2.- estudio de mecanica de suelo y canteras

ESTUDIO MECANICA DE SUELOS Y

CANTERAS

“MEJORAMIENTO Y AMPLIACION DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y CONSTRUCCIÓN DEL ALCANTARILLADO EN

LAS LOCALIDADES DE PILLCOPATA Y PATRIA, DISTRITO DE KOSÑIPATA – PAUCARTAMBO – CUSCO”

Localidades: Pillcopata y PatriaDistrito : KosñipataProvincia: PaucartamboRegión : Cusco

“MEJORAMIENTO Y AMPLIACION DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y CONSTRUCCIÓN DEL ALCANTARILLADO EN LAS LOCALIADADES DE PILLCOPATA Y PATRIA, DISTRITO DE KOSÑIPATA – PAUCARTAMBO - CUSCO”

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ÍNDICE

I. GENERALIDADES………………………………………………………………….…………...3

1.1 INTRODUCCIÓN…………………………………………………………….……………….…3

1.2 OBJETIVOS………………………………………………………………………………..……...4

1.3 UBICACIÓN DE LA ZONA…………………………………………………………………...4

1.4 DESCRIPCIÓN……………………………………………………………………...…………...4

1.5 METODOLOGÍA DEL ESTUDIO……………………………………………….………….4

II.GEODINÁMICA INTERNA Y EXTERNA……………………………………………..…5

2.1 GEODINAMICA INTERNA………………………………………………..…………….…..5

2.2 GEODINAMICA EXTERNA……………………………………..……………………….…..6

2.3 DESCRIPCION DE LAS CALICATAS……………………………………………………..6

III. ESTUDIO DE SUELOS…………………………………….……………………………..…7

3.1 TRABAJOS DE CAMPO…………………………………………………………………..…..7

3.2 TRABAJOS DE LABORATORIO……………………….………..………...……......……11

3.3 EVALUACION DE SUELOS Y CALLES A INTERVENIR…………...….......…....14

IV.ANÁLISIS DE CANTERAS…..……...….........................................……………….16

4.1 CANTERA DE AGREGADOS……………………………………………………………..17

V.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES…………………………………..…...17

PANEL FOTOGRAFICO……………………………………………………………………....19

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1. GENERALIDADES.

I.1. INTRODUCCIÓN

La finalidad del Estudio de Mecánica de Suelos y Canteras es determinar los

parámetros geotécnicos mínimos tanto del área de ubicación así como de los

materiales y agregados a ser considerados para el mejoramiento y ampliación del

sistema de agua potable y alcantarillado.

De igual forma los ensayos de campo han sido realizados para obtener los

parámetros de resistencia y deformación de los suelos de fundación, así como el

perfil estratigráfico desarrollado a partir de las calicatas ubicadas en el proyecto para

el sistema de agua potable y alcantarillado a ser proyectada.

Dentro de los alcances el estudio ha considerado las exploraciones de campo y

ensayos de laboratorio, de la zona de la captación en el proyecto se desarrollará las

localidades del distrito de Kosñipata.

Los trabajos considerados en el desarrollo del estudio de suelos comprenden lo

siguiente:

Ensayo de campo de suelos

Ensayos de laboratorio de muestras de suelo extraídas de las calicatas

de exploración

Determinación de la densidad de campo

Definición de tipos y profundidades de cimentación adecuada así como

parámetros geotécnicos preliminares para el diseño

Ubicación de canteras para el sistema de agua potable y alcantarillado,

diseño de concreto y los ensayos referidos a las mismas.

I.2. OBJETIVO

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Los Estudios de Mecánica de Suelos tienen por objetivo determinar las

características geotécnicas del área de estudio, identificando las propiedades físicas

y mecánicas de los suelos para el diseño del sistema de agua potable y

alcantarillado.

I.3. UBICACIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO

El proyecto tiene la siguiente ubicación:

Ubicación Política

Departamento : Cusco.

Provincia : Paucartambo

Distrito : Kosñipata

Ubicación Geográfica

Altitud media: 689 m.s.n.m.

I.4. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

El proyecto “MEJORAMIENTO Y AMPLIACION DEL SISTEMA DE AGUA

POTABLE Y CONSTRUCCION DEL ALCANTARILLADO EN LAS

LOCALIADADES DE PILLCOPATA Y PATRIA, DISTRITO DE KOSÑIPATA-

PAUCARTAMBO- CUSCO”, el sistema de agua potable y alcantarillado recibirá el

caudal de los manantiales de cada localidad, estos caudales hará que se almacene

un volumen suficiente de agua para el sistema de agua potable del distrito de

Kosñipata el cual será para el mejoramiento de las localidades del distrito.

I.5. METODOLOGÍA DEL ESTUDIO

La metodología de trabajo para la realización del presente estudio comprendió las

siguientes actividades:

- Recopilación de la información bibliográfica de la zona.

- Planificación de las actividades de campo que incluirán reconocimiento de la

zona y del ámbito del Proyecto.

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- Realización del Estudio de Mecánica de Suelos de la zona de estudio,

mediante estudios geológicos, excavación de calicatas de investigación.

- Recopilación de muestras del subsuelo de las calicatas para su análisis en el

laboratorio.

- Trabajo de gabinete, interpretando los resultados obtenidos en campo.

- El informe de Mecánica de Suelos, ha sido elaborado en base a la

investigación geotécnica y muestreo de campo realizada in situ y los

resultados de ensayos de Laboratorio.

- Para calcular la capacidad portante del suelo en los puntos donde se

proyectan obras de concreto especiales, se tomaron muestras inalteradas del

fondo de las calicatas excavadas para ensayos de corte directo, apoyados en

estos métodos de auscultación y medición, se podrá determinar los

parámetros de cohesión (c) y fricción (ф) con los que se calculará la

capacidad de carga del terreno de cimentación, según principios y

procedimientos conocidos.

2. GEODINÁMICA INTERNA Y EXTERNA

2.1. GEODINÁMICA INTERNA

El macizo precambriano se encuentra emplazado en forma de un horst, entre rocas

del batolito costero y rocas sedimentarias del Mesozoico a modo de una faja irregular

con rumbo NO-SE, levantado por una serie de fallas.

La foliación de los gneises es producto de un metamorfismo asociado a esfuerzos

tectónicos que varían de una zona a otra.

El efecto del plegamiento de estas rocas no es claramente visible, sin embargo se

puede observar, groseras estructuras de pliegues recumbentes que afectan

suavemente a estas rocas.

El fracturamiento y fallamiento que se observa pertenece a eventos tectónicos que

han afectado a esta región desde periodos precámbricos, originando zonas de

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debilidad en las que se han emplazado los grandes cuerpos intrusivos durante la

tectogénesis andina.

2.2. GEODINÁMICA EXTERNA

La geodinámica externa dentro de la zona de estudio son muy escasos, habiéndose

ubicado sectores completamente estables con afloramientos de roca donde los

taludes tienen suaves pendientes a manera de colinas, con sistemas de fracturas

intensas y por efecto de las fuertes precipitaciones y cambios bruscos de

temperatura, dando lugar a la destrucción de la roca masiva en bloques rocosos.

No existen huellas de grandes huaycos, deslizamientos o derrumbes que puedan

dañar estructuras hidráulicas, salvo por la ocurrencia de movimientos sísmicos no

predecibles.

2.3. DESCRIPCION DE LAS CALICATAS EN LAS LOCALIDADES.

Las ubicaciones de las calicatas realizadas para el estudio se muestran en el cuadro

N°01, en donde se podrá visualizar sus coordenadas, altitud y descripción de cada

calicata del distrito de Kosñipata:

Cuadro Nº 01: Ubicación de calicatas

Localidad CalicatasProfundidad

(m)Altura

(msnm)Coordenadas

DescripciónE S

PATRIA

C-1 1.90 690.00 236828.0 8564266.0 C-2 1.70 673.00 236831.0 8564993.0 Frente al colegio

C-3 2.50 665.00 237187.0 8564754.0Pasaje Gallitos de

la Rocas

C-4 1.27 665.00 237083.0 8565075.0Calle Antonio

Iwaki

PILLCOPATA

CP-1 1.18 528.00 239028.0 8571606.0 Pte. Eva CP-2 1.20 543.00 238860.0 8571320.0 CP-3 1.30 524.00 239269.0 8571851.0 CP-4 2.20 529.00 239320.0 8571027.0 CP-5 1.50 529.00 239450.0 8570874.0

Fuente: Elaboración propia

3.ESTUDIO DE SUELOS

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3.1. TRABAJOS DE CAMPO

Los trabajos para conocer y evaluar los materiales que componen la subrasante de

la vía consistieron en la revisión de información de estudios anteriores, inspección de

campo y auscultaciones a cielo abierto o calicatas hasta una profundidad de 2.50.

Se efectuó, además de la clasificación de campo respectiva, la toma de muestras

representativas las cuales fueron conducidas al laboratorio para los análisis

respectivos. Con los resultados obtenidos de los análisis en laboratorio, se determinó

el perfil estratigráfico final en los puntos estudiados.

En el cuadro N° 02 “Prospecciones Efectuadas” se describe la ubicación de las

calicatas efectuadas así como la descripción del material encontrado en cada una de

ellas.

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“MEJORAMIENTO Y AMPLIACION DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE Y CONSTRUCCIÓN DEL ALCANTARILLADO EN LAS LOCALIADADES DE PILLCOPATA Y PATRIA, DISTRITO DE KOSÑIPATA – PAUCARTAMBO - CUSCO” 2015

Cuadro Nº 02: Prospecciones efectuadas

Localidad Calicata

sProfundida

d (m)Descripción del material

PATRIA

C-1 1.90En los primeros 0.20 m de profundidad se encuentra terreno cultivable, de 0.20 a 1.90 se encuentra material tipo ML de granulometría, limo arenoso.

C-2 1.70En los primeros 0.20 m de profundidad se encuentra terreno cultivable, de 0.20 a 1.70 se encuentra material tipo ML de granulometría, limo arenoso.

C-3 2.50En el perfil del suelo se muestra un suelo limoso con arena y presencia de grava, Según la clasificación es de tipo SM con grava.

C-4 1.27En el perfil del suelo se muestra un suelo limoso con arena y presencia de grava, Según la clasificación es de tipo SM con grava.

PILLCOPATA

CP-1 1.18En el perfil del suelo se muestra un suelo limoso con arena y presencia de grava, Según la clasificación es de tipo SM con grava.


CP-3 1.30En el perfil del suelo se muestra un material tipo GP con arena de granulometría, grava mal graduada con arena.


CP-5 1.50En el perfil del suelo se muestra un material tipo GM con arena de granulometría, grava limosa con arena.

Fuente: Elaboración propia.

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3.2. TRABAJOS DE LABORATORIO

La elaboración del perfil estratigráfico requiere de una clasificación de materiales

que se obtiene mediante análisis y ensayos en laboratorio sobre las muestras

extraídas en el campo así como de la observación al momento de efectuar la

calicata. La interpretación de los resultados obtenidos ha permitido clasificar los

suelos, definir los horizontes de material homogéneo y establecer la estratigrafía.

Los trabajos de laboratorio permitieron evaluar las propiedades de los suelos

mediante ensayos. Las muestras disturbadas de suelo, provenientes de cada una

de las exploraciones, fueron sometidas a ensayo de acuerdo a las

recomendaciones de la American Society of Testing and Materials (ASTM).

Como parte de este informe, se presentan los resultados de los ensayos a los

que fueron sometidas las muestras de suelos. Las muestras se analizaron en un

Laboratorio de Suelos, bajo la supervisión del Ingeniero Especialista de Suelos y

Pavimentos, y de técnicos de laboratorio.

El Cuadro N° 03 “Ensayos de Mecánica de Suelos” presenta los diferentes

ensayos realizados, describiendo el propósito de cada uno.

Cuadro Nº 03: Ensayos de mecánica de suelos

Nombre del

EnsayoUso Método

AASHTOEnsayoASTM

TamañoDe

MuestraPropósito del ensayo

Limite liquido Clasificación T89 D4318 250 gr. Hallar el contenido de agua entre los

estados Liquido y PlásticoLimite

Plástico Clasificación T90 D4318 250 gr. Hallar el contenido de agua entre los estados plásticos y semi solidó.

Índice Plástico Clasificación T90 D4318 250 gr.

Hallar el rango de contenido de agua por encima del cual, el suelo está en un estado plástico.

Análisis Mecánico Clasificación T88 D422 250 gr. Para determinar la distribución del

tamaño de partículas del suelo.

En cuanto a los ensayos considerados, se puede realizar una breve explicación

de los ensayos y los objetivos de cada uno de ellos. Cabe anotar que los ensayos

físicos corresponden a aquellos que determinan las propiedades índices de los

suelos y que permiten su clasificación.

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Análisis Granulométrico por tamizado (ASTM D-422)

La granulometría es la distribución de las partículas de un suelo de acuerdo a su

tamaño, que se determina mediante el tamizado o paso del agregado por mallas

de distinto diámetro hasta el tamiz N° 200 (de diámetro 0.074 milímetros),

considerándose el material que pasa dicha malla en forma global. Para conocer

su distribución granulométrica por debajo de ese tamiz se hace el ensayo de

sedimentación. El análisis granulométrico deriva en una curva granulométrica,

donde se plotea el diámetro de tamiz versus porcentaje acumulado que pasa o

que retiene el mismo, de acuerdo al uso que quiera dar al agregado.

Limite Liquido (ASTM D-427) y Limite Plástico (ASTM D-427)

Se conoce como plasticidad de un suelo a la capacidad de este de ser

moldeable. Esta depende de la cantidad de arcilla que contiene el material que

pasa la malla N° 200, porque es este material el que actúa como ligante.

Un material, de acuerdo al contenido de humedad que tenga, pasa por tres

estados definidos: líquidos, plásticos y secos. Cuando el agregado tiene

determinado contenido de humedad en la cual se encuentra húmedo de modo

que no puede ser moldeable, se dice que está en estado semilíquido. Conforme

se le va quitando agua, llega un momento en el que el suelo, sin dejar de estar

húmedo, comienza a adquirir una consistencia que permite moldearlo o hacerlo

trabajable, entonces se dice que está en estado plástico.

Al seguir quitando agua, llega un momento en el que el material pierde su

trabajabilidad y se cuartea al tratar de moldearlo, entonces se dice que está en

estado semi seco. El contenido de humedad en el cual el agregado pasa del

estado semilíquido al plástico es el Limite Liquido (ASTM D-427), y el contenido

de humedad en el que para del estado plástico al semi seco es el Limite Plástico

(ASTM D-427).

Contenido de Humedad Natural (ASTM D-2216)

El contenido de humedad de una muestra indica la cantidad de agua que esta

contiene, expresándola como un porcentaje del peso de agua entre el peso del

material seco. En cierto modo este valor es relativo, porque depende de las

condiciones atmosféricas que pueden ser variables.

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Entonces lo conveniente es realizar este ensayo y trabajar casi inmediatamente

con este resultado, para evitar distorsiones al momento de los cálculos.

Cuadro Nº 04: Contenidos de Humedad.

Localidad Calicatas Altura (msnm)

Profundidad (m) Ubicación Humedad

(%)

PATRIA

C-1 690.00 1.90 18.22C-2 673.00 1.70 Frente al colegio 37.77

C-3 665.00 2.50 Pasaje Gallitos de la Rocas 30.65

C-4 665.00 1.27 Calle Antonio Iwaki 38.49

PILLCOPATA

CP-1 528.00 1.18 Pte. Eva 21.86CP-2 543.00 1.20 43.58CP-3 524.00 1.30 45.00CP-4 529.00 2.20 30.49CP-5 529.00 1.50 6.98


Los diferentes tipos de suelos son definidos por el tamaño de las partículas. Son

frecuentemente encontrados en combinación de dos o más tipos de suelos

diferentes, como por ejemplo: arenas, gravas, limo, arcillas y limo arcilloso, etc.

La determinación del rango de tamaño de las partículas (gradación) es según la

estabilidad del tipo de ensayos para la determinación de los límites de

consistencia. Uno de los más usuales sistemas de clasificación de suelos es el

Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS), el cual clasifica al suelo en

15 grupos identificados por nombre y por términos simbólicos.

El sistema de clasificación para Construcción de Carreteras AASHTO, es también

usado de manera general. Los suelos pueden ser también clasificados en

grandes grupos, pueden ser porosos, de grano grueso o grano fino, granular o no

granular y cohesivo, semi cohesivo y no cohesivo.

En general los suelos han sido clasificados como arena limosa con grava (SM),

arena mal graduada (SP) y grava mal graduada con arena (GP) en el distrito

Kosñipata.

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Cuadro Nº 05: Clasificación de suelos

Localidad Calicatas Altura (msnm)

Profundidad (m) Ubicación Humedad

(%) SUCS

PATRIA

C-1 690.00 1.90 18.22 GM con arenaC-2 673.00 1.70 Frente al colegio 37.77 GC con arena

C-3 665.00 2.50 Pasaje Gallitos de la Rocas 30.65 SM con grava

C-4 665.00 1.27 Calle Antonio Iwaki 38.49 SC con grava

PILLCOPATA

CP-1 528.00 1.18 Pte. Eva 21.86 SM con gravaCP-2 543.00 1.20 43.58 SCCP-3 524.00 1.30 45.00 CL arenosoCP-4 529.00 2.20 30.49 SM con grava

CP-5 529.00 1.50 6.98 GP-GM con arena

Fuente: Elaboración propia.

3.3. EVALUACION DE SUELOS Y CALLES A INTERVENIR

La Evaluación efectuada en las localidades del distrito de Kosñipata, fue

realizada mediante métodos MND (Métodos no destructivos) habiéndose

seleccionado los relativos a evaluación visual propuesto por el “Cuerpo de

Ingenieros” difundido en nuestro medio y conocido comúnmente como el PCI. La

razón para elegir este método es que permite adoptar una nomenclatura precisa

y conocida en nuestro medio para referirse a la tipología y magnitud.

El cuadro siguiente muestra los resultados del trabajo de las excavaciones

realizadas:

CUADRO Nº 06: RESUMEN – SITUACION DE EXCAVACIONES

Localidad Calicatas Ubicación Descripción

PATRIA

C-1 La verificación en este punto combinó las facilidades de la excavación con la inspección visual Se realizó una excavación a una profundidad de 1.90 mts

C-2 Frente al colegioLa verificación en este punto combinó las facilidades de la excavación con la inspección visual Se realizó una excavación a una profundidad de 1.70 mts

C-3 Pasaje Gallitos de la Rocas

La verificación en este punto combinó las facilidades de la excavación con la inspección visual Se realizó una excavación a una profundidad de 2.50 mts

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Localidad Calicatas Ubicación Descripción

C-4 Calle Antonio IwakiLa verificación en este punto combinó las facilidades de la excavación con la inspección visual Se realizó una excavación a una profundidad de 1.27 mts

PILLCOPATA

CP-1 Pte. Eva La verificación en este punto combinó las facilidades de la excavación con la inspección visual Se realizó una excavación a una profundidad de 1.18 mts

CP-2 La verificación en este punto combinó las facilidades de la excavación con la inspección visual Se realizó una excavación a una profundidad de 1.20 mts





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Anexo CalicatasProfundidad

(m)Descripción del material

Cahuanota 1 y 2 C1 2.70

El perfil del suelo muestra un suelo limoso con arena y presencia de grava. La calicata llegó a una profundidad de 2.70 m para evaluar la existencia de la Napa Freática a ese nivel; en este caso, no se encontró agua en dicha profundidad, por lo que la opción de usar una UBS de arrastre hidráulico es factible.

Chanchallay 1 y 2 C1 2.60

El perfil del suelo muestra un suelo limoso con arena y presencia de grava. No se encontró el Nivel Freático a una profundidad de 2.60 m, por lo tanto se puede optar por el uso de una UBS de arrastre hidráulico, sin tener que preocuparse por la contaminación de la Napa Freática.

Queñuamarca 1 y 2 C1 2.70

El perfil del suelo muestra un suelo limoso con arena y presencia de grava.Se observó que el nivel de la Napa Freática no se encuentra a una distancia menos a los 2.70 m de la superficie del suelo, por lo tanto es posible efectuarse el sistema UBS con arrastre hidráulico sin ocasionar contaminación de la Napa freática por percolación.


4. ANÁLISIS DE CANTERAS

Se determinó los sitios que son canteras cercanas al proyecto para su utilización

en las obras a realizar tomando en cuenta los requisitos y exigencias mínimas

para el diseño, materiales, colocación y control de calidad en obra.

En la búsqueda y selección de las canteras de material, se ha tenido en cuenta la

ubicación y las evaluaciones necesarias como granulometría, características

físicas y composición del agregado.

Para ello se han analizado una cantera de agregado grueso y fino, los resultados

de las características de estas canteras las presentamos a continuación

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CUADRO Nº 07: CARACTERISTICAS DE LAS CANTERAS.

CanteraCoordenadas

Altura Tipo CapacidadE N

Agregado grueso y fino

721724.67 8278674.73 199137.5mm a .80mm ( 1½” a N°4 )

Limitado

4.1. CANTERA DE AGREGADOS

Se ha ubicado la cantera de agregados, en el distrito de, con una capacidad de

5,000 m3, El material de esta cantera es agregado grueso y fino bien graduado y

presenta características regulares para su utilización.

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

- El estrato donde se apoyarán las estructuras del sistema de agua potable y

alcantarillado, está constituida según la clasificación de SUCS, por una arena

limosa con grava (SM), color marrón oscuro, presenta gravas de aristas semi

angulosas de 3/8” a 3/4” en promedio, tiene aproximadamente 10 % de finos

no plásticos, de compacidad densa según se profundice. Estado seco y

abundante presencia de trozos de piedra de aristas angulosas de 1 a 3” en

promedio, y ubicadas en forma alternada en todo el área del perfil del suelo;

todo ello para los Anexos de Cahuanota, Acchapuna, Chanchallay,

Yachanguillo y Queñuamarca.


alcantarillado, está constituida según la clasificación de SUCS, por una arena

limosa (SP-SM), color marrón oscuro, tiene aproximadamente 10 % de finos

no plásticos, de compacidad densa según se profundice; todo ello para el

anexo Santa Rosa.

- El estrato donde se apoyara las estructura del sistema de agua potable y

alcantarillado, está constituida según la clasificación de SUCS, por un limo

arenoso limosa (ML), color marrón oscuro, tiene aproximadamente 10 % de

finos no plásticos, de compacidad densa según se profundice; todo ello para

el anexo Yanque.

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alcantarillado, está constituida según la clasificación de SUCS, por una grava

mal graduada con arena (GP), color marrón oscuro, todo ello para el anexo

Santa Catalina.

- De acuerdo con las características del tipo de estructura, la cimentación se

realizará a partir de los 1.50 m de profundidad para el Tanque Séptico, con lo

que además, se estaría dando confinamiento a la cimentación, minimizando

los problemas de asentamiento.

- Bajo estas condiciones, es recomendable tomar en consideración la

necesidad de establecer un tipo de estructuras totalmente simétricas en

principio, ya que la simetría nos entregará deformaciones del sistema terreno

– estructura. En segundo lugar, las cimentaciones realizadas en base a

plateas rígidas o flexibles, minimizarán la variabilidad de presiones actuantes

en la base de la estructura, e incrementar la capacidad de resistencia última

del suelo, atenuando los potenciales efectos dinámicos señalados. Por lo

tanto, el tipo de cimentación recomendado es en base al empleo de un

sistema estructural en base a una platea rígida, dependiendo del valor del

coeficiente del Balasto del suelo.

- La inexistencia de la Napa Freática a menos de una distancia de 2.60 m de

profundidad desde la superficie del suelo, permite el uso de UBS de arrastre

hidráulico como sistema de saneamiento para las viviendas de los anexos de

Santa Catalina, Yachanguillo, Acchapuna, Chanchallay 1 y 2, Cahuanota 1 y

2 y Queñuamarca 1 y 2, teniéndose que construir en total 262 UBS – A.H.

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PANEL FOTOGRAFICO

Toma Nº 01: Calicata en el anexo de Acchapuna

Toma Nº 02: Calicata en el anexo de Yanque

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Toma Nº 03: Calicata en el anexo de Queñuamarca

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