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1 estudio de_suelos_idu

Estudio de suelos de la sabana de Bogotá

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  1. 1. Pág. 1 de 12 TABLA DE CONTENIDO 1. INTRODUCCION............................................................................................................2 2. ALCANCES...................................................................................................................2 3. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO..................................................................................3 4. CARACTERIZACION GEOLÓGICA...............................................................................4 5. INVESTIGACION DEL SUBSUELO...............................................................................5 5.1. Exploración del Subsuelo..........................................................................................5 5.2. Ensayos de Laboratorio...........................................................................................6 6. PERFIL ESTRATIGRÁFICO PROMEDIO.......................................................................7 7. ANÁLISIS GEOTÉCNICO..............................................................................................8 7.1. Sistema de cimentación............................................................................................8 7.1.1. Análisis de Estabilidad........................................................................................8 7.1.2. Análisis de Deformación.....................................................................................8 7.1.3. Coeficiente de Reacción de la Subrasante Ks....................................................9 7.2. Excavaciones............................................................................................................9 7.3. Empujes Laterales..................................................................................................10 8. SISMICIDAD DEL SITIO DEL PROYECTO..................................................................11 9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES................................................................11 9.1. Cimentación Recomendada....................................................................................11 9.2. Excavaciones..........................................................................................................11 9.3. Programa de Instrumentación Geotécnica..............................................................12 ANEXOS ANEXO A MEMORIAS DE CÁLCULO ANEXO B ENSAYOS DE LABORATORIO INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO – IDU Contrato No. IDU - 133 de 2005 Estudios y Diseños de la Troncal Calle 26 (Av.3ª - Aeropuerto El Dorado – Av. José Celestino Mutis), en Bogotá D.C.
  2. 2. Pág. 2 de 12 ESTUDIOS Y DISEÑOS DE LA TRONCAL CALLE 26 (AVENIDA 3ª – AEROPUERTO EL DORADO – AVENIDA JOSE CELESTINO MUTIS) BOX PEATONAL CARRERA 3 AVENIDA 19 ESTUDIO DE FUNDACIONES Y EXCAVACIONES 1. INTRODUCCION El CONSORCIO GENERAL contrató con JOSÉ MANUEL ALVAREZ LUGO, Ingeniero Especialista y Magíster en Geotecnia, la elaboración de los estudios de fundaciones de las estructuras asociadas a los ESTUDIOS Y DISEÑOS DE LA TRONCAL CALLE 26 (AVENIDA 3ª – AEROPUERTO EL DORADO – AVENIDA JOSE CELESTINO MUTIS) en la ciudad de Bogotá D.C. En este informe se presentan las principales recomendaciones encaminadas al diseño definitivo e implementación de las etapas constructivas del BOX PEATONAL ubicado en la carrera 3ª con avenida 19, perteneciente al proyecto Troncal Calle 26-Transmilenio, en la ciudad de Bogotá D.C. Se describen los trabajos efectuados para tal fin, se presentan en detalle los análisis geotécnicos ejecutados, las hipótesis asociadas a los mismos, los parámetros para el diseño estructural y las recomendaciones para la construcción de la estructura, así como las especificaciones particulares de los procesos relacionadas con la solución geotécnica integral del proyecto. 2. ALCANCES Los principales alcances del presente informe se presentan a continuación: • Determinación del sistema de cimentación más adecuado para la estructura, en función de las cargas esperadas en la vida útil y las características mecánicas del subsuelo. • Análisis de capacidad portante y asentamientos inmediatos y totales para el sistema de cimentación propuesto. Determinación de los parámetros para el diseño estructural de la cimentación. INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO – IDU Contrato No. IDU - 133 de 2005 Estudios y Diseños de la Troncal Calle 26 (Av.3ª - Aeropuerto El Dorado – Av. José Celestino Mutis), en Bogotá D.C.
  3. 3. Pág. 3 de 12 • Análisis y determinación de empujes laterales en condiciones estáticas y pseudo- estáticas para el diseño de las paredes del box. Determinación de los parámetros para el diseño estructural. • Análisis de estabilidad para el proceso constructivo del box verificando la inclinación de seguridad para la excavación e implantación de la estructura. • Formulación de las recomendaciones constructivas generales y particulares. 3. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO El proyecto contempla la construcción de una estructura cuya función será la conexión peatonal entre la troncal de transmilenio de la calle 26 con la actual estación de Las Aguas perteneciente a la actual troncal del Eje Ambiental. Para esto, se ha proyectado la implementación de un box peatonal de una longitud aproximada de 80,0m con una pendiente longitudinal variable entre el 8,0% y el 10,0%., con un ancho promedio de 5,0m y una altura libre variable entre 4,0 y 4,50m. Para la implantación del proyecto, se ha contemplado la ejecución de excavaciones de hasta 5,0m de profundidad. En la figura No. 1, se muestra la localización general del proyecto. INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO – IDU Contrato No. IDU - 133 de 2005 Estudios y Diseños de la Troncal Calle 26 (Av.3ª - Aeropuerto El Dorado – Av. José Celestino Mutis), en Bogotá D.C.
  4. 4. Pág. 4 de 12 Figura No.1.: Localización general del proyecto (tomado del estudio de Micro zonificación sísmica de Santa Fe de Bogotá) 4. CARACTERIZACION GEOLÓGICA Bogotá se encuentra localizada sobre el eje de la cordillera Oriental de Colombia. Geomorfológicamente, se diferencian dos zonas: la primera que comprende la zona plana de la ciudad y se encuentra ubicada hacia los sectores central, occidental, norte y suroccidental, donde se asienta la mayor cantidad de población, y la segunda, el relieve montañoso hacia los sectores oriental principalmente y noroccidental (Cerros de Suba), donde gran parte de estos cerros se encuentran habitados y otro tanto, destinados a la explotación minera. INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO – IDU Contrato No. IDU - 133 de 2005 Estudios y Diseños de la Troncal Calle 26 (Av.3ª - Aeropuerto El Dorado – Av. José Celestino Mutis), en Bogotá D.C.
  5. 5. Pág. 5 de 12 Geológicamente la ciudad se localiza sobre un extenso relleno sedimentario que conforma la Sabana y está rodeada por cerros constituidos por rocas antiguas del Terciario principalmente de areniscas, arcillolitas y conglomerados. De acuerdo con la zonificación geológica y geotécnica realizada en el Estudio de Microzonificación sísmica de Santa Fe de Bogota ha sido posible establecer que la estructura en estudio se encuentra localizada en la zona No. 2 denominada Piedemonte (figura No.1), a continuación se realiza la descripción de esta zona. PIEDEMONTE Tal como se mencionó anteriormente esta zona se define como la zona de transición entre los cerros y la zona plana, la cual clasifica dentro del Estudio de Microzonificacion Sísmica como Zona 2. Esta conformada principalmente por depósitos coluviales, conos de deyección, y por afloramientos rocosos de las formaciones Guaduas, Bogotá y Regadera, los cuales presentan valores muy altos de capacidad portante. Posee una estratigrafía compuesta por gravas, arenas y limos, con eventual presencia de arcilla. • Coluviones o Derrubios de Pendiente (Qdp) Debido a la degradación de las laderas y a la fracturación de las rocas estratificadas en pendientes muy altas y que por acción de la gravedad, a lo que se suman los agentes erosivos que disminuyen las propiedades del macizo rocoso, se presentan desprendimientos y se da inicio al transporte del material fracturado y suelto, embebido en el suelo residual afianzando su desplazamiento, depositándose en las partes bajas dando inicio al proceso de consolidación. En ésta zona, existen dos tipos de depósitos que son: Coluviones que se encuentran embebidos en una matriz fina sobre guijos y bloques y talus, en los que por acción del agua, la matriz es lavada y los bloques se convierten en material predominante. Dentro de los talus se encuentran las formaciones que provienen de unidades arenosas como la Arenisca Dura, Labor Tierna, Formación Guaduas, Cacho y parte inferior de la Formación Regadera, las cuales se localizan en el piedemonte Oriental, con más exactitud entre las laderas de los cerros orientales y suroccidentales, teniendo una permeabilidad alta. Los coluviones que se encuentran en esta zona presentan variabilidad en cuanto a sus espesores, los cuales oscilan desde pocos centímetros hasta algunos metros en los cerros orientales y sur occidentales de Bogotá. Dichos depósitos provienen de las formaciones Chipaque, Guaduas, Bogotá, Regadera y Usme. 5. INVESTIGACION DEL SUBSUELO 5.1. Exploración del Subsuelo INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO – IDU Contrato No. IDU - 133 de 2005 Estudios y Diseños de la Troncal Calle 26 (Av.3ª - Aeropuerto El Dorado – Av. José Celestino Mutis), en Bogotá D.C.
  6. 6. Pág. 6 de 12 Se efectuaron en total tres (3) sondeos mecánicos cuyas profundidades alcanzaron los 20,0m bajo el nivel actual de la carrera 3a, localizadas en el sitio en que se construirá la estructura objeto del presente informe. Durante su ejecución se tomaron muestras de cada estrato encontrado. En la tabla No. 1, se presenta una relación de las perforaciones realizadas para este estudio y su profundidad. Sondeo Nº Profundidad (m) S – 112 20,00 S – 113 20,00 S – 114 20,00 Tabla No.1. Programa de exploración del subsuelo, puente Box Calle 19 Carrera 3ª Figura No. 2. Programa de exploración del subsuelo Durante la ejecución de los sondeos fueron identificados y descritos visualmente los diferentes estratos. En los suelos arcillosos y limosos de consistencia media a muy firme y en los suelos granulares, se adelantó el ensayo de penetración estándar SPT con el fin de relacionar parámetros geomecánicos, y se recuperaron muestras alteradas con el tubo de cuchara partida (Split Spoon). 5.2. Ensayos de Laboratorio Todas las muestras obtenidas fueron identificadas visualmente en el laboratorio y sobre un número representativo de los diferentes materiales encontrados en cada uno de los sondeos, se ejecutaron ensayos tendientes a conocer su comportamiento físico y geomecánico. Las pruebas ejecutadas fueron: INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO – IDU Contrato No. IDU - 133 de 2005 Estudios y Diseños de la Troncal Calle 26 (Av.3ª - Aeropuerto El Dorado – Av. José Celestino Mutis), en Bogotá D.C.
  7. 7. Pág. 7 de 12 • Clasificación Se emplean para identificar y clasificar los tipos de suelo dominantes en cada sitio explorado y para desarrollar correlaciones entre propiedades básicas y parámetros de resistencia y deformabilidad. Entre los ensayos realizados se encuentran los límites de Atterberg y la composición granulométrica. • Condiciones In situ Permiten establecer las condiciones geostáticas del suelo natural, representando condiciones de frontera y características de los materiales fundamentales para el diseño. Se determinó la humedad natural y el peso unitario. Estas pruebas junto con las de clasificación, permiten establecer una primera aproximación del comportamiento mecánico de los materiales encontrados. • Resistencia al corte Ante la imposibilidad de recuperar muestras inalteradas debido a la presencia de materiales granulares o a la consistencia firme a muy firme de los estratos finos, se procedió a la ejecución del ensayo de penetración estándar (SPT) con el fin de correlacionarlo con parámetros de resistencia al corte no drenado. Estos parámetros, fueron establecidos con base en el valor promedio de la correlación del SPT (Ensayo de Penetración Estándar) propuesta por Stroud and Butler (1974). En el anexo B de ensayos de laboratorio, se presentan los resultados de los ensayos de laboratorio efectuados. 6. PERFIL ESTRATIGRÁFICO PROMEDIO A partir de la descripción visual de los materiales que conforman el subsuelo, los ensayos de campo ejecutados y los resultados de los ensayos de laboratorio, se procedió a la descripción de los materiales que conforman el perfil estratigráfico, para lo cual se han consignado las propiedades geomecánicas de los estratos encontrados. De las perforaciones realizadas y los resultados de los ensayos de campo y laboratorio ejecutados, se identificaron dos (2) tipos principales de materiales en el subsuelo, los cuales se describen a continuación: Material 1. Gravas limosas pobremente gradadas (GP-GM) Este material se ubica entre los 0,0 y 5,50m. Se caracteriza por presentar contenidos de humedad natural relativamente bajos entre el 11,0% y 12,0%. El valor de la resistencia al ensayo de penetración estándar es variable entre 16 y 20 golpes/pie. INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO – IDU Contrato No. IDU - 133 de 2005 Estudios y Diseños de la Troncal Calle 26 (Av.3ª - Aeropuerto El Dorado – Av. José Celestino Mutis), en Bogotá D.C.
  8. 8. Pág. 8 de 12 Material 2. Depósitos de coluvión en matriz arcillo arenosa Este material se presenta entre los 5,50m y la máxima profundidad de exploración. La matriz de este material se caracteriza por presentar límites líquidos que oscilan entre 27% y 35%, límites plásticos variables entre 28% y 32% y contenidos de humedad natural entre el 4% y 26%. El nivel freático se encontró únicamente en la perforación No. S-114, a 2,20m de profundidad. Para efecto de los análisis efectuados, se asumió como esta la posición predominante del nivel de agua, aunque es evidente que la ausencia del mismo en las perforaciones 112 y 113 sugiere que probablemente corresponda a un nivel colgado. 7. ANÁLISIS GEOTÉCNICO A continuación se presentan las particularidades de los análisis geotécnicos realizados tendientes a establecer los parámetros de diseño más importantes de la estructura objeto del presente informe. 7.1. Sistema de cimentación Como sistema de cimentación para el box, dadas las características de resistencia y compresibilidad del subsuelo, se optó por analizar una alternativa de cimentación consistente en una placa de concreto reforzado. Se presentan a continuación las hipótesis y la metodología de análisis adoptadas para la realización de los análisis de estabilidad y deformación correspondientes. 7.1.1. Análisis de Estabilidad La determinación de la capacidad portante última y de seguridad se realizó empleando la teoría de capacidad portante propuesta por Terzaghi (1947), empleando los factores de corrección por forma y profundidad del cimiento, propuestos por Meyerhof (1974) y Hansen (1976). El análisis se realizó para anchos variables de placa entre 4,50m y 6,00m y una profundidad de desplante de 5,0m. Con base en lo anterior se encontró que la capacidad portante de seguridad de la placa es de 26,0 t/m2 para la geometría descrita, teniendo en cuenta el aporte generado por el alivio de la excavación. Los resultados de los análisis se presentan en el Anexo A de memorias de cálculo del presente informe. 7.1.2. Análisis de Deformación La estimación de los asentamientos para los valores de capacidad portante de seguridad, fueron realizados mediante expresiones de la teoría elástica y la teoría de la consolidación. INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO – IDU Contrato No. IDU - 133 de 2005 Estudios y Diseños de la Troncal Calle 26 (Av.3ª - Aeropuerto El Dorado – Av. José Celestino Mutis), en Bogotá D.C.
  9. 9. Pág. 9 de 12 Los módulos de elasticidad de los materiales para el análisis de asentamientos han sido establecidos con base en las correlaciones propuestas por Bowles (1982) y el U.S. Department of the Navy (1982). Con base en lo anterior se encontró que los asentamientos máximos en la placa de cimentación son del orden de 1,80cm, no obstante, teniendo en cuenta la tendencia del terreno debido a los procesos de levantamiento de fondo, los asentamientos pueden considerarse mínimos. 7.1.3. Coeficiente de Reacción de la Subrasante Ks Con base en los resultados obtenidos en los análisis de asentamientos y considerando la presión de contacto transmitida al sistema de cimentación, se ha calculado el coeficiente de reacción vertical (Kv) requerido para la ejecución de los análisis y diseños estructurales del proyecto, obteniendo como resultado un valor de 1300 t/m3 . 7.2. Excavaciones Para la construcción de la estructura en el sitio propuesto, se han planteado dos (2) alternativas de excavación. El análisis de estabilidad de los taludes asociados se realizó empleando el programa PCSTABL 5, de la University of Purdue (USA). La primera alternativa de excavación, consiste en la conformación de taludes de pendiente 0,5H: 1,0V de 2,50m de altura y berma intermedia de 1,0m de ancho. La segunda alternativa de excavación, consiste en la conformación de un talud de 5,0m con una pendiente 1,0H: 1,0V sin berma intermedia. Los escenarios considerados para los análisis de estabilidad así como los factores de seguridad obtenidos se presentan en la siguiente tabla. En todos los casos, el análisis de estabilidad consideró una sobrecarga en superficie de 14 KPa (1,40T/m2 ). Alternativa Descripción F.S Estático F.S. Dinámico 1 Taludes h = 2.50m, inclinación 0,5H:1,0V berma intermedia 1,41 1,15 2 Talud h = 5,0m, inclinación 1,0H:1,0V sin berma intermedia 1,65 1,38 Tabla No. 2.: Inclinaciones para excavaciones Con base en los resultados obtenidos es claro que cualquiera de las dos alternativas presentadas ofrece adecuados factores de seguridad para una condición a corto plazo, es decir para excavaciones temporales durante el proceso constructivo. No obstante con el INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO – IDU Contrato No. IDU - 133 de 2005 Estudios y Diseños de la Troncal Calle 26 (Av.3ª - Aeropuerto El Dorado – Av. José Celestino Mutis), en Bogotá D.C.
  10. 10. Pág. 10 de 12 fin de optimizar los movimientos de tierra se recomienda optar por la alternativa que genera menores volúmenes de excavación. 7.3. Empujes Laterales Se han realizado los análisis de esfuerzos laterales debidos a los materiales de relleno en material granular seleccionado, los cuales fueron evaluados mediante la teoría clásica de esfuerzos laterales de Rankine, la cual se fundamenta en las teorías del equilibrio plástico, que en suelos se refiere a la condición en que cada punto en una masa de suelo está a punto de fallar. De la misma forma con base en la formulación pseudo-estática propuesta por Mononobe – Okabe, fueron determinados los coeficientes de presión de tierras para condición dinámica. De acuerdo a lo anterior, se recomienda utilizar diagramas de presiones laterales triangulares, propias de suelos friccionantes, considerando los siguientes parámetros: • Peso unitario del relleno: 2,0 t/m3 • Angulo de fricción interna: 32º • Coeficiente de presión activa en condición dinámica, según planteamiento de Mononobe Okabe: 0,64 • Coeficiente de reposo (K0) 0,47 INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO – IDU Contrato No. IDU - 133 de 2005 Estudios y Diseños de la Troncal Calle 26 (Av.3ª - Aeropuerto El Dorado – Av. José Celestino Mutis), en Bogotá D.C. 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Esfuerzos Horizontales (t/m2) Profundidad(m) estático dinámico
  11. 11. Pág. 11 de 12 Estos diagramas no incluyen la presión del agua, por lo tanto se debe dotar la estructura de sistemas de drenaje que permitan el abatimiento del nivel freático. 8. SISMICIDAD DEL SITIO DEL PROYECTO De acuerdo con la información existente en el estudio de Microzonificación Sísmica de Santafé de Bogotá (1997), es posible establecer que el área del proyecto se encuentra localizada dentro de la zona Geotécnica 2, definida como Piedemonte con parámetros de Aceleración máxima Am y Aceleración nominal An de 0,30 y 0,40 respectivamente. 9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 9.1. Cimentación Recomendada El sistema de cimentación recomendado para el box será una placa de concreto reforzado. La placa se construirá sobre una capa de concreto pobre de limpieza de 5,0cm de espesor. Antes del inicio de la construcción de la placa, se deben retirar los materiales sueltos ó deletéreos en caso de presentarse una vez se llegue al nivel de desplante. Se recomienda durante el proceso constructivo disponer de sistemas de bombeo para realizar la evacuación del agua que confluya a la excavación. En este sentido, no se esperan asentamientos importantes por abatimiento del nivel freático, más aún cuando no se detectó en todas las perforaciones realizadas. 9.2. Excavaciones La ejecución de las excavaciones asociadas a la implantación definitiva de la estructura, deberá realizarse en longitudes no mayores a 10,0m, empleando cualquiera de las dos alternativas analizadas. Si durante el transcurso de las excavaciones se presenta afluencia importante de agua proveniente del nivel freático, se recomienda su evacuación por medio de bombeo. Los taludes deberán conservar las pendientes requeridas de acuerdo a los esquemas propuestos. Una vez que se alcance el nivel inferior de la excavación, los taludes deben protegerse con una capa de mortero de al menos 3,0cm de espesor, con el fin de evitar la degradación de estos materiales. Adicionalmente, durante el transcurso de la excavación, pueden implementarse lloraderos de 3 pulgadas de diámetro, los cuales serán de carácter temporal, con el fin de favorecer el drenaje de los materiales. INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO – IDU Contrato No. IDU - 133 de 2005 Estudios y Diseños de la Troncal Calle 26 (Av.3ª - Aeropuerto El Dorado – Av. José Celestino Mutis), en Bogotá D.C. Figura No. 3. Diagramas de presión lateral paredes BOX Carrera 3 Calle 19.
  12. 12. Pág. 12 de 12 9.3. Programa de Instrumentación Geotécnica Con el fin de adelantar un seguimiento a las deformaciones de la excavación y sus alrededores, se propone llevar cabo un programa de instrumentación y auscultación de deformaciones mediante la disposición de mojones de seguimiento, distribuidos en la zona del proyecto de acuerdo al juicio del interventor. Una vez instalados, es necesario relacionar las lecturas topográficas periódicas semanales con las coordenadas y cotas de cada mojón, en las cuales se deberá obtener el valor de los desplazamientos generados en la dirección Norte-Este (NE) así como las deformaciones verticales. 10. LIMITACIONES Las recomendaciones contenidas en este informe están basadas en las condiciones del subsuelo establecidas como típicas a partir de los trabajos de investigación del subsuelo descritos, de acuerdo con la práctica normal en geotecnia. Aunque se considera que el alcance de los trabajos fue el adecuado para definir las condiciones del subsuelo, durante la ejecución de la obra podrán observarse condiciones del subsuelo diferentes a las establecidas como típicas, normales en el desarrollo de cualquier proyecto. Si esto sucede, se deberá informar de inmediato a esta Consultoría con el fin de tomar los correctivos del caso. INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO – IDU Contrato No. IDU - 133 de 2005 Estudios y Diseños de la Troncal Calle 26 (Av.3ª - Aeropuerto El Dorado – Av. José Celestino Mutis), en Bogotá D.C.

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