UNIVERSIDAD DE COSTA RICA SISTEMA DE ESTUDIOS DE POSGRADO DISEÑO DE CUATRO OBRAS GEOTÉCNICAS: (I) DISEÑO DE LA CIMENTACIÓN MEDIANTE UNA LOSA DE FUNDACIÓN PARA UNA ESTRUCTURA DE ENTREGA VERTEDORA AL EMBALSE EL LLANO; (II) ESTABILIZACIÓN DE POZO VERTICAL ADYACENTE A LA ESTRUCTURA DE ENTREGA VERTEDORA AL EMBALSE EL LLANO; (III) DISEÑO DEL SOSTENIMIENTO TEMPORAL PARA UN TÚNEL PARA EL TRASIEGO DE AGUA POTABLE; (IV) ESTABILIZACIÓN DE LOS TALUDES QUE CONFORMAN EL PORTAL DE SALIDA DE UN TÚNEL DE CONDUCCIÓN DE AGUA POTABLE. Trabajo final de investigación aplicada sometido a la consideración de la Comisión del Programa de Estudios de Posgrado en Ingeniería Civil para optar al grado y título de Maestría Profesional en Geotecnia ROY GERARDO RUIZ VÁSQUEZ Ciudad Universitaria Rodrigo Facio, Costa Rica 2022 ii Dedicatoria Este trabajo está dedicado en primer lugar a Dios por darme la sabiduría, la energía y sobre todo la salud para llegar a buen puerto en cada uno de estos Talleres Aplicados. A mi esposa Ana Leticia Solano Castro por el tiempo brindado a lo largo de toda la Maestría, su apoyo y ante todo su comprensión y por supuesto a toda mi familia, quienes forjaron en mi la persona que soy hoy. iii Agradecimientos A todo el cuerpo de profesores (as) que sirvieron de guía durante toda la Maestría, en especial a la Profesora M.Sc. Ana Lorena Monge Sandí por su tiempo brindado, su guía y su asesoría durante todo el desarrollo de estos cuatro Talleres Aplicados. iv “Este trabajo final de investigación aplicada fue aceptado por la Comisión del Programa de Estudios de Posgrado en Ingeniería Civil de la Universidad de Costa Rica, como requisito parcial para optar al grado y título de Maestría Profesional en Geotecnia.” ____________________________________________ M.Sc. Marco Tapia Balladares Representante de la Decana del Sistemas de Estudios de Posgrado ____________________________________________ M.Sc. Ana Lorena Monge Sandí Profesora Guía ____________________________________________ M.Sc. Marcia Cordero Sandí Lectora ____________________________________________ M.Sc. Eduardo Avilés Madrigal Lector ____________________________________________ M.Sc. Óscar Calvo Carranza Representante del Director del Programa de Posgrado en Ingeniería Civil ____________________________________________ Roy Gerardo Ruiz Vásquez Sustentante v Índice General Índice General Dedicatoria ........................................................................................................................................... ii Agradecimientos ................................................................................................................................. iii Hoja de Aprobación ............................................................................................................................. iii Índice General ...................................................................................................................................... v Resumen Taller Aplicado I ................................................................................................................... xi Resumen Taller Aplicado II ................................................................................................................. xii Resumen Taller Aplicado III ............................................................................................................... xiii Resumen Taller Aplicado IV .............................................................................................................. xiv Índice de Cuadros ............................................................................................................................... xv Índice de Figuras ............................................................................................................................ xxvii 1. CAPÍTULO 1: DISEÑO GEOTÉCNICO DE UNA PROPUESTA DE CIMENTACIÓN PARA LA ESTRUCTURA DE ENTREGA VERTEDORA AL EMBALSE EL LLANO ....................................................... 1 1.1 Introducción .............................................................................................................................. 1 1.1.1 Planteamiento del problema ............................................................................................. 1 1.1.2 Objetivos ............................................................................................................................ 4 1.1.3 Importancia ........................................................................................................................ 5 1.1.4 Alcance ............................................................................................................................... 5 1.1.5 Limitaciones ....................................................................................................................... 6 1.1.6 Metodología ....................................................................................................................... 7 1.2 Marco Teórico ................................................................................................................... 11 1.2.1 Tipos de Cimentaciones ................................................................................................... 11 1.2.2 Medio Soportante y Tipos de Suelos ............................................................................... 12 1.2.3 Capacidad Soportante ...................................................................................................... 12 1.2.4 Cimentaciones Superficiales ............................................................................................ 17 1.2.5 Cimentaciones Profundas con Micropilotes .................................................................... 22 1.2.6 Métodos de elemento finito (MEF) .................................................................................. 30 1.2.7 Monitoreo e Instrumentación .......................................................................................... 32 1.3 Caracterización del Proyecto y Modelo Geotécnico ......................................................... 40 1.3.1 Descripción general del proyecto .................................................................................... 40 1.3.2 Geología regional ............................................................................................................. 42 vi 1.3.3 Geología local ................................................................................................................... 48 1.3.4 Obtención de las propiedades de los materiales ............................................................. 50 1.3.5 Modelo geotécnico .......................................................................................................... 58 1.3.6 Modelación numérica del sitio y análisis de resultados .................................................. 61 1.4 Diseño de la Obra .............................................................................................................. 85 1.4.1 Estimación de la capacidad de soporte de los materiales ............................................... 85 1.4.2 Revisión y análisis del dimensionamiento de los tipos de fundación .............................. 99 1.5 Especificaciones Técnicas ................................................................................................ 114 1.5.1 Materiales ...................................................................................................................... 114 1.5.2 Propuesta de instrumentación....................................................................................... 115 1.6 Presupuesto Detallado .................................................................................................... 121 1.7 Conclusiones ................................................................................................................... 124 1.8 Recomendaciones ........................................................................................................... 126 1.9 Referencias ...................................................................................................................... 127 1.10 Anexos - Planos del diseño geotécnico .......................................................................... 129 2. CAPÍTULO 2: DISEÑO GEOTÉCNICO DE LA PROPUESTA DE ESTABILIZACIÓN DE UN POZO VERTICAL ADYACENTE A LA ESTRUCTURA DE ENTREGA AL EMBALSE EL LLANO ........................... 135 2.1 Introducción .......................................................................................................................... 135 2.1.1 Planteamiento del problema ......................................................................................... 135 2.1.2 Objetivos ................................................................................................................. 138 2.1.3 Importancia ............................................................................................................. 139 2.1.4 Alcance .................................................................................................................... 139 2.1.5 Limitaciones ............................................................................................................ 140 2.1.6 Metodología ............................................................................................................ 141 2.2 Marco Teórico ....................................................................................................................... 145 2.2.1 Empujes sobre el Terreno .............................................................................................. 145 2.2.2 Criterios de diseño para la estabilidad en taludes y laderas .......................................... 152 2.2.3 Métodos de análisis de estabilidad y tipos de rupturas ................................................ 157 2.2.4 Método de equilibrio límite ........................................................................................... 160 2.2.5 Sistemas de protección en la estabilización de taludes y laderas ................................. 161 2.2.6 Consideraciones en el diseño de los anclajes pasivos ................................................... 165 2.2.7 Consideraciones en el diseño de los anclajes activos .................................................... 170 2.2.8 Monitoreo e instrumentación ........................................................................................ 173 vii 2.3 Caracterización del Proyecto y Modelo Geotécnico ............................................................. 179 2.3.1 Descripción general del proyecto .................................................................................. 179 2.3.2 Geología regional ........................................................................................................... 181 2.3.3 Geología local ................................................................................................................. 187 2.3.4 Obtención de las propiedades de los materiales ........................................................... 189 2.3.5 Modelo geotécnico ........................................................................................................ 196 2.4 Desarrollo del Diseño y Análisis de Resultados ..................................................................... 199 2.4.1 Estimación de la presión activa ...................................................................................... 199 2.4.2 Propuesta de estabilización utilizando anclajes pasivos sin la modificación de la ladera natural ..................................................................................................................................... 204 2.4.3 Propuesta de estabilización utilizando anclajes activos sin la modificación de la ladera natural ..................................................................................................................................... 209 2.4.4 Propuesta de estabilización utilizando anclajes pasivos modificando el terreno natural ................................................................................................................................................. 218 2.4.5 Propuesta de excavación mediante taludes temporales aguas abajo del pozo de compuertas ............................................................................................................................. 225 2.5 Especificaciones Técnicas ...................................................................................................... 230 2.5.1 Materiales ...................................................................................................................... 230 2.5.2 Proceso constructivo ...................................................................................................... 231 2.5.3 Propuesta de instrumentación....................................................................................... 232 2.6 Presupuesto Detallado .......................................................................................................... 236 2.7 Conclusiones ......................................................................................................................... 240 2.8 Recomendaciones ................................................................................................................. 243 2.9 Referencias ............................................................................................................................ 244 2.10 Anexos - Planos del diseño geotécnico .............................................................................. 245 3. CAPÍTULO 3: DISEÑO GEOTÉCNICO DEL SOSTENIMIENTO TEMPORAL DE UN TÚNEL PARA TRASEGAR AGUA POTABLE ............................................................................................................. 252 3.1 Introducción .......................................................................................................................... 252 3.1.1 Planteamiento del problema ......................................................................................... 252 3.1.2 Objetivos ........................................................................................................................ 254 3.1.3 Importancia .................................................................................................................... 255 3.1.4 Alcance ........................................................................................................................... 256 3.1.5 Limitaciones ................................................................................................................... 257 3.1.6 Metodología ................................................................................................................... 257 viii 3.2 Marco Teórico ....................................................................................................................... 261 3.2.1 Definición y nomenclatura de un túnel .......................................................................... 261 3.2.2 Sistemas de clasificaciones geomecánicas ..................................................................... 262 3.2.3 Estimación de los parámetros de resistencia al corte y deformabilidad del macizo rocoso ................................................................................................................................................. 273 3.2.4 Método convencional para la excavación de túneles .................................................... 279 3.2.5 Sistemas de sostenimiento ............................................................................................ 282 3.2.6 Tipos de comportamientos para túneles excavados por el método convencional ....... 290 3.2.7 Tiempo de auto sostenimiento a partir de métodos empíricos .................................... 299 3.2.8 Monitoreo y control ....................................................................................................... 300 3.2.9 Método de los elementos finitos ................................................................................... 302 3.3 Caracterización del proyecto y modelo geotécnico ........................................................ 305 3.3.1 Descripción general del proyecto .................................................................................. 305 3.3.2 Geología regional ........................................................................................................... 306 3.3.3 Geología local ................................................................................................................. 311 3.3.4 Obtención de las propiedades de los materiales ........................................................... 314 3.3.5 Modelo geotécnico ........................................................................................................ 324 3.4 Desarrollo del Diseño y Análisis de Resultados ............................................................... 328 3.4.1 Establecimiento del sostenimiento temporal por métodos empíricos ......................... 328 3.4.2 Identificación de los principales riesgos geotécnicos durante la excavación ................ 330 3.4.3 Establecimiento de la curva de característica de los materiales excavados .................. 333 3.4.4 Análisis de esfuerzos y deformaciones por métodos finitos ......................................... 342 3.4.5 Estimación del Tiempo de Auto Sostenimiento en Función de la Longitud del Pase y el Valor del RMR ......................................................................................................................... 373 3.4.6 Cuadro Resumen con la Propuesta de Sostenimiento a lo Largo del Túnel .................. 375 3.5 Especificaciones Técnicas ................................................................................................ 381 3.5.1 Materiales ...................................................................................................................... 381 3.5.2 Propuesta de Instrumentación ...................................................................................... 382 3.6 Presupuesto Detallado .................................................................................................... 384 3.7 Conclusiones ................................................................................................................... 386 3.8 Recomendaciones ........................................................................................................... 389 3.9 Referencias ...................................................................................................................... 390 3.10 Anexos – Planos del diseño geotécnico .......................................................................... 392 ix 4. CAPÍTULO 4: DISEÑO GEOTÉCNICO PARA LA ESTABILIZACIÓN DE LOS TALUDES QUE CONFORMAN EL PORTAL DE SALIDA DE UN TÚNEL DE CONDUCCIÓN DE AGUA POTABLE ........... 399 4.1 Introducción .......................................................................................................................... 399 4.1.1 Planteamiento del problema ......................................................................................... 399 4.1.2 Objetivos ........................................................................................................................ 401 4.1.3 Importancia .................................................................................................................... 402 4.1.4 Alcance ........................................................................................................................... 403 4.1.5 Limitaciones ................................................................................................................... 404 4.1.6 Metodología ................................................................................................................... 404 4.2 Marco Teórico ....................................................................................................................... 408 4.2.1 Criterios de diseño para la estabilidad de taludes y laderas .......................................... 408 4.2.2 Métodos de análisis de estabilidad de taludes y tipos de rupturas ............................... 412 4.2.3 Sistemas de protección en la estabilidad de taludes y laderas ...................................... 416 4.2.4 Consideraciones en el diseño de los anclajes pasivos ................................................... 419 4.2.5 Método de equilibrio límite ........................................................................................... 424 4.2.6 Método de los elementos finitos ................................................................................... 425 4.2.7 Método de los desplazamientos sísmicos estimados según Newmark ......................... 427 4.2.8 Diseño del sistema de evacuación de las aguas de escorrentía .................................... 432 4.2.9 Ensayo dilatométrico de Marchetti, DMT ...................................................................... 437 4.2.10 Monitoreo e instrumentación ...................................................................................... 442 4.3 Caracterización del proyecto y modelo geotécnico .............................................................. 448 4.3.1 Descripción general del proyecto .................................................................................. 448 4.3.2 Geología regional ........................................................................................................... 449 4.3.3 Geología local ................................................................................................................. 454 4.3.4 Obtención de las propiedades de los materiales ........................................................... 454 4.3.5 Modelo geotécnico ........................................................................................................ 469 4.4 Desarrollo del diseño y análisis de resultados ...................................................................... 474 4.4.1 Análisis de estabilidad por medio del método de equilibrio límite ............................... 474 4.4.2 Análisis de deformaciones por medio del método de elemento finito ......................... 484 4.4.3 Análisis de los desplazamientos sísmicamente inducidos por medio del método de Newmark ................................................................................................................................. 490 4.4.4 Análisis de deformaciones por medio del método de elemento finito para la aceleración de fluencia ............................................................................................................................... 502 x 4.4.5 Diseño del manejo de las aguas de escorrentía ............................................................. 507 4.5 Especificaciones Técnicas ...................................................................................................... 520 4.5.1 Materiales ...................................................................................................................... 520 4.5.2 Propuesta de Instrumentación ...................................................................................... 521 4.6 Presupuesto Detallado .......................................................................................................... 525 4.7 Conclusiones ......................................................................................................................... 527 4.8 Recomendaciones ................................................................................................................. 531 4.9 Referencias ............................................................................................................................ 533 4.10 Anexos ................................................................................................................................. 536 4.10.1 Planos de diseño .......................................................................................................... 536 4.10.2 Salidas del análisis de estabilidad por equilibrio límite ............................................... 548 4.10.3 Salidas del análisis de esfuerzos y deformaciones ....................................................... 560 4.10.4 Salidas del análisis utilizando el método de Newmark ................................................ 567 4.10.5 Salidas del análisis de esfuerzos y deformaciones utilizando la aceleración crítica .... 577 xi Resumen Taller Aplicado I Este trabajo presenta una solución al diseño geotécnico de la cimentación para el caso de una estructura masiva en concreto que permitirá entregar agua proveniente principalmente del río Macho, para dos usos principales: la generación eléctrica y el consumo humano. La entrega del agua tiene como destino el embalse El Llano, ubicado en Orosí, Paraíso, en Cartago. La obra consiste en una estructura de concreto, que cuenta con un pozo de compuertas, el cual conecta con un túnel ya excavado, llamado túnel Paralelo, que permitirá traer el agua proveniente de una toma de concreto por construir sobre el río Macho. La estructura de entrega al embalse funcionará como un vertedero a canal abierto y realizará la entrega de dos maneras a saber. La primera de ellas a través de una alcantarilla que continuará el trazado que trae el túnel El Llano, hasta conectar con el embalse. La segunda forma se presentará cuando las compuertas hacia el embalse se encuentren cerradas, lo cual, permitirá que el agua ascienda sobre el pozo de compuertas y ésta sea guiada a través de una tubería de distribución y su remanente vierta sobre una losa de concreto, de un ancho de 13 m y una longitud aproximada de 57 m, que conecta nuevamente con el embalse El Llano. Finalmente, la estructura de conexión con el embalse presentará un puente de un solo carril, para mantener el tránsito sobre la parte superior del embalse El Llano. El diseño geotécnico de la cimentación de la estructura de entrega al embalse deberá considerar la presencia de dos unidades geotécnicas deformables, como lo son los suelos residuales y los coluvios. A raíz de lo anterior, se deberá de valorar el tipo de cimentación más acorde, que garantice los menores asentamientos permisibles en la losa de concreto, tales como losas flotantes acompañadas rellenos de sustitución con materiales competentes, cimentaciones superficiales y no se descarta el uso de las cimentaciones profundas. El diseño geotécnico de la cimentación deberá considerar una propuesta de instrumentación sobre la obra, que permita brindar el seguimiento en una etapa de operación a las principales variables de medición, en este caso, la presión de poro y los desplazamientos verticales. Finalmente, se presentará un presupuesto del costo que se requiere para construir la cimentación de la obra. xii Resumen Taller Aplicado II Este trabajo presenta una solución al diseño geotécnico de la estabilización de un corte vertical en el pozo de compuertas anexo a la estructura de entrega al embalse El Llano. La obra consiste en una estructura de concreto, que cuenta con un pozo de compuertas previamente excavado, el cual conecta con un túnel de igual manera ya excavado, llamado túnel Paralelo, el cual permitirá traer el agua proveniente de una toma de concreto por construir sobre el río Macho. Como parte de la problemática de este caso, es necesario efectuar una estabilización a un corte vertical dentro del pozo de compuertas adyacente a la Estructura de Entrega al Embalse, que presenta una profundidad de 11,30 m, el cual cuenta con un sostenimiento temporal, compuesto por arcos y concreto lanzado. A la hora de efectuar la excavación temporal para la construcción de la estructura de entrega, una sección del pozo va perder confinamiento lateral, lo que implica el colapso inminente de la obra subterránea si no se toman medidas para garantizar su estabilidad. Para lograr de igual manera la estabilización del pozo de compuertas, es necesario realizar una estabilización en la ladera natural por encima de la boca del pozo, lo cual hace obligatorio efectuar una excavación localizada y estabilizada mediante la inclusión de pernos pasivos, que permita reducir los empujes dentro del pozo de compuertas. El diseño geotécnico de la excavación y estabilización a efectuar deberá considerar la presencia de dos unidades geotécnicas deformables y problemáticas, como lo son los suelos residuales y los coluvios. A raíz de lo anterior, se deberá de valorar una propuesta de estabilización, que garantice la seguridad de la obra y de los trabajadores, durante el proceso constructivo de la Estructura de Entrega al Embalse El Llano. Adicional a lo anterior, se propondrá una excavación temporal para garantizar el espacio para la construcción de la Estructura de Entrega. La propuesta de estabilización será geométrica dado el corto periodo de tiempo que permanecerán descubiertos estos taludes. El diseño geotécnico de la excavación considerará una propuesta de instrumentación, que permitirá brindar el seguimiento y la seguridad adecuada durante la etapa constructiva de la obra. Finalmente, se presentará un presupuesto del costo que se requiere para lograr la estabilidad tanto del pozo como de la ladera por encima del mismo. xiii Resumen Taller Aplicado III Este trabajo presenta el diseño geotécnico de un túnel de 4600 m de longitud y de un diámetro equivalente de 4,30 m, el cual será empleado para trasegar agua potable desde el embalse El Llano. La obra consiste en una estructura subterránea a ser diseñada en un medio geológico complejo, conformado por rocas de origen ígneo y sedimentario, además de la presencia de varias fallas geológicas a lo largo del alineamiento del túnel, que cortan la obra subterránea de forma transversal y oblicua. El diseño geotécnico del túnel consiste en establecer adecuadamente el modelo geotécnico, con una caracterización tanto de los parámetros de la roca intacta como del macizo rocoso, lo cual permite aplicar diferentes metodologías de clasificación geomecánica, así como el establecimiento de los principales parámetros de deformabilidad y de resistencia al corte para los diferentes materiales, que permiten ser empleados posteriormente en el diseño geotécnico del soporte temporal. El diseño geotécnico del túnel está enfocado en establecer el soporte temporal necesario para garantizar la convergencia adecuada de los materiales que conforman las diferentes unidades geotécnicas identificadas a lo largo de todo el trazado del túnel, lo cual permita posteriormente conceptualizar y diseñar el revestimiento final. Debido a la heterogeneidad de los materiales y la presencia de fallas geológicas que afectan a los materiales, es necesario llevar a cabo una serie de análisis de esfuerzos y deformaciones en varias secciones transversales, consideradas como críticas, con el objetivo de establecer el soporte temporal del túnel. El trazado del túnel se caracteriza por presentar sectores de coberturas bajas, medias y altas, además de la presencia de niveles freáticos a considerar, ya que aportan carga hidrostática sobre la corona del túnel. xiv Resumen Taller Aplicado IV Este trabajo presenta el diseño geotécnico de una serie de taludes que en su conjunto conforman la excavación de un portal de salida de un túnel que será utilizado para trasegar agua potable. En el sector de mayor altura la excavación presenta una diferencia de elevaciones del orden de 29 m. El diseño geotécnico de los diferentes taludes que conforman el portal de salida del túnel adquiere un aspecto de importancia alta, debido a la presencia de un medio geológico complejo, con dos fallas geológicas consideradas tectónicamente activas, por lo que se debe de evaluar el comportamiento que pueden experimentar los materiales ante aceleraciones sísmicas importantes. Se pretende plantear una propuesta de estabilización para los taludes a conformar, considerando en primera instancia realizar un análisis de estabilidad por medio de la técnica de equilibrio límite, seguido de un análisis de esfuerzos y deformaciones para las caras expuestas de los taludes por medio de la técnica de elemento finito, para finalmente efectuar una estimación de los desplazamientos sísmicamente inducidos empleando el método de bloque rígido propuesto por Newmark. Existe presencia de un nivel freático local que de igual forma se debe de considerar en la propuesta de diseño de la excavación del portal de salida del túnel. Ante la importancia de la obra y ante comportamientos que pueden experimentar los materiales por la acción de la aceleración sísmica, se establecerá una propuesta de instrumentación que permita monitorear el comportamiento de los materiales durante la fase de operación de los taludes que conforman el portal de salida del túnel. Finalmente, se incluye una propuesta de diseño para el manejo de todas las aguas de escorrentía que discurren de las diferentes cuencas sobre los taludes que conforman la excavación del portal de salida. xv Índice de Cuadros Cuadro 1.1. Factores de reducción de la capacidad de soporte de los suelos ................................. 15 Cuadro 1.2. Factores de seguridad para capacidad de soporte en función de la condición de la carga ........................................................................................................................................................... 16 Cuadro 1.3. Factores de seguridad para cargas excéntricas ............................................................. 16 Cuadro 1.4. Valores del módulo de reacción del suelo y del módulo de reacción vertical para diferentes materiales ........................................................................................................................ 19 Cuadro 1.5. Asentamientos admisibles según el tipo de estructura ................................................ 20 Cuadro 1.6. Valores de la adherencia entre la lechada y los materiales (αbond) a utilizar en el diseño de micropilotes ................................................................................................................................. 25 Cuadro 1.7. Factor de eficiencia para grupos de micropilotes en materiales cohesivos .................. 27 Cuadro 1.8. Velocidades de onda compresional y de cortante registradas sobre los materiales identificados en el sitio ..................................................................................................................... 52 Cuadro 1.9. Resumen de las propiedades elásticas dinámicas obtenidas sobre los materiales ...... 53 Cuadro 1.10. Propiedades de resistencia al corte, obtenida mediante el ensayo de veleta sobre los materiales del tipo suelo residual ..................................................................................................... 54 Cuadro 1.11. Propiedades de resistencia al corte, obtenida mediante el ensayo de veleta sobre los materiales del tipo coluvios en su matriz ......................................................................................... 54 Cuadro 1.12. Estimación de la densidad total y seca de los diferentes materiales identificados en el entorno de la obra en estudio .......................................................................................................... 55 Cuadro 1.13. Resistencia a la compresión simple y resistencia al corte no drenado para una muestra del suelo residual .............................................................................................................................. 55 Cuadro 1.14. Porcentajes de materiales retenidos por tamaño para el caso de los suelos residuales y los coluvios ..................................................................................................................................... 56 Cuadro 1.15. Límites de Atterberg obtenidos para el caso de los suelos residuales y los coluvios . 56 Cuadro 1.16. Obtención del ángulo de fricción de los materiales tipo suelos residuales y los coluvios ........................................................................................................................................................... 57 Cuadro 1.17. Propiedades inferidas para el caso de los materiales a utilizar como relleno de sustitución ......................................................................................................................................... 58 Cuadro 1.18. Propiedades de los materiales que integran cada una de las unidades geotécnicas identificadas ...................................................................................................................................... 59 xvi Cuadro 1.19. Cargas permanentes que intervienen en la sección de análisis 1-1 asociadas al puente y muros laterales ............................................................................................................................... 62 Cuadro 1.20. Cargas permanentes y temporales que intervienen en la sección de análisis asociadas a la losa de cimentación y al relleno de aproximación externo a los muros .................................... 62 Cuadro 1.21. Comparación entre los puntos de observación colocados sobre la superficie del terreno en la sección transversal analizada ................................................................................................... 67 Cuadro 1.22. Desplazamientos relativos entre etapas sucesivas del análisis de deformaciones ..... 68 Cuadro 1.23. Cargas permanentes que intervienen en la sección de análisis 2-2 asociadas a los muros laterales de concreto y la losa de cimentación ................................................................................. 70 Cuadro 1.24. Cargas temporales que intervienen en la sección de análisis 2-2 asociadas a la variación en los niveles de oscilación del embalse sobre la losa de cimentación ............................................ 70 Cuadro 1.25. Comparación entre los puntos de observación colocados sobre la superficie del terreno en la sección transversal analizada ................................................................................................... 75 Cuadro 1.26. Desplazamientos relativos entre etapas sucesivas del análisis de deformaciones ..... 76 Cuadro 1.27. Cargas permanentes que intervienen en la sección de análisis 3-3 asociadas a los muros laterales de concreto y la losa de cimentación ................................................................................. 78 Cuadro 1.28. Cargas temporales que intervienen en la sección de análisis 3-3 asociadas a la variación en los niveles de oscilación del embalse sobre la losa de cimentación y el terreno natural ............ 79 Cuadro 1.29. Comparación entre los puntos de observación colocados sobre la superficie del terreno en la sección transversal analizada ................................................................................................... 82 Cuadro 1.30. Desplazamientos relativos entre etapas sucesivas del análisis de deformaciones ..... 83 Cuadro 1.31. Factores de capacidad de carga a utilizar en la ecuación general de capacidad de soporte para el caso de la fundación tipo 1 ...................................................................................... 87 Cuadro 1.32. Estimación de la capacidad de soporte admisible para el tipo de fundación 1 según la ecuación 4.3 del CCCR año 2009 ....................................................................................................... 88 Cuadro 1.33. Factores de capacidad de carga a utilizar en la ecuación general de capacidad de soporte para el caso de la fundación tipo 2 ...................................................................................... 89 Cuadro 1.34. Estimación de la capacidad de soporte admisible para el tipo de fundación 2 según la ecuación 4.3 del CCCR año 2009 ....................................................................................................... 90 Cuadro 1.35. Factores de capacidad de carga a utilizar en la ecuación general de capacidad de soporte para el caso de la fundación tipo 3 ...................................................................................... 91 xvii Cuadro 1.36. Estimación de la capacidad de soporte admisible para el tipo de fundación 3 según la ecuación 4.3 del CCCR año 2009 ....................................................................................................... 92 Cuadro 1.37. Estimación de la presión bajo el relleno de sustitución para el tipo de fundación 3 .. 92 Cuadro 1.38. Factores de capacidad de carga a utilizar en la ecuación general de capacidad de soporte para el caso de la unidad geotécnica 2 ................................................................................ 92 Cuadro 1.39. Parámetros a utilizar en la estimación de la capacidad de soporte de los materiales presentes por debajo del relleno de sustitución .............................................................................. 93 Cuadro 1.40. Estimación de la capacidad de soporte de los materiales por debajo del relleno de sustitución ......................................................................................................................................... 93 Cuadro 1.41. Factores de capacidad de carga a utilizar en la ecuación general de capacidad de soporte para el caso de la fundación tipo 4 ...................................................................................... 94 Cuadro 1.42. Estimación de la capacidad de soporte admisible para el tipo de fundación 4 según la ecuación 4.3 del CCCR año 2009 ....................................................................................................... 95 Cuadro 1.43. Factores de capacidad de carga a utilizar en la ecuación general de capacidad de soporte para el caso de la fundación tipo 5 ...................................................................................... 96 Cuadro 1.44. Correcciones a los factores de carga tanto por la forma del cimiento como por la inclinación de la base de la cimentación sobre la ladera .................................................................. 97 Cuadro 1.45. Estimación de la capacidad de soporte admisible para el tipo de fundación 5 según la ecuación 4.3 del CCCR año 2009 ....................................................................................................... 97 Cuadro 1.46. Factores de capacidad de carga a utilizar en la ecuación general de capacidad de soporte para el caso de la fundación tipo 6 ...................................................................................... 98 Cuadro 1.47. Estimación de la capacidad de soporte admisible para el tipo de fundación 6 según la ecuación 4.3 del CCCR año 2009 ....................................................................................................... 99 Cuadro 1.48. Magnitudes de las cargas de trabajo que se alcanzan para la fundación tipo 1 ....... 100 Cuadro 1.49. Magnitudes de las cargas de trabajo que se alcanzan para la fundación tipo 2 ....... 102 Cuadro 1.50. Magnitudes de las cargas de trabajo que se alcanzan para la fundación tipo 3 ....... 103 Cuadro 1.51. Magnitudes de las cargas de trabajo que se alcanzan para la fundación tipo 4 ....... 105 Cuadro 1.52. Magnitudes de las cargas de trabajo que se alcanzan para la fundación tipo 5 ....... 107 Cuadro 1.53. Magnitudes de las cargas de trabajo que se alcanzan para la fundación tipo 6 ....... 109 Cuadro 1.54. Parámetros de control de la calidad para los concretos reforzados de las cimentaciones ......................................................................................................................................................... 114 xviii Cuadro 1.55. Parámetros de control de la calidad para los materiales a emplear como sustituciones ......................................................................................................................................................... 115 Cuadro 1.56. Especificaciones técnicas del piezómetro cuerda vibrante Geokon 4500 HD .......... 116 Cuadro 1.57. Especificaciones técnicas para el filtro de piedra porosa .......................................... 117 Cuadro 1.58. Especificaciones técnicas del indicador de nivel de agua ......................................... 118 Cuadro 1.59. Especificaciones técnicas del datalogger CR6 ........................................................... 119 Cuadro 1.60. Especificaciones técnicas del armario ENC 12/14 ..................................................... 120 Cuadro 1.61. Presupuesto detallado de la propuesta de instrumentación .................................... 121 Cuadro 1.62. Detalle de los costos totales de las obras de cimentación bajo un escenario hipotético ......................................................................................................................................................... 122 Cuadro 1.63. Detalle de los costos totales de las obras de cimentación bajo un escenario de reutilizar los materiales disponibles ............................................................................................................... 123 Cuadro 2.1. Coeficientes dinámicos para distintos tipos de suelos y según el tipo de zona .......... 151 Cuadro 2.2. Niveles de riesgo contra la pérdida de vidas humanas ............................................... 153 Cuadro 2.3. Niveles de riesgo contra daños económicos o ambientales que puedan presentarse 153 Cuadro 2.4. Factores de seguridad para el diseño y análisis de taludes permanentes y laderas naturales ......................................................................................................................................... 154 Cuadro 2.5. Factores de seguridad para el diseño y análisis de taludes temporales ..................... 155 Cuadro 2.6. Zona sísmica asignada para la provincia de Cartago ................................................... 155 Cuadro 2.7. Tipos de sitios y sus parámetros geotécnicos ............................................................. 156 Cuadro 2.8. Coeficientes seudoestáticos horizontales para un periodo de retorno de 475 años . 156 Cuadro 2.9. Coeficientes seudoestáticos horizontales para un periodo de retorno de 150 años . 156 Cuadro 2.10. Principales métodos de análisis utilizados en la estabilidad de taludes y laderas .... 158 Cuadro 2.11. Factores de seguridad recomendados para la construcción y control de anclajes al terreno ............................................................................................................................................ 168 Cuadro 2.12. Valores de adherencia última suelo-cemento según Schnabel ................................ 168 Cuadro 2.13. Resistencia a la extracción según el tipo de material, suelo o roca .......................... 173 Cuadro 2.14. Velocidades de onda compresional y de cortante registradas sobre los materiales identificados en el sitio ................................................................................................................... 191 Cuadro 2.15. Resumen de las propiedades elásticas dinámicas obtenidas sobre los materiales .. 192 xix Cuadro 2.16. Propiedades de resistencia al corte, obtenida mediante el ensayo de veleta sobre los materiales del tipo suelo residual ................................................................................................... 193 Cuadro 2.17. Propiedades de resistencia al corte, obtenida mediante el ensayo de veleta sobre los materiales del tipo coluvios en su matriz ....................................................................................... 193 Cuadro 2.18. Estimación de la densidad total y seca de los diferentes materiales identificados en el entorno de la obra en estudio ........................................................................................................ 194 Cuadro 2.19. Resistencia a la compresión simple y resistencia al corte no drenado para una muestra del suelo residual ............................................................................................................................ 194 Cuadro 2.20. Porcentajes de materiales retenidos por tamaño para el caso de los suelos residuales y los coluvios ................................................................................................................................... 195 Cuadro 2.21. Límites de Atterberg obtenidos para el caso de los suelos residuales y los coluvios 195 Cuadro 2.22. Obtención del ángulo de fricción de los materiales tipo suelos residuales y los coluvios ......................................................................................................................................................... 196 Cuadro 2.23. Propiedades de los materiales que integran cada una de las unidades geotécnicas identificadas .................................................................................................................................... 197 Cuadro 2.24. Estimación de la fuerza de tensión a utilizar en los anclajes pasivos de la propuesta de estabilización sin la modificación de la ladera natural por encima del pozo de compuertas ........ 204 Cuadro 2.25. Resumen de los factores de seguridad obtenidos en el análisis de estabilidad del pozo de compuertas utilizando como sostenimiento anclajes pasivos sin modificar la ladera natural . 208 Cuadro 2.26. Estimación de la resistencia al corte en la interfase cemento-roca .......................... 209 Cuadro 2.27. Definición del factor de mayoración de carga Γq y el factor de seguridad con respecto a la resistencia al corte en el contacto bulbo – terreno Γr .............................................................. 210 Cuadro 2.28. Requisitos de resistencia a la rotura según la norma ASTM A416 ............................ 210 Cuadro 2.29. Requisitos del límite de fluencia según la norma ASTM A416 .................................. 211 Cuadro 2.30. Estimación de la capacidad a tensión del conjunto de torones, así como también de la longitud de anclaje necesaria ......................................................................................................... 211 Cuadro 2.31. Estimación preliminar de las longitudes de los anclajes a utilizar en la solución propuesta determinadas mediante las ecuaciones planteadas por Ucar ...................................... 212 Cuadro 2.32. Longitud total de los anclajes activos según la propuesta de diseño ....................... 212 Cuadro 2.33. Resultados del análisis de estabilidad en la definición del tipo de anclajes activos a colocar ............................................................................................................................................. 216 xx Cuadro 2.34. Resumen de los factores de seguridad obtenidos en el análisis de estabilidad del pozo de compuertas utilizando como sostenimiento anclajes pasivos con la modificación de la ladera natural ............................................................................................................................................. 220 Cuadro 2.35. Longitud de los pernos pasivos auto perforantes dentro del pozo de compuertas con una separación de 1,5 m en ambos sentidos .................................................................................. 221 Cuadro 2.36. Longitud de los pernos pasivos auto perforantes por fuera del pozo de compuertas con una separación de 2 m en ambos sentidos ..................................................................................... 221 Cuadro 2.37. Resumen de los factores de seguridad obtenidos en el análisis de estabilidad de la ladera natural intervenida utilizando como sostenimiento anclajes pasivos ................................. 224 Cuadro 2.38. Resultados del análisis de estabilidad para la propuesta de excavación temporal .. 229 Cuadro 2.39. Parámetros de control de la calidad para el muro de suelo cosido a implementar . 230 Cuadro 2.40. Parámetros de control de la calidad para la verificación de la fuerza de extracción de los anclajes ...................................................................................................................................... 231 Cuadro 2.41. Especificaciones técnicas para los clinómetros de barra ......................................... 233 Cuadro 2.42. Especificaciones técnicas del datalogger CR6 ........................................................... 234 Cuadro 2.43. Especificaciones técnicas del armario ENC 12/14 ..................................................... 235 Cuadro 2.44. Presupuesto detallado de la propuesta de instrumentación .................................... 236 Cuadro 2.45. Detalle de los costos totales de las obras de estabilización para el pozo de compuertas y la ladera natural utilizando anclajes de barra .............................................................................. 237 Cuadro 2.46. Detalle de los costos totales de las obras de estabilización para el pozo de compuertas y la ladera natural utilizando anclajes de barra y autoperforantes ................................................ 238 Cuadro 3.1. Clases de roca según el Sistema RMR de Bieniawski .................................................. 265 Cuadro 3.2. Parámetros de resistencia al corte y tiempo de auto-soporte según la clase de roca 265 Cuadro 3.3. Clases de roca según su índice de calidad para el sistema de clasificación geomecánica Q ...................................................................................................................................................... 267 Cuadro 3.4. Parámetros de Resistencia al corte y Deformabilidad del Sistema CRIEPI .................. 271 Cuadro 3.5. Correlación entre los sistemas RMR y Q y los intervalos de Q usualmente adoptados ......................................................................................................................................................... 272 Cuadro 3.6. Valores del índice ESR de la clasificación Q ................................................................. 299 Cuadro 3.7. Resumen de las principales estructuras geológicas a lo largo del trazado del túnel .. 312 xxi Cuadro 3.8. Coordenadas geográficas de las perforaciones efectuadas a lo largo del trazado del túnel ......................................................................................................................................................... 317 Cuadro 3.9. Estadística descriptiva para el parámetro de la porosidad obtenida en laboratorio .. 318 Cuadro 3.10. Estadística descriptiva para el parámetro de la gravedad específica obtenida en laboratorio ...................................................................................................................................... 319 Cuadro 3.11. Estadística descriptiva para el parámetro de la gravedad específica saturada superficie seca obtenida en laboratorio .......................................................................................................... 319 Cuadro 3.12. Estadística descriptiva para el parámetro de la absorción obtenida en laboratorio 319 Cuadro 3.13. Estadística descriptiva para el parámetro del peso específico obtenido en laboratorio ......................................................................................................................................................... 319 Cuadro 3.14. Estadística descriptiva para el parámetro de la resistencia a la compresión simple obtenida en laboratorio .................................................................................................................. 320 Cuadro 3.15. Valores obtenidos para el parámetro de la resistencia a la tracción obtenida indirecta en laboratorio ................................................................................................................................. 320 Cuadro 3.16. Estadística descriptiva para el parámetro de la velocidad de pulso ultrasónico obtenida en laboratorio ................................................................................................................................. 320 Cuadro 3.17. Estadística descriptiva para el parámetro de la resistencia al corte no drenado obtenido de manera indirecta a partir de los resultados del ensayo de compresión simple en las muestras de suelo ................................................................................................................................................ 320 Cuadro 3.18. Resultados de los esfuerzos principales obtenidos para cada una de las muestras de roca de areniscas ............................................................................................................................. 321 Cuadro 3.19. Resultados de los esfuerzos principales obtenidos para cada una de las muestras de roca del intrusivo ............................................................................................................................ 321 Cuadro 3.20. Tabla de Guitarra con el detalle del modelo geotécnico a lo largo de todo el trazado del túnel .......................................................................................................................................... 326 Cuadro 3.21. Definición de los parámetros para el tipo de competencia según Perri ................... 328 Cuadro 3.22. Definición del tipo de comportamiento de la excavación según Perri (2006) ......... 329 Cuadro 3.23. Definición del tipo de riesgo geotécnico a esperar según Russo (2014) para cada una de las unidades geotécnicas establecidas ....................................................................................... 332 Cuadro 3.24. Factores de reducción de la presión interna utilizados para establecer la curva característica de los materiales....................................................................................................... 334 xxii Cuadro 3.25. Resumen de los desplazamientos máximos obtenidos sobre la corona de la sección de excavación para cada una de las secciones analizadas y de las que se obtuvo la curva característica1 ......................................................................................................................................................... 342 Cuadro 3.26. Detalle de las secciones que se presentarán dentro de este apartado como parte del análisis de esfuerzos y deformaciones efectuado .......................................................................... 343 Cuadro 3.27. Resultados obtenidos en el análisis de la sección 0+575 m para los materiales de la UG- 1 ....................................................................................................................................................... 344 Cuadro 3.28. Resultados obtenidos en el análisis de la sección 0+785 m para los materiales de la UG- 4a ..................................................................................................................................................... 348 Cuadro 3.29. Resultados obtenidos en el análisis de la sección 0+984 m para los materiales de la UG- 2a ..................................................................................................................................................... 352 Cuadro 3.30. Resultados obtenidos en el análisis de la sección 1+840 m para los materiales de la UG- 4b .................................................................................................................................................... 356 Cuadro 3.31. Resultados obtenidos en el análisis de la sección 3+237 m para los materiales de la UG- 4c ..................................................................................................................................................... 360 Cuadro 3.32. Resultados obtenidos en el análisis de la sección 3+391 m para los materiales de la UG- 2b .................................................................................................................................................... 363 Cuadro 3.33. Resultados obtenidos en el análisis de la sección 4+589 m para los materiales de la UG- 3 ....................................................................................................................................................... 367 Cuadro 3.34. Resumen de los resultados obtenidos del análisis de esfuerzos y deformaciones para cada una de las 14 secciones transversales analizadas a lo largo del trazado del túnel ................ 370 Cuadro 3.35. Descripción de los tipos de sostenimiento temporal establecidos a lo largo del trazado del túnel .......................................................................................................................................... 371 Cuadro 3.36. Estimación del vano libre máximo para cada unidad geotécnica identificada a lo largo del trazado del túnel ....................................................................................................................... 374 Cuadro 3.37. Estimación del tiempo de auto sostenimiento de los materiales sin refuerzo ......... 375 Cuadro 3.38. Tabla de Guitarra con el detalle de la propuesta de sostenimiento a lo largo de todo el túnel ................................................................................................................................................ 377 Cuadro 3.39. Efectividad de la inclusión del sostenimiento en la reducción del radio plástico (Rp) de la excavación ................................................................................................................................... 379 xxiii Cuadro 3.40. Parámetros de control de la calidad a llevar a cabo para el caso del sostenimiento temporal del túnel .......................................................................................................................... 381 Cuadro 3.41. Distribución de las estaciones de convergencia de acuerdo con el tipo de soporte temporal a instalar a lo largo del túnel ........................................................................................... 382 Cuadro 3.42. Especificaciones técnicas para la cinta de medición de convergencias .................... 383 Cuadro 3.43. Detalle de los costos totales del establecimiento del sostenimiento temporal del túnel en estudio ....................................................................................................................................... 384 Cuadro 4.1. Niveles de riesgo contra la pérdida de vidas humanas ............................................... 408 Cuadro 4.2. Niveles de riesgo contra daños económicos o ambientales que puedan presentarse 409 Cuadro 4.3. Factores de seguridad para el diseño y análisis de taludes permanentes y laderas naturales ......................................................................................................................................... 410 Cuadro 4.4. Zona sísmica asignada para la provincia de Cartago ................................................... 410 Cuadro 4.5. Tipos de sitios y sus parámetros geotécnicos ............................................................. 411 Cuadro 4.6. Coeficientes seudoestáticos horizontales para un periodo de retorno de 475 años . 411 Cuadro 4.7. Principales métodos de análisis utilizados en la estabilidad de taludes y laderas ...... 413 Cuadro 4.8. Factores de seguridad recomendados para la construcción y control de anclajes al terreno ............................................................................................................................................ 422 Cuadro 4.9. Valores de adherencia última suelo-cemento según Schnabel ................................... 422 Cuadro 4.10. Estimación del parámetro RM .................................................................................... 442 Cuadro 4.11. Longitudes de los perfiles de geofísica efectuadas sobre el portal de salida del túnel ......................................................................................................................................................... 456 Cuadro 4.12. Resumen de los parámetros geofísicos obtenidos sobre los materiales donde se realizó el perfil P2 ....................................................................................................................................... 461 Cuadro 4.13. Resumen de los parámetros geofísicos obtenidos sobre los materiales donde se realizó el perfil P3 ....................................................................................................................................... 461 Cuadro 4.14. Coordenadas geográficas de las perforaciones efectuadas a lo largo del trazado del túnel ................................................................................................................................................ 462 Cuadro 4.15. Estadística descriptiva para el parámetro de la gravedad específica obtenida en laboratorio ...................................................................................................................................... 463 Cuadro 4.16. Estadística descriptiva para el parámetro del peso específico obtenido en laboratorio ......................................................................................................................................................... 463 xxiv Cuadro 4.17. Estadística descriptiva para el parámetro de la resistencia a la compresión simple obtenida en laboratorio .................................................................................................................. 464 Cuadro 4.18. Valores obtenidos para el parámetro de la resistencia a la tracción obtenida indirecta en laboratorio ................................................................................................................................. 464 Cuadro 4.19. Estadística descriptiva para el parámetro de la resistencia al corte no drenado obtenido de manera indirecta a partir de los resultados del ensayo de compresión simple en las muestras de suelo ................................................................................................................................................ 464 Cuadro 4.20. Resultados de los esfuerzos principales obtenidos para cada una de las muestras de roca del intrusivo ............................................................................................................................ 464 Cuadro 4.21. Coordenadas geográficas de la investigación de campo realizada en el sitio ........... 465 Cuadro 4.22. Resultados obtenidos para el ensayo dilatométrico DMT-18-191 ............................ 466 Cuadro 4.23. Resultados obtenidos para el ensayo dilatométrico DMT-18-192 ............................ 466 Cuadro 4.24. Resultados obtenidos para el ensayo dilatométrico DMT-18-193 ............................ 467 Cuadro 4.25. Modelo geotécnico de los materiales en el portal de salida del túnel ..................... 470 Cuadro 4.26. Factores de seguridad obtenidos para el caso del Perfil 1-1 sin refuerzo sobre los taludes ............................................................................................................................................. 475 Cuadro 4.27. Factores de seguridad obtenidos para el caso del Perfil 2-2 sin refuerzo sobre los taludes ............................................................................................................................................. 475 Cuadro 4.28. Factores de seguridad obtenidos para el caso del Perfil 3-3 sin refuerzo sobre los taludes ............................................................................................................................................. 476 Cuadro 4.29. Factores de seguridad obtenidos para el caso del Perfil 1-1 con la inclusión de refuerzo sobre los taludes ............................................................................................................................. 476 Cuadro 4.30. Factores de seguridad obtenidos para el caso del Perfil 2-2 con la inclusión de refuerzo sobre los taludes ............................................................................................................................. 476 Cuadro 4.31. Factores de seguridad obtenidos para el caso del Perfil 3-3 con la inclusión de refuerzo sobre los taludes ............................................................................................................................. 477 Cuadro 4.32. Resultados obtenidos para los desplazamientos máximos en la cara de los taludes en cada uno de los tres perfiles considerados ..................................................................................... 485 Cuadro 4.33. Porcentaje de reducción de los desplazamientos ..................................................... 486 Cuadro 4.34. Definición de la demanda sísmica para el periodo de retorno de diseño ................. 490 Cuadro 4.35. Resumen de la selección de los sismos a utilizar en el análisis ................................. 491 xxv Cuadro 4.36. Estimación del coeficiente de aceleración sísmica crítica en cada uno de los perfiles de análisis ............................................................................................................................................. 492 Cuadro 4.37. Estimación de los desplazamientos sísmicamente inducidos según el método de Newmark ......................................................................................................................................... 495 Cuadro 4.38. Análisis comparativo entre los desplazamientos máximos obtenidos para el canal del acelerograma más crítico del sismo de Cinchona ........................................................................... 500 Cuadro 4.39. Análisis comparativo entre los desplazamientos máximos obtenidos para el canal del acelerograma más crítico del sismo de Sámara .............................................................................. 501 Cuadro 4.40. Resultados obtenidos para los desplazamientos máximos en la cara de los taludes en cada uno de los tres perfiles considerados ..................................................................................... 503 Cuadro 4.41. Porcentaje de reducción de los desplazamientos ..................................................... 505 Cuadro 4.42. Definición de las áreas de drenaje tributarias y parámetros adicionales necesarios para el cálculo del tiempo de concentración TC ...................................................................................... 509 Cuadro 4.43. Estimación del tiempo de concentración TC .............................................................. 509 Cuadro 4.44. Estimación del caudal de diseño para cada una de las subcuencas definidas para los taludes que conforman el portal de salida del túnel ...................................................................... 510 Cuadro 4.45. Aplicación de la ecuación de Manning para determinar el factor de sección .......... 511 Cuadro 4.46. Factor de sección estimado para el caso de una sección trapezoidal ....................... 512 Cuadro 4.47. Estandarización de la cuneta tipo 1 de sección trapezoidal ...................................... 513 Cuadro 4.48. Factor de sección estimado para el caso de una sección trapezoidal ....................... 513 Cuadro 4.49. Estandarización de la cuneta tipo 2 de sección trapezoidal ...................................... 514 Cuadro 4.50. Factor de sección estimado para el caso de una sección trapezoidal ....................... 514 Cuadro 4.51. Estandarización de la cuneta tipo 3 de sección trapezoidal ...................................... 515 Cuadro 4.52. Aplicación de la ecuación de Manning para determinar el factor de sección .......... 515 Cuadro 4.53. Factor de sección estimado para el caso de una sección circular ............................. 516 Cuadro 4.54. Estandarización de la tubería tipo 1 .......................................................................... 517 Cuadro 4.55. Factor de sección estimado para el caso de una sección circular ............................. 517 Cuadro 4.56. Estandarización de la tubería tipo 2 .......................................................................... 518 Cuadro 4.57. Factor de sección estimado para el caso de una sección circular ............................. 518 Cuadro 4.58. Estandarización de la tubería tipo 3 .......................................................................... 518 Cuadro 4.59. Parámetros de control de la calidad para el muro de suelo cosido a implementar . 520 xxvi Cuadro 4.60. Parámetros de control de la calidad para la verificación de la fuerza de extracción de los anclajes ...................................................................................................................................... 521 Cuadro 4.61. Especificaciones técnicas para el filtro de piedra porosa .......................................... 523 Cuadro 4.62. Especificaciones técnicas del indicador de nivel de agua ......................................... 524 Cuadro 4.63. Detalle de los costos totales del establecimiento del refuerzo permanente sobre los taludes que conforman el portal de salida ..................................................................................... 525 Cuadro 4.64. Detalle de los costos totales del establecimiento del refuerzo permanente sobre los taludes que conforman el portal de salida ..................................................................................... 526 xxvii Índice de Figuras Figura 1.1. Ubicación del sitio donde se realizarán las obras ............................................................ 2 Figura 1.2. Esquema del conjunto de obras que convergen en el entorno del embalse El Llano ..... 3 Figura 1.3. Propuesta de la metodología para el diseño geotécnico de las cimentaciones de la estructura de entrega al embalse ....................................................................................................... 9 Figura 1.4. Factores de capacidad de carga a utilizar en la ecuación general de capacidad de soporte según Reissner (1924) y Meyerhoff (1955) ....................................................................................... 13 Figura 1.5. Descripción de los elementos que intervienen en el cálculo del grupo de micropilotes ........................................................................................................................................................... 28 Figura 1.6. Modelo para calcular la capacidad a la extracción de un grupo de micropilotes en suelos cohesivos ........................................................................................................................................... 30 Figura 1.7. Detalle del esquema de un sensor piezorresistivo......................................................... 33 Figura 1.8. Componentes del piezómetro de cuerda vibrante en el interior de una cápsula cilíndrica de acero inoxidable ........................................................................................................................... 34 Figura 1.9. Detalle del sensor de fibra óptica .................................................................................. 35 Figura 1.10. Testigo superficial con tapa .......................................................................................... 37 Figura 1.11. Tipos de prismas a utilizar ............................................................................................ 38 Figura 1.12. Banco de referencia para el control topográfico ......................................................... 39 Figura 1.13. Ubicación de la obra en el entorno físico ..................................................................... 40 Figura 1.14. Sitio de emplazamiento de la Estructura de Entrega al Embalse ................................. 41 Figura 1.15. Detalle del conjunto de obras que conforman la Estructura de Entrega al Embalse .. 42 Figura 1.16. Mapa geológico regional (Adaptado del Mapa Geológico del Cuadrante Tapantí) ..... 43 Figura 1.17. Mapa de fallas geológicas activas ubicadas en la provincia de Cartago ...................... 45 Figura 1.18. Trazado de la falla inferida Orosi ................................................................................. 46 Figura 1.19. Ubicación de la falla comprobada Navarro .................................................................. 47 Figura 1.20. Ubicación de la falla comprobada Agucaliente ............................................................ 47 Figura 1.21. Mapa geológico local en el entorno del proyecto ........................................................ 48 Figura 1.22. Ubicación de los perfiles de refracción sísmica y de MASW efectuados en la zona de estudio .............................................................................................................................................. 51 Figura 1.23. Resultados obtenidos por medio de la técnica de geofísica de refracción sísmica ..... 51 Figura 1.24. Resultados obtenidos por medio de la técnica de geofísica del MASW ...................... 52 xxviii Figura 1.25. Estimación indirecta del ángulo de fricción de los materiales del tipo suelos residuales y coluvios ........................................................................................................................................... 57 Figura 1.26. Perfil transversal con el modelo geotécnico desarrollado para la Estructura de Entrega al Embalse ......................................................................................................................................... 59 Figura 1.27. Perfil longitudinal con el modelo geotécnico desarrollado para la Estructura de Entrega al Embalse ......................................................................................................................................... 60 Figura 1.28. Detalle de las tres secciones que se analizaron dentro de la modelación numérica... 61 Figura 1.29. Escenario sin la excavación localizada en el sector de la estructura de concreto que conectará con el embalse El Llano y sin la presencia de las cargas consideradas permanentes ..... 64 Figura 1.30. Escenario con la excavación localizada en el sector de la estructura de concreto que conectará con el embalse El Llano y sin la presencia de las cargas consideradas permanentes ..... 64 Figura 1.31. Escenario con la colocación del relleno granular de sustitución y el reforzamiento de la estructura de concreto que conectará con el embalse El Llano sin la presencia de las cargas permanentes ..................................................................................................................................... 65 Figura 1.32. Escenario con la colocación del relleno granular de sustitución y el reforzamiento de la estructura de concreto que conectará con el embalse El Llano con la presencia de las cargas permanentes ..................................................................................................................................... 65 Figura 1.33. Escenario con la colocación de un relleno granular de sustitución y el reforzamiento de la estructura de concreto que conectará con el embalse El Llano con la presencia de las cargas permanentes y la carga temporal del sismo ..................................................................................... 66 Figura 1.34. Escenario sin la excavación localizada en el sector de la estructura de concreto que conectará con el embalse El Llano y sin la presencia de las cargas consideradas en el diseño ....... 72 Figura 1.35. Escenario con la excavación localizada en el sector de la estructura de concreto que conectará con el embalse El Llano y sin la presencia de las cargas consideradas en el diseño ....... 72 Figura 1.36. Escenario con la colocación del relleno granular de sustitución y el reforzamiento de la estructura de concreto que conectará con el embalse El Llano sin la presencia de las cargas de diseño ........................................................................................................................................................... 73 Figura 1.37. Escenario con la colocación del relleno granular de sustitución y el reforzamiento de la estructura de concreto que conectará con el embalse El Llano con la presencia de las cargas permanentes ..................................................................................................................................... 73 xxix Figura 1.38. Escenario con la colocación del relleno granular de sustitución y el reforzamiento de la estructura de concreto que conectará con el embalse El Llano con la presencia de las cargas permanentes y temporales incluyendo la componente sísmica ...................................................... 74 Figura 1.39. Escenario con la excavación localizada en el sector de la estructura de concreto y sin la presencia de las cargas consideradas en el diseño ........................................................................... 80 Figura 1.40. Escenario con la inclusión de las cargas permanentes de la estructura consideradas en el diseño ............................................................................................................................................ 80 Figura 1.41. Escenario con la inclusión de las cargas permanentes de la estructura, las cargas temporales del peso del agua al nivel inferior de operación del embalse y la componente del sismo actuando ........................................................................................................................................... 81 Figura 1.42. Escenario con la inclusión de las cargas permanentes de la estructura, las cargas temporales del peso del agua al nivel superior de operación del embalse y la componente del sismo actuando ........................................................................................................................................... 81 Figura 1.43. Definición de los tipos de cimentaciones en conjunto con el Área de Ingeniería Estructural ......................................................................................................................................... 86 Figura 1.44. Estimación de los factores de capacidad de carga a utilizar con la ecuación general de capacidad de soporte según Reissner 1924 y Meyerhoff 1955 para el caso de la fundación tipo 1 87 Figura 1.45. Estimación de los factores de capacidad de carga a utilizar con la ecuación general de capacidad de soporte según Reissner 1924 y Meyerhoff 1955 para el caso de la fundación tipo 2 89 Figura 1.46. Estimación de los factores de capacidad de carga a utilizar con la ecuación general de capacidad de soporte según Reissner 1924 y Meyerhoff 1955 para el caso de la fundación tipo 3 91 Figura 1.47. Estimación de los factores de capacidad de carga a utilizar con la ecuación general de capacidad de soporte según Reissner 1924 y Meyerhoff 1955 para el caso de la fundación tipo 4 94 Figura 1.48. Estimación de los factores de capacidad de carga a utilizar con la ecuación general de capacidad de soporte según Reissner 1924 y Meyerhoff 1955 para el caso de la fundación tipo 5 96 Figura 1.49. Estimación de los factores de capacidad de carga a utilizar con la ecuación general de capacidad de soporte según Reissner 1924 y Meyerhoff 1955 para el caso de la fundación tipo 6 98 Figura 1.50. Ejemplo de instalación del Datalogger y la fuente de alimentación en armario NC 12/14 ......................................................................................................................................................... 120 Figura 2.1. Ubicación del sitio donde se realizarán las obras………………………………………………………136 Figura 2.2. Esquema del conjunto de obras que convergen en el entorno del embalse El Llano .. 137 xxx Figura 2.3. Vista en planta de la sección geométrica del pozo de compuertas existente .............. 137 Figura 2.4. Propuesta de la metodología para el diseño geotécnico de la propuesta de estabilización del pozo vertical adjunto a la estructura de entrega al embalse .................................................... 144 Figura 2.5. Empujes a considerar en obras de estabilización cercanas a una ladera natural ......... 145 Figura 2.6. Detalle de los tipos de empujes que puede experimentar una estructura de contención según sea el caso ............................................................................................................................. 146 Figura 2.7. Polígono de fuerzas del método de Coulomb para suelos cohesivos como friccionantes ......................................................................................................................................................... 147 Figura 2.8. Equilibrio de fuerzas para la estimación de la presión activa de Coulomb ................... 149 Figura 2.9. Línea de acción de las presiones actuantes sobre el muro ........................................... 152 Figura 2.10. Métodos de cálculo utilizados en el análisis de estabilidad de taludes y laderas ...... 159 Figura 2.11. Tipos de superficies de ruptura en suelos................................................................... 160 Figura 2.12. Sección transversal típica del suelo cosido ................................................................. 165 Figura 2.13. Diferentes tipos de anclajes usados en función del tipo de suelo o de roca .............. 167 Figura 2.14. Detalle de un anclaje activo ........................................................................................ 171 Figura 2.15. Detalle de las partes que componen un anclaje activo .............................................. 172 Figura 2.16. Testigo superficial con tapa ........................................................................................ 175 Figura 2.17. Tipos de prismas a utilizar ........................................................................................... 175 Figura 2.18. Banco de referencia para el control topográfico ........................................................ 176 Figura 2.19. Clinómetro de barra tipo MEMS ................................................................................. 177 Figura 2.20. Detalle de las partes que componen un clinómetro de barra .................................... 178 Figura 2.21. Ubicación de la obra en el entorno físico .................................................................... 179 Figura 2.22. Sitio de emplazamiento de la Estructura de Entrega al Embalse ................................ 180 Figura 2.23. Detalle del conjunto de obras que conforman la Estructura de Entrega al Embalse . 181 Figura 2.24. Mapa geológico regional (Adaptado del Mapa Geológico del Cuadrante Tapantí) .... 182 Figura 2.25. Mapa de fallas geológicas activas ubicadas en la provincia de Cartago ..................... 184 Figura 2.26. Trazado de la falla inferida Orosi ................................................................................ 185 Figura 2.27. Ubicación de la falla comprobada Navarro ................................................................. 186 Figura 2.28. Ubicación de la falla comprobada Agucaliente ........................................................... 186 Figura 2.29. Mapa geológico local en el entorno del proyecto ...................................................... 187 xxxi Figura 2.30. Ubicación de los perfiles de refracción sísmica y de MASW efectuados en la zona de estudio ............................................................................................................................................ 190 Figura 2.31. Resultados obtenidos por medio de la técnica de geofísica de refracción sísmica .... 190 Figura 2.32. Resultados obtenidos por medio de la técnica de geofísica del MASW ..................... 191 Figura 2.33. Estimación indirecta del ángulo de fricción de los materiales del tipo suelos residuales y coluvios ......................................................................................................................................... 196 Figura 2.34. Perfil longitudinal con el modelo geotécnico desarrollado para la Estructura de Entrega al Embalse ....................................................................................................................................... 198 Figura 2.35. Planta con la propuesta de excavación para la Estructura de Entrega al Embalse ..... 200 Figura 2.36. Análisis de equilibrio límite, condición original sin contra presión, topografía modificada, método de Spencer ......................................................................................................................... 201 Figura 2.37. Análisis de equilibrio límite, condición bajo una contra presión, topografía modificada, método de Spencer ......................................................................................................................... 201 Figura 2.38. Diagrama de presiones obtenido en el análisis de empujes activos mediante equilibrio límite ............................................................................................................................................... 202 Figura 2.39. Análisis de equilibrio límite, condición sísmica, con una contra presión y la topografía modificada, método de Spencer ..................................................................................................... 203 Figura 2.40. Diagrama de presiones obtenido en el análisis de empujes activos mediante equilibrio límite y considerando la componente horizontal del sismo ........................................................... 203 Figura 2.41. Resultado del análisis de estabilidad por equilibrio límite para una condición estática con la inclusión de pernos de 12 m en varilla N°8 utilizando el método de Spencer ..................... 205 Figura 2.42. Resultado del análisis de estabilidad por equilibrio límite para una condición estática con la inclusión de pernos de 12 m en varilla N°10 utilizando el método de Spencer ................... 205 Figura 2.43. Resultado del análisis de estabilidad por equilibrio límite para una condición estática con la inclusión de pernos de 12 m en varilla N°11 utilizando el método de Spencer ................... 206 Figura 2.44. Resultado del análisis de estabilidad por equilibrio límite para una condición seudoestática con la inclusión de pernos de 12 m en varilla N°8 utilizando el método de Spencer ......................................................................................................................................................... 206 Figura 2.45. Resultado del análisis de estabilidad por equilibrio límite para una condición seudoestática con la inclusión de pernos de 12 m en varilla N°10 utilizando el método de Spencer ......................................................................................................................................................... 207 xxxii Figura 2.46. Resultado del análisis de estabilidad por equilibrio límite para una condición seudoestática con la inclusión de pernos de 12 m en varilla N°11 utilizando el método de Spencer ......................................................................................................................................................... 207 Figura 2.47. Salida del software Slide 2018 utilizando el método de Spencer para el escenario de análisis estático con un ángulo inclinación de los anclajes de 10° ................................................. 213 Figura 2.48. Salida del software Slide 2018 utilizando el método de Spencer para el escenario de análisis seudoestático con un ángulo inclinación de los anclajes de 10° ........................................ 214 Figura 2.49. Salida del software Slide 2018 utilizando el método de Spencer para el escenario de análisis estático con un ángulo inclinación de los anclajes de 5° ................................................... 214 Figura 2.50. Salida del software Slide 2018 utilizando el método de Spencer para el escenario de análisis seudoestático con un ángulo inclinación de los anclajes de 5° .......................................... 215 Figura 2.51. Salida del software Slide 2018 utilizando el método de Spencer para el escenario de análisis estático con un ángulo inclinación de los anclajes de 2° ................................................... 215 Figura 2.52. Salida del software Slide 2018 utilizando el método de Spencer para el escenario de análisis seudoestático con un ángulo inclinación de los anclajes de 2° .......................................... 216 Figura 2.53. Propuesta de excavación en el sector cercano al pozo de compuertas ..................... 218 Figura 2.54. Resultado del análisis de estabilidad por equilibrio límite para una condición estática con la inclusión de pernos de longitud variable en varilla N°8 utilizando el método de Spencer .. 219 Figura 2.55. Resultado del análisis de estabilidad por equilibrio límite para una condición seudoestática con la inclusión de pernos de longitud variable en varilla N°8 utilizando el método de Spencer ........................................................................................................................................... 220 Figura 2.56. Resultado del análisis de estabilidad de la ladera intervenida por equilibrio límite para una condición estática con la inclusión de pernos de longitud variable en varilla N°8 utilizando el método de Spencer ......................................................................................................................... 223 Figura 2.57. Resultado del análisis de estabilidad de la ladera intervenida por equilibrio límite para una condición seudoestática con la inclusión de pernos de longitud variable en varilla N°8 utilizando el método de Morgenstern-Price .................................................................................................... 224 Figura 2.58. Propuesta de excavación con la consideración de taludes temporales ..................... 226 Figura 2.59. Salida del SLIDE 2018, método de Spencer, análisis estático, taludes de la margen derecha ........................................................................................................................................... 227 xxxiii Figura 2.60. Salida del SLIDE 2018, método de Spencer, análisis seudoestático, taludes de la margen derecha ........................................................................................................................................... 227 Figura 2.61. Salida del SLIDE 2018, método de Spencer, análisis estático, taludes de la margen izquierda .......................................................................................................................................... 228 Figura 2.62. Salida del SLIDE 2018, método de Spencer, análisis seudoestático, taludes de la margen izquierda .......................................................................................................................................... 228 Figura 2.63. Ejemplo de instalación del Datalogger y la fuente de alimentación en armario NC 12/14 ......................................................................................................................................................... 235 Figura 3.1. Trazado del túnel de conducción de agua potable a considerar .................................. 254 Figura 3.2. Propuesta de la metodología para el diseño geotécnico de la propuesta de estabilización del pozo vertical adjunto a la estructura de entrega al embalse .................................................... 260 Figura 3.3. Nomenclatura utilizada en el diseño y construcción de túneles – Sección Transversal 261 Figura 3.4. Nomenclatura utilizada en el diseño y construcción de túneles – Sección Longitudinal ......................................................................................................................................................... 262 Figura 3.5. Procedimiento para el establecimiento del RQD de Deere .......................................... 264 Figura 3.6. Parámetros de la clasificación geomecánica RMR ........................................................ 266 Figura 3.7. Obtención del índice geológico de resistencia, GSI ...................................................... 269 Figura 3.8. Correlación entre los sistemas RMR y Q con los valores adoptados en la práctica ...... 272 Figura 3.9. Estimación de los datos de entrada del criterio generalizado de Hoek & Brown mediante el software RocData 3.0 .................................................................................................................. 274 Figura 3.10. Obtención de los parámetros de la masa rocosa por medio del software RocData 3.0 ......................................................................................................................................................... 275 Figura 3.11. Relaciones entre esfuerzos principales para Hoek y Brown y su equivalente Mohr- Coulomb .......................................................................................................................................... 276 Figura 3.12. Parámetros equivalentes del criterio de Mohr-Coulomb con respecto al criterio de resistencia no lineal de Hoek y Brown ............................................................................................ 27