnica
TABLAS
Tabla
1. Resumen de pruebas de
laboratorio S-1
Tabla 2. Resumen de pruebas de
laboratorio S-2
Tabla 3. Resumen de pruebas de
laboratorio S-3
Tabla 4. Resumen de pruebas de
laboratorio S-4
Tabla 5. Resumen de pruebas de
laboratorio S-5
Tabla 6. Resumen de pruebas de
laboratorio S-6
Tabla 7. Resumen de pruebas de
laboratorio S-7
Tabla 8. Resumen de pruebas de
laboratorio S-8
Tabla 9. Resumen de pruebas de
laboratorio S-9
Tabla 10. Resumen de pruebas de
laboratorio S-10
Tabla 11. Resumen de pruebas de laboratorio PCA´s
ANEXOS
ANEXO A.- Perfiles estratigráficos de los sondeos y de
los pozos a cielo abierto
ANEXO B.- Pruebas de laboratorio
ANEXO C.- Reporte fotográfico
Informe
Geotécnico Final de Interpretación Estratigráfica para la PTAR Atotonilco,
Hgo.
Informe
Nº 09-29-SGM/S
Área de Responsabilidad: KB4T5
México, D. F. a 16 de abril de 2009
Personal de la
Comisión Nacional del Agua (CONAGUA), solicitó de la Gerencia de Estudios de Ingeniería
Civil (GEIC), la realización de estudios de mecánica de suelos complementarios para la
Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) Atotonilco, que se encuentra
actualmente en etapa de anteproyecto, y se localizará en el municipio de Atotonilco de
Tula del estado de Hidalgo.
Los estudios
complementarios de la PTAR Atotonilco, son necesarios para llevar a cabo la licitación
del proyecto ejecutivo y su construcción como parte del Programa de Sustentabilidad
Hidráulica de la Cuenca del Valle de México.
Cabe
mencionar que se presentó el informe No. 09-28-SGM/S, con las características del suelo
en el predio de la PTAR conocidas con base en los trabajos de laboratorio realizados al 27
febrero de 2009 en el laboratorio de Mecánica de Suelos de CFE.
En el presente informe, realizado por personal del
Departamento de Mecánica de Suelos (DMS), de la Subgerencia de Geotecnia y Materiales
(SGM), se describen los trabajos de campo y laboratorio, su interpretación, así como las
recomendaciones correspondientes al Estudio
geotécnico final de interpretación estratigráfica para la PTAR Atotonilco, Hgo.
La Planta
de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) Atotonilco, que se encuentra
actualmente en etapa de anteproyecto, se localizará en el municipio de Atotonilco de
Tula, estado de Hidalgo (Fig. 1). El predio
donde se ubicará dicha PTAR está formado por dos partes separadas por unas vías de
ferrocarril, con superficies de 33 Ha (parte baja) y 126 Ha (parte alta) aproximadamente.
Cabe mencionar que la parte baja del predio
colinda con el Río Tula y se divide en dos áreas, separadas por un canal artificial. La parte alta de la zona en estudio fue explotada a
su vez como banco de materiales para cementeras, teniendo una vegetación poco abundante.
4.1 Trabajos
de exploración
Personal especializado de la GEIC, se trasladó a la futura PTAR
Atotonilco a partir del mes de enero de 2009 para iniciar los trabajos de exploración
consistentes en la ejecución de sondeos (S) y pozos a cielo abierto (PCA).
Se realizaron 10 sondeos (S-1 al S-10), la profundidad de
exploración para los sondeos fue de aproximadamente 30,00 m, a excepción del S-3 el cual
se llevó a 20,35m. Los sondeos S-1 y S-10 se
ensayaron mediante la prueba de penetración estándar (SPT). Para los otros ocho sondeos, se alternó la prueba
de penetración estándar (SPT) con el muestreo inalterado mediante el muestreador de
pared delgada Shelby, barril Denison o NQ, dependiendo de la dureza de los
materiales.
El Nivel de Aguas Freáticas (NAF) fue monitoreado en el sondeo
mixto S-3, ubicándolo a una profundidad media de 16,30 m.
Los 10 pozos a cielo abierto (PCA-1 al PCA-10) excavados dentro del
predio de la PTAR se llevaron a profundidades
entre 2,40m (PCA-8) y 3,80m (PCA-3). En la Figura 2 se
muestra la ubicación de los sondeos y PCA´s ejecutados.
La totalidad de las muestras obtenidas durante los trabajos de
exploración se etiquetaron, se protegieron y se trasladaron al laboratorio de mecánica
de suelos en la ciudad de México, donde de acuerdo con los alcances de este estudio y del
material detectado, se programaron las pruebas y análisis que se enlistan a continuación
junto con las normas aplicadas:
Los resultados de las pruebas índice se muestran en los perfiles
estratigráficos del Anexo A, además en las Tablas 1 a la 11 se muestra el resumen de los
resultados obtenidos de estas pruebas. En las figuras del Anexo B se muestran los
resultados obtenidos de las pruebas mecánicas.
4.3 Descripción
estratigráfica
Se identificaron 3 Unidades geotécnicas básicas (U),
compuestas principalmente de arenas arcillosas o limosas, y limos y arcillas
arenosas, de compacidades, consistencias y espesores variables, en la mayoría de los
casos con grumos bien cementados y/o con gravas.
La Unidad 1 (U1) está
constituida de arena arcillosa de compacidad media y de arcillas y limos de alta y baja
plasticidad con arena. La consistencia de los
materiales va de media a dura. Los colores que
predominan en estos materiales son el negro, café grisáceo o gris verdoso, con un peso
volumétrico medio de 1,47 g/cm3 (~14,7
kN/m3). Los espesores de esta
Unidad varían de 2,0 m (S-4 y S-6) y hasta 13,0 m de espesor (S-1).
La Unidad 2 (U2) subyace de manera general a la Unidad 1
y está constituida por arena de compacidad media a muy compacta, con arcilla o limo y por
arcillas de consistencia dura a durísima de alta plasticidad con arena. Los colores que predominan en estos materiales son
el café grisáceo o verdoso, con un peso volumétrico medio de 1,48 g/cm3 (~14,8
kN/m3). Los espesores de esta
Unidad varían de 4,0 m (S-2 y S-3) y hasta 9,0 m de espesor (S-5).
Finalmente,
se identificó una Unidad 3 (U3), la cual subyace a la Unidad 2
y comienza de las profundidades de 0,5 m (S-7, S-8, S-9 y S-10) a 18,0 m (S-1),
encontrándola hasta la profundidad máxima de exploración. Está constituida por arena
muy compacta con arcilla o limo y por arcillas de consistencia durísima de alta y baja
plasticidad con arena. También se pueden
encontrar gravas empacadas en arcilla con arena y grumos cementados del mismo material. Los colores que predominan en estos materiales son
el verde olivo, gris verdoso y el café grisáceo, con un peso volumétrico medio de 1,9
g/cm3 (~19,0 kN/m3).
De acuerdo con
los resultados de campo y laboratorio, la Unidad 1 (U1) es la que presenta menor
resistencia al esfuerzo cortante y mayor deformabilidad, en comparación con las demás
unidades. Asimismo, se tiene variabilidad en su espesor, siendo mayor en la parte baja del
predio, en dirección suroeste.
Con base en
lo anterior, se definieron dos zonas geotécnicas que atienden principalmente a la
presencia y espesor de la Unidad 1. La
Zona I corresponde a espesores
menores de 3,0 m de la Unidad 1; la Zona II a
espesores mayores de 3,0m de la Unidad 1. En
las figuras 3, 4, 5 y 6 se muestran los cortes estratigráficos a lo largo del predio.
Asimismo en la figura 7 se presenta una propuesta de zonificación geotécnica del predio.
Cabe mencionar
que de acuerdo con la información proporcionada por el área de Geología, el área de
estudio se encuentra dentro de la Provincia Fisiográfica de la Faja Volcánica
Transmexicana (FVTM). La poligonal de PTAR se
encuentra proyectada en depósitos piroclásticos del Terciario, que se encuentran
constituidos por acumulaciones de tobas que fueron depositados en un medio lacustre
somero, así como depósitos de aluviales del Cuaternario, que han rellenado parte de los
bajos topográficos; las acumulaciones se encuentran rodeadas por estructuras volcánicas
que forman parte de la evolución magmática de la FVTM.
5
CONCLUSIONES
En cumplimiento con los objetivos de
este informe se concluye lo siguiente:
a)
El Modelo Geotécnico
se compone de manera superficial por la U1 constituida por arenas de compacidad media y
de finos con arena de consistencia media a dura, los espesores de esta Unidad varían de 2,0
m (S-4 y S-6) a 13,0 m (S-1) de profundidad. Subyacente a la anterior se ubica la U2,
constituida por arenas con finos de compacidad media a muy compacta y de finos con arena
de consistencia dura a durísima, el espesor de esta Unidad varía entre 4,0 y 9,0 m
aproximadamente. A partir de la Unidad 2 y hasta la máxima profundidad de exploración se
encuentra la U3 formada por arenas y gravas con finos de
compacidad muy compacta y de finos con arena de consistencia durísima.
b)
El Nivel de Aguas
Freáticas (NAF) fue monitoreado en el S-3, ubicándolo a 16,3 m aproximadamente.
c)
El predio se dividió
en dos Zonas geotécnicas (Zona I y Zona II) y en tres Unidades geotécnicas básicas (U1,
U2 y U3). De acuerdo con los resultados de campo y laboratorio, la Unidad 1 (U1) es la que
presenta menor resistencia al esfuerzo cortante y mayor deformabilidad, en comparación
con las otras dos unidades. La Zona I
corresponde a espesores menores a 3,0 m de la U1 y la Zona II a espesores mayores de 3,0 m
de la misma.
d)
El diseño definitivo
de las cimentaciones de todas las estructuras, deberá basarse en el cumplimiento de los
estados límite de falla y de servicio correspondientes a cada estructura, así como de
las facilidades constructivas para cada caso, considerando además los factores de costo y
tiempo para cada cimentación elegida y método constructivo.
6
RECOMENDACIONES
GEOTÉCNICAS
6.1 Recomendaciones
constructivas
Se
recomienda que las cimentaciones para las diferentes estructuras que compondrán la PTAR
sean de cualquiera de los dos tipos siguientes:
ZONA |
CIMENTACIÓN |
I |
·
Zapatas o
losas de cimentación, desplantadas en la U2 o U3. |
II |
·
Zapatas o
losas de cimentación, sólo para estructuras ligeras.
·
Pilas o
pilotes desplantados en la U3, para estructuras pesadas, importantes o susceptibles a
deformaciones por asentamientos diferenciales. |
A
continuación se exponen algunas recomendaciones geotécnicas para la construcción de las
cimentaciones; sin embargo, las normas y criterios que regirán en la construcción serán
los que se indiquen en el diseño definitivo.
Zapatas
o losas
·
La
construcción de zapatas o losas se llevará a cabo excavando estrictamente la cepa que
las alojará, ajustándose a las dimensiones especificadas para el proyecto, garantizando
el empotramiento mínimo dentro del estrato correspondiente.
·
Las
excavaciones de las cepas para zapatas o losas podrán efectuarse con cortes verticales,
siempre y cuando no permanezcan abiertas por un largo tiempo (algunos días).
·
La
excavación se deberá realizar de manera ordenada, rápida y deberán permanecer abiertas
el menor tiempo posible evitando que escurra agua hacia ellas.
·
En
caso de que por necesidades constructivas, la excavación permanezca abierta por un largo
periodo (meses), con una altura menor que 3,0 m, conviene que las paredes se abatan en
razón de 0,5:1 (H:V).
·
Terminada
la excavación se colocará una plantilla de concreto pobre de fc = 10 MPa de 5 cm
de espesor en el fondo de las cepas, con la finalidad de proteger el terreno y nivelar la
superficie de desplante de las zapatas y/o losas, para posteriormente armar y colar el
elemento de cimentación.
·
Una
vez construidas las cimentaciones, se podrá utilizar como relleno el material producto de
la excavación (con excepción de la capa vegetal), se compactará al 95 % de su peso
volumétrico seco máximo determinado por la prueba Proctor Estándar. La compactación se
realizará en capas de 20 cm de espesor máximo en estado suelto con el contenido de agua
óptimo y con el número de pasadas del equipo de compactación (bailarina o pisón),
necesarios para alcanzar el grado de compactación mencionado.
Pilas
·
Las
excavaciones para las pilas se deberán ejecutar estabilizando sus paredes con ademe para
evitar caídos de material hacia su interior. Se podrá utilizar lodo bentonítico para la
estabilización de la perforación siempre y cuando se asegure que la viscosidad y peso
volumétrico de los lodos eviten caídos durante el proceso.
·
Durante
cada perforación se deberá verificar la verticalidad de las paredes. Se pueden hacer
comprobaciones rápidas colocando un nivel sobre la barra perforadora.
·
Se
evitará dejar cualquier tipo de azolve en el fondo de la perforación, se introducirá el
armado con los aditamentos necesarios para garantizar el recubrimiento mínimo.
·
Con
el fin de evitar reblandecimiento de las paredes, es recomendable que el tiempo entre la
perforación y el colado de la pila sea menor a 2 horas.
·
El
colado se hará con Tubo Tremie, iniciando desde el fondo de la excavación y verificando
que en todo momento el tubo se encuentre sumergido al menos 1 m en concreto fresco.
·
Deberá
llevarse un registro cuidadoso de la construcción de las pilas, anotando principalmente:
la ubicación de la pila, fecha de colado, volumen de concreto vaciado, verificación de
verticalidad en intervalos regulares y profundidad de desplante. El volumen de concreto
utilizado deberá ser ligeramente mayor o igual al volumen teórico calculado.
·
Es
recomendable que la separación mínima, centro a centro, entre pilas sea de al menos 3
veces el diámetro de éstas; sin embargo, si la separación entre pilas es menor a tres
veces el diámetro deberá revisarse la capacidad de carga de pilas en su conjunto.
·
Se
deberá efectuar al menos una prueba de carga en pilas en cada zona de estudio para
corroborar la estimación teórica de la capacidad de carga y asentamiento.
·
Como
alternativa para este tipo de elementos se encuentran las pilas de barrena continua, donde
se excava y se cuela de manera simultánea.
Pilotes
·
Deberá
contemplarse la traza en planta de la distribución de pilotes de cimentación indicadas
en el proyecto final. El área para alojar la cimentación deberá tener las dimensiones
necesarias para asegurar la libre operación de personal y maquinaria.
·
Los
pilotes para esta propuesta deberán ser prefabricados en la sección que se seleccione.
Para la longitud de estos pilotes debe tenerse en cuenta el descabezamiento posterior al
hincado.
·
En
todos los casos los pilotes deberán hincarse después de una perforación previa de un
diámetro igual al 80% de la sección del pilote. Lo anterior tiene la intención de
reducir los desplazamientos horizontales del suelo alrededor del pilote y facilitar el
proceso de hincado de éstos.
·
Para
el hincado de los pilotes se utilizarán martinetes de peso semejante al pilote.
·
Es
necesario dejar la cabeza del pilote aproximadamente al nivel de proyecto, para
posteriormente descubrir el acero (pilotes de concreto) y realizar la liga con las
estructuras correspondientes.
·
Se
deberá supervisar la verticalidad del pilote durante el proceso de hincado y la adecuada
conexión estructural pilotes superestructura.
6.2 Recomendaciones
generales
a) Es necesario llevar un control de nivelaciones
periódica para verificar el comportamiento de la cimentación de las diferentes
estructuras.
b) Para el caso de las zapatas, la profundidad de
desplante deberá ser la necesaria para garantizar que el peso del cimiento más relleno
sea suficiente para contrarrestar las fuerzas de tensión.
c) Una vez que se cuente con los arreglos finales y con
los elementos mecánicos de todas las estructuras, será necesario que en el diseño
definitivo se realice la revisión del estado límite de falla y estado límite de
servicio de la cimentación que se elija.
d) Es recomendable que se realice al menos una visita
de supervisión geotécnica durante el proceso constructivo, a efecto de descartar
cualquier condición no contemplada en este estudio y/o en el diseño definitivo, así
como verificar el cumplimiento adecuado del diseño y los procesos constructivos
correspondientes.
El presente documento es un estudio realizado en la
etapa de anteproyecto, por lo que en las siguientes etapas del proyecto deberán
confirmarse las conclusiones emitidas en este informe, a efecto de evitar problemas
futuros que pongan en riesgo la estabilidad de las estructuras.
REFERENCIAS
1.
E. Juárez B. (2000),
Mecánica de Suelos. Tomo 1, Limusa, México.
2.
E. Juárez B. (2000),
Mecánica de Suelos. Tomo 2, Limusa, México.
3.
Comisión Federal de
Electricidad, (1993), Manual de diseño de obras civiles. B.2.1 México.
NOTAS
ACLARATORIAS
Los datos que aparecen en este informe se
proporcionan únicamente con carácter informativo, por lo que CFE no se hace responsable
del uso que de ella hagan los concursantes en la licitación del diseño y construcción
de la obra.
AGRADECIMIENTOS
Se
agradece el apoyo del personal del Departamento de Mecánica de Suelos, D.G. Erika Navarro
a Enrique Bonilla, al Sr. Joaquín Lara y al laboratorio de Mecánica de Suelos, por sus
comentarios, aportaciones y apoyo para la realización de este documento.
Elaboró:
Ing. Carmen Suárez
Galán
Jefe de disciplina |
Revisaron:
Ing. Óscar Luna
González
Jefe de Oficina de
Cimentaciones |
REVISIÓN DE INTEGRACIÓN DE INFORME |
Ing. César Dumas González
Jefe del Departamento de
Mecánica de Suelos
|
R.P.E.: |
B7194 |
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FECHA : |
Abril de 2009 |
|
FIRMA : |
|
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|
Revisión |
Fecha |
Revisaron: |
Modificó: |
Principales
modificaciones |
0 |
16-04-09 |
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Versión Original |
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FIGURAS
TABLAS
ANEXO A
Perfiles
estratigráficos de los sondeos
y pozos a cielo abierto
ANEXO B
Pruebas
de laboratorio
ANEXO C
Reporte
Fotográfico
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