Aplicaciones prácticas del software Geostru. Estudio realizado por la Escuela de Geología de la Universidad de Costa Rica
Jose Sequeira-Arguedas 1 , Rolando Mora 1*, Fabián Campos 1
1 Laboratorio de Geomecánica, Universidad de Costa Rica.
* Autor para contacto: jose.sequeiraarguedas@ucr.ac.cr
En esta investigación se empleó el software Dynamic Probing (geostru) para realizar modelos geotécnicos de consistencia de suelos con datos de sondeos penetrométicos dinámicos cada 10 cm (N10), para tres sitios donde un desarrollador planea construir tres edificios habitacionales en una finca de alta pendiente, localizada en el Gran Área Metropolitana de Costa Rica.
Asimismo se empleó el software LoadCap (geostru) para realizar modelos de capacidad de soporte admisible, evaluación de los bulbos de esfuerzos y posibilidades de ruptura para las futuras cimentaciones, en los mismos sitios bajo condiciones conservadoras consolidadas no drenadas (UC).
Este estudio se complementó con sondeos geofísicos y el uso de este software geotécnico fue imprescindible para la interpretación y planteamiento de los modelos, así también esta interpretación geotécnica base se empleó en el análisis de estabilidad de laderas posteriores
Resumen
En las áreas urbanas de Costa Rica, el suelo constituye el medio en el cual se debe cimentar infraestructura habitacional, industrial y vial. Según investigaciones previas, en el sector suroeste del cantón de Escazú se tienen espesores de suelo entre 10 y 20 m con coeficientes sísmicos de hasta 0,53 g y periodo de retorno de 475 años. Para efectos de esta investigación se realizó una caracterización geotécnica de una finca privada, para un proyecto habitacional a localizarse en el cantón de Escazú, por medio de una campaña de exploración geofísica y geotécnica realizada durante Febrero de 2018. Los resultados preliminares de la investigación muestran suelos poco consistentes a consistentes con espesores de suelo de hasta 11 m, asociados a regolitos de la Formación Pacacua. Por medio de tomografías eléctricas, sondeos penetrométricos estáticos y dinámicos se determinó la profundidad de estratos competentes en tres sitios de la finca para la cimentación de edificios habitacionales. Desde la perspectiva de la capacidad de soporte, el nivel rocoso se considera competente para la construcción de un edificio de apartamentos de al menos seis pisos, clasificándose la finca como un sitio S1 según indica el Código Sísmico vigente de Costa Rica. Sin embargo, las condiciones de los taludes en la finca indican consideraciones adicionales en el diseño del proyecto, especialmente bajo condiciones pseudoestáticas. Muestreos de suelo, han clasificado parte de estos suelos de la Formación Pacacua como arcillas delgadas arenosas hasta limos elásticos de plasticidad moderada a alta, cuyos ángulos de fricción interna rondan los 30° y 42°. Los pesos específicos húmedos del suelo rondan entre 15,4 kN/m3 y 20,1 kN/m3 mientras que los pesos específicos saturados rondan entre 17,7 y 21,0 kN/m3 , indicando que eventos de precipitación intensa podrían en el corto plazo, generar afectaciones debido a las condiciones topográficas y geotécnicas de los suelos de la finca, por lo que la estabilidad de laderas en la finca juega un rol importante en el diseño, especialmente para un proyecto que debe diseñarse con una vida útil de al menos 50 años bajo las condiciones sísmicas y climáticas que imperan en Costa Rica.
Introducción
Durante Febrero de 2018 se realizó una campaña de exploración geotécnica en una finca privada localizada en el poblado de Jaboncillos, perteneciente al distrito central del cantón de Escazú, Costa Rica (CR). La finca de interés cuenta con un área de 3,4 Ha y en ella se pretende construir un complejo habitacional de tres edificios de apartamentos, secciones de parqueos, caminos de acceso y taludes, con un porcentaje de cobertura de 24,6 %. La Figura 1 muestra la ubicación geográfica y las condiciones de pendiente moderada a alta de la finca (> 30°).
Figura 1. A) Localización de sondeos en la finca Tovar. B) Mapa de pendientes con curvas de nivel cada 10 m. C) Localización de la finca y futuro proyecto habitacional en Jaboncillos de Escazú en coordenadas geográficas decimales.
Metodología
Sondeos geofísicos y geotécnicos
• 3 líneas de tomografías eléctricas (dispositivos Wenner, Dipolo-Dipolo).
• 12 sondeos penetrométricos dinámicos (DPM) y 2 estáticos con piezocono
(Cpt-u) distribuidos en la huella de los edificios y laderas cercanas.
• Pruebas de laboratorio de 11 muestras inalteradas (propiedades físicas y mecánicas,
resistencia al corte, según normas ASTM).
Software empleado
• Terrameter LS y Res2Dinvx (filtros, correcciones por topografía resistividades).
• Dynamic Probing (versión 2018.25.5.854) y LoadCap (versión 2018.28.2.855)
desarrollado por GeoStru para analizar resistencia a la penetración, consistencia, estratigrafía
de suelos y capacidad de soporte admisible (Factor de seguridad de 4,0).
• CPeT-IT v.2.0.1.26 de la empresa GeoLogismiki para análisis de datos de CPT-u
(fricción de suelos, tipo de comportamiento de suelo, presión de poro y resistencia en
punta) y estimación de parámetros de permeabilidad, Vs, módulo de Young y otros.
Correlaciones empleadas
• Pasqualini (1983), Meyerhof (1956) y Borowczyk-Frankowsky (1981) para obtención
de NSPT a partir de N10.
• Clasificación consistencia de suelos de la A.G.I. (1977).
• Elaboraciones propuestas por Herminier, para estimar capacidad de soporte admisible
en el ínter-estrato.
• Parámetros de diseño de taludes según Código Geotécnico de Laderas y Taludes
(ACG, 2015) empleando las teorías de equilibrio límite Fellenius, Bishop y Janbu, yclasificación de tipo de sitio sísmico según Código Sísmico CR (CFIA, 2010).
Resultados y recomendaciones preliminares
1. Tomografías eléctricas
Las resistividades muestran un contraste claro (impedancia) entre la cobertura de suelos y el inicio del basamento rocoso para las tres tomografías con dispositivos Wenner y Dipolo-Dipolo, con resistividades superiores a 53 Ω•m. Se identificaron morfologías irregulares del basamento y espesores variables de suelos blandos a rígidos (Figura 2). El basamento se asocia al horizonte rocoso de la Formación Pacacua según Denyer & Arias (1991). Los materiales muy resistivos se restringen a la superficie, asociándose con suelos secos, friccionantes muy compactos y regolitos para el ED-2 y ED-3 (resistividades entre 23 y 50 Ω•m). Además de suelos conductivos, posiblemente arcillas y suelos orgánicos blandos con espesores variables entre 0,5 a 10 m y resistividades entre 5 y 20 Ω•m. Los modelos (Figura. 2) muestran condiciones más favorables del basamento rocoso hacia el sector NW de la finca, brindando mejores condiciones de capacidad de soporte y menores volúmenes a movilizar de suelos.
Figura 2. Modelos geofísicos de materiales para las tomografías en la huella delos 3 edificios
2. Consistencia de suelos
Los sondeos permitieron caracterizar hasta profundidades de 10,2 m con valores de rebote similares de NSPT (mayores a 50), que se asocian con el basamento rocoso de la Formación Pacacua. De acuerdo a muestras de laboratorio y resistencia a la penetración cada 10 cm se identificaron:
• Arcillas poco consistentes (NSPT < 2)
• Arcillas limosas moderadamente consistentes (NSPT entre 2-4)
• Arcillas limosas consistentes (8-15)
• Limos arenosos muy consistentes (15-30)
• Basamento rocoso (NSPT > 30)
Los suelos menos consistentes se asocian a arcillas delgadas (CI) y arcillas limosas
con espesores máximos de 10 m. Los limos arenosos y arcillas limosas consistentes se concentran en el margen NW de la finca, con espesores menores a 5m. La estratigrafía y modelos geotécnicos conceptuales se muestran en la Figura 3.
Figura 3. Modelos geotécnicos conceptuales (transversales) para el edificio 1 (A), edificio 2 (B) y edificio 3 (C).
3. Capacidad de soporte admisible
La Figura 4 muestra la capacidad de soporte para la estratigrafía de suelos en la finca, resaltando irregularidades en la superficie S1 asociada a la morfología del basamento rocoso y espesores variables de suelos blandos que podrían presentar asentamientos ante cargas estructurales superiores a los 100 kPa. El espesor de suelos ronda entre 1 y 11 m, teniéndose mayor certeza en el sitio de tomografías, por ende la huella de los futuros edificios (Figura 5A).
La capacidad de soporte admisible del basamento es superior a 120 kPa (Figura 5B) y en algunos sitios se alcanzan capacidades de hasta 600 kPa, por lo que es aconsejable emplear zapatas aisladas o corridas, para reducir asentamientos diferenciales y cuñas de ruptura amplias, como los podría generar una losa reforzada.
Figura 4. Modelos geotécnicos conceptuales de capacidad de soporte admisible para el edificio 1 (A), edificio 2 (B) y edificio 3 (C).
Figura 5. A) Mapa de profundidad estimada del basamento rocoso (S1). B) Mapa de estimación de capacidad de soporte admisible para la finca Tovar.
4. Estabilidad de laderas
Analizando ante escenarios críticos, se consideró un coeficiente sísmico de 0,2 g para una obra de alto riesgo ante pérdida de vidas y económicas, a pesar de que para San José se estima una aceleración pico de hasta 0,53 g para un periodo de retorno de 475 años (Schmidt et al., 2005). Ante condiciones pseudoestáticas las laderas no cumplen los lineamientos del CGLT, pues se obtuvieron múltiples superficies de ruptura profundas con factores de seguridad inferiores a 1,1 (Figura 6). Se recomienda realizar cortes menores al ángulo de fricción interna de materiales y anclajes para estabilizar los sectores más críticos. Además,de manejo adecuado de escorrentía superficial en las laderas de pendiente moderada en la finca.
Figura 6. A) Modelo geotécnico longitudinal B) Superficies de ruptura en condición pseudoestática (20% g) obtenidas en Slide®.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
A.G.I. (1977). Raccomandazioni sulla programmazione ed esecuzione delle indagini geotechniche. Rome: Italian National Society of Soil Mechanics and Fundation Engineering and for Rock Mechanics.
A.C.G. (2015). Código Geotécnico de taludes y laderas de Costa Rica. Cartago: Editorial Tecnológica de Costa Rica.
Borowczyk, M., & Frankowski, Z. (1981). Dynamic and Static Sounding Results interpretation. Proccedings 10th ICSMFE, 2, 451–454.
C.F.I.A. (2010). Código Sísmico de Costa Rica (Cuarta). Cartago: Editorial Tecnológica de Costa Rica.
Denyer, P., & Arias, O. (1991). Estratigrafía de la región Central de Costa Rica. Revista Geológica de América Central, 12, 1–59.
Meyerhof, G. G. (1956). Penetration tests and bearing capacity of cohesionless soil. Journal of the Soil Mechanics and Foundation Division, 82(1), 1–19.
Pasqualini, E. (1983). SPT Parametri di progetto da prove in situ. In Atti Convegno Naz (pp. 707–710). Italia.
Schmidt, V., Moya, A., Climent, A., Rojas, W., & Boschini, I. (2005). Microzonificación sísmica de San José, Costa Rica (Primera ed). San José: Editorial de la Universidad de Costa Rica.
