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7/24/2019 Formato Paper (2)

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CARACTERIZACIN GEOTCNICA Y TENTATIVA DEZONIFICACIN DE LOS SUELOS DE PUNTA ARENAS

Ana Vsquez Daz

Universidad de Chile, Msc Ingeniera [email protected]

Claudio Foncea NavarroSRK Consulting (Chile) S. A. MSc Ingeniera Geotcnica

[email protected]

Jacobus Le RouxUniversidad de Chile, Ph.D.,University of Port Elizabeth

Profesor titular Departamento de Geologa/ CEGA, Universidad de [email protected]

RESUMENLos suelos de la ciudad de Punta Arenas presentan caractersticas de gran diversidad, resultadode complejos procesos geolgicos asociados en gran parte a glaciaciones que la enmarcan en uncaso de estudio en la mecnica de suelos. La informacin geotcnica existente, junto a larealizada para fines de este estudio, ha sido crticamente revisada y estudiada para finalmenteentregar una zonificacin geotcnica tentativa utilizando la tcnica de mapas compuestos.

1. INTRODUCCION Desde larga data los suelos de la ciudad de Punta Arenas han constituido unproblema para los ingenieros geotcnicos. El material fino ha sido estigmatizado con ladenominacin de mazacote, trmino que se ha convertido en sinnimo de dificultades tanto parael diseo como para la construccin de proyectos de excavacin y fundaciones debido a sus

pobres caractersticas geotcnicas.Los sedimentos glaciales son producto de muchos ambientes sedimentarios sobrepuestos degran complejidad que varan en tiempo y espacio, a la vez que son modificados por otrosprocesos, como el retrabajo fluvial y/o marino. Los repetidos avances y retracciones del un lbulode hielo, las formaciones de lagos proglaciares y los eventuales perodos interglaciales dejaronsedimentos heterogneos a lo largo del Estrecho de Magallanes.

Para abordar un estudio de los suelos de la ciudad que se originaron en tal variedad deambientes, se ha optado por un enfoque multidisciplinario, con particular nfasis en la formacingeolgica, para luego delinear reas con caractersticas similares como nica manera de logrartrascender niveles de confusin existentes y posibilitar soluciones basadas en visiones ms

amplias para resolver los problemas planteados por el desarrollo urbanstico.

Considerar el mazacote como un depsito con determinadas propiedades geotcnicas, pasa aser, a la luz de este estudio, una mera hiptesis sin base que la sustente. Las variaciones queestos depsitos presentan son tales que no pueden ser representados por parmetros puntualesde comportamiento.

Este estudio precisamente propone reconocer la variedad y complejidad de estos depsitos antesque buscar respuestas simples que permitan saltar estas diferencias. Es por ello que en opininde los autores del presente artculo, los anlisis convencionales a los que muchas veces recurre laingeniera geotcnica no resultan aplicables en los suelos de la ciudad de Punta Arenas.


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2. CONTEXTO GEOLGICO A pesar de que existe una descripcin detallada de la formacin delos suelos de Punta Arenas en otro artculo presentado en este congreso, para fines prcticos serequiere aqu entregar un resumen de los rasgos geolgicos que ms interesan.

Punta Arenas puede considerarse despus del ltimo Mximo Glacial (UMG), como un valle dedeshielo, perfilado al oeste por cordones de morrenas laterales que se alinearonsubparalelamente norte - sur con los antiguos mrgenes glaciales, que terminaron al norte de laciudad en canales que desaguan al estrecho. Entre este lineamiento y la actual costa, sedepositaron distintos tipos de sedimentos glaciales y postglaciales, variando en sucesioneslaterales y verticales, construyendo as una compleja estratigrafa: tills de empuje, tills basales, tillsde flujo, deltas arenosos, planicies de lavado, arcillas varvadas, turba y sedimentos fluviales finosy gruesos de distinta compacidad. Los distintos tipos de ambientes sedimentarios, los enormesesfuerzos verticales debidos al peso del glaciar y las solicitaciones de empuje y retrabajo, hacenque mecnicamente sean materiales con complejas estructuras a niveles de micro y macroescala.

El till es uno de los depsitos glaciales ms comunes encontrados en la zona. Este suelo es una

mezcla heterognea de gravas, arena, limo y arcilla, frecuentemente marcado con una estructurainterna que refleja las condiciones de depsito y el historial de carga-descarga, avance y retrocesodel glaciar. La posicin de estos depsitos transportados por accin del glaciar es indicativa paradiferenciar los tipos de till, que pueden ser basales y de flujo. La marcada glaciotectonizacin detills de empuje indica adems el sentido de avance glacial. Los distintos sistemas de fallas yfoliaciones estn asociados tambin, al movimiento y a la presencia de paleopermafrost.

En el contexto hidrulico superficial, Punta Arenas es atravesada en sentido oeste - este, por seiscauces naturales: ro Los Ciervos, ro La Mano, ro Las Minas, estero DAgostini o Pitet, esteroLlau-Llau y estero Bitsch (figura 1). Los patrones de drenaje estn bien diferenciados, en el sur lazona es dominada por la morfologa relicta glacial, con el ro La Mano que no constituye unproblema, ya que est encauzado en su mayor parte. En la zona central el ro Las Minas es

dinmico y presenta aluviones de carcter eventual por lo que se considera una zona de riesgo.Finalmente en el norte el patrn hidrulico resulta disperso, de baja incisin y problemtico lo queguarda relacin con el tipo de sedimento de base impermeable y con el consiguiente aumento deinundaciones. Esta red de drenaje, tambin influye en la distribucin de los suelos, sedimentos deplanicies de inundacin fluvial y turba, se encuentran en terrenos de escasa pendiente comunesen la zona norte, mientras que sedimentos granulares son depositados por la accin del rio LasMinas. En la figura 1 se destaca la posicin de estos cauces, as como los rasgos topogrficos dela zona urbana resaltados por el dominio de tonos marrones, las delineaciones en rojo sonsubcuencas aisladas modeladas por la accin glacial. Se observa en tono ms claro, las reas delos deltas aluviales del ro Las Minas que configuraron Punta Arenosa y el delta actual.


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Figura 1. Topografa y red hidrulica de Punta Arenas.

3. CARACTERIZACIN GEOTCNICA Dentro de las actividades de campo especficas de esteestudio, se realiz un reconocimiento preliminar del rea urbana y perimetral de Punta Arenas,recolectndose muestras para la caracterizacin geotcnica en laboratorio. En la figura 2 seobserva la posicin de los puntos de muestreo. Una descripcin de las muestras queposteriormente fueron ensayadas se presenta a continuacin, destacando sus rasgos geolgicos.

Figura 2. Localizacin del muestreo para caracterizacin geotcnica.

3.1 DESCRIPCIN DE LAS MUESTRAS P1 Cereco es un till de matriz masiva arcillo limosa, demarcada glaciotectonizacin en direccin norte, que indica posiblemente un movimiento deavance del glaciar durante el UMG; moldeado y convertido posteriormente en terraza por loscambios en el nivel del mar en la franja litoral. P2 ChiloBriceo, en las excavaciones realizadas

en este sitio se observaron dos diferentes tipos de till, un till de flujo subglacial que se ubica en laparte superior que no posee estructura y contiene algunas gravas de buen tamao, y un tillsubglacial de matriz arcillosa ms cercano subyaciendo al anterior, con foliaciones que indicanhaber estado sometido a esfuerzos de corte provocados por las fuerzas de avance del glaciarmanteniendo sin embargo una estratificacin laminar. El rea de esta excavacin muestra hastaqu punto pueden existir diferentes depsitos con distintas estructuras y fallamientos en espaciosmuy prximos. P3 Planta de Lana, sitio ubicado en una terraza formada por un antiguo romendrico que desemboca al Estrecho de Magallanes, se consideran suelos de planicies deinundacin fluvial.

Adems, fueron tambin incluidas en este anlisis muestras recepcionadas en el Laboratorio deSlidos y Medios Particulados de la Facultad de Ciencias Fsicas y Matemticas de la Universidad

de Chile, que denotan componentes y estructuras singulares tales como: presencia de partculasde carbn, contenido de races, estructuras sedimentarias como ondulitas, microlaminacin,arcillas varvadas, estructuras ondulantes longitudinales a la probeta, lminas de arena gruesa yfina con inclusiones de gravilla, presencia de grava, mica y rpida oxidacin al contacto ambiental.Por las caractersticas antes descritas y las observaciones realizadas, se presume que estasltimas muestras seran de origen lagunar en unos casos y de zonas de inundacin de riberas dero, todo en un ambiente reductor.

3.2 PROPIEDADES NDICE En la Carta de Plasticidad de la figura 3A, se han incluido losresultados de todos los ensayos realizados en el laboratorio de la Universidad de Chile y de otrasfuentes. Resulta sorprendente la variedad que estos suelos presentan en trminos de plasticidad,lo que demuestra que la ltima glaciacin ha dejado huellas impresas de extrema diferenciacinen sus depsitos. Hay que destacar que estos ensayos en particular no incluyen las diferenciasque existen en la estructura de estos depsitos. Este amplio espectro refleja la cantidad y tipo de

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minerales arcillosos que varan de acuerdo al ambiente de depsito, lugar geogrfico deextraccin, humedad, profundidad y grado de meteorizacin. En figura 3B aparece graficada laactividad de los suelos ensayados que revelan una actividad por sobre lo normal, la que segn lasindicaciones de Skempton (1953), resulta ser media a alta.

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IndicedePlasticidad

IP

Lmite Lquido LL

Cereco sombra CerecoNatural linea A

Linea U ChiloeBrSombra ChiloeBrHorno

M5Lab.Solidos 1m Planta lana M1 Planta Lana M2

Planta Lana M3 M5Lab.Solidos 2m Carrasco

CL - ML

ML

MH

CL

0

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10

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25

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35

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Indiced

eP

lasticidadI

P

Contenido de arcilla


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1,30

1,40

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00

IndicedeVacos,e

Tensin Vertical [kg/cm2]

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

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1,10

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5

IndicedeVacos,e


0,40

0,42

0,44

0,46

0,48

0,50

0,52

0,54

0,56

0,58

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50

IndicedeVacos,e


0,45

0,47

0,49

0,51

0,53

0,55

0,57

0,59

0,61

0,63

0,65

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00

IndicedeVacios,e


Figura 4. A) Probeta Muestra M5LS40, detalle de micro estratificacin. B) Muestra M5LS20tomada a 1 m de profundidad, detalle de estratificacin en artesa. C) Muestra M5LS40, relacinde vacios vs tensin vertical, en escala logartmica. Los siguientes son graficos, relacin de vaciosvs tensin vertical en escala aritmtica D) Muestra M5LS40. E) Muestra M5LS20. F) MuestraPlanta de Lana. G) Muestra Chilo-Briceo. H) Muestra Cereco.

G H

E F

C D


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Muestra desuelo

Ambientesedimentario

Cc Cr e0d

(gr/cm3)sat

(gr/cm3)Gs LP LL

n

(%)M5LS40 Lagunar 0,30 0,05 0,77 1,50 1,92 2,63 25,4 53,8 19

M5LS20Acutico alta

energa0,42 0,065 1,35 1,12 1,70 2,63 19,7 28,6 20

Planta lanaInundacin

fluvial0,31 0,03 1,06 1,31 1,82 2,70 21,2 40,3 36

Chilo-Briceo

Till basal 0,13 0,019 0,56 1,73 2,10 2,70 12,2 23,4 18

Cereco Till de empuje 0,12 0,04 0,63 1,66 2,05 2,70 16,4 33,3 23

Tabla 1. Resumen de ndices Cc, Cr y otras propiedades ndice.

3.4 ENSAYOS TRIAXIALES Se realizaron ensayos triaxiales no drenados, sobre probetascilndricas de 5 cm de cm y 10 cm de altura, las que fueron ensayadas a deformacin controladacon una velocidad de carga de 0,13 %/min. Se encontraron ngulos de friccin de 22, 26, 30 y35, con cohesiones variando entre 0 y 0,26 kg/cm2 (figura 5).

0,00

0,10

0,20

0,30

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0,50

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0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50

q=(s1-s3)/2kg/cm2

P= (s1`+s2`+s3`)/3 kg/cm2

TRAYECTORIA DE ESFUERZOS CIU, p-q

Pc=0,5 kg/cm2 Pc=1 kg/cm2 Pc= 2 kg/cm2

= 22C=0,26kg/cm2

=26C=0,07 kg/cm2

0,00

0,20

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0,60

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1,00

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1,60

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

q=(s1-s3)/2,

[kg/cm]

p'=(s1'+s2`+s3')/3 [kg/cm]

TRAYECTORIA DE ESFUERZOS CIU, p - q

P c=1 ,0 k g/cm2 Pc =2.0 kg/cm2 P c=3,0kg/cm2

= 35C=0 kg/cm2

0,00

0,20

0,40

0,60

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1,20

1,40

1,60

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00

q=(s1-s3)/2kg/cm2

p=( s1`+s2`+s3`)/3(Kg/cm2)

TRAYECTORIA DE ESFUERZOS Tx CIU CHILOE BRICEO

Pc 1,0kg/cm2 Pc 2,5 k g/cm2 Pc 5,0 kg/cm2

= 30

C= 0,15 kg/cm2

Figura 5. Trayectoria de tensiones efectivas. A) Muestra del Laboratoro de Slidos. B) MuestraCereco. C) Muestra Chilo-Briceo.

Como se observa en la figura 6, estas muestras presentan estratificaciones y/o marcadasestructuras sedimentarias (artesas, ondulitas). Es evidente que para arcillas varvadas elporcentaje de arena y/o limo en la mezcla adquiere influencia en la resistencia al corte, por lo queresulta natural encontrar respuestas distintas en estas series de ensayos triaxiales.

A B

C


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Figura 6. Distintas probetas para ensayos de triaxial no drenadoA) En recuadro, detalle de restosde material vegetal. B) Laminaciones limo-arenosas. C) Montaje en celda y papel filtro parafacilitar saturacin.

4. ANLISIS DE LOS RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO Los suelosensayados para este estudio clasifican de acuerdo al USCS, como arcillas de baja a medianaplasticidad (IP < 20 y LL < 40) y para un caso particular, como una arcilla de alta plasticidad (IP

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